DE102015101567B4 - Fragmentionenmassenspektren mit Tandem-Flugzeitmassenspektrometern - Google Patents

Abstract

Verfahren zur massenspektrometrischen Messung von Fragmentionen einer Probe mit einem Flugzeitmassenspektrometer, das eine Ionenquelle, eine Flugstrecke, einen Reflektor und einen Ionendetektor aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass
(a) mindestens zwei Mischflugzeitspektren der Probe bei jeweils veränderter Beschleunigungsspannung vor der Flugstrecke aufgenommen werden, wobei die Mischflugzeitspektren Signale von Fragmentionen von mehr als einer Elternionenart aufweisen und die Fragmentionen auf der Flugstrecke vor dem Reflektor erzeugt werden, und
(b1) in zwei Mischflugzeitspektren jeweils ein Signal ausgewählt wird, das auf die gleiche Fragmentionenart zurückgeht, und die ladungsbezogenen Massen des Fragmentions und des zugehörigen Elternions als Lösung der Gleichungen T₁ = Sys(m/q_m, M/q_M, P₁) und T₂ = Sys(m/q_m, M/q_M, P₂) bestimmt werden oder
(b2) in mehreren Mischflugzeitspektren jeweils ein Signal ausgewählt wird, das auf die gleiche Fragmentionenart zurückgeht, und die ladungsbezogenen Massen des Fragmentions und des zugehörigen Elternions als Parameter der Regression für T_i = Sys(m/q_m, M/q_M, P_i) bestimmt werden, wobei M und q_M die Masse bzw. die Ladung des Elternions sind, m und q_m die Masse bzw. die Ladung des Fragmentions sind, T_i die aus den Mischflugzeitspektren bestimmten Flugzeiten der Signale der Fragmentionenart sind, P_i die Werte der Beschleunigungsspannungen sind und Sys die Systemfunktion des Flugzeitmassenspektrometers ist, die die Flugzeit eines Fragmentions als Funktion des Geräteparameters und der ladungsbezogenen Masse des Fragmentions und des zugehörigen Elternions angibt.

Description

• Die Erfindung betrifft die massenspektrometrische Messung von Fragmentionen mit Tandem-Flugzeitmassenspektrometern.
• Stand der Technik
• Anmerkung: In dieser Schrift wird statt der gesetzlichen „vereinheitlichten atomaren Masseneinheit“ (u) die Einheit „Dalton“ (Da) verwendet, die in der letzten (achten) Ausgabe 2006 der Schrift „The International System of Units (SI)“ des „Bureau International des Poids et Mesures“ der atomaren Masseneinheit gleichwertig beigestellt wurde; vor allem, wie dort angemerkt, um die Einheiten Kilodalton, Millidalton und Ähnliche verwenden zu können.
• In Massenspektrometern kann in der Regel nur das Verhältnis aus der Ionenmasse zur Ladung des Ions bestimmt werden. Wenn im Folgenden von der „Masse eines Ions“ oder der „Ionenmasse“ gesprochen wird, kann auch das Verhältnis von Masse m zur Anzahl z der überschüssigen positiven oder negativen Elementarladungen des Ions gemeint sein, also die elementarladungs-bezogene (kurz: ladungsbezogene) Masse m/z.
• In der Anmeldeschrift DE 10 2013 011 462 A1 (C. Köster), die hier durch Referenz eingeschlossen werden soll, werden Flugzeitmassenspektrometer beschrieben, die statt der üblichen Mamyrin-Reflektoren einen oder mehrere Cassini-Reflektoren besitzen. In dieser Schrift wird auch der Stand der Technik eingehend beschrieben.
• Unter einem „Fragmentionenmassenspektrum“ oder „Tochterionenmassenspektrum“ wird in der Regel ein Massenspektrum der Fragmentionen einer ausgewählten Ionenart verstanden, wobei die für die Fragmentierung ausgewählte Ionenart meist als „Elternionen“ bezeichnet wird.
• In Flugzeitmassenspektrometern mit Ionisierung durch matrixunterstützte Laserdesorption (MALDI) werden zwei Fragmentierungsarten zur Erzeugung von Tochter-Ionen unterschieden, und zwar die ISD-Fragmentierung („in-souce decay“) und die PSD-Fragmentierung („post source decomposition“). Für die Aufnahme von Tochterionenmassenspektren mittels PSD kann die Energie der für die MALDI verwendeten Laserpulse so erhöht werden, dass im MALDI-Prozess viele metastabile Analytionen erzeugt werden, die erst nach einer ersten Beschleunigungsstrecke, aber vor einem Reflektor zu Fragmentionen (Tochterionen) zerfallen. Instabile Elternionen können aber auch durch Stöße in einer gasgefüllten Stoßkammer erzeugt werden, wobei die Stoßkammer zwischen der ersten Beschleunigungsstrecke und dem Reflektor angeordnet ist. In beiden Fällen ist eine Auswahl derjenigen Elternionen notwendig, für die ein Tochterionenmassenspektrum aufgenommen werden soll. Die Auswahl der Elternionen erfolgt in der Regel mit einem Elternionenselektor, der nach der ersten Beschleunigungsstrecke und vor dem Reflektor und, falls vorhanden, vor der Stoßkammer angeordnet ist. Sind metastabile Elternionen bereits zwischen der ersten Beschleunigungsstrecke und dem Elternionenselektor zerfallen, so können die hier bereits gebildeten Fragmentionen ebenfalls den Elternionenselektor passieren, da sie im Wesentlichen die gleiche Geschwindigkeit wie die unzerfallenen Elternionen besitzen und somit gleichzeitig mit ihnen am Elternionenselektor ankommen. In der Regel durchlaufen die unzerfallenen Elternionen und die aus den ausgewählten Elternionen entstandenen Tochterionen eine zweite Beschleunigungsstrecke, bevor sie im Reflektor getrennt, und als Tochterionenmassenspektrum gemessen werden. Flugzeitmassenspektrometer und entsprechende Verfahren zur Aufnahme von PSD-Tochterionenmassenspektren werden beispielsweise in der Patentschrift DE 19856014 C2 beschrieben (C. Köster et al., entsprechend GB 2344454 B und US 6,300,627 B1 ). Die Offenlegungsschrift US 2004/0222369A1 offenbart ein Flugzeitmassenspektrometer mit einer Ionenfalle und einem orthogonalen Ioneneinschuss zur Aufnahme von Tochterionen-Massenspektren. Die Offenlegungsschrift DE 102013011462 A1 offenbart ein Flugzeitmassenspektrometer mit einem Cassini-Reflektor, der ein quadratisch ansteigendes Bremspotential aufweist. Der Artikel von Kenny et al. (J Am. Soc. Mass Spectrom., 2006, 17, 60-66: „A Parallel Approach to Post Source Decay MALDI-TOF Analysis“) offenbart ein Verfahren zur Aufnahme von Tochterionen-Massenspektren, wobei PSD-Tochterionen-Massenspektren ohne Selektion von Elternionen bei unterschiedlichen Bremsspannungen eines Reflektors aufgenommen werden und die Fragmentionen den Elternionen durch Vergleich der aufgenommenen Tochterionen-Massenspektren zugeordnet werden.
• Die Aufnahme von Tochterionen-Massenspektren mit Ionisierung durch matrixunterstützte Laserdesorption (MALDI) verbraucht relativ viel Probenmaterial. Es wird für die PSD-Fragmentierung die Energie der Laserschüsse unter Erhöhung des Probenverbrauchs stark erhöht, um viele metastabile Ionen zu erzeugen, die in einer ersten geraden Flugstrecke vor dem Reflektor zerfallen sollen, und es wird zudem auch für jede ausgewählte Elternionenart ein gesondertes Tochterionen-Massenspektrum aufgenommen werden. Dabei ist es ersichtlich nachteilig, dass durch die jeweilige Beschränkung auf eine einzige Elternionenart viele andere Ionenarten ungebraucht ausgefiltert werden und dadurch relativ viel Probe verbraucht wird, wenn mehrere Tochterionen-Massenspektren gemessen werden sollen. Außerdem ist nachteilig, dass die Aufnahme mehrerer Tochterionen-Massenspektren nacheinander erfolgen muss, was längere Messzeiten erfordert.
• Aufgabe der Erfindung
• Es ist die Aufgabe der Erfindung, Verfahren bereitzustellen, mit denen Flugzeitmassenspektren von Fragmentionen schnell und mit geringem Probenverbrauch aufgenommen werden, insbesondere bei einer Ionisierung durch matrixunterstützte Laserdesorption (MALDI).
• Zusammenfassung der Erfindung
• Die Erfindung stellt Verfahren zur massenspektrometrischen Messung von Fragmentionen mit einem Flugzeitmassenspektrometer bereit, das eine Ionenquelle, eine Flugstrecke, einen Reflektor und einen Ionendetektor aufweist.
• Ein erstes erfindungsgemäßes Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass (a) mindestens zwei Mischflugzeitspektren bei einem jeweils veränderten Geräteparameter aufgenommen werden, wobei die Mischflugzeitspektren Signale von Fragmentionen von mehr als einer Elternionenart aufweisen und die Fragmentionen auf der Flugstrecke vor dem Reflektor erzeugt werden, und dass (b1) die Mischflugzeitspektren miteinander verglichen werden und daraus die Signale derjenigen Fragmentionen, die zu einer Elternionenart gehören, ermittelt werden, und/oder (b2) die Flugzeiten einer Fragmentionenart in den Mischflugzeitspektren bestimmt werden und daraus die ladungsbezogenen Massen des Fragmentions und des zugehörigen Elternions berechnet werden. Bei Kenntnis der Ladungen des Fragmentions und des Elternions können die „tatsächlichen“ Massen bestimmt werden. Der geänderte Geräteparameter ist die Beschleunigungsspannung auf einer Beschleunigungsstrecke vor der Flugstrecke sein.
• Für den Fall, dass eines oder mehrere Mischflugzeitspektren auch Signale der Elternionen aufweisen, können durch den Vergleich der Mischflugzeitspektren die Signale derjenigen Fragmentionen, die zu einer Elternionenart gehören, der zugehörigen Elternionenart zugeordnet werden. Die Signale der Fragmentionen, die als zu einer Elternionenart gehörig ermittelt worden sind, können zusammen mit dem Signal der Elternionenart, aber auch ohne das Signal der Elternionenart in ein „entmischtes“ reines Fragmentionen-Massenspektrum überführt werden.
• Die ladungsbezogene Masse des Fragmentions und des zugehörigen Elternions können dadurch berechnet werden, dass in zwei Mischflugzeitspektren jeweils ein Signal ausgewählt wird, das auf die gleiche Fragmentionenart zurückgeht, und dass die ladungsbezogenen Massen als Lösung der folgenden Gleichungen bestimmt werden: $$T_1=Sys\left(m\text{/}{q}_m,M\text{/}{q}_M,P_1\right)$$

