DE102015006595A1

DE102015006595A1 - Ionenauswurf aus einer Quadrupol-Ionenfalle

Info

Publication number: DE102015006595A1
Application number: DE102015006595.5A
Authority: DE
Inventors: Christian Albrecht HOCK; Dmitry GRINFELD; Richard Heming
Original assignee: Thermo Fisher Scientific Bremen GmbH
Current assignee: Thermo Fisher Scientific Bremen GmbH
Priority date: 2014-05-21
Filing date: 2015-05-21
Publication date: 2015-11-26
Anticipated expiration: 2035-05-22
Also published as: CN105097414A; US20160225603A1; DE102015006595B4; GB201409074D0; CN105097414B; US9548195B2; GB2527898B; US20150340220A1; GB2527898A; GB201507354D0; US9312114B2

Abstract

Ein Verfahren zum Auswerfen von zu analysierenden Ionen aus einer Quadrupol-Ionenfalle, in der durch eine oder mehrere HF-Spannungen, die an eine oder mehrere Elektroden der Falle angelegt werden, ein Fangfeld erzeugt wird, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Kühlen der zu analysierenden Ionen innerhalb der Quadrupol-Ionenfalle, bis die Ionen thermalisiert sind, Verringern der Amplitude einer oder mehrerer an die Quadrupol-Ionenfalle angelegter HF-Spannungen, und Anlegen der HF-Spannungen mit verringerter Amplitude über einen halben Zyklus, nachdem die eine oder die mehreren HF-Spannungen einen Nulldurchgangspunkt erreicht haben, Abschalten der an die Quadrupol-Ionenfalle angelegten HF-Spannungen, und Auswerfen der zu analysierenden Ionen der Quadrupol-Ionenfalle.

Description

Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft das Gebiet der Ionenejektoren zum Ausgeben gepulster Ionenpakete an Laufzeitmassenanalysatoren, Ionenfallenmassenanalysatoren oder Fourier-Transformations-Massenanalysatoren. Insbesondere betrifft die Erfindung Ionenejektoren, die Quadrupol-Ionenfallen umfassen.
Hintergrund der Erfindung
Quadrupol-Ionenfallen, die mit Hochfrequenz(HF)-Potenzialen betrieben werden (auch als Paul-Fallen bekannt), werden in der Massenspektroskopie zum Akkumulieren von Ionen und zum Auswerfen gepulster Ionenpakete in einen Massenanalysator verwendet. Zu geeigneten Massenanalysatoren gehören Laufzeit(Time-of-Flight, TOF)-, Elektrostatikfallen(Elektrostatic Trap, EST)- und Fourier-Transformations-Massenspektrometer (FT-MS). Zu TOF-Massenspektrometern gehören lineare TOF, Reflektron-TOF und Multireflexions-TOF. Zu EST-Massenspektrometern gehören Orbitalfallen, wie zum Beispiel Kingdon-Fallen, wovon ein Typ durch den Anmelder als Orbitrap^TM auf dem freien Markt angeboten wird, der mit Bildstromionendetektion und Fourier-Transformations-Signalverarbeitung arbeitet. Zu FT-MS-Massenspektrometern gehören Orbitrap-Massenanalysatoren und Ionenzyklotronresonanz-Massenanalysatoren.
In vielen Fällen muss die Quadrupol-Ionenfalle ein Ionenpaket innerhalb einer kurzen Zeitdauer auswerfen, wobei das Paket Ionen eines weiten Bereichs von Masse-zu-Ladung-Verhältnissen (m/z) enthält. Die Impulsdauer sollte über den gesamten Bereich von m/z gleichmäßig kurz sein.
In Quadrupol-Ionenfallen werden die Ionen durch HF-Felder, die durch die HF-Potenziale induziert werden, die an eine oder mehrere Fallenelektroden angelegt werden, innerhalb von Grenzen gehalten. In 3D-Quadrupol-Ionenfallen werden ein oder mehrerer HF-Potenziale an eine oder mehrere einer Ringelektrode und zwei Endkappenelektroden angelegt. In der Regel werden in linearen Quadrupol-Ionenfallen an vier allgemein parallele Stabelektroden zwei HF-Wellenformen von entgegengesetzter Polarität angelegt, eine an jedes Paar gegenüberliegender Stäbe.
Quadrupol-Ionenfallen zum Auswerfen an ein Massenspektrometer arbeiten gewöhnlich mit einem Gas, das in das Fallenvolumen eingeleitet wird, und Kollisionen zwischen Ionen und den Gasmolekülen bewirken, dass die Ionen mit jeder Kollision immer mehr Energie verlieren und sich dadurch bis auf ungefähr die Gastemperatur, die Raumtemperatur sein kann, oder in kryogenen Fallen noch niedriger, abkühlen. Man sagt dann, die Ionen werden thermalisiert. Das dient dazu, die Verteilung der Geschwindigkeiten in der Auswurfrichtung zu verringern und folglich den Bereich der Zeiten zu verkleinern, zu denen Ionen des gleichen m/z das Massenspektrometer, und in einigen Fällen seinen Detektor, erreichen. Dieser Bereich von Zeiten begrenzt zum Beispiel direkt das Massenauflösungsvermögen eines TOF-Massenspektrometers und sollte daher so klein wie möglich sein.
Sobald die Ionen genug Kollisionen mit dem Gas hatten, um alle Ionen innerhalb des gewünschten Massebereichs ausreichend abzukühlen, werden die Ionen aus der Quadrupol-Ionenfalle ausgeworfen. In der 3D-Quadrupol-Ionenfalle werden Ionen durch eine kleine Öffnung in einer der Endkappen ausgeworfen. In der linearen Ionenfalle werden Ionen entweder von einem Ende der linearen Falle allgemein entlang ihrer Achse (axialer Auswurf) ausgeworfen, oder werden orthogonal zur Fallenachse durch einen der Spalte zwischen den Stabelektroden ausgeworfen, oder werden durch einen Schlitz ausgeworfen, der in einer der Stabelektroden ausgebildet ist (orthogonaler Auswurf). Der orthogonale Auswurf ist bevorzugt, weil das Ionenpaket dann in der Auswurfrichtung kleiner ist. Zum Auswerfen der Ionen wird entweder zusätzlich zu den HF-Fangpotenzialen ein Auswurfpotenzial an die Falle angelegt, oder die HF-Fangpotenziale werden abgeschaltet, und ein Auswurfpotenzial angelegt wird.
In einigen Fällen werden ein oder mehrere HF-Fangpotenziale abgeschaltet, wenn sie einen Nulldurchgangspunkt erreichen. Im Sinne des vorliegenden Textes meint der Begriff „Nulldurchgangspunkt” in Bezug auf angelegte HF-Potenziale einen Zeitpunkt, an dem sich das (zeitveränderliche) HF-Potenzial momentan auf einem Nullpotenzial befindet, und zwar entweder während des Durchgangs von einem positiven Potenzial zu einem negativen Potenzial oder während des Durchgangs von einem negativen Potenzial zu einem positiven Potenzial. Wenn zwei HF-Potenziale an eine Ionenfalle angelegt werden, so haben diese Potenziale in der Regel einander entgegengesetzte Phasen. Wenn also ein HF-Potenzial einen Nulldurchgangspunkt erreicht, dann tut dies das andere HF-Potenzial auch, aber ein HF-Potenzial geht von einem positiven Potenzial zu einem negativen Potenzial, und das andere HF-Potenzial geht von einem negativen Potenzial zu einem positiven Potenzial.
Ausgeworfene Ionen werden in einen Massenanalysator eingeleitet und bewegen sich innerhalb des Analysators entlang eines Laufpfades des Analysators. Ionen von unterschiedlichem m/z bewegen sich entlang des Laufpfades des Analysators und legen dabei entweder eine Distanz zu einem Detektor in verschiedenen Zeiten zurück, oder sie vollführen eine Oszillationsbewegung innerhalb des Analysators bei verschiedenen Frequenzen. Der Laufpfad des Analysators kann linear sein, kann lineare Abschnitte umfassen, oder kann gekrümmt sein oder gekrümmte Abschnitte umfassen. Damit sie sich entlang des Laufpfades des Analysators bewegen können, müssen die Ionen entlang einer Injektionstrajektorie in den Analysator injiziert werden. Im Sinne des vorliegenden Textes meint der Begriff „Injektionstrajektorie des Analysators” die Injektionstrajektorie, der die Ionen folgen müssen, um in den Analysator einzutreten, so dass sie sich anschließend entlang des Laufpfades des Analysators bewegen. Dem Fachmann ist klar, dass die Injektionstrajektorie des Analysators und der Laufpfad des Analysators endliche Raumvolumen sind, innerhalb derer sich Ionen bewegen, auch wenn sie möglicherweise als Linien dargestellt sind.
US-Patent 5,569,917 beschreibt das gleichzeitige Anlegen von Extraktionspotenzialen von entgegengesetzter Polarität von ähnlicher Größenordnung an die zwei Endkappen einer 3D-Quadrupol-Ionenfalle, um Ionen in einem kollimierten Strahl auszuwerfen. Der Strahl wurde dann zur Verwendung in einem TOF-Massenspektrometer nachbeschleunigt.
US-Patent 6,380,666 beschreibt das gleichzeitige Anlegen von Extraktionspotenzialen von entgegengesetzter Polarität von verschiedenen Größenordnungen an die zwei Endkappen einer 3D-Quadrupol-Ionenfalle ohne Nachbeschleunigung.
US-Patent 6,483,244 beschreibt eine 3D-Quadrupol-Ionenfalle und eine elektronische Anordnung mit Schaltern, wobei die HF-Fangspannung rasch auf null gesetzt wird und Extraktionsspannungen zu fast derselben Zeit an die Endkappenelektroden angelegt werden, da das HF-Potenzial beendet wird. In dieser Anordnung kann die HF-Fangspannung in jedem beliebigen ausgewählten Teil des HF-Zyklus durch Betätigen der Schalter beendet werden. Bei Beendigung des HF-Fangpotenzials nähert sich das HF-Fangpotenzial, das tatsächlich an der Ringelektrode der Ionenfalle anliegt, null mit einer Zeitkonstante, die durch die Kapazität zwischen den Elektroden der Falle und dem inneren Widerstand der Schalter bestimmt wird. Diese Zeitkonstante ist klein genug, um zu verhindern, dass die Ionen aus der Ionenfallenregion entweichen. Jedoch bleibt das Problem des abrupten Stoppens der HF-Spannung im Moment ihrer maximalen Spanne aufgrund der beträchtlichen Kapazität der Fallenelektroden ungelöst.
US-Patent 7,250,600 beschreibt eine 3D-Quadrupol-Ionenfalle, wobei das HF-Fangpotenzial in einer Weise beendet wird, welche die räumliche Verteilung von Ionen innerhalb der Falle zu dem Zeitpunkt minimiert, wo das Auswurfpotenzial angelegt wird. Die Ionen innerhalb der Falle bewegen sich unter dem Einfluss des HF-Feldes innerhalb der Falle und bewegen sich dabei von einem größeren Raumvolumen innerhalb der Falle zu einem kleineren Volumen als eine Funktion der Phase des an die Fallenringelektrode angelegten HF-Potenzials. Das HF-Fangpotenzial wird zu einer Zeit beendet, wenn Ionen einer gegebenen Polarität zu dem kleineren Volumen konvergieren oder konvergiert haben und die Ionen aus der Falle aus einem kleineren Volumen innerhalb der Falle ausgeworfen werden, wodurch die Variation der Ausgangspositionen der ausgeworfenen Ionen minimiert werden. Das HF-Fangpotenzial wird an einem Nulldurchgangspunkt beendet, d. h. zu einer Zeit, wo sich das zeitveränderliche Potenzial momentan auf dem Nullpotenzial befindet. Aufgrund der verschiedenen elektronischen Komponenten, die mit der Falle verbunden sind, könnte das HF-Potenzial in dieser Anordnung nicht sofort beendet werden, und eine Zeitverzögerung zwischen der versuchten Beendigung des HF-Potenzials und dem Anlegen des Auswurfimpulses wurde bereitgestellt. Es wird erläutert, dass während dieses Zeitraums die Ionen keinen Fangeffekt erfahren und sich frei bewegen und dispergieren können, und das Vorhandensein einer großen Zeitverzögerung wird nicht empfohlen.
