DE102015121830A1 - Broadband MR-TOF mass spectrometer - Google Patents

Broadband MR-TOF mass spectrometer

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DE102015121830A1
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DE
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mass spectrometer
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mass
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Withdrawn
Application number
DE201510121830
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German (de)
Inventor
Lutz Schweikhard
Frank Wienholtz
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Ernst-Moritz-Arndt-Universitat Greifswald
Original Assignee
Ernst-Moritz-Arndt-Universitat Greifswald
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    • HELECTRICITY
    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/26Mass spectrometers or separator tubes
    • H01J49/34Dynamic spectrometers
    • H01J49/40Time-of-flight spectrometers
    • H01J49/406Time-of-flight spectrometers with multiple reflections
    • HELECTRICITY
    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00Particle spectrometers or separator tubes
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    • HELECTRICITY
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    • H01J49/28Static spectrometers
    • H01J49/284Static spectrometers using electrostatic and magnetic sectors with simple focusing, e.g. with parallel fields such as Aston spectrometer

Abstract

Die Erfindung betrifft ein zur Breitband-Massenspektroskopie modifiziertes MR-ToF-Massenspektrometer. The invention relates to a modified for broadband mass spectroscopy MR-TOF mass spectrometer. Das erfindungsgemäße Massenspektrometer, umfasst dazu: The mass spectrometer according to the invention, includes this:
– ein erstes Modul mit einer Ionenquelle und einer Multireflektions-Flugzeit-Einheit (MR-ToF-Einheit); - a first module with an ion source and a multi-reflection time-of-unit (MR-TOF unit); und and
– ein sich dem ersten Modul anschließendes zweites Modul mit einem magnetischen Sektorfeld und einem nachgeordnetem orts- und zeitauflösenden Detektor. - an adjoining the first module second module with a magnetic sector field and a downstream location and time-resolving detector.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein zur Breitband-Massenspektroskopie modifiziertes MR-ToF-Massenspektrometer. The invention relates to a modified for broadband mass spectroscopy MR-TOF mass spectrometer.
  • Technologischer Hintergrund technological background
  • In der Massenspektroskopie werden Ionen entsprechend ihrem Verhältnis Masse/Ladung (m/z) aufgetrennt und registriert. In the mass spectroscopy, ions are separated according to their mass / charge ratio (m / z) and registered. Die Registrierung der getrennten Ionen kann als Ionenstrom elektrisch erfolgen und die verwendeten Geräte bezeichnet man entsprechend als Massenspektrometer. The registration of the separated ions can be carried out as an ion current electric and devices used is referred to as corresponding to the mass spectrometer. Ein Massenspektrometer besteht prinzipiell aus drei Teilen: einer Einrichtung zur Erzeugung von Ionen (Ionenquelle), einer Trennvorrichtung (Analysator) und schließlich dem Detektor (beispielsweise ein Faraday-Becher oder ein Sekundärelektronen-Vervielfacher) zur Registrierung der Ionen. A mass spectrometer consists principally of three parts: a means for generating ions (ion source), a separating device (analyzer), and finally the detector (for example, a Faraday cup or a secondary electron multiplier) to register the ions. Zum Zubehör zählen neben der notwendigen Elektronik eine Datenverarbeitungsanlage sowie Pumpen für das benötigte Vakuum. Accessory besides the necessary electronics include a data processing system as well as pumps for the required vacuum.
  • Massenspezifische Trennsysteme beruhen auf unterschiedlichen Prinzipien. Mass-specific separation systems based on different principles. Für die vorliegende Erfindung sind insbesondere zwei Trennsysteme von Bedeutung, nämlich (i) Flugzeit-Massenspektrometer (time-of-flight MS; ToF-MS) und (ii) Sektorfeld-Massenspektrometer. For the present invention in particular are two separating systems of importance, namely, (i) time of flight mass spectrometer (time-of-flight MS; ToF-MS) and (ii) sector field mass spectrometer.
  • Bei ToF-Massenspektrometern werden die in einer Ionenquelle erzeugten Ionen durch einen Spannungsstoß beschleunigt und allein durch ihre massenabhängige Flugzeit auf der Strecke zwischen Ionenquelle und Detektor unterschieden. In ToF mass spectrometers ions generated in an ion source are accelerated by a voltage surge and distinguished solely by their mass-dependent time of flight on the distance between the ion source and detector. Der bei diesem Verfahren zugängliche Massenbereich ist theoretisch unbegrenzt und nur von der Länge der Flugstrecke und der sich daraus ergebenden Flugzeit abhängig. The accessible mass range in this process is theoretically unlimited and depends only on the distance of the flight and the resulting flight time. Die Geräte zeichnen sich durch eine hohe Aufnahmegeschwindigkeit aus, so dass sie beispielsweise zur Untersuchung schnell ablaufender Reaktionen dienen können. The devices are characterized by a high absorption rate, so that they can serve for investigation of rapidly occurring reactions for example. Ferner ist die Nachweisempfindlichkeit in der Regel hoch, und es können selbst einzelne Ionen nachgewiesen werden. Furthermore, the detection sensitivity is generally high, and it can be detected even individual ions. Nachteilig ist jedoch die nur mäßige Auflösung dieses Gerätetyps. However, a disadvantage is the only moderate resolution of this device type.