  

  $$T_2=Sys\left(m\text{/}{q}_m,M\text{/}{q}_M,P_2\right)$$

  

  wobei M und q_M die Masse bzw. die Ladung des Elternions sind, m und q_m die Masse bzw. die Ladung des Fragmentions sind, T₁ und T₂ die aus den Mischflugzeitspektren bestimmten Flugzeiten der beiden Signale der Fragmentionenart sind, P₁ und P₂ die Werte des veränderten Geräteparameters sind, die bei der Aufnahme der Flugzeitspektren verwendet werden, und Sys die Systemfunktion des Flugzeitmassenspektrometers ist, die die Flugzeit eines Fragmentions als Funktion des Geräteparameters und der ladungsbezogenen Massen des Fragmentions und des zugehörigen Elternions angibt.
• Eine weitere Möglichkeit zur Berechnung der ladungsbezogenen Masse des Fragmentions und des zugehörigen Elternions besteht darin, dass in mehreren Mischflugzeitspektren jeweils ein Signal ausgewählt wird, das auf die gleiche Fragmentionenart zurückgeht, und das die ladungsbezogenen Massen als Parameter einer Regression für T_i = Sys(m/q_m, M/q_M, P_i) bestimmt werden. Dabei sind M und q_M die Masse bzw. die Ladung des Elternions, m und q_m die Masse bzw. die Ladung des Fragmentions, T_i die aus den Mischflugzeitspektren bestimmten Flugzeiten der Signale der Fragmentionenart und P_i die Werte des Geräteparameters, die bei der Aufnahme der Flugzeitspektren verwendet werden. Die Systemfunktion des Flugzeitmassenspektrometers Sys gibt die Flugzeit eines Fragmentions als Funktion des Geräteparameters und der ladungsbezogenen Masse des Fragmentions und des zugehörigen Elternions an.
• Ein zweites erfindungsgemäßes Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass (a) ein Mischflugzeitspektrum aufgenommen wird, das Signale von Fragmentionen von mehr als einer Elternionenart aufweist, wobei die Fragmentionen auf der Flugstrecke vor dem Reflektor erzeugt werden, dass (b) zwei Signale S₁ und S₂ im Isotopenmuster eines Fragmentions ausgewählt, deren Flugzeiten T₁ und T₂ aus dem Mischflugzeitspektrum ermittelt werden, und dass (c) die ladungsbezogenen Massen des Fragmentions und des zugehörigen Elternions als Lösung der folgenden Gleichungen berechnet werden: $$T_1=Sys\left(m\text{/}{q}_m,M\text{/}{q}_M\right)$$