US-Patent 7,256,397 beschreibt eine 3D-Quadrupol-Ionenfalle, wobei die an die Ringelektrode angelegte HF-Fangspannung in einer zuvor festgelegten Phase beendet wird und nach einem zuvor festgelegten Zeitraum ein Auswurfpotenzial an die Endkappenelektroden angelegt wird, wobei die zuvor festgelegte Phase und der zuvor festgelegte Zeitraum so gewählt werden, dass das tatsächliche Potenzial an der Ringelektrode nach dem zuvor festgelegten Zeitraum ungeachtet der Amplitude der HF-Spannung das gleiche ist, wenn es beendet wird. Auf diese Weise kann eine Zeit, zu der das Auswurfpotenzial angelegt wird, festgestellt werden, so dass die tatsächliche Spannung an der Ringelektrode ungeachtet des eingefangenen m/z-Bereichs (der durch die Amplitude des angelegten HF-Fangpotenzials bestimmt wird) die gleiche ist und die Zeitverzögerung, während der kein Quadrupol-Feld innerhalb der Falle existiert und in der Ionen dispergieren können, minimiert wird.
US-Patentanmeldung 2014/0008533 beschreibt eine 3D-Quadrupol-Ionenfalle, bei der eine einphasige HF-Fangspannung an beide Endkappenelektroden angelegt wird und die kurz vor einem Nulldurchgangspunkt heruntergeschaltet wird, an dem sich die Ionenwolke räumlich zusammenzieht. Ein Gleichstrom-Extraktionspotenzial wird dann an mindestens eine der zwei Endkappenelektroden angelegt.
US-Patent 5,763,878 beschreibt eine lineare Mehrpol-Ionenfalle mit orthogonalem Auswurf von Ionen. Der Mehrpol kann von unterschiedlicher Form sein, einschließlich Hexapol-, Quadrupol- und verzerrte Quadrupol-Anordnungen. Für den Ionenauswurf wird das HF-Fangpotenzial an einem Nulldurchgangspunkt beendet, und Auswurfpotenziale werden an verschiedene Elektroden angelegt, um ein ungefähr gleichmäßiges Feld innerhalb eines Abschnitts der Falle zu erzeugen.
US-Patente 7,498,571 und 8,030,613 beschreiben einen elektrischen Schaltkreis, der einen geschalteten Nebenschluss enthält, um eine Sekundärwicklung des HF-Spannungstreibers kurzzuschließen, um zu rasch das HF-Fangpotenzial abzuschalten. Ein Gleichstrom-Auswurfpotenzial kann dann mit oder ohne Zeitverzögerung für einen axialen oder orthogonalen Auswurf aus einer linearen Quadrupol-Falle angelegt werden. Das HF-Fangpotenzial wird an einem Nulldurchgangspunkt rasch abgeschaltet.
Wenn ein Extraktionsfeld E_x an eine Ionenfalle angelegt wird, so kommt es notwendigerweise zu einer Variation des innerhalb des Fallenvolumens induzierten Potenzials, wobei ein Potenzialgradient in der Auswurfrichtung für Ionen einer gewählten Polarität vorhanden ist. Dementsprechend werden Ionen an verschiedenen räumlichen Positionen innerhalb der Falle, die sich an verschiedenen Positionen auf dem Potenzialgradienten befinden, unterschiedlichen Potenzialänderungen unterzogen, wenn sie sich zum Eingang des Massenanalysators bewegen. Die räumliche Verteilung δx in der Richtung der Extraktionsachse x innerhalb der Ionenfalle erzeugt eine Verteilung kinetischer Energie, wenn die Ionen beim Massenanalysator ankommen, δK = q·E_x·δx, wobei q die Ladung an den Ionen ist. Wie oben beschrieben, haben sich Verfahren zur Ionenextraktion des Standes der Technik mit dem Verringern der räumlichen Verteilung von Ionen innerhalb der Falle im Moment des Auswurfs befasst, vor allem wie im US-Patent 7,250,600 beschrieben, und dies reduziert die Verteilung der kinetischen Energie der Ionen, die am Massenanalysator ankommen.
Jedoch kann ein zeitlicher oder Laufzeitfokus gebildet werden, wo Ionen, die in dem Moment, in dem das Ionenauswurffeld angelegt wurde, am weitesten von dem Massenanalysator entfernt waren, den größten Potenzialabfall durchlaufen und somit die höchste kinetische Energie haben, und anschließend Ionen überholen, die in dem Moment, wo das Ionenauswurffeld angelegt wurde, dem Massenanalysator am nächsten waren. Es kann ein zeitlicher Fokus gebildet werden, der mit einer gewünschten Stelle innerhalb eines Massenspektrometers übereinstimmt, und kann auf eine andere Stelle abgebildet werden, wie zum Beispiel eine Detektorebene in einem TOF-Massenspektrometer. Wo ein zeitlicher Fokus gebildet wird, wird die zeitliche Verteilung von Ionen an dem zeitlichen Fokus nicht durch die anfängliche räumliche Verteilung δx in der Richtung der Extraktionsachse x innerhalb der Ionenfalle dominiert, sondern wird statt dessen vor allem durch die anfängliche Geschwindigkeitsverteilung in der Richtung der Extraktionsachse δv_x der Ionen in der Falle bestimmt.
In der Regel haben Ionen eine Verteilung bei den Geschwindigkeiten im Bereich von –δv_x/2 bis +δv_x/2 in dem Moment, wo das Extraktionsfeld angelegt wird. Wenn ein erstes Ion eine Geschwindigkeit –δv_x/2 hat, mit der es sich über einen Zeitraum von dem Massenspektrometer fortbewegt, so dauert es eine Zeit δt = m. δv_x/q·E_x, um sich fort zu bewegen, umzukehren und zu seiner ursprünglichen Stelle zurückzukehren. Derweil hat sich ein zweites Ion, das von derselben Position aus mit der Geschwindigkeit +δv_x/2 startet, in Richtung des Massenspektrometers bewegt. Die Zeitdifferenz δt zwischen diesen zwei Ionen kann in der Praxis nicht kompensiert werden, da die Ionen keine Eigenschaften besitzen, anhand derer sie sich voneinander unterscheiden lassen, weil sie die gleiche Energie haben und vom selben Punkt ausgehen, und δt stellt die dominierende zeitliche Verteilung der Ionen in einem zeitlichen Fokus dar. Die Zeitdifferenz δt nennt man die Umlaufzeit (aus verständlichen Gründen). Diese zeitliche Verteilung begrenzt direkt das Massenauflösungsvermögen, das durch das Massenspektrometer erreicht werden kann, zum Beispiel gemäß t_TOF/2·δt für ein TOF-Massenspektrometer, wobei t_TOF die Gesamtlaufzeit des Ions vom Startpunkt innerhalb des Ejektors zum Detektor des Spektrometers ist.
Wenn also ein zeitlicher Fokus gebildet wird, so ist es wünschenswert, Ionen nicht in einer Weise zu extrahieren, die ihre räumliche Verteilung δx innerhalb der Ionenfalle minimiert, wie es in einigen der oben genannten Schriften des Standes der Technik gelehrt wird, sondern statt dessen ihre Geschwindigkeitsverteilung δv_x innerhalb der Falle im Moment des Auswurfs zu minimieren.
Im US-Patent 7,897,916 ist vorgeschlagen worden, dass eine zusätzliche Geschwindigkeitsverteilung in den Ionen induziert werden kann, wenn sich beim Anlegen des Extraktionsfeldes das HF-Fangfeld noch nicht stabilisiert hat, und dass es wichtig ist, das HF-Fangfeld rasch auf sehr niedrige Werte zu terminieren, um diesen Effekt zu minimieren. Wie aber bereits besprochen wurde, ist es in der Praxis schwierig, das HF-Fangfeld zu unterdrücken, wenn es zu einer anderen Zeit beendet wird zu der Zeit, wo sich das HF-Potenzial an einem Nulldurchgangspunkt befindet.
In einer HF-Quadrupol-Ionenfalle, die ein Puffergas enthält, wobei die Ionen aufgrund der Kollisionen mit den Gasmolekülen thermalisiert wurden, oszilliert das Ionenensemble bekanntlich phasengleich mit dem an die Fallenelektroden angelegten HF-Potenzial über einen weiten Bereich von m/z. Phasenraumvolumen wird eingespart, und wenn die Ionen auf ihre kleinste Ausdehnung in einer bestimmten Richtung begrenzt werden, so besitzen sie ihre maximale Geschwindigkeitsverteilung in dieser Richtung (die Ionentrajektorien überkreuzen einander). Wenn umgekehrt die Ionen ihre größten räumliche Ausdehnung in einer bestimmten Richtung haben, so besitzen sie die kleinste Geschwindigkeitsverteilung in dieser Richtung. Wenn sich in einer linearen Quadrupol-Ionenfalle das HF-Potenzial an den x Stäben auf einer maximalen positiven Spannung befindet, so haben Ionen einer positiven Polarität ihre größte räumliche Ausdehnung in x, und zu dieser Zeit besitzen die Ionen ihre kleinste Geschwindigkeitsverteilung in x. Doch während dies der wünschenswerteste Moment ist, in dem die Ionen auszuwerfen sind, um die geringste Geschwindigkeitsverteilung in der x-Richtung zu erreichen, befinden sich die an die Stäbe angelegten HF-Potenziale in diesem Moment auf einem Maximum, das mehrere tausend Volt betragen kann; und wie bereits beschrieben wurde, es ist in der Praxis schwierig, die Potenziale an den Stabelektroden rasch zu beenden, wenn sich die Spannungen aufgrund der Kapazität der Fallenelektroden auf einem Maximum befinden.
Das europäische Patent 1302973 beschreibt eine 3D-Quadrupol-Ionenfalle in Kombination mit einem orthogonalen Ejektor und einem TOF-Massenspektrometer. Ionen werden aus der Quadrupol-Ionenfalle ausgeworfen, die ein Puffergas enthält (mitunter als ein Kollisionsgas bezeichnet), um die Ionen durch mehrere Kollisionen zu kühlen, und die Ionen bewegen sich in eine Region mit höherem Vakuum für eine anschließende orthogonale Beschleunigung. Ein hohes Beschleunigungspotenzial wird nur an den orthogonalen Ejektor angelegt, und dies reduziert die Anzahl der energiereichen Kollisionen zwischen den molekularen Stichprobenionen und den Gasmolekülen, wodurch die Dissoziierung der Stichprobenionen verringert wird. Der m/z-Bereich von Ionen, die in das Massenspektrometer gelassen werden, wird durch die Verteilung von Geschwindigkeiten in der Auswurfrichtung der Falle begrenzt, und es wurden zwei Mittel zum Verringern der Geschwindigkeitsverteilung von Ionen beschrieben: (1) Vergrößern des Auswurffeldes innerhalb der Falle während der Zeit des Auswurf, und (2) Variieren eines elektrischen Feldes in der Region zwischen der Falle und dem orthogonalen Ejektor. Aufgrund der Verwendung eines orthogonalen Extraktors beeinflusst die Geschwindigkeitsverteilung in der Auswurfrichtung der Falle nicht die Massenauflösung des TOF-Massenspektrometers; vielmehr ist die Geschwindigkeitsverteilung in der Richtung der Laufzeit in dem Spektrometer ein begrenzender Faktor. Es wurden keine Mittel beschrieben, wie man das begrenzen kann.