  • Multireflektions-Flugzeit-Massenspektrometer (MR-ToF) bestehen aus zwei Ionenspiegeln, zwischen denen die zu untersuchenden Ionen hin und her reflektiert werden. Multi reflection time of flight mass spectrometer (MR-TOF) consist of two ion mirrors, between which the to be tested ions are reflected back and forth. Damit wird die Flugstrecke um ein Vielfaches (bis zu hunderte oder tausende) der physikalischen Länge, dh des Ionenspiegelabstandes, verlängert. Thus, the flight distance is a multiple (up to hundreds or thousands) of the physical length, ie the distance between ion mirrors extended. Dadurch erhöhen sich das erreichbare Auflösungsvermögen und die Massengenauigkeit um ähnliche Größenordnungen. Thus, the achievable resolution and mass accuracy to similar orders of magnitude increase. Die Methode hat für die breite analytische Anwendung den Nachteil, dass in jeder Messung jeweils nur ein kleiner Massenausschnitt eindeutig zugänglich ist. The method has the disadvantage that in each measurement, in each case only a small mass segment is clearly accessible to the general analytical application. Bei größeren Massenbereichen „überrunden" sich die verschiedenen Ionensorten, sodass die Flugzeitsignale nicht mehr eindeutig, ohne aufwendiges systematisches Variieren der Umläufe der Ionen im Gerät, zugeordnet werden können. Daher spielen diese Geräte für Anwendungen mit größeren Massenbereichen derzeit keine Rolle. For larger mass ranges "overtake" the different types of ions, so that the flight time signals no longer unique, without consuming systematically varying the revolutions of the ions within the unit may be assigned. Therefore, these devices play for applications with larger mass ranges are no role.
  • In Sektorfeld-Massenspektrographen werden die Ionen in statischen magnetischen Feldern abgelenkt und treffen daher an verschiedenen Stellen des Detektors ein. In sector field mass spectrometer, the ions are deflected in static magnetic fields and therefore arrive at different points of the detector. Dieser bestand früher aus Fotoplatten, die nach der Bestrahlung im Massenspektrographen entwickelt wurden. This used to be made photographic plates that have been developed in the mass spectrograph after irradiation. Inzwischen werden können elektronische Detektoren eingesetzt werden. are now electronic detectors can be used. Bringt man zwischen Beschleunigungsstrecke und Magnetfeld noch ein geeignetes elektrostatisches Feld an, so erhält man ein sogenanntes doppelfokussierendes Massenspektrometer, bei dem sowohl eine Richtungsfokussierung als auch eine Energiefokussierung von Ionen gleichen m/z-Verhältnisses auf jeweils einen Punkt des Detektors erfolgt. bringing between the acceleration section and magnetic field nor a suitable electrostatic field to, one obtains a so-called double focusing mass spectrometer, in which both a direction of focus and an energy focusing of ions same m / z ratio to each carried a point of the detector. In Kenntnis der Energie und des Impulses kann dann das Masse-zu-Ladungs-Verhältnis der Ionen bestimmt werden. the mass-to-charge ratio of the ions can then be determined having regard to the energy and momentum. Dieser Gerätetyp verfügt über einen großen Massenbereich, jedoch nur über eine geringe Auflösung. This type of device has a large mass range, but only a small resolution. Über die Jahrzehnte wurden auch hochauflösende Sektormagnet-Geräte entwickelt. Over the decades, high-resolution magnetic sector devices have been developed. Allerdings sind diese Weiterentwicklungen, bei denen kein ortsempfindlicher Detektor eingesetzt wird, sondern die Ionen auf eng begrenzen Sollbahnen geführt werden, auf sehr kleine Massenbereiche beschränkt, beziehungsweise es dauert lange, bis ein größerer Massenbereich analysiert werden kann. However, these developments, where no position-sensitive detector is used, but the ions are conducted to closely limit setpoint paths, limited to very small mass areas, or it takes a long time to a larger mass range can be analyzed. Außerdem sind diese Geräte relativ groß (und damit praktisch nicht transportabel) und kostenaufwendig, sodass sie inzwischen aus der praktischen Anwendung fast vollständig verschwunden sind. In addition, these devices are relatively large (and therefore not practical to transport) and expensive, so they are now almost completely disappeared from the practical application.
  • Ferner sind Ionenfallen-Massenspektrometer, wie Fouriertransform-Ionenzyklotron-Massenspektrometer (FT-ICR) oder Orbitrap-Massenspektrometer, bekannt. Further, ion trap mass spectrometer such as Fourier transform ion cyclotron mass spectrometer (FT-ICR) mass spectrometer or Orbitrap known.
  • Ein FT-ICR-Massenspektrometer benutzt zur Massenanalyse die Ionenfrequenz der Zyklotronbewegung