  

  $$T_2=Sys\left(\left(m+n\cdot Da\right)\text{/}{q}_m,\left(M+n\cdot Da\right)\text{/}{q}_M\right)$$

  

  wobei M und q_M die Masse bzw. die Ladung des Elternions sind, m und q_m die Masse bzw. die Ladung des Fragmentions sind, die ausgewählten Isotopen eine Massendifferenz von n Dalton aufweisen und Sys die Systemfunktion des Flugzeitmassenspektrometers ist, die die Flugzeit eines Fragmentions als Funktion der ladungsbezogenen Massen des Fragmentions und des zugehörigen Elternions angibt. Bei Kenntnis der Ladungen des Fragmentions und des zugehörigen Elternions können die „tatsächlichen“ Massen m und M bestimmt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren setzt eine relativ lange Flugzeit voraus, um trotz der Zerfallsenergie, die den Fragmentionen bei ihrer Erzeugung (insbesondere beim Zerfall von metastabilen Elternionen) in statistisch verteilter Richtung mitgegebenen wird, eine Auflösung des Isotopenmuster erreichen zu können.
• Die mehreren Elternionenarten können aus einer größeren Anzahl von Ionenarten ausgewählt werden, z.B. zwischen der Ionenquelle und der Flugstrecke oder innerhalb der feldfreien Flugstrecke, bevor die Fragmentionen entstehen bzw. erzeugt werden. Die Auswahl einer einzelnen Elternionenart ist nicht notwendig.
• Die Elternionen werden vor dem Eintritt in die Flugstrecke beispielsweise in der Ionenquelle selber oder in einer Beschleunigungsstrecke beschleunigt, die zwischen der Ionenquelle und der Flugstrecke angeordnet ist. Die Flugzeit der Ionen beginnt in der Regel mit dem gepulsten Einschalten eines Beschleunigungsfeldes. Die Fragmentionen können in der Flugstrecke durch den Zerfall von metastabilen Elternionen entstehen und/oder dort in einer Fragmentierungszelle aus den Elternionen erzeugt werden. Die Elternionen und deren Fragmentionen weisen bis zum Reflektor bevorzugt die gleiche Flugzeit auf, durchlaufen aber den Reflektor mit verschiedenen Flugzeiten. Der Reflektor weist in bevorzugter Weise ein quadratisch ansteigendes Bremspotential auf, insbesondere die Potentialverteilung einer Cassini-Ionenfalle für entkoppelte Schwingungen der Ionen in longitudinaler und lateraler Richtung. Die Ionen können nach dem Reflektor eine zweite Beschleunigungsstrecke oder eine zweite Flugstrecke durchlaufen, die aber bevorzugt kürzer als die Flugstrecke vor dem Reflektor sind, und werden danach in dem Ionendetektor nachgewiesen.
• Die Aufnahme eines Mischflugzeitspektrums kann zur Folge haben, dass die Massen der Ionensignale entlang der Flugzeitachse nicht mehr monoton ansteigen, d.h., dass die Fragmentionen einer ersten Elternionenart eine längere Flugzeit als andere schwerere Elternionen oder Fragmentionen einer zweiten Elternionenart haben können und dass deshalb die Flugzeitachse nicht direkt in eine Massenachse transformiert werden kann. Es ist nicht möglich, aus einem einzelnen Signal eines Fragmentions dessen ladungsbezogene Masse oder die ladungsbezogene Masse des dazu gehörigen Elternions zu bestimmen.
• Besteht die Gesamtflugstrecke des Flugzeitmassenspektrometers im Wesentlichen aus einer feldfreien Flugstrecke vor dem Reflektor und weist der Reflektor ein quadratisch ansteigendes Bremspotential auf, ist die Systemfunktion gegeben durch: $$T\left(M_p,m_{p,d}\right)=c_1\cdot \sqrt{\frac{M_p}{2q_M{U}_B}}+c_2\cdot \sqrt{\frac{m_{p,d}}{2q_m{U}_C}}$$

  

  wobei m_p,d und q_m die Masse bzw. die Ladung eines Fragmentions sind, M_p und q_M die Masse bzw. die Ladung des zugehörigen Elternions sind, U_B die Beschleunigungsspannung einer Beschleunigungsstrecke vor der feldfreien Flugstrecke ist und U_C die Bremsspannung am Reflektor ist. Die beiden Konstanten c₁ und c₂ können durch eine Kalibrierung mit einer oder mehreren bekannten Substanzen bestimmt werden.
• Werden zwei Mischflugzeitspektren mit unterschiedlichen Beschleunigungsspannungen U_B1 und U_B2 aufgenommen, ergeben sich folgende Gleichungen für die Flugzeiten der Fragmentionen: $$T_1\left(M_p,m_{p,d}\right)=c_1\cdot \sqrt{\frac{M_p}{2q_M{U}_{B1}}}+c_2\cdot \sqrt{\frac{m_{p,d}}{2q_m{U}_C}}$$

  

  $$T_2\left(M_p,m_{p,d}\right)=c_1\cdot \sqrt{\frac{M_p}{2q_M{U}_{B2}}}+c_2\cdot \sqrt{\frac{m_{p,d}}{2q_m{U}_C}}$$

  
• Das quadratische Bremspotential in Kombination mit der feldfreien Flugstrecke ist deshalb günstig, weil die Fragmentionen, die zu einer Elternionenart gehören, leicht aus den beiden gemessenen Mischflugzeitspektren ermittelt werden können. Wie aus den beiden Gleichungen ersichtlich ist, weisen nämlich alle Fragmentionen der Massen m_p,d (mit d=1,2,3...) der Elternionenart mit der Masse M_p (sowie die Elternionen selber) die gleiche Flugzeitverschiebung ΔT=T₂-T₁ auf, die nur von der ladungsbezogenen Masse M_p/q_M der Elternionen und den beiden Beschleunigungsspannungen abhängt: $$\mathrm{\Delta }T=T_2-T_1=c_1\sqrt{\frac{M_p}{2q_M}}\left(\sqrt{\frac{1}{U_{B2}}}-\sqrt{\frac{1}{U_{B1}}}\right)$$