US-Patent 7,897,916 beschreibt eine lineare Quadrupol-Ionenfalle mit orthogonalem Auswurf von Ionen durch einen Schlitz in einer der Stabelektroden zu einem TOF-Massenanalysator. In einer Ausführungsform ist die Falle direkt mit dem TOF-Massenanalysator verbunden; in einer anderen Ausführungsform sendet die Falle Ionen an einen orthogonalen Ejektor, der Ionen in den TOF-Massenanalysator schickt. Die Ionenfalle wird mit einer sogenannten „digitalen Ansteuerung” angesteuert, wobei die an die Elektroden angelegten Potenziale nicht sinusförmig sind, sondern schnell geschaltete Gleichstrompotenziale sind, die zwischen negativen und positiven Werten geschaltet werden, wobei jedem Wert eine gleiche Zeit zugemessen wird, so dass eine Rechteckwellenansteuerung mit einem Arbeitszyklus von 50% gebildet wird. Unmittelbar vor dem Auswurf wird der Zeitraum der geschalteten Rechteckwelle vergrößert, und kurz darauf wird ein Extraktionsimpuls angelegt. Die Fangpotenziale können sein angeordnet werden, dass eine einzelne Phase an ein einzelnes Paar gegenüberliegender Stabelektroden angelegt wird und die entgegengesetzte Phase an das andere Paar gegenüberliegender Stabelektroden gesendet wird, oder alternativ braucht nur eine einzige Phase verwendet zu werden, die nur in ein einziges Paar gegenüberliegender Stabelektroden eingespeist wird, und das andere Paar gegenüberliegender Stabelektroden ist auf 0 V, bis ein Extraktionsimpuls an sie angelegt wird. Im letzteren Fall wird das geschaltete Fangpotenzial kontinuierlich an das Paar Stabelektroden während der Auswurfphase angelegt, und nur der Schaltzeitraum wird vor dem Auswurf vergrößert. Der Auswurf von Ionen wurde auf die Phase abgeglichen, für die die Energieverteilung von Ionen in einer gewünschten Richtung auf einem Minimum lag. Die gewünschte Richtung wurde in Abhängigkeit von der Ausführungsform variiert: Wenn Ionen direkt aus der Falle zu dem TOF-Massenspektrometer ausgeworfen wurden, so lag die gewünschte Richtung in der Auswurfrichtung der Falle, da dies die Richtung der Laufzeit in dem TOF-Massenspektrometer war; wenn die Ionen aus der Falle zu einem orthogonalen Ejektor ausgeworfen wurden, so lag die gewünschte Richtung orthogonal zur Auswurfrichtung der Falle, so dass sie allgemein auf die Richtung der Laufzeit in dem TOF-Massenspektrometer ausgerichtet war. Aufgrund der Verwendung abgestufter Gleichstrom-Fangpotenziale war das elektrische Feld innerhalb der Quadrupol-Ionenfalle während der Periode des Ionenauswurfs konstant, wenn auch auf einer hohen Amplitude. Jedoch ist die Verwendung einer quadratischen oder rechteckigen Wellenform mit praktischen Schwierigkeiten verbunden, da es notwendigerweise das abrupte Umschalten großer Spannungen mit hoher Geschwindigkeit beinhaltet. Die praktische Umsetzung dieser Herangehensweise ist schwierig, weil jedes abrupte Umschalten der HF-Spannung ein Wiederaufladen der Kapazität beinhaltet, die durch die Fallenelektroden gebildet wird. Im Gegensatz zum Fall der sinusförmigen Wellenform in einem HF-Tank wird die in der Kapazität gespeicherte elektrische Energie nicht durch eine Magnetspule zurückgewonnen, sondern muss dissipiert werden. Ein Spannungs-„Überschwingen” ist ebenfalls sehr schwer zu vermeiden.
In Anbetracht des oben Dargelegten wurde die vorliegende Erfindung erdacht.
Kurzdarstellung der Erfindung
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Auswerfen von zu analysierenden Ionen aus einer Quadrupol-Ionenfalle bereitgestellt, in der ein Fangfeld durch eine oder mehrere HF-Spannungen erzeugt wird, die an eine oder mehrere Elektroden der Falle angelegt wird, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Kühlen der zu analysierenden Ionen innerhalb der Quadrupol-Ionenfalle, bis die Ionen thermalisiert sind; Verringern der Amplitude einer oder mehrerer an die Quadrupol-Ionenfalle angelegter HF-Spannungen und Anlegen der einen oder der mehreren HF-Spannungen mit reduzierter Amplitude über einen halben Zyklus nachdem die eine oder die mehreren HF-Spannungen einen Nulldurchgangspunkt erreicht haben; Abschalten der an die Quadrupol-Ionenfalle angelegten HF-Spannungen; und Auswerfen der zu analysierenden Ionen der Quadrupol-Ionenfalle.
Gemäß einem weiteren unabhängigen Aspekt der Erfindung wird ein Ionenejektorsystem für einen Massenanalysator bereitgestellt, das Folgendes umfasst: eine Quadrupol-Ionenfalle zum Aufnehmen eines Puffergases; eine HF-Stromversorgung mit einem oder mehreren Ausgängen, die elektrisch mit einer oder mehreren Elektroden der Quadrupol-Ionenfalle verbunden sind; eine Auswurf-Stromversorgung mit einem oder mehreren Ausgängen, die elektrisch mit einer oder mehreren Elektroden der Quadrupol-Ionenfalle verbunden sind; und einen Controller, der elektrisch mit der HF-Stromversorgung und der Auswurf-Stromversorgung verbunden ist, wobei der Controller für Folgendes ausgelegt ist: Veranlassen der HF-Stromversorgung, eine oder mehrere HF-Spannungen mit einer ersten Amplitude an eine oder mehrere Elektroden der Ionenfalle über einen ersten Zeitraum auszugeben, wobei der erste Zeitraum ausreicht, damit Ionen innerhalb der Quadrupol-Ionenfalle aufgrund der Kollisionen mit dem Puffergas thermalisiert werden; Veranlassen der HF-Stromversorgung nach dem ersten Zeitraum, eine oder mehrere HF-Spannungen mit einer zweiten Amplitude an eine oder mehrere Elektroden der Quadrupol-Ionenfalle über einen halben Zyklus auszugeben, nachdem eine oder die mehreren HF-Spannungen einen Nulldurchgangspunkt erreicht haben, wobei die zweite Amplitude kleiner ist als die erste Amplitude; Veranlassen der HF-Stromversorgung, die an die Quadrupol-Ionenfalle angelegten HF-Spannungen; Veranlassen der Auswurf-Stromversorgung, eine oder mehrere Auswurfspannungen an die Quadrupol-Ionenfalle auszugeben.
Es ist wünschenswert, die Ionen aus der Quadrupol-Ionenfalle in einer Weise auszuwerfen, welche die Geschwindigkeitsverteilung in einer bevorzugten Richtung minimiert. Die bevorzugte Richtung kann in Ausführungsformen, wo die Quadrupol-Ionenfalle Ionen direkt in den Analysator auswirft, allgemein in der Richtung einer Injektionstrajektorie des Analysators liegen. Alternativ kann die bevorzugte Richtung in Ausführungsformen, wo die Quadrupol-Ionenfalle Ionen in einen orthogonalen Ejektor auswirft und Ionen aus dem orthogonalen Ejektor in den Massenanalysator ausgeworfen werden, im Wesentlichen orthogonal zur Injektionstrajektorie des Analysators liegen. Es versteht sich, dass Ionen um einen Winkel abgelenkt werden können, nachdem sie die Quadrupol-Ionenfalle verlassen haben, so dass sie anschließend entlang einer Injektionstrajektorie in einen Analysator eintreten, oder so, dass sie in einen orthogonalen Ejektor eintreten, wobei in diesem Fall die bevorzugte Richtung in einem Winkel zur Injektionstrajektorie geneigt sein kann bzw. in einem Winkel zur Orthogonalen der Injektionstrajektorie geneigt sein kann.
Jedoch besitzen thermalisierte Ionen, wie oben beschrieben wurde, innerhalb einer Quadrupol-Ionenfalle eine Mindest-Geschwindigkeitsverteilung, wenn sich das eine oder die mehreren angelegten HF-Fangpotenziale auf einer maximalen Amplitude befinden, d. h. wenn das eine oder die mehreren angelegten HF-Fangpotenziale sich nicht an einem Nulldurchgangspunkt befinden. Die maximale Amplitude der HF-Fangpotenziale kann Tausende von Volt betragen, und wie oben angemerkt, ist es aufgrund der Kapazität der Fallenelektroden und der zugehörigen elektronischen Schaltungen nicht durchführbar, diese Potenziale innerhalb eines sehr kurzen Zeitraums (d. h. viel weniger als ein HF-Zyklus) auf nahe null zu reduzieren. Die vorliegende Erfindung überwindet diese Beschränkungen.
Die Ionen werden innerhalb der Quadrupol-Ionenfalle durch Kollisionen mit einem in die Quadrupol-Ionenfalle eingeleiteten Puffergas bis zur Thermalisierung abgekühlt, indem die Ionen durch Kollisionsprozesse Energie an Gas verlieren, bis die Ionen auf ungefähr die Gastemperatur abgekühlt sind. Bei einem Gasdruck zwischen 10^–4–10^–2 mBar liegt die Zeit zur Erreichung einer Thermalisierung zwischen 10⁴ und 10² HF-Zyklen der HF-Stromversorgung, was auch von der Masse der Ionen und der Masse des Gases abhängt. Bei Thermalisierung nehmen die Ionen eine durchschnittliche kinetische Energie δε nahe 1.5k_bT an, wobei T die Puffergastemperatur ist und k_b die Boltzmannkonstante ist. Unter den Bedingungen der Thermalisierung in einer HF-Quadrupol-Falle oszilliert das Ionenensemble bekanntlich phasengleich mit der HF-Spannung. Wenn die HF-Spannung die maximale Amplitude hat, so erreicht die momentane räumliche Verteilung δx ihren Maximal- oder Minimalwert in Abhängigkeit von der Polarität der angelegten Spannungen und der Polarität der Ionen. Dementsprechend nimmt die Geschwindigkeitsverteilung δ_v zwei verschiedene Werte an, womit das Produkt δxδv gemäß dem Phasenvolumenerhaltungsgesetz konstant gehalten wird. Um die oben angesprochenen Schwierigkeiten beim Beenden der HF-Fangpotenziale, wenn sie sich auf ihrer maximalen Amplitude befinden, zu vermeiden, können die HF-Fangpotenziale an einem Nulldurchgangspunkt beendet werden. Jedoch besitzen die Ionen innerhalb des Ionenensembles vergrößerte Geschwindigkeitsverteilungen an den Nulldurchgangspunkten, wobei die zusätzliche Geschwindigkeitsverteilung mit dem Übergang vom minimalen δx zum maximalen δx oder in der entgegengesetzten Richtung im Zusammenhang steht. An den Nulldurchgangspunkten überschreitet die durchschnittliche Energie der Ionen die thermische Energie um einen Faktor von drei (für ein hohes m/z) oder noch mehr (für ein niedrigeres m/z).
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Amplitude des einen oder der mehreren HF-Fangpotenziale über einen halben Zyklus nach einem Nulldurchgangspunkt reduziert. Nach diesem halben Zyklus werden, wenn das eine oder die mehreren angelegten HF-Fangpotenziale den nächsten Nulldurchgangspunkt erreichen, diese Potenziale abgeschaltet. Überraschenderweise bewirkt die Verringerung der Amplitude der HF-Fangpotenziale über einen halben Zyklus eine Modifizierung der Ionentrajektorien innerhalb der Quadrupol-Ionenfalle dergestalt, dass die Ionen nach dem halben Zyklus ein Minimum ihrer Geschwindigkeitsverteilung besitzen. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung verlangsamt die Änderungen der Geschwindigkeit während des halben Zyklus und verschiebt somit praktisch den Zeitpunkt, wann das Ionenensemble die Minimum-Geschwindigkeitsverteilung erreicht, auf einen späteren Moment, der mit dem nächsten Nulldurchgangspunkt zusammentrifft. Die Minimum-Geschwindigkeitsverteilung ist erreicht, wenn das eine oder die mehreren angelegten HF-Fangpotenziale am nächsten Nulldurchgangspunkt sind, und können ohne Weiteres beendet werden, und ein Extraktionsfeld kann angelegt werden. In einigen Ausführungsformen kann das Extraktionsfeld angelegt werden, kurz bevor die HF-Fangpotenziale den Nulldurchgangspunkt erreicht haben, solange die extrahierten Ionen die Falle verlassen, nachdem die HF-Fangpotenziale den Nulldurchgangspunkt erreicht haben. Aufgrund der Verringerung der Amplitude der HF-Spannung über einen halben Zyklus wird der Q-Parameter der Mathieu-Stabilitätsgleichung innerhalb der Falle über einen Zeitraum reduziert, und die Evolution der Ionenverteilung wird langsamer. Infolge dessen werden die maximale räumliche Verteilung und die minimale Geschwindigkeitsverteilung später erreicht. Es ist wichtig, dass kein neues thermisches Gleichgewicht für den modifizierten Q-Parameter während des halben Zykluszeitraums erreicht wird, und dies wird erreicht, weil während dieser Zeit keine genügende Anzahl von Kollisionen für den in der Falle verwendeten Gasdruck stattfindet. Das kleinere Phasenvolumen, das für höhere Werte von Q typisch ist, wird praktisch während des halben Zykluszeitraums bis zur Extraktion konserviert.