  
• Alle Signale des zweiten Mischflugzeitspektrums, die gegenüber dem ersten Mischflugzeitspektrum die gleiche Flugzeitverschiebung ΔT aufweisen, werden als zu einer Elternionenart gehörig ermittelt. Die Masse M_p der Elternionenart kann dabei direkt aus der Flugzeitverschiebung und den Beschleunigungsspannungen U_B1 und U_B2 bestimmt werden. Die Flugzeitverschiebungen der Fragmentionen, die zu unterschiedlichen Elternionenarten gehören (ΔT(M₁), ΔT(M₂), ...), können auch durch eine Kreuzkorrelation zwischen dem ersten und dem zweiten Mischflugzeitspektrum ermittelt werden. Die Signale der Tochterionen, die zu einer Elternionenart gehören, können als diejenigen Signale ermittelt werden, die in den beiden Mischfrequenzspektren bei jeweils einer der ermittelten Flugzeitverschiebungen überlappen. Da zudem die Reihenfolge der Tochterionen einer Elternionenart in den beiden Mischflugzeitspektren erhalten bleibt, können leicht zwei Signale S1 und S2 in den Mischflugzeitspektren gefunden werden, die jeweils auf dieselbe Tochterionart zurückgehen.
• Es können auch zwei Mischflugzeitspektren mit unterschiedlichen Beschleunigungsspannungen U_B1 und U_B2 aufgenommen werden, die auch Signale der Elternionen aufweisen. Im zweiten Mischflugzeitspektrum werden dann diejenigen Signale ermittelt, die gegenüber dem ersten Mischflugzeitspektrum die gleiche Flugzeitverschiebung ΔT aufweisen, wobei das Signal mit der längsten Flugzeit der Elternionenart und die anderen Signale den Fragmentionen zugeordnet werden, die zu dieser Elternionenart gehören.
• Es ist günstig, neben dem oder den Mischflugzeitspektren mindestens ein Flugzeitspektrum ohne Fragmentionen aufzunehmen, um die nicht zerfallenen oder fragmentierten Elternionen in den Mischflugzeitspektren direkt ermitteln und von Tochterionen unterscheiden zu können. Es können auch zusätzlich zwei Flugzeitspektren bei den Beschleunigungsspannungen U_B1 und U_B2 aufgenommen werden, die nur Signale von Elternionen aufweisen. Die Signale im zweiten Mischflugzeitspektrum, die gegenüber dem ersten Mischflugzeitspektrum die gleiche Flugzeitverschiebung ΔT aufweisen, werden dann derjenigen Elternionenart zugeordnet, die die gleiche Flugzeitverschiebung ΔT in den zusätzlich aufgenommenen Flugzeitspektren aufweist.
• In bevorzugter Weise wird eine Ionenquelle verwendet, in der die Ionen mittels einer Ionisierung durch matrixunterstützte Laserdesorption (MALDI) erzeugt werden. Die MALDI-Ionenquelle grenzt dabei bevorzugt direkt an eine feldfreie Flugstrecke an. Die Beschleunigung der Ionen erfolgt dann in der Regel axial aus der MALDI-Ionenquelle heraus in die feldfreie Flugstrecke hinein. In der MALDI-Ionenquelle können die Proben durch Beschuss mit Laserpulsen bei hoher Pulsenergie wie üblich so viel innere Energie aufnehmen, dass zumindest ein Teil der erzeugten Ionen metastabil ist und auf der Flugstrecke vor dem Reflektor in Fragmentionen zerfällt. Zudem kann ein Flugzeitmassenspektrum bei einer niedrigen Pulsenergie aufgenommen werden, so dass keine oder wenige metastabile Elternionen erzeugt werden und nur alle als Elternionen infrage kommenden Ionen der Massen M₁, M₂, M₂ usw. enthalten sind.
• Beschreibung der Abbildungen
• Die zeigt schematisch vereinfacht ein Flugzeitmassenspektrometer mit einer MALDI-Ionenquelle und einem Cassini-Reflektor (20, 21, 22, 23), mit dem Mischflugzeitspektren mit mehreren Elternionenarten und einer Vielzahl von Fragmentionen aufgenommen werden.
• Die zeigt einen Cassini-Reflektor anderer Bauart, mit dem das elektrische Feld des Cassini-Reflektors (20) erzeugt werden kann.
• Die und zeigen zwei artifizielle Mischflugzeitspektren (1, 2), die Signale von drei Elternionenarten mit Massen von 800, 900 und 1000 Dalton und deren Fragmentionen enthalten.
• Die , und zeigen Überlagerungen der Mischflugzeitspektren (1, 2) aus den und , wobei das Mischflugzeitspektrum (2) jeweils so weit verschoben ist, dass die Signale einer der drei Elternionenarten in beiden Mischflugzeitspektren einander gegenüberliegen.
• Die ist zeigt schematisch vereinfacht ein Flugzeitmassenspektrometer mit orthogonaler Beschleunigung eines Ionenstrahls (31) aus einer Ionenquelle (30).
• Detaillierte Beschreibung der Erfindung
• Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren für die schnelle und probensparende Aufnahme von Tochterionen-Massenspektren bereit, in dem ein Flugzeitmassenspektrometer verwendet wird, mit dem Mischflugzeitspektren aus vielen Eltern- und Fragmentionen so aufgenommen werden können, dass jeweils durch mathematische oder geometrische Beziehungen bestimmt werden kann, welche Fragmentionen zu welcher Elternionenart gehören. Das Flugzeitmassenspektrometer enthält eine Ionenquelle, eine Flugstrecke, einen Reflektor und einen Ionendetektor, wobei die Flugstrecke bevorzugt feldfrei ist und der Reflektor bevorzugt ein quadratisch ansteigendes Reflektionspotential besitzt.