Durch Auswählen des Nulldurchgangspunktes zum Initiieren der Verringerung der HF-Amplitude besitzen die extrahierten Ionen eine Minimum-Geschwindigkeitsverteilung in einer bevorzugten Richtung, und die bevorzugte Richtung (x oder y) kann ausgewählt werden. Normalerweise ist eine Mischung von Ionen mit verschiedenen m/z-Verhältnissen in einer HF-Ionenfalle vorhanden, und alle werden gleichzeitig extrahiert. Vorteilhafterweise behalten Ionen eines weiten Bereichs von m/z ihre Minimum-Geschwindigkeitsverteilungen beinahe gleichzeitig, nämlich, wenn das eine oder die mehreren angelegten HF-Fangpotenziale den nächsten Nulldurchgangspunkt erreichen, einen halben Zyklus, nachdem die Amplituden der einen oder der mehreren HF-Spannungen reduziert wurden. Dies erlaubt eine Verringerung der Umlaufzeit für alle Arten von Ionenspezies, die in der HF-Quadrupol-Falle gespeichert sind, wobei sich der Q-Parameter der Mathieu-Gleichung von Q_min ≈ 0.01 bis Q_max ≈ 0.901 erstreckt, der Mindestwert dem praktischen Minimum der ponderomotorische Kraft entspricht und der Maximalwert der Niedrigmassengrenze der Stabilitätsregion entspricht.
Wenn die Quadrupol-Ionenfalle eine lineare Falle ist, so umfasst sie bevorzugt vier Elektroden, die sich allgemein parallel zu einer Achse erstrecken, wobei die vier Elektroden zwei gegenüberliegende Paare von Elektroden umfassen, wobei an ein erstes gegenüberliegendes Paar Elektroden eine erste HF-Spannung angelegt wird und an ein zweites gegenüberliegendes Paar Elektroden eine zweite HF-Spannung angelegt wird, wobei die erste und die zweite HF-Spannung von entgegengesetzten Polaritäten sind. Wenn die Quadrupol-Ionenfalle eine 3D-Falle ist, so umfasst sie bevorzugt eine Ringelektrode und zwei Endkappenelektroden. Für eine solche 3D-Falle können drei alternative Betriebsverfahren verwendet werden. In einem ersten Verfahren kann an die Ringelektrode eine erste HF-Spannung angelegt werden, und an die Endkappenelektroden wird eine zweite HF-Spannung angelegt, wobei die erste und die zweite HF-Spannung von entgegengesetzten Polaritäten sind. In einem zweiten Verfahren kann an die Ringelektrode eine erste HF-Spannung angelegt werden, und an die Endkappenelektroden wird eine Dauerspannung angelegt. In einem dritten Verfahren wird an die Ringelektrode eine Dauerspannung angelegt, und an beide Endkappen wird eine erste HF-Spannung angelegt. Die eine oder die mehreren angelegten HF-Spannungen sind bevorzugt Spannungen, die in einer sinusförmigen Weise in der Zeit variieren. In einer alternativen Ausführungsform, aber mit größerer praktischer Schwierigkeit, können die eine oder die mehreren HF-Spannungen gemäß einer beliebigen anderen Welle in der Zeit variieren, einschließlich einer quadratischen oder rechteckigen Wellenform.
In dem Verfahren der vorliegenden Erfindung, wo zwei HF-Spannungen an Elektroden der Quadrupol-Ionenfalle angelegt werden, kann der Schritt des Verringerns der Amplitude einer oder mehrerer HF-Spannungen Folgendes umfassen: (1) Verringern der Amplitude sowohl der ersten als auch der zweiten HF-Spannung um einen Faktor d; oder (2) Verringern der Amplitude nur einer der ersten und der zweiten HF-Spannung im Wesentlichen auf null. Das Verringern der Amplitude nur einer der ersten und der zweiten HF-Spannung im Wesentlichen auf null ist äquivalent zum Verringern der Amplitude sowohl der ersten als auch der zweiten HF-Spannung um einen Faktor von 0,5 (d. h. d = 0,5), weil die Ionenbewegung durch Differenzen der angelegten Spannungen und nicht durch die absoluten Werte bestimmt wird. Alternativ kann in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung, wo zwei HF-Spannungen an Elektroden der Quadrupol-Ionenfalle angelegt werden, der Schritt des Verringerns der Amplitude einer oder mehrerer HF-Spannungen Folgendes umfassen: (3) Ändern der Amplitude der ersten HF-Spannung um einen Faktor e, und Ändern der Amplitude der zweiten HF-Spannung um einen Faktor f, wobei die Änderungen an den Amplituden so vorgenommen werden, dass (e + f)/2 kleiner als 1 ist. Die Menge (e + f)/2 = d_effektiv und das Ändern der Amplitude beider HF-Spannungen auf diese Weise ist äquivalent zum Verringern der Amplitude beider HF-Spannungen um den Faktor d_effektiv. Dementsprechend ist in Ausführungsformen, wo ein Ionenejektorsystem für einen Massenanalysator bereitgestellt wird, der Controller dafür ausgelegt, die HF-Stromversorgung nach dem ersten Zeitraum zu veranlassen, die erste HF-Spannung mit einer zweiten Amplitude und die zweite HF-Spannung mit einer dritten Amplitude auszugeben, wobei die zweite Amplitude ein Faktor e der ersten Amplitude ist und die dritte Amplitude ein Faktor f der ersten Amplitude ist, wobei (e + f)/2 kleiner als 1 ist.
Alternativ kann, wenn nur eine einzige HF-Spannung an die Quadrupol-Ionenfalle angelegt wird, der Schritt des Verringerns der Amplitude einer oder mehrerer HF-Spannungen das Verringern der Amplitude der ersten HF-Spannung um einen Faktor d umfassen.
Bevorzugt liegt d innerhalb des Bereichs von 0,3 bis 0,7. Besonders bevorzugt liegt d innerhalb des Bereichs von 0,4 bis 0,6. Ganz besonders bevorzugt liegt d innerhalb des Bereichs von 0,45 bis 0,55. Bevorzugt liegt (e + f)/2 innerhalb des Bereichs 0,3 bis 0,7. Besonders bevorzugt liegt (e + f)/2 innerhalb des Bereichs 0,4 bis 0,6. Ganz besonders bevorzugt liegt (e + f)/2 innerhalb des Bereichs 0,45 bis 0,55.
Wenn die Quadrupol-Ionenfalle eine lineare Falle ist, die vier Elektroden umfasst, die allgemein parallel zu einer Achse verlaufen, so verlaufen die Elektroden der linearen Ionenfalle möglicherweise nicht exakt parallel, d. h. die Fallenelektroden können verjüngend oder gekrümmt zueinander oder voneinander fort verlaufen, während sie allgemein parallel zu der Achse verlaufen (wie zum Beispiel in WO 2008/081334 gezeigt), und die Achse braucht keinem geraden Pfad zu folgen, d. h. die Fallenachse kann gekrümmt sein (wie zum Beispiel in WO 2008/081334 beschrieben). Die vorliegende Erfindung kann auf solche linearen Ionenfallen angewendet werden. Im Sinne des vorliegenden Textes enthält „Elektroden, die allgemein parallel zu einer Achse verlaufen” Elektroden, die verjüngend oder gekrümmt zueinander oder voneinander fort verlaufen, während sie allgemein parallel zu der Achse verlaufen, und/oder enthält Elektroden, die allgemein parallel zu einer gekrümmten Achse verlaufen.
Es ist zweckmäßig, die Quadrupol-Ionenfalle in einem ersten stabilen Versatzpotenzial relativen zur Erde zu betreiben, während die Falle mit Ionen gefüllt wird, und dann den Versatz zu einen zweiten Versatzpotenzial zu ändern, bevor der Ionenauswurf erfolgt. An alle Elektroden der Ionenfalle wird in diese Fall das gleiche Versatzpotenzial angelegt. Auf diese Weise kann die Ionenfalle während des Ladens von Ionen nahe oder auf Erdungspotenzial arbeiten; dann kann die potenzielle Energie der in der Falle enthaltenen Ionen relativ zu einem Massenanalysator angehoben werden, und dann beschleunigen die Ionen nach dem Auswerfen aus der Falle auf eine kinetische Energie, die zur Verwendung in dem Massenanalysator geeignet ist. Dementsprechend kann Schritt (c) das Umschalten aller Fallenelektroden auf das gleiche Potenzial umfassen, und dieses Potenzial kann mehrere kV von dem ersten Versatzpotenzial entfernt liegen.
Zu analysierende Ionen werden aus der Quadrupol-Ionenfalle durch Anlegen einer oder mehrerer Auswurfspannungen an Elektroden der Falle ausgeworfen. Wenn die Quadrupol-Ionenfalle eine lineare Ionenfalle ist, die vier Elektroden umfasst, die sich allgemein parallel zu einer Achse erstrecken, wobei die vier Elektroden zwei gegenüberliegende Paare von Elektroden umfassen, so brauchen Auswurfspannungen nur an einige der vier Elektroden angelegt zu werden oder können an alle vier Elektroden angelegt werden. Wenn die Quadrupol-Ionenfalle eine 3D-Falle ist, die eine Ringelektrode und zwei Endkappenelektroden umfasst, so können die Auswurfspannungen an eine oder an beide der Endkappenelektroden angelegt werden. Zusätzlich kann eine Spannung an die Ringelektrode angelegt werden. Es kann wünschenswert sein, die eine oder die mehreren Auswurfspannungen nach einer Zeitverzögerung anzulegen, um sicherzustellen, dass die HF-Spannungen 0 V innerhalb einer gegebenen Spannungstoleranz erreicht haben, d. h. dass jegliches Overshoot oder Undershoot der terminierenden HF-Spannung auf innerhalb einer vorgegebenen Spannungstoleranz abgeklungen ist, bevor die eine oder die mehreren Auswurfspannungen angelegt werden. In diesem Fall werden bevorzugt die eine oder die mehreren Auswurfspannungen nach einer Zeitverzögerung angelegt, um sicherzustellen, dass sich die Spannungen von Fallenelektroden vor dem Anlegen der einen oder der mehreren Auswurfspannungen im Wesentlichen auf einen stabilen Zustand eingeschwungen haben. Bevorzugt beträgt die Zeitverzögerung weniger als 30% der Oszillationsperiode der HF-Spannungen.
In Ausführungsformen, wo die Ionen direkt in einen Analysator ausgeworfen werden, werden die zu analysierenden Ionen bevorzugt aus der Quadrupol-Ionenfalle in einer Auswurftrajektorie ausgeworfen, und der Nulldurchgangspunkt in Schritt (b) wird so gewählt, dass die zu analysierenden Ionen eine Geschwindigkeitsverteilung in der Auswurfrichtung haben, die geringer als die Geschwindigkeitsverteilung in einer Richtung orthogonal zur Auswurfrichtung ist. Bevorzugt werden die aus der Falle ausgeworfenen Ionen durch einen Laufzeit-Massenanalysator oder durch einen Elektrostatikfallen-Massenanalysator empfangen.
In Ausführungsformen, wo die aus der Falle ausgeworfenen Ionen in einem orthogonalen Ejektor empfangen werden, werden die zu analysierenden Ionen bevorzugt aus der Falle in einer Auswurfrichtung ausgeworfen, wobei die Auswurfrichtung allgemein orthogonal zu einer Injektionstrajektorie des Analysators verläuft, und der Nulldurchgangspunkt in Schritt (b) wird so gewählt, dass die zu analysierenden Ionen eine Geschwindigkeitsverteilung in der Richtung der Injektionstrajektorie des Analysators haben, die geringer als die Geschwindigkeitsverteilung in der Auswurfrichtung ist. Bevorzugt werden die zu analysierenden Ionen dann aus dem orthogonalen Ejektor in einen Laufzeit-Massenanalysator oder einen Elektrostatikfallen-Massenanalysator ausgeworfen.
Bevorzugt führt der Massenanalysator einen Schritt der Massenanalyse aus, um Informationen über die Anzahl von Ionen bereitzustellen, die oder mehrere Masse-zu-Ladung-Verhältnisse aufweisen. Bevorzugt umfassen die Informationen ein Massenspektrum.
Die vorliegende Erfindung kann mit einer Quadrupol-Ionenfalle, einer HF-Spannungsversorgung, die einen oder mehrere Ausgänge aufweist, einer Auswurfspannungsversorgung, die einen oder mehrere Ausgänge aufweist, und einen Controller implementiert werden, wobei der Controller dafür ausgelegt oder programmiert ist, die HF-Spannungsversorgungen und die Auswurfspannungsversorgungen zu veranlassen, dem Verfahren der Erfindung zu folgen. Der Controller kann einen Computer umfassen. Ein weiterer Aspekt der Erfindung stellt somit ein Computerprogramm bereit, das Module aus Programmcode zum Ausführen des Verfahrens der vorliegenden Erfindung aufweist (d. h. wenn das Programm auf einem Computer ausgeführt wird). Vorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung können ein Ionenejektorsystem enthalten, das eine Quadrupol-Ionenfalle, einen Massenanalysator und optional einen orthogonalen Ejektor, der zwischen der Quadrupol-Ionenfalle und dem Massenanalysator angeordnet ist, umfasst. Weitere optische Ionengeräte können dem Ionenejektorsystem vorgeschaltet werden, um verschiedene Ionenverarbeitungsschritte auszuführen.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Ionenpaket bereit, das Ionen mit geringeren Geschwindigkeitsverteilungen in einer bevorzugten Richtung unmittelbar vor dem Auswurf umfasst. Beim Auswurf kann ein solches ausgeworfenes Ionenpaket aufgrund der reduzierten anfänglichen Geschwindigkeitsverteilung das Erreichen eines höheren Massenauflösungsvermögens in einem anschließenden Schritt der Massenanalyse ermöglichen. Vorteilhafterweise können die Ionen aus der Falle in einem Prozess ausgeworfen werden, bei dem eine oder mehrere HF-Fangspannungen beendet werden, wenn sie einen Nulldurchgangspunkt erreichen, wobei die praktischen Schwierigkeiten überwunden werden, an denen Anordnungen des Standes der Technik leiden, bei denen es praktisch sehr schwierig ist, HF-Fangspannungen rasch zu beenden, wenn sie ihre maximalen Amplituden haben.
Weitere bevorzugte Merkmale und Vorteile der Erfindung werden in der Beschreibung und in den abhängigen Ansprüchen, die dem vorliegenden Text beigefügt sind, dargelegt.
Beschreibung der Figuren
1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer linearen Quadrupol-Ionenfalle zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt Beispiele von Spannungswellenformen, die gegen die Zeit aufgetragen sind, gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung, wobei drei verschiedene Ausführungsformen der Erfindung gezeigt sind, die dafür geeignet sind, positive Ionen aus einer Quadrupol-Falle auszuwerfen, die verringerte Geschwindigkeitsverteilungen in der Auswurfrichtung aufweisen. 2A enthält außerdem eine schematische Figur, die die Ausrichtung des Ionenauswurfs und Spannungen, die für eine Ausführungsform einer linearen Falle angelegt werden, zeigt.
3 ist ein Kurvendiagramm von R im Verhältnis zu Q, wobei R das Verhältnis der effektiven Temperatur von Ionen in der Auswurfrichtung zur Puffergastemperatur ist und Q der Mathieu-Stabilitätsparameter für die Quadrupol-Ionenfalle ist. Die Figur stellt Daten für einen Bereich von Werten d bereit, wobei d = V₁/V₀.
4A ist ein Kurvendiagramm der Spannungswellenformen im Verhältnis zur Zeit, das außerdem Punkte während bestimmter Phasen zeigt.
4B zeigt den Phasenraum in X von positiv geladenen thermalisierten Ionen innerhalb einer linearen Quadrupol-Ionenfalle, wie in 1 gezeigt, wobei die Spannungswellenformen von 4A an die Elektroden angelegt werden. Die Phasenraumdiagramme von 4B entsprechen den Parametern der Ionen während der in 4A angemerkten Phasen.
5 ist ein Phasenraumdiagramm in X, das die Pegellinien der Phase-Raumdichte-Funktion des Ionenensembles im Moment nach dem Zeitraum t₁, wenn der Übergangsprozess beginnt (Strichlinien-Ellipse), und nach dem weiteren Zeitraum t₂ eine halbe HF-Periode später (durchgezogene Ellipsen) zeigt.
6 ist ein vereinfachtes Schaubild einer elektronischen Anordnung, die zum Bereitstellen von HF-Fangspannungen und Auswurfspannungen geeignet ist, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die Figur enthält außerdem eine schematische Figur, die die Ausrichtung einer linearen Falle, die zur Verwendung mit der elektronischen Anordnung geeignet ist, und angelegte Spannungen zeigt.
7 zeigt ein gemessenes Ausgangssignal von der in 6 schematisch gezeigten elektronischen Anordnung und ist ein Kurvendiagramm von angelegten Spannungen V im Verhältnis zur Zeit. 7 zeigt drei verschiedene übereinandergelegte Amplitudenwellenformen (A, B, C), die drei verschiedene Fangzustände, die durch die elektronische Anordnung erzeugt werden können, als Beispiele darstellen.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Es werden nun verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anhand der folgenden Beispiele und der begleitenden Figuren beschrieben.
1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer linearen Quadrupol-Ionenfalle zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung. Die Falle 100 umfasst vier Elektroden 101, 102, 103, 104. Die Elektroden 101 und 102 liegen einander in der X-Richtung gegenüber, und die Elektroden 103, 104 liegen einander in der Y-Richtung gegenüber. Die Elektroden 101 und 102 sind senkrecht zu den Elektroden 103 und 104 ausgerichtet. Die Elektroden 101, 102, 103, 104 sind als flache Platten gezeigt, die jeweils eine Länge haben, die parallel zur Achse Z ausgerichtet ist, aber können auch runde Stäbe sein, die jeweils eine Achse parallel zur Achse Z haben. Alternativ können die Elektroden hyperbolische Oberflächen umfassen, die in Richtung der Achse Z weisen. Es werden auch andere Elektrodenformen in Betracht gezogen. Die Elektrode 101 hat einen Schlitz 120 zum Auswerfen von Ionen 121 aus der Falle 100 in der X-Richtung in Richtung des Massenspektrometers 160, das zum Beispiel ein TOF-Massenspektrometer oder ein FT-Massenspektrometer oder ein EST-Massenspektrometer sein kann.
Die Ionenfalle ist mit einem Puffergas, normalerweise Stickstoff, Helium oder ein sonstiges chemisch inertes Gas, mit einem Zwischendruck von 10^–4–10^–2 mBar gefüllt. Während des Akkumulierens, Speicherns und Kühlens der Ionen werden die entgegengesetzten Paare von Elektroden 101, 102 und 103, 104 durch die Hochfrequenzspannungen RF₁ und RF₂ aktiviert, die normalerweise die gleiche Frequenz f und Amplitude V₀ haben, aber relativ zueinander 180 Grad phasenverschoben sind. In der Regel kann die HF-Amplitude 400–1000 V betragen, und die Frequenz kann 0,5–5 MHz betragen.
In Ausführungsformen des Standes der Technik werden zu einem bestimmten Zeitpunkt die HF-Generatoren 130 und 140 abgeschaltet, und ein schneller bipolarer Spannungsimpuls wird an die Elektroden 101 und 102 von einem Gleichspannungsgenerator 150 angelegt. Die Ionen werden durch das elektrische Feld in der positiven X-Richtung beschleunigt und verlassen die Ionenfalle durch eine Schlitzöffnung 120 in der Elektrode 101. In der vorliegenden Erfindung wird ein anderer Auswurfprozess verwendet.
Die Elektroden 101, 102 sind elektrisch mit dem HF-Ansteuerkreis 130, der die Spannung RF₂ ausgibt, und auch mit der Extraktionsspannungsversorgung 150 über den Schalter 151 verbunden. Die Extraktionsspannungsversorgung 150 speist die Spannung V_Auswurf in die Elektroden 101 und 102 ein, wenn der Schalter 151 leitfähig gemacht wird. Die Elektroden 103, 104 sind elektrisch mit dem HF-Ansteuerkreis 140 verbunden, der die Spannung RF₁ ausgibt. Die Falle 100 umfasst außerdem Fangelektroden an jedem Ende der Falle, um die Ionen innerhalb des Fangvolumens 105 zu halten und zu verhindern, dass sie in Richtungen entweichen, die allgemein entlang der Z-Achse verlaufen; aber im Interesse der Klarheit sind diese Elektroden und ihre zugeordneten Spannungsversorgungen in der Figur weggelassen. Die Spannungen RF₁ und RF₂ sind periodisch variierende Spannungen in der Zeit (bevorzugt sinusförmig) und sind von entgegengesetzten Phasen.
Während des Betriebes wird ein Kollisions- oder Puffergas innerhalb des Fangvolumens 105 in die Falle 100 gelassen, und die HF-Ansteuerkreise 130 und 140 werden eingeschaltet, um HF-Fangpotenziale an den Fallenelektroden 101, 102, 103, 104 zu bilden. Der Schalter 151 ist nicht-leitfähig, so dass keine Extraktionsspannungen an die Fallenelektroden 101 und 102 angelegt werden. Ionen, die in diesem Beispiel positive zu analysierende Ionen enthalten, werden in das Fangvolumen 105 gelassen, und während sie durch das Fangfeld, das durch die Fangpotenziale erzeugt wird, innerhalb der Falle gehalten werden, kollidieren sie mit den Puffergasmolekülen und verlieren dabei überschüssige Energie. Sobald die Ionen thermalisiert sind, d. h. wenn sie nach einer Zeitverzögerung t₁, nachdem die Ionen in die Falle gelassen wurden, unter dem Einfluss des Fangfeldes im Wesentlichen in ein thermisches Gleichgewicht mit dem Puffergas gekommen sind, kann der Auswurfprozess beginnen.
Wenden wir uns nun auch 2A zu. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nach einer Zeitverzögerung t₁ – gerade wenn die durch den HF-Ansteuerkreis 130 ausgegebene Spannung RF₂ einen Nulldurchgangspunkt erreicht und kurz davor steht, eine positive Spannung zu werden – der HF-Ansteuerkreis 130 abgeschaltet, und die Elektroden 101 und 102 werden auf dem HF-Erdungspotenzial (HF 0 V) gehalten. Den HF-Ansteuerkreis 140 lässt man weiter arbeiten, und die Spannung RF₁ kommt bei Zeit t₁ von einem Nulldurchgangspunkt und wird einen weiteren halben Zyklus lang während des Zeitraums t₂ negativ. Nachdem der Zeitraum t₂ verstrichen ist, wird der HF-Ansteuerkreis 140 ebenfalls abgeschaltet, und zwar auch wieder an einem Nulldurchgangspunkt, und die Elektroden 103 und 104 werden auf dem HF-Erdungspotenzial gehalten. Zu im Wesentlichen derselben Zeit wird die Extraktionsspannungsversorgung 150 geschaltet, indem man den Schalter 151 leitfähig macht, damit Extraktionspotenziale an die Elektroden 101 und 102 angelegt werden. In der Praxis werden sehr kurz nach Verstreichen des Zeitraums t₂, bevorzugt innerhalb eines halben HF-Zyklus, an den Elektroden 101 und 102 Extraktionspotenziale gebildet. Optional kann eine kleine Verzögerung t₃ (in der Figur nicht gezeigt) zwischen dem Ausschalten des HF-Ansteuerkreises 140 und dem Einschalten der Extraktionsspannungsversorgung 150 stattfinden, um sicherzustellen, dass sich die Potenziale an den Elektroden 103 und 104 vollständig eingeschwungen haben, obgleich der Zeitraum t₃ weniger als 30% eines HF-Zyklus sein sollte. Das Extraktionspotenzial kann auch kurz vor dem Ende des Zeitraums t₂ angelegt werden; jedoch muss die Gruppe der ausgeworfenen Ionen den Auswurfschlitz 120 erreichen, nachdem das HF-Feld vollständig gestoppt wurde.