• Die zeigt schematisch vereinfacht ein Flugzeitmassenspektrometer, das aus einer MALDI-Ionenquelle (10, 11, 12), einer feldfreien Flugstrecke (14), einem Cassini-Reflektor (20, 21, 22, 23) und einem Ionendetektor (26) besteht.
• Auf der Probenplatte (10) befindet sich eine Vielzahl von Proben jeweils mit einem Gemisch von Substanzen, die durch einen UV-Lichtpuls (12) mittels Matrix unterstützter Laserdesorption-/ionisation (MALDI) ionisiert werden. Durch Beschuss mit dem UV-Lichtpuls (12) können Elternionen mit so hoher innerer Energie („metastabile Ionen“ genannt) erzeugt werden, dass zumindest ein Teil von ihnen nach den Beschleunigungselektroden (11) auf der feldfreien Flugstrecke (14) in Fragmentionen zerfällt. Die Ionen können in der MALDI-Ionenquelle zeitverzögert beschleunigt werden, so dass jeweils Ionen einer Masse am Eingang (15) zeitlich fokussiert werden (Fokussierung durch „delayed extraction“). Längs der feldfreien Flugstrecke (14) zerfällt ein Teil der metastabilen Elternionen der verschiedenen Substanzen, wobei die Fragmentionen näherungsweise die gleiche Geschwindigkeit wie die Elternionen haben und somit auch zeitgleich in den Cassini-Reflektor (20, 21, 22, 23) eintreten. Die Eltern- und Fragmentionen durchlaufen aber den Cassini-Reflektor (20, 21, 22, 23) auf verschiedenen Bahnen (16, 17, 18, 19) mit verschiedenen Flugzeiten. Wegen der geringeren kinetischen Energie der Fragmentionen (16, 17, 18) dringen diese nicht so weit in den Cassini-Reflektor ein wie die Elternionen (19) und durchlaufen den Cassini-Reflektor (20, 21, 22, 23) aufgrund ihrer geringeren Masse entsprechend schneller. Die Fragmentionen werden aber wie die Elternionen räumlich auf die Austrittsöffnung (24) fokussiert. Eltern- wie auch Fragmentionen werden in einer Beschleunigungstrecke (25) (Blendenstapel) in sehr kurzer Zeit auf eine hohe Energie, typischerweise zwischen 10 bis 30 keV, beschleunigt und im Ionendetektor (26) als ein Mischmassenspektrum aus Eltern- und Fragmentionen gemessen.
• Eltern- und Fragmentionen haben bis zum Cassini-Reflektor (20, 21, 22, 23) die gleiche Flugzeit, werden aber im Cassini-Reflektor (20, 21, 22, 23) zeitlich mit verschiedenen Flugzeiten fokussiert, so dass mit dem Ionendetektor (26) ein „Mischflugzeitspektrum“ gemessen wird, das sowohl mehrere Arten von Elternionen als auch deren Fragmentionen enthält.
• Der Cassini-Reflektor (20, 21, 22, 23) ist im Querschnitt dargestellt. Die Ionenbahnen liegen zwischen den beiden Innenelektroden (23), die gestrichelt dargestellt sind, das sie außerhalb der Zeichnungsebene liegen. Der Cassini-Reflektor besteht hier aus einer Äußeren Hüllelektrode (20), zwei inneren Elektroden (23), und zwei abschließenden Äquipotentialplatten (21, 22), wie es in der Druckschrift DE 102013011462 A1 beschrieben wird. Der Cassini-Reflektor (20, 21, 22, 23) besitzt die Potentialverteilung einer halben Cassini-Ionenfalle, wobei das Potential in Achsenrichtung genau quadratisch ansteigt. Die Äquipotentialplatten (21, 22) weisen linienförmigen Elektroden auf, die die Äquipotentialflächen der Potentialverteilung der Cassini-Ionenfalle am Ort der Äquipotentialplatte nachzeichnen. Die Äquipotentialplatte (22) weist zwei Öffnungen (15, 24) für den Ein- und Ausschuss von Ionen auf, wobei die Form des Cassini-Reflektors (20, 21, 22, 23) und die Positionen der Ein- und Ausschussöffnungen (15, 24) so ausgebildet sind, dass die Ionen einer Masse im Cassini-Reflektor (20, 21, 22, 23) eine ungerade ganzzahlige Anzahl halber transversaler Schwingungen durchlaufen. In der durchlaufen die Ionen im Cassini-Reflektor (20, 21, 22, 23) 3/2 transversale Schwingungen. Es ist auch möglich, Cassini-Reflektoren noch schlanker und mit längeren Eindringtiefen in das parabolische Potential in Längsrichtung zu bauen. Die Ionen müssen dann pro halber longitudinaler Schwingung 5/2, 7/2 oder 9/2 transversale Schwingungen durchlaufen, wodurch sich die Akzeptanz für Fragmentionen sehr verschiedener Masse m erhöht.
• Die Potentialverteilung Ψ(x, y, z) einer Cassini-Ionenfalle kann beispielsweise die Form eines hyperlogarithmisches Feldes haben: $$\mathrm{\psi }\left(\text{x}\text{,y}\text{,z}\right)=\text{ln}\left[\frac{{\left({\text{x}}^2+{\text{y}}^2\right)}^2-2\cdot {\text{b}}^2\cdot \left({\text{x}}^2-{\text{y}}^2\right)+{\text{b}}^4}{{\text{ai}}^4}\right]\cdot \frac{{\text{U}}_{\text{ln}}}{{\text{c}}_{\text{ln}}}+\left[-\left(1-\text{B}\right)\cdot {\text{x}}^2-\text{B}\cdot {\text{y}}^2+{\text{z}}^2\right]\cdot \frac{{\text{U}}_{\text{quad}}}{{\text{c}}_{\text{quad}}}+{\text{U}}_{\text{off}}$$