Die Spannungsversorgung 150 gibt die Spannung V_Auswurf so aus, dass an die Elektrode 101 ein negatives Auswurfpotenzial angelegt wird und an die Elektrode 102 ein positives Auswurfpotenzial angelegt wird. In dieser Ausführungsform bleiben die Elektroden 103 und 104 während des Ionenauswurfs auf dem HF-Erdungspotenzial. Positive zu analysierende Ionen 121 werden aus der Falle 100 durch den Schlitz 120 ausgeworfen und bewegen sich zu dem Massenspektrometer 160. In dieser Ausführungsform werden Ionen direkt in eine Injektionstrajektorie für den Massenanalysator ausgeworfen und haben verringerte Geschwindigkeitsverteilungen in der Auswurfrichtung von der Ionenfalle.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung kann in einer ähnlichen Weise wie der eben beschriebenen verwendet werden, aber gemäß 2B. In diesem Fall wird der HF-Ansteuerkreis 140 nach der Zeitverzögerung t₁ am Nulldurchgangspunkt ausgeschaltet, und die Elektroden 103 und 104 werden auf dem HF-Erdungspotenzial (HF 0 V) gehalten. Den HF-Ansteuerkreis 130 lässt man weiter arbeiten, und die Spannung RF₂ kommt bei Zeit t₁ von einem Nulldurchgangspunkt und wird über einen weiteren halben Zyklus während des Zeitraum t₂ positiv. Nachdem der Zeitraum t₂ verstrichen ist, wird der HF-Ansteuerkreis 130 ebenfalls ausgeschaltet, ebenfalls wieder an einem Nulldurchgangspunkt, und die Elektroden 101 und 102 werden momentan auf dem HF-Erdungspotenzial gehalten.
Zu im Wesentlichen derselben Zeit wird die Extraktionsspannungsversorgung 150 durch den Schalter 151 geschaltet, um Extraktionspotenziale an die Elektroden 101 und 102 anzulegen. Die Spannungsversorgung 150 gibt die Spannung V_Auswurf so aus, dass an die Elektrode 101 ein negatives Auswurfpotenzial angelegt wird und an die Elektrode 102 ein positives Auswurfpotenzial angelegt wird. Positive zu analysierende Ionen werden aus der Falle 100 durch den Schlitz 120 ausgeworfen und bewegen sich zu dem Massenspektrometer 160. In dieser Ausführungsform werden Ionen direkt in eine Injektionstrajektorie für den Massenanalysator ausgeworfen und haben verringerte Geschwindigkeitsverteilungen in der Auswurfrichtung von der Ionenfalle.
Eine alternative Ausführungsform der Erfindung kann gemäß 2C verwendet werden. In diesem Fall geben die HF-Ansteuerkreise 130 und 140 – nach einer Zeitverzögerung t₁ vom Nulldurchgangspunkt aus und über einen halben Zyklus danach – HF-Ansteuerspannungen RF₂ bzw. RF₁ mit verringerter Amplitude aus, während sich die Peak-zu-Peak-Spannung von V₀ zu V₁ ändert, wobei V₁ = d × V₀ (0 < d < 1). Nachdem ein weiterer Zeitraum t₂ verstrichen ist, werden beide HF-Ansteuerkreise abgeschaltet, und die Elektroden 101, 102, 103, 104 werden momentan auf dem HF-Erdungspotenzial gehalten. Zu im Wesentlichen derselben Zeit wird die Extraktionsspannungsversorgung 150 geschaltet, indem der Schalter 151 leitfähig gemacht wird, um Extraktionspotenziale an die Elektroden 101 und 102 anzulegen. Die Spannungsversorgung 150 gibt eine Spannung V_Auswurf so aus, dass – für positive zu analysierende Ionen – an die Elektrode 101 ein negatives Auswurfpotenzial angelegt wird und an die Elektrode 102 ein positives Auswurfpotenzial angelegt wird. Zu analysierende Ionen werden aus der Falle 100 durch den Schlitz 120 ausgeworfen und bewegen sich zum Massenspektrometer 160. In dieser Ausführungsform werden Ionen direkt in eine Injektionstrajektorie des Analysators ausgeworfen und haben verringerte Geschwindigkeitsverteilungen in der Auswurfrichtung von der Ionenfalle.
Die in Bezug auf die 2A, 2B und 2C beschriebenen Ausführungsformen sind alle dafür ausgelegt, Ionen einer positiven Polarität so auszuwerfen, dass diese Ionen eine Mindestgeschwindigkeitsverteilung in der Auswurfrichtung haben. Wenn Ionen von negativer Polarität ausgeworfen werden sollen, so werden die Polaritäten der Spannungen RF₁ und RF₂ umgekehrt, und beim Auswerfen wird an die Elektrode 102 ein negatives Auswurfpotenzial angelegt, und an die Elektrode 101 wird ein positives Auswurfpotenzial angelegt.
Die Momente nach den Zeiträumen t₁ und t₂, wenn der Übergangsprozess entsprechend beginnt und endet, sowie der Moment, wenn die Auswurfspannung angelegt wird, werden mit einer Genauigkeit von bis zu einem Bruchteil der HF-Periode definiert. Aufgrund der Beschränkung der elektronischen Schaltkreise, die die HF und die gepulsten Auswurfspannungen ausgeben, dauern der Übergang von der vollen HF-Amplitude bis zur gedämpften HF-Amplitude, das Ausschalten der HF und der Anstieg der Auswurfspannung von null auf V_eject einige Zeit, die normalerweise eine einzelne HF-Periode nicht überschreitet. Die Momente nach den Zeiträumen t₁ und t₂ werden im vorliegenden Text als die Momente angesehen, an denen diese Änderungen beginnen.
Die in Bezug auf die 2A und 2B beschriebenen Ausführungsformen haben den zusätzlichen Vorteil, dass sie die vollständige Beendigung der HF-Spannungen erfordern, aber nicht zu geringeren Amplituden von ungleich null wechseln. Dies ist einfacher zu implementieren, sofern die zwei HF-Generatoren individuell sind, aber phasengleich synchronisiert und beispielsweise mit einer primären Transformatorspule aktiviert werden. Das Verfahren der schnellen Beendigung einer HF-Spannung am Nulldurchgangspunkt kann auf verschiedene Weise implementiert werden, einschließlich wie zum Beispiel in US7498571 , US8030613 oder WO2005/124821 beschrieben.
Die vorliegende Erfindung kann auch in einer Anordnung verwendet werden, bei der ein orthogonaler Ejektor zwischen der Quadrupol-Ionenfalle und dem Massenspektrometer angeordnet wird. In diesem Fall werden Ionen aus der Quadrupol-Ionenfalle mit der geringsten Geschwindigkeitsverteilung in einer Richtung allgemein orthogonal zur Auswurfrichtung der Quadrupol-Ionenfalle ausgeworfen, so dass die geringste Geschwindigkeitsverteilung in der Richtung der Injektionstrajektorie des Analysators liegt. Wenn Ionen mit positiver Polarität ausgeworfen werden sollen, aber mit einer Mindestgeschwindigkeitsverteilung orthogonal zur Auswurfrichtung, so werden nur die Polaritäten der Spannungen RF₁ und RF₂ umgekehrt.
Wie in Bezug auf 2A beschrieben, kann in beiden Ausführungsformen, die in Bezug auf die 2B und 2C beschrieben wurden, optional eine kleine Verzögerung t₃ (in der Figuren nicht gezeigt) nach einer Zeitverzögerung t₂ und vor dem Einschalten der Extraktionsspannungsversorgung 150 stattfinden, um sicherzustellen, dass sich die Potenziale an den Elektroden vollständig eingeschwungen haben, obgleich der Zeitraum t₃ viel kürzer als ein einzelner HF-Zyklus sein sollte.
V₁ kann aus dem Bereich 0,3 V₀ bis 0,7 V₀ ausgewählt werden, wobei 0,45 V₀ ein besonders bevorzugter Wert ist. Die Erfinder haben festgestellt, dass die effektive Temperatur von Ionen in der Auswurfrichtung unter die des Puffergases abfällt, wenn die Ionen ihre maximale räumliche Erstreckung in der Auswurfrichtung haben, und dass mittels der vorliegenden Erfindung Ionen von ungefähr dieser geringeren effektiven Temperatur aus der Quadrupol-Ionenfalle ausgeworfen werden können.
3 ist ein Kurvendiagramm von R im Verhältnis zu Q, wobei R das Verhältnis der effektiven Temperatur von Ionen in der bevorzugten Richtung zu der Puffergastemperatur ist und Q der Mathieu-Stabilitätsparameter für die Quadrupol-Ionenfalle ist. Die Figur stellt Daten für einen Bereich von Werten d bereit, wobei d = V₁/V₀. Es ist zu sehen, dass die effektive Temperatur von Ionen in der bevorzugten Richtung nicht größer als die Temperatur des Puffergases für einen weiten Bereich von Stabilitätswerten Q ist, was anzeigt, dass thermalisierte Ionen eines weiten Bereichs von m/z mittels der vorliegenden Erfindung gleichzeitig aus der Falle ausgeworfen werden können. Werten für d von 0,4–0,5 erzeugen ausgeworfene Ionen mit den niedrigsten effektiven Temperaturen. Die niedrigsten effektiven Temperaturen, die für diese Werte von d erreicht werden, findet man bei den höchsten Werten von Q. Die effektive Temperatur wird durch die Formel T_eff = m < v² >/k_b definiert, wobei die Winkelklammern eine Mittelwertbildung über das Ionenensemble hinweg bezeichnen und v die Geschwindigkeitskomponente in der bevorzugten Richtung ist. Die Werte der Dämpfungskoeffizienten im Bereich 0.3 > d < 0.6 entsprechen der effektiven Temperatur unterhalb der Temperatur des Puffergases T über einen weiten Bereich des Mathieu-Parameters Q. Der optimale Dämpfungsparameter wurde als –0,45 festgestellt.
4A ist ein Kurvendiagramm der Spannungswellenformen, das außerdem Punkte während bestimmter Phasen zeigt. 4B zeigt den Phasenraum in X von positiv geladenen thermalisierten Ionen innerhalb einer linearen Quadrupol-Ionenfalle, wie in 1 gezeigt, wobei die Spannungswellenformen von 4A an die Elektroden angelegt sind. Die Phasenraumdiagramme von 4B entsprechen den Parametern der Ionen während der in 4A angemerkten Phasen. Die Phasenraumdiagramme von 4B veranschaulichen typische Phase-Volumen-Verteilungen eines Ionenensembles in einer HF-Quadrupol-Ionenfalle im Zustand des dynamischen Gleichgewichts mit einem Puffergas. Die durchgezogenen und gestrichelten Linien 1–4 zeigen schematisch die Pegellinien der Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion in Koordinaten x und v = dx/dt. Die größte räumliche Verteilung (die Verteilung 1) wird in der HF-Phase φ = φ₁ erhalten, die durch die maximale Spanne von HF-Spannungen RF₁ und RF₂ gekennzeichnet ist, wobei sich die Spannung an den Elektroden, die in der x-Richtung getrennt ist (RF₂ gemäß 1), für die Ionen verlangsamt, d. h. positiv im Fall von positiv geladenen Ionen oder negativ für die negativ geladenen Ionen. In der HF-Phase φ₂, wenn die Polarität von Spannungen umgekehrt wird, erreicht die räumliche Verteilung ihr Minimum, wie durch die Linien 2 gezeigt. Die Geschwindigkeitsverteilung ist dementsprechend größer als in Phase φ₁. In den Zwischenphasen φ₃ und φ₄ gehen die HF-Spannungen durch die Null-Linie. Diese Phasen entsprechen dem Übergang von der größten räumlichen Verteilung zur kleinsten räumlichen Verteilung (φ₃) und umgekehrt (φ₄). Das Ionenensemble ist durch eine zusätzliche kollektive Geschwindigkeit gekennzeichnet, wie durch die Linien 3 bzw. 4 gezeigt.
Table 1 zeigt Werte für R, das Verhältnis der effektiven Temperatur von Ionen zur Puffergastemperatur, für Ionen von verschiedenen Massen innerhalb der Falle (m/z, wobei z = 1) und in verschiedenen Momenten entsprechend den verschiedenen Phasenzuständen φ₁, φ₂, φ₃, φ₄, wie in Bezug auf 4 angesprochen. Die tabulierten Werte gelten für eine lineare Quadrupol-Ionenfalle, die r₀ = 2.2 mm hat und mit V₀ = 800 V, f = 2,8 MHz betrieben wird.
Table 1
Table 1 zeigt, dass für Ionen, die an einem Nulldurchgangspunkt (φ₃, φ₄) ausgeworfen werden, wie in Anordnungen des Standes der Technik (d. h. ohne den Nutzen der vorliegenden Erfindung), die Ionen eine effektive Temperatur zwischen dem 3,0- und 4,3-fachen der Puffergastemperatur besitzen. Wenn im Gegensatz dazu die vorliegende Erfindung verwendet wird, mit einem Dämpfungsparameter d = 0,5, so besitzen die gleichen Ionen eine effektive Temperatur zwischen dem 0,90- und 0,49-fachen der Puffergastemperatur. Die vorliegende Erfindung erbringt somit eine Verbesserung der effektiven Temperatur um einen Faktor von 3,3–8,6 in Abhängigkeit von der Masse der Ionen. Die Tabelle zeigt auch, dass die Ionen mit der vorliegenden Erfindung in einem Nulldurchgangsmoment fast die gleiche Temperatur erreichen, die sie bei φ₁ besaßen, als die HF-Spannungen auf ihrer maximalen Amplitude waren. Das zeigt, dass die verringerte HF-Spannungsamplitude über einen halben Zyklus dazu führt, dass die Ionen ihre Minimumtemperatur behalten.
5 zeigt die Pegellinien der Phase-Raumdichte-Funktion des Ionenensembles im Moment t₁, wenn der Übergangsprozess beginnt (Strichlinien-Ellipse), und im Moment t₂ eine halbe HF-Periode später (durchgezogene Ellipsen). Im Moment t₁ hatten die Ionen eine Verteilung entsprechend der Phase φ₄, wie in 4 gezeigt. Die Evolution des Ionenensembles während des Übergangsprozesses t₁< t < t₂ richtet sich nach dem Dämpfungsparameterwert d. Der Dämpfungsparameterwert d = 0 entspricht dem vollständigen Stopp der HF-Spannungen im Moment t₁, so dass auf die Ionen keine elektrischen Kräfte wirken und ihre Bewegung mit Geschwindigkeiten fortsetzen, die sie im Moment t₁ hatten. Der entgegengesetzte Fall, d = 1, entspricht dem Fall, wo praktisch keine Dämpfung angelegt wird, und die Phase-Raumdichte-Funktion verändert sich so, dass sie mit jener der HF-Phase φ₃ nach der Hälfte der Periode übereinstimmt. Der Zwischenwert des Dämpfungsparameters gemäß dieser Erfindung, d = 0.5, bringt die Phase-Raumdichte in den Zustand mit wesentlich weniger Geschwindigkeitsverteilung und geringer Korrelation zwischen der räumlichen Koordinate x und der entsprechenden Geschwindigkeit. Wie bereits angemerkt, liegt ein bevorzugter Bereich für d zwischen 0,45 und 0,55.
6 ist ein vereinfachtes Schaubild einer elektronischen Anordnung, die zum Bereitstellen von HF-Fangspannungen und Auswurfspannungen geeignet ist, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Ein zweifacher Choppergenerator G steuert die Primärspule P an. Der Satz Sekundärspulen umfasst ein Paar Dreifachspulen L1 und L2, wodurch die Ionenfalle beide HF-Polaritäten, RF₁ und RF₂, mit dem 180 Grad Phasenverschiebung dazwischen erhält. Jede der Dreifachspulen L1 und L2 ist stark magnetisch gekoppelt, aber von der anderen Dreifachspule entkoppelt. Die Spulen L1 und L2 bilden LC-Tanks zusammen mit den Kapazitäten der Elektroden entsprechender Fallen.
Zwei Spulen, eine von L1 und eine von L2, sind in einen Halbwellengleichrichter integriert, der Hochspannungsdioden D1 und D2 umfasst. Wenn mindestens eine der Dioden in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist, so wird ein Kondensator C periodisch auf die HF-Peakspannung geladen. Die abgeleitete Spannung wird zum Steuern der Ausgangs-HF-Amplitude verwendet. Ein Hochspannungsschalter S ist mit dem Kondensator C parallel geschaltet. Der Schalter ist mit einem oder mehreren MOSFETs implementiert und wird durch eine Spannung Us gesteuert, die während des Zeitraums t₁ während des Akkumulierens und Kühlens der Ionen auf null gehalten wird (der Schalter ist nicht-leitfähig). Nachdem der Zeitraum t₁ verstrichen ist, was mit der HF-Phase, wie in 2A gezeigt, synchronisiert wird, wird die Steuerspannung Us positiv und wechselt den Schalter S in den leitfähigen Modus. Die Phase RF₂ wird mit Bezug auf die Hochspannungserde (HVGND) positiv, und die Diode D2 erlaubt ein Kurzschließen der Dreifachspule L2, so dass die folgende positive Halbperiode von RF₂ unterdrückt wird. Die andere Phase RF₁ bleibt für eine weitere Halbperiode negativ, so dass die Diode D1 in Umkehrrichtung vorgespannt bleibt und der Schalter S keine Auswirkung auf die Spule L1 hat, bis der Zeitraum t₂ verstrichen ist. Die Phase von RF₁ vollführt eine Halbperiodenschwingung mit ihrer gespeicherten Energie, bis der Zeitraum t₂ verstrichen ist, wenn die Diode D1 in Vorwärtsrichtung vorgespannt wird und die Spule L1 ihrerseits kurzschließt. Beide HF-Spannungen werden nach dem Zeitraum t₂ null.
Und schließlich legen zwei Auswurfspannungsimpulsgeneratoren V_Auswurf Auswurfspannungen an die entsprechenden Spulen von L2 mit entgegengesetzten Polaritäten an, was die Spannungsdifferenz zwischen RF₂ und RF₂' zur Folge hat, die die gespeicherten Ionen aus der Falle treibt.
Nach dem Auswurf kann die Steuerspannung Us zurück auf null geschaltet werden, so dass die HF-Energie in den LC-Tanks, die aus den Spulen L1 und L2 und den Kapazitäten der Elektroden entsprechender Fallen gebildet werden, akkumuliert werden kann. Die Ionenfalle ist dann in der Lage, Ionen für einen weiteren Arbeitszyklus zu speichern. Die schematische Lösung, wie oben beschrieben, erlaubt das Akkumulieren, Kühlen und Auswerfen positiv geladener Ionen. Im Fall negativ geladener Ionen sollte der Moment t₁, wenn der Schalter S eingeschaltet wird (leitfähig gemacht wird), um die Hälfte einer HF-Periode verschoben werden, und die Auswurfspannungsgeneratoren von umgekehrten Polaritäten sollten verwendet werden.
7 zeigt den gemessenen Ausgang von der in 6 schematisch gezeigten elektronischen Anordnung und ist ein Kurvendiagramm von angelegten Spannungen V im Verhältnis zur Zeit. 7 zeigt drei verschiedene übereinandergelegte Amplitudenwellenformen (A, B, C), die drei verschiedene Fangzustände, die durch die elektronische Anordnung erzeugt werden können, als Beispiele darstellen. Nach dem Zeitraum t₁ wird die Spannung RF₂ auf 0 V terminiert, und RF₁ wird über einen halben Zyklus während einen weiteren Zeitraums t₂ fortgesetzt. Nach dem Zeitraum t₂ wird RF₁ beendet, und Auswurfspannungen V_Auswurf werden angelegt.
Im Sinne des vorliegenden Textes, einschließlich der Ansprüche, sind – sofern der Kontext nichts anderes verlangt – Einzahlformen der im vorliegenden Text verwendeten Begriffe so zu verstehen, dass sie auch die Mehrzahlformen enthalten und umgekehrt. Zum Beispiel meint ein im vorliegenden Text, einschließlich in den Ansprüchen, verwendeter Einzahlbezug, wie zum Beispiel „ein” oder „eine”, „ein oder mehrere”, sofern der Kontext nichts anderes verlangt.
In der gesamten Beschreibung und in allen Ansprüchen dieser Spezifikation meinen die Wörter „umfassen”, „einschließlich”, „haben” und „enthalten” und Variationen der Wörter, zum Beispiel „umfassend” und „umfasst” usw., „einschließlich, ohne darauf beschränkt zu sein”, und sollen weder andere Komponenten ausschließen, noch schließen sie solche aus.
Es versteht sich, dass Variationen an den oben dargelegten Ausführungsformen der Erfindung vorgenommen werden können, die aber immer noch in den Schutzumfang der Erfindung fallen. Jedes in dieser Spezifikation offenbarte Merkmal kann, sofern nicht anders angegeben, durch alternative Merkmale ersetzt werden, die dem gleichen, einem vergleichbaren oder einem ähnlichen Zweck dienen. Das heißt, sofern nicht anders angegeben, ist jedes offenbarte Merkmal nur ein Beispiel einer generischen Reihe äquivalenter oder ähnlicher Merkmale.
Der Gebrauch jeglicher Beispiele oder beispielhafter Formulierungen („beispielsweise”, „wie zum Beispiel”, „zum Beispiel” und ähnliche Formulierungen) im vorliegenden Text soll lediglich die Erfindung besser veranschaulichen und bezeichnet keinerlei Beschränkung hinsichtlich des Schutzumfangs der Erfindung, sofern nicht etwas anderes beansprucht wird. Keine Formulierungen in der Spezifikation dürfen so ausgelegt werden, als bezeichneten sie irgend ein nicht-beanspruchtes Element als für die Praktizierung der Erfindung wesentlich.
Es versteht sich des Weiteren, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die konkreten Kombinationen von Merkmalen beschränkt ist, die ausdrücklich offenbart sind, sondern dass auch beliebige Kombinationen von Merkmalen möglich sind, die unabhängig beschrieben sind und die ein Fachmann zusammen implementieren könnte.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 5569917 [0009]
US 6380666 [0010]
US 6483244 [0011]
US 7250600 [0012, 0017]
US 7256397 [0013]
US 5763878 [0015]
US 7498571 [0016, 0067]
US 8030613 [0016, 0067]
US 7897916 [0021, 0024]
EP 1302973 [0023]
WO 2008/081334 [0037, 0037]
WO 2005/124821 [0067]

Claims

Verfahren zum Auswerfen von zu analysierenden Ionen aus einer Quadrupol-Ionenfalle, in der durch eine oder mehrere HF-Spannungen, die an eine oder mehrere der Elektroden der Falle angelegt werden, ein Fangfeld erzeugt wird, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: (a) Kühlen der zu analysierenden Ionen innerhalb der Quadrupol-Ionenfalle, bis die Ionen thermalisiert sind; (b) Verringern der Amplitude einer oder mehrerer an die Quadrupol-Ionenfalle angelegter HF-Spannungen und Anlegen der einen oder der mehreren HF-Spannungen mit reduzierter Amplitude über einen halben Zyklus nachdem die eine oder die mehreren HF-Spannungen einen Nulldurchgangspunkt erreicht haben; (c) Ausschalten der einen oder der mehreren an die Quadrupol-Ionenfalle angelegten HF-Spannungen; und (d) Auswerfen der zu analysierenden Ionen der Quadrupol-Ionenfalle.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Quadrupol-Ionenfalle eine lineare Falle ist, die vier Elektroden umfasst, die allgemein parallel zu einer Achse verlaufen, wobei die vier Elektroden zwei gegenüberliegende Paare von Elektroden umfassen; wobei an ein erstes gegenüberliegendes Paar Elektroden eine erste HF-Spannung angelegt wird und an ein zweites gegenüberliegendes Paar Elektroden eine zweite HF-Spannung angelegt wird, wobei die erste und die zweite HF-Spannung von entgegengesetzten Polaritäten sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Quadrupol-Ionenfalle eine 3D-Falle ist, die eine Ringelektrode und zwei Endkappenelektroden umfasst, wobei an die Ringelektrode eine erste HF-Spannung angelegt wird und an die Endkappenelektroden eine zweite HF-Spannung angelegt wird, wobei die erste und die zweite HF-Spannung von entgegengesetzten Polaritäten sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Quadrupol-Ionenfalle eine 3D-Falle ist, die eine Ringelektrode und zwei Endkappenelektroden umfasst, wobei an die Ringelektrode eine erste HF-Spannung angelegt wird und an die Endkappenelektroden eine Dauerspannung angelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, wobei Schritt (b) das Verringern der Amplitude sowohl der ersten als auch der zweiten HF-Spannung um einen Faktor d umfasst.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei Schritt (b) das Verringern der Amplitude der ersten HF-Spannung um einen Faktor d umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, wobei Schritt (b) das Verringern der Amplitude nur einer der ersten und der zweiten HF-Spannung im Wesentlichen auf null umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, wobei d innerhalb des Bereichs von 0,3 bis 0,7 liegt.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei d innerhalb des Bereichs von 0,4 bis 0,6 liegt.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei d innerhalb des Bereichs von 0,45 bis 0,55 liegt.