  

  Durch die Konstanten ai, b und B kann die Form des Feldes verändert werden. U_ln, U_quad und U_off sind Potentialspannungen, C_ln und C_quad sind Konstanten. Die Innenfläche des Außengehäuses (20) und die Außenflächen der Innenelektroden (23) sind Äquipotentialflächen Ψ(x,y,z) = const dieser Potentialverteilung. Im Querschnitt bilden die Äquipotential-Linien hier näherungsweise Cassini-Kurven um die inneren Elektroden; für zwei innere Elektroden (23) ergeben sich Cassini-Kurven zweiter Ordnung, für n innere Elektroden Cassini-Kurven n-ter Ordnung. Für eine gerade Anzahl von inneren Elektroden gibt es jeweils Ausführungsformen, bei denen die Ionen transversal nahe der Mittelebene zwischen mindestens einem Paar innerer Elektroden pendeln können. Durch Formparameter kann man ein beliebiges Verhältnis der longitudinalen Schwingungsdauer zur transversalen Schwingungsdauer einstellen.
• Ein Cassini-Reflektor ist hier besonders bevorzugt, weil er ein quadratisch ansteigendes Bremspotential (Reflektionspotential) aufweist und zudem die Ionen in beiden lateralen Richtungen räumlich fokussiert. Fragmentionen, die im Reflektor durch Zerfall entstehen, werden zudem nahezu vollständig ausgefiltert. Im Prinzip kann aber jeder Reflektor mit einem quadratisch ansteigenden Potential verwendet werden, um die bevorzugte einfache Systemfunktion gemäß Gleichung (5) zu erhalten. Des Weiteren soll hier aber auch angemerkt werden, dass auch ein Flugzeitmassenspektrometer mit einem Mamyrin-Reflektor für die erfindungsgemäße Aufnahme von Mischflugzeitspektren verwendet werden kann, wobei die Systemfunktion bei Verwendung eines Reflektors ohne quadratisches Bremspotential von der Gleichung (5) verschieden ist und das Lösen des entsprechenden Lösungssystems komplizierter sein kann.
• Das äußere Gehäuse (20) des Cassini-Reflektors in ist nicht ganz einfach herzustellen. Außerdem ist das Innere des weitgehend geschlossenen Cassini-Reflektors nicht einfach auszupumpen. Die zeigt einen Cassini-Reflektor anderer Bauart, jedoch mit dem gleichen elektrischen Feld: Das äußere Gehäuse (20) in ist hier durch einen Stapel identischer Lochblenden (122) ersetzt. Der Cassini-Reflektor ist hier dreidimensional dargestellt, wobei er in Reflektionsrichtung aufgeschnitten und nur zur Hälfte abgebildet ist. Die Lochblenden besitzen Innenöffnungen in Form einer Cassini-Kurve. Um das elektrische Feld einer Cassini-Ionenfalle zu erhalten, werden die Lochblenden von der Äquipotentialplatte (120) mit Potentialen versehen, die ein quadratisch ansteigendes Feld ergeben. Die Äquipotentialplatten (120) und (121) entsprechen denen der . Fragmentionen verschiedener Massen m laufen auf Bahnen (124), die verschieden weit in den Reflektor hineinlaufen. Die Elternionen laufen auf einer Bahn (125), die weiter in den Reflektor hineinragt. Diese Ausführungsform hat mehrere Vorteile: Der Reflektor ist besser zu bepumpen; die Gesamtgröße ist kleiner, die Herstellung ist einfacher und preiswerter.
• Die und zeigen zwei Mischflugzeitspektren (1, 2), wie sie mit einem Flugzeitmassenspektrometer aus der bei zwei verschiedenen Beschleunigungsspannungen U₁ und U₂ in der MALDI-Ionenquelle (10, 11, 12) aufgenommen werden. Die Elternionen sind in den beiden Mischflugzeitspektren (1, 2) durch Pfeile markiert und haben eine Masse von 800, 900 bzw. 1000 Dalton. Für jede dieser Elternionenart existieren jeweils drei Fragmentionen mit den Massen 100, 200 und 300 Dalton, die jeweils mit der Intensität der zugehörigen Elternionenart gezeichnet sind. Die Abszisse gibt die Flugzeiten an.
• Die Eltern- und jeweils zugehörigen Fragmentionen haben auf der geraden feldfreien Flugstrecke (14) die gleiche Flugzeit, aber unterschiedliche Flugzeiten im Cassini-Reflektor (20, 21, 22, 23). Werden die zwei Mischflugzeitspektren mit zwei verschiedenen Beschleunigungsspannungen U₁ und U₂ aufgenommen, so ergibt sich für Fragmentionen eine Gesamtflugzeit t₁ im Mischflugzeitspektrum 1 und eine Gesamtflugzeit t₂ im Mischflugzeitspektrum 2: $$t_1\left(M_p,m_d\right)=c_1\cdot \sqrt{\frac{M_p}{2q_M{U}_1}}+c_2\cdot \sqrt{\frac{m_d}{2q_m{U}_C}}$$

  

  $$t_2\left(M_p,m_d\right)=c_1\cdot \sqrt{\frac{M_p}{2q_M{U}_2}}+c_2\cdot \sqrt{\frac{m_d}{2q_m{U}_C}}.$$

  

  Dabei ist M_p die Masse der Elternionen (mit p = 1, 2, ...), m_d die Masse eines zugehörigen Fragmentions (mit d = 1, 2, ...), q_M und q_m deren Ladungen, U₁ die Beschleunigungsspannung für die Elternionen in der MALDI-Ionenquelle (10, 11, 12) und U_C die Bremsspannung am Cassini-Reflektor (20, 21, 22, 23). Die beiden Konstanten c₁ und c₂ können durch eine Kalibrierung mit bekannten Substanzen bestimmt werden. Die Ladungen q_M und q_m sind für MALDI-Ionen in der Regel die Ladungen einzelner Protonen.
• Sind die Flugzeiten t₁ und t₂ für eine Fragmentionenart in den beiden Mischflugzeitspektren (1, 2) bekannt, kann die Masse des zugehörigen Elternions M_p bestimmt werden: $$\frac{M_p}{q_M}=\frac{t_1-t_2}{c_1}\cdot \frac{\sqrt{2\cdot U_1\cdot U_2}}{\sqrt{U_2}-\sqrt{U_1}}$$

  

  und daraus die Masse des Fragmentions m_d bestimmt werden: $$\frac{m_d}{q_m}={\left\{\frac{t_1}{c_2}-\frac{c_1}{c_2}\cdot \sqrt{\frac{M}{2q_M{U}_1}}\right\}}^2\cdot 2\cdot U_C$$

  
• Durchlaufen die Ionen den Cassini-Reflektor in mit relativ geringer Energie, beispielsweise mit nur 300 Elektronenvolt, so wird durch die lange Flugzeit ein relativ hohes Auflösungsvermögen erreicht, so dass auch für die Fragmentionen trotz der beim Zerfall in statistisch verteilter Richtung mitgegebenen Zerfallsenergie eine Auflösung der Isotopenlinien erzielt werden kann. Für den Fall, dass beispielsweise das ¹³C-Signal und das ¹²C-Signal einer Fragmentionenart in einem einzelnen Mischflugzeitspektrum, das mit einem Flugzeitmassenspektrometer nach aufgenommen wird, aufgelöst sind, ergeben sich die beiden folgenden Gleichungen mit den unbekannten Massen des Elternions und des Fragmentions: $$t_1\left(M_p,m_{p,d}\right)=c_1\cdot \sqrt{\frac{M_p}{2q_M{U}_B}}+c_2\cdot \sqrt{\frac{m_{p,d}}{2q_m{U}_C}}$$

  

  $$t_2\left(M_p+\mathrm{1,}{m}_{p,d}+1\right)=c_1\cdot \sqrt{\frac{M_p+1}{2q_M{U}_B}}+c_2\cdot \sqrt{\frac{m_{p,d}+1}{2q_m{U}_C}}$$

  

  Dabei sind m_p,d und q_m die Masse bzw. die Ladung des Tochterions, M_p und q_M die Masse bzw. die Ladung des zugehörigen Elternions, U_B die Beschleunigungsspannung für die Elternionen in der MALDI-Ionenquelle und U_C die Bremsspannung am Reflektor. Die beiden Konstanten c₁ und c₂ können durch eine Kalibrierung mit einer bekannten Substanz bestimmt werden. Die beiden unbekannten Massen ergeben sich als Lösung des Gleichungssystems. Dieses erfindungsgemäße Verfahren verlangt eine gute Flugzeitauflösung, es muss aber kein zweites Mischflugzeitspektrum mit einer veränderten Beschleunigungsspannung aufgenommen werden.
• Die beiden Mischflugzeitspektren (1) und (2) können auch miteinander verglichen werden, um die Signale derjenigen Fragmentionen zu ermitteln, die zu einer Elternionenart gehören. Der Vergleich kann beispielsweise geometrisch oder mittels einer Kreuzkorrelation erfolgen. In den beiden Mischflugzeitspektren (1, 2) sind sowohl die Elternionen wie auch alle zugehörigen Fragmentionen jeweils um den gleichen Flugzeitbetrag t₁ - t₂ verschoben, da die Flugzeiten im Cassini-Reflektor (20, 21, 22, 23) für die Eltern- und deren Fragmentionen bei den beiden Beschleunigungsspannungen gleich bleiben und nur die Flugzeiten der geraden Flugstrecke (14) verschieden sind. Um nun leicht erkennen zu können, welche Fragmentionen zu welchen Elternionen gehören, sind in den , und drei Überlagerungen des Mischflugzeitspektrums (1) aus der mit dem jeweils verschobenen Mischflugzeitspektren (2) aus gezeichnet. Das Mischflugzeitspektrum aus wird jeweils soweit entlang der Flugzeitachse verschoben, dass entweder die Elternionen der Masse 800 Dalton oder die der Masse 900 Dalton, oder die der Masse 1000 Dalton einander gegenüber zu liegen kommen.
• In der fallen in den Mischflugzeitspektren (1) und (2a) die Elternionen der Masse 800 Dalton aufeinander, man kann hier aber auch leicht erkennen, dass gleichzeitig alle Fragmentionen dieser Elternionen aufeinander fallen (gestrichelte Pfeile) und so leicht als zugehörige Fragmentionen kenntlich sind. In gleicher Weise können auch die Fragmentionen der Elternionen mit den Massen 900 und 1000 Dalton bestimmt werden, wenn in den und die Mischflugzeitspektren (1) und (2b) bzw. (1) und (2c) verglichen werden.
• Die drei Verschiebungszeiten (delay time), die für die Mischflugzeitspektren (2a, 2b, 2c) in den bis verwendet werden, können auch durch eine Kreuzkorrelation zwischen den Mischflugzeitspektren (1) und (2) ermittelt werden, wobei die Kreuzkorrelation bei jeder der drei Verschiebungszeiten ein lokales Maximum aufweist. Ein reines Fragmentionenspektrum ergibt sich durch Auswahl derjenigen Signale aus einem Mischflugzeitspektrum, die alle um eine der entsprechend ermittelten Zeiten verschoben sind.
• Es ist günstig, zunächst durch eine niedrige Laserenergie ein gewöhnliches Flugzeitspektrum der Elternionen ohne Fragmentionen aufzunehmen. Darin sind alle als Elternionen infrage kommenden Ionen der Massen M₁, M₂, M₂ usw. enthalten. Werden zwei Flugzeitspektren der Elternionen für die beiden Beschleunigungsspannungen aufgenommen, die auch bei den beiden Mischflugzeitspektren (1) und (2) verwendet werden, so können die Elternionen in den beiden Mischflugzeitspektren (1) und (2) identifiziert werden. Aus einer Kreuzkorrelation der beiden Flugzeitspektren der Elternionen können ebenfalls die Zeitverschiebungen ermittelt werden, die für die jeweiligen Eltern- und deren Fragmentionen charakteristisch sind. Sind im Flugzeitspektrum der Elternionen eine zu hohe Anzahl von Elternionen enthalten, die jeweils in Fragmentionen zerfallen können, beispielsweise über 50 mögliche Elternionen, so kann durch einen üblichen Elternionen-Separator ein Massenbereich von Elternionen, beispielsweise der Massenbereich zwischen 1000 und 1500 Dalton, ausgewählt werden, um die Anzahl von Elternionen einzuschränken, beispielsweise auf nur noch 15 Elternionen pro Mischflugzeitspektrum. Es können auf diese Weise mit etwa vier bis fünf Mischflugzeitspektren alle etwa 50 Tochterionen-Massenspektren bestimmt werden. Damit wird der Probenverbrauch gegenüber dem bisher angewandten Verfahren um einen Faktor 10 verringert.
• Die zeigt schematisch vereinfacht ein Flugzeitmassenspektrometer mit einem Pulser (32) zur orthogonalen Beschleunigung eines Ionenstrahls (31) aus einer Ionenquelle (30). Ionenquelle (30) und Ionenstrahl (31) sind hier der Deutlichkeit wegen in der Zeichenebene gezeichnet; sie sollten aber senkrecht zur Zeichenebene angeordnet sein, um ein bandförmigen Ionenstrahl (14) zu generieren, der durch einen sich senkrecht zur Zeichenebene erstreckenden Schlitz (15) in den Cassini-Reflektor (20, 21, 22, 23) eintreten kann. Die Elternionen des ausgepulsten Strahls durchlaufen eine Fragmentierungszelle (33) und zerfallen direkt dort oder auf der feldfreien Flugstrecke (14) in Fragmentionen der Mischflugzeitspektren. Die Fragmentierung in der Fragmentierungszelle (33) kann beispielsweise durch Photonen genügender Energie oder durch Stöße in der mit Gas gefüllten Fragmentierungszelle (33) erfolgen.
• Dem Fachmann ist es leicht möglich, weitere interessante Ausführungsformen auf der Basis der erfindungsgemäßen Vorrichtungen für die Reflektion von Ionen zu erarbeiten.

Claims (12)

1. Verfahren zur massenspektrometrischen Messung von Fragmentionen einer Probe mit einem Flugzeitmassenspektrometer, das eine Ionenquelle, eine Flugstrecke, einen Reflektor und einen Ionendetektor aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass (a) mindestens zwei Mischflugzeitspektren der Probe bei jeweils veränderter Beschleunigungsspannung vor der Flugstrecke aufgenommen werden, wobei die Mischflugzeitspektren Signale von Fragmentionen von mehr als einer Elternionenart aufweisen und die Fragmentionen auf der Flugstrecke vor dem Reflektor erzeugt werden, und (b1) in zwei Mischflugzeitspektren jeweils ein Signal ausgewählt wird, das auf die gleiche Fragmentionenart zurückgeht, und die ladungsbezogenen Massen des Fragmentions und des zugehörigen Elternions als Lösung der Gleichungen T₁ = Sys(m/q_m, M/q_M, P₁) und T₂ = Sys(m/q_m, M/q_M, P₂) bestimmt werden oder (b2) in mehreren Mischflugzeitspektren jeweils ein Signal ausgewählt wird, das auf die gleiche Fragmentionenart zurückgeht, und die ladungsbezogenen Massen des Fragmentions und des zugehörigen Elternions als Parameter der Regression für T_i = Sys(m/q_m, M/q_M, P_i) bestimmt werden, wobei M und q_M die Masse bzw. die Ladung des Elternions sind, m und q_m die Masse bzw. die Ladung des Fragmentions sind, T_i die aus den Mischflugzeitspektren bestimmten Flugzeiten der Signale der Fragmentionenart sind, P_i die Werte der Beschleunigungsspannungen sind und Sys die Systemfunktion des Flugzeitmassenspektrometers ist, die die Flugzeit eines Fragmentions als Funktion des Geräteparameters und der ladungsbezogenen Masse des Fragmentions und des zugehörigen Elternions angibt.
2. Verfahren zur massenspektrometrischen Messung von Fragmentionen mit einem Flugzeitmassenspektrometer, das eine Ionenquelle, eine Flugstrecke, einen Reflektor und einen Ionendetektor aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass (a) ein Mischflugzeitspektrum aufgenommen wird, das Signale von Fragmentionen von mehr als einer Elternionenart aufweist, wobei die Fragmentionen auf der Flugstrecke vor dem Reflektor erzeugt werden, (b) zwei Signale S₁ und S₂ im Isotopenmuster eines Fragmentions ausgewählt und deren Flugzeiten T₁ und T₂ aus dem Mischflugzeitspektrum ermittelt werden, und (c) die ladungsbezogenen Massen des Fragmentions und des zugehörigen Elternions als Lösung der folgenden Gleichungen berechnet werden: $$T_1=Sys\left(m\text{/}{q}_m,M\text{/}{q}_M\right)$$