Verfahren nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, wobei Schritt (b) das Ändern der Amplitude der ersten HF-Spannung um einen Faktor e und das Ändern der Amplitude der zweiten HF-Spannung um einen Faktor f umfasst, wobei (e + f)/2 kleiner als 1 ist.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei (e + f)/2 innerhalb des Bereichs von 0,3 bis 0,7 liegt.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei (e + f)/2 innerhalb des Bereichs von 0,4 bis 0,6 liegt.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei (e + f)/2 innerhalb des Bereichs von 0,45 bis 0,55 liegt.
Das Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei Schritt (c) das Umschalten aller Fallenelektroden auf das gleiche Potenzial umfasst.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei Schritt (d) das Anlegen einer oder mehrerer Auswurfspannungen an eine oder mehrere Elektroden der Ionenfalle umfasst.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die eine oder die mehreren Auswurfspannungen nach einer Zeitverzögerung ab dem Ausschalten der einen oder der mehreren HF-Spannungen angelegt werden, um sicherzustellen, dass sich die Spannungen von Fallenelektroden vor dem Anlegen der einen oder der mehreren Auswurfspannungen auf einen im Wesentlichen stabilen Zustand eingeschwungen haben.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die eine oder die mehreren an die Falle angelegten HF-Spannungen in der Zeit mit einer Oszillationsperiode variieren und die Zeitverzögerung weniger als 30% der Oszillationsperiode beträgt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei Schritt (a) umfasst, die Ionen innerhalb der Falle über einen Zeitraum in Gegenwart eines Puffergases einzugrenzen, die Ionen durch Kollisionsprozesse Energie an das Gas verlieren, bis die Ionen auf ungefähr die Gastemperatur abgekühlt sind.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die zu analysierenden Ionen aus der Falle in einer Auswurfrichtung ausgeworfen werden, wobei die Auswurfrichtung allgemein parallel zu einer Injektionstrajektorie des Analysators verläuft und der Nulldurchgangspunkt in Schritt (b) so gewählt wird, dass die zu analysierenden Ionen eine Geschwindigkeitsverteilung in der Auswurfrichtung haben, die geringer ist als die Geschwindigkeitsverteilung in einer Richtung orthogonal zur Auswurfrichtung.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei aus der Falle ausgeworfene Ionen durch einen Laufzeit-Massenanalysator oder durch einen Elektrostatikfallen-Massenanalysator empfangen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–19, wobei die zu analysierenden Ionen aus der Falle in einer Auswurfrichtung ausgeworfen werden, wobei die Auswurfrichtung allgemein orthogonal zu einer Injektionstrajektorie des Analysators verläuft und der Nulldurchgangspunkt in Schritt (b) so gewählt wird, dass die zu analysierenden Ionen eine Geschwindigkeitsverteilung in der Richtung der Injektionstrajektorie des Analysators haben, die geringer als die Geschwindigkeitsverteilung in der Auswurfrichtung ist.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei aus der Falle ausgeworfene Ionen in einem orthogonalen Ejektor empfangen werden und aus dem orthogonalen Ejektor in der Richtung der Injektionstrajektorie des Analysators ausgeworfen werden.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei aus dem orthogonalen Ejektor ausgeworfene Ionen durch einen Laufzeit-Massenanalysator oder durch einen Elektrostatikfallen-Massenanalysator empfangen werden.
Verfahren nach Anspruch 21 oder Anspruch 23, wobei die durch den Massenanalysator empfangenen Ionen einen Schritt der Massenanalyse durchlaufen, um Informationen zur Anzahl von Ionen bereitzustellen, die ein oder mehrere Masse-zu-Ladung-Verhältnisse aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 25, wobei die Informationen ein Massenspektrum umfassen.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die eine oder die mehreren an die Falle angelegten HF-Spannungen in einer sinusförmigen Weise in der Zeit variieren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–26, wobei die eine oder die mehreren an die Falle angelegten HF-Spannungen entsprechend einer Rechteckwelle in der Zeit variieren.
Ionenejektorsystem für einen Massenanalysator, das Folgendes umfasst: eine Quadrupol-Ionenfalle zum Aufnehmen eines Puffergases; eine HF-Stromversorgung mit einem oder mehreren Ausgängen, die elektrisch mit einer oder mehreren Elektroden der Quadrupol-Ionenfalle verbunden sind; eine Auswurf-Stromversorgung mit einem oder mehreren Ausgängen, die elektrisch mit einer oder mehreren Elektroden der Quadrupol-Ionenfalle verbunden sind; und einen Controller, der elektrisch mit der HF-Stromversorgung und der Auswurf-Stromversorgung verbunden ist, wobei der Controller für Folgendes ausgelegt ist: (a) Veranlassen der HF-Stromversorgung, eine oder mehrere HF-Spannungen mit einer ersten Amplitude an eine oder mehrere Elektroden der Ionenfalle über einen ersten Zeitraum auszugeben, wobei der erste Zeitraum ausreicht, damit Ionen innerhalb der Quadrupol-Ionenfalle aufgrund der Kollisionen mit dem Puffergas thermalisiert werden; (b) Veranlassen der HF-Stromversorgung nach dem ersten Zeitraum, eine oder mehrere HF-Spannungen mit einer zweiten Amplitude an eine oder mehrere Elektroden der Quadrupol-Ionenfalle über einen halben Zyklus auszugeben, nachdem die eine oder die mehreren HF-Spannungen einen Nulldurchgangspunkt erreicht haben, wobei die zweite Amplitude kleiner ist als die erste Amplitude; (c) Veranlassen der HF-Stromversorgung, die an die Quadrupol-Ionenfalle angelegten HF-Spannungen abzuschalten; und (d) Veranlassen der Auswurf-Stromversorgung, eine oder mehrere Auswurfspannungen an die Quadrupol-Ionenfalle auszugeben.
Ionenejektorsystem nach Anspruch 29, wobei die Quadrupol-Ionenfalle eine lineare Falle ist, die vier Elektroden umfasst, die allgemein parallel zu einer Achse verlaufen, wobei die vier Elektroden zwei gegenüberliegende Paare von Elektroden umfassen; wobei ein erstes gegenüberliegendes Paar Elektroden mit einem ersten Ausgang der HF-Stromversorgung verbunden ist und ein zweites gegenüberliegendes Paar Elektroden mit einem zweiten Ausgang der HF-Stromversorgung verbunden ist, wobei der erste und der zweite HF-Ausgang der HF-Stromversorgung dafür ausgelegt sind, Spannungen von entgegengesetzten Polaritäten bereitzustellen.
Ionenejektorsystem nach Anspruch 29, wobei die Quadrupol-Ionenfalle eine 3D-Falle ist, die eine Ringelektrode und zwei Endkappenelektroden umfasst, wobei die Ringelektrode mit einem ersten Ausgang der HF-Stromversorgung verbunden ist und die Endkappenelektroden mit einem zweiten Ausgang der HF-Stromversorgung verbunden sind, wobei der erste und der zweite HF-Ausgang der HF-Stromversorgung dafür ausgelegt sind, Spannungen von entgegengesetzten Polaritäten bereitzustellen.
Ionenejektorsystem nach Anspruch 29, wobei die Quadrupol-Ionenfalle eine 3D-Falle ist, die eine Ringelektrode und zwei Endkappenelektroden umfasst, wobei die Ringelektrode mit einem ersten Ausgang der HF-Stromversorgung verbunden ist und die Endkappenelektroden mit einer Dauerspannungsversorgung verbunden sind.
Ionenejektorsystem nach Anspruch 30 oder Anspruch 31, wobei in (b) der Controller dafür ausgelegt ist, die HF-Stromversorgung nach dem ersten Zeitraum zu veranlassen, sowohl die erste als auch die zweite HF-Spannung mit einer zweiten Amplitude auszugeben, wobei die zweite Amplitude ein Faktor d der ersten Amplitude ist.
Ionenejektorsystem nach Anspruch 32, wobei in (b) der Controller dafür ausgelegt ist, die HF-Stromversorgung nach dem ersten Zeitraum zu veranlassen, die erste HF-Spannung mit einer zweiten Amplitude auszugeben, wobei die zweite Amplitude ein Faktor d der ersten Amplitude ist.
Ionenejektorsystem nach Anspruch 30 oder Anspruch 31, wobei in (b) der Controller dafür ausgelegt ist, die HF-Stromversorgung nach dem ersten Zeitraum zu veranlassen, nur eine erste HF-Spannung mit einer zweiten Amplitude auszugeben, wobei die zweite Amplitude im Wesentlichen null ist, und eine zweite HF-Spannung mit der ersten Amplitude auszugeben.
Ionenejektorsystem nach Anspruch 33 oder Anspruch 34, wobei d innerhalb des Bereichs von 0,3 bis 0,7 liegt.
Ionenejektorsystem nach Anspruch 33 oder Anspruch 30, wobei d innerhalb des Bereichs von 0,4 bis 0,6 liegt.
Ionenejektorsystem nach Anspruch 29 oder Anspruch 34, wobei d innerhalb des Bereichs von 0,45 bis 0,55 liegt.
Ionenejektorsystem nach Anspruch 30 oder Anspruch 31, wobei in (b) der Controller dafür ausgelegt ist, die HF-Stromversorgung nach dem ersten Zeitraum zu veranlassen, die erste HF-Spannung mit einer zweiten Amplitude auszugeben und die zweite HF-Spannung mit einer dritten Amplitude auszugeben, wobei die zweite Amplitude ein Faktor e der ersten Amplitude ist und die dritte Amplitude ein Faktor f der ersten Amplitude ist, wobei (e + f)/2 kleiner als 1 ist.
Ionenejektorsystem nach Anspruch 39, wobei (e + f)/2 innerhalb des Bereichs von 0,3 bis 0,7 liegt.
Ionenejektorsystem nach Anspruch 40, wobei (e + f)/2 innerhalb des Bereichs von 0,4 bis 0,6 liegt.
Ionenejektorsystem nach Anspruch 41, wobei (e + f)/2 innerhalb des Bereichs von 0,45 bis 0,55 liegt.
Ionenejektorsystem nach einem der Ansprüche 29–42, wobei in (c) der Controller dafür ausgelegt ist, die HF-Stromversorgung zu veranlassen, die an die Quadrupol-Ionenfalle angelegten HF-Spannungen abzuschalten und alle Fallenelektroden auf das gleiche Potenzial zu schalten.
Ionenejektorsystem nach einem der Ansprüche 29–43, wobei der Controller dafür ausgelegt ist, die Auswurf-Stromversorgung zu veranlassen, eine oder mehrere Auswurfspannungen nach einer Zeitverzögerung ab dem Ausschalten der einen oder der mehreren HF-Spannungen auszugeben, um sicherzustellen, dass sich die Spannungen von Fallenelektroden auf einen im Wesentlichen stabilen Zustand eingeschwungen haben, bevor die eine oder die mehreren Auswurfspannungen angelegt werden.
Ionenejektorsystem nach Anspruch 44, wobei die Zeitverzögerung weniger als 30% der Oszillationsperiode der HF-Stromversorgung beträgt.
Ionenejektorsystem nach einem der Ansprüche 29–45, wobei das Puffergas einen Druck zwischen 10^–5–10^–2 mBar aufweist und der erste Zeitraum zwischen 10⁴–10² HF-Zyklen der HF-Stromversorgung beträgt.
Ionenejektorsystem nach einem der Ansprüche 29–46 und ein Massenanalysator, wobei der Massenanalysator dafür ausgelegt ist, Ionen zu empfangen, die aus der Quadrupol-Ionenfalle ausgeworfen wurden.
Ionenejektorsystem und Massenanalysator nach Anspruch 47 und ein orthogonaler Ejektor, wobei der orthogonale Ejektor zwischen der Quadrupol-Ionenfalle und dem Massenanalysator angeordnet ist.
Ionenejektorsystem und Massenanalysator nach Anspruch 47 oder 48, wobei der Massenanalysator einen Laufzeit-Massenanalysator oder einen Elektrostatikfallen-Massenanalysator umfasst.
Ionenejektorsystem nach einem der Ansprüche 29–49, wobei der Controller einen Computer umfasst.