   

   $$T_2=Sys\left(\left(m+n\cdot Da\right)\text{/}{q}_m,\left(M+n\cdot Da\right)\text{/}{q}_M\right),$$

   

   wobei M und q_M die Masse bzw. die Ladung des Elternions sind, m und q_m die Masse bzw. die Ladung des Fragmentions sind, die ausgewählten Isotopen eine Massendifferenz von n Dalton aufweisen und Sys die Systemfunktion des Flugzeitmassenspektrometers ist, die die Flugzeit eines Fragmentions als Funktion der ladungsbezogenen Masse des Fragmentions und des zugehörigen Elternions angibt, wobei die Flugzeiten hinreichend lang sind, um eine Auflösung des Isotopenmusters zu erreichen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtflugstrecke aus einer feldfreien Flugstrecke und dem Reflektor besteht, der ein quadratisch ansteigendes Bremspotential aufweist, und dass damit die Systemfunktion durch folgende Gleichung gegebenen ist: $$T\left(M_p,m_{p,d}\right)=c_1\cdot \sqrt{\frac{M_p}{2q_M{U}_B}}+c_2\cdot \sqrt{\frac{m_{p,d}}{2q_m{U}_C}},$$

   

   wobei M_p und q_M die Masse bzw. die Ladung des Elternions sind, m_p,d und q_m die Masse bzw. die Ladung des Fragmentions sind, U_B die Beschleunigungsspannung einer Beschleunigungsstrecke vor der feldfreien Flugstrecke ist, U_C die Bremsspannung am Reflektor ist und c₁ und c₂ Gerätekonstanten sind.
4. Verfahren zur massenspektrometrischen Messung von Fragmentionen einer Probe mit einem Flugzeitmassenspektrometer, das eine Ionenquelle, eine Flugstrecke, einen Reflektor mit einem quadratisch ansteigenden Bremspotential und einen Ionendetektor aufweist, wobei die Gesamtflugstrecke des Flugzeitmassenspektrometers aus der feldfreien Flugstrecke und dem Reflektor besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtflugstrecke aus einer feldfreien Flugstrecke und dem Reflektor besteht, der ein quadratisch ansteigendes Bremspotential aufweist, und dass damit die Systemfunktion durch folgende Gleichung gegebenen ist: $$T\left(M_p,m_{p,d}\right)=c_1\cdot \sqrt{\frac{M_p}{2q_M{U}_B}}+c_2\cdot \sqrt{\frac{m_{p,d}}{2q_m{U}_C}},$$

   

   wobei M_p und q_M die Masse bzw. die Ladung des Elternions sind, m_p,d und q_m die Masse bzw. die Ladung des Fragmentions sind, U_B die Beschleunigungsspannung einer Beschleunigungsstrecke vor der feldfreien Flugstrecke ist, U_C die Bremsspannung am Reflektor ist und c₁ und c₂ Gerätekonstanten sind, und (a) zwei Mischflugzeitspektren der Probe mit unterschiedlichen Beschleunigungsspannungen vor der Flugstrecke aufgenommen, wobei die Mischflugzeitspektren Signale von Fragmentionen von mehr als einer Elternionenart aufweisen und die Fragmentionen auf der Flugstrecke vor dem Reflektor erzeugt werden, und (b) die Mischflugzeitspektren miteinander verglichen werden, wobei alle Signale im zweiten Mischflugzeitspektrum, die gegenüber dem ersten Mischflugzeitspektrum die gleiche Flugzeitverschiebung ΔT aufweisen, als zu einer Elternionenart gehörig ermittelt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zwei Flugzeitspektren aufgenommen werden, die nur Signale von Elternionen aufweisen und bei denen die Beschleunigungsspannungen der zwei Mischflugzeitspektren verwendet werden, und dass die Signale im zweiten Mischflugzeitspektrum, die gegenüber dem ersten Mischflugzeitspektrum die gleiche Flugzeitverschiebung ΔT aufweisen, derjenigen Elternionenart zugeordnet werden, die die gleiche Flugzeitverschiebung ΔT in den Flugzeitspektren aufweist.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Mischflugzeitspektren auch Signale der zugehörigen Elternionen aufweisen, und dass im zweiten Mischflugzeitspektrum diejenigen Signale ermittelt werden, die gegenüber dem ersten Mischflugzeitspektrum die gleiche Flugzeitverschiebung ΔT aufweisen, wobei das Signal mit der längsten Flugzeit der Elternionenart und die anderen Signale den Fragmentionen zugeordnet werden, die zu dieser Elternionenart gehören.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Flugzeitverschiebungen der Fragmentionen, die zu unterschiedlichen Elternionenarten gehören, durch eine Kreuzkorrelation zwischen dem ersten und dem zweiten Mischflugzeitspektrum ermittelt werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ionenquelle eine Ionisierung durch matrixunterstützte Laserdesorption (MALDI) verwendet.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Fragmentionen in der Flugstrecke vor dem Reflektor durch den Zerfall von metastabilen Elternionen entstehen und/oder dort in einer Fragmentierungszelle aus den Elternionen erzeugt werden.
10. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ionen nach dem Reflektor eine Beschleunigungsstrecke oder eine zweite Flugstrecke durchlaufen, die beide kürzer als die Flugstrecke vor dem Reflektor sind, und danach in dem Ionendetektor nachgewiesen werden.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor eine Potentialverteilung einer Cassini-Ionenfalle für entkoppelte Schwingungen der Ionen in longitudinaler und lateraler Richtung aufweist.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Elternionenarten aus einer größeren Anzahl von Ionenarten ausgewählt werden.

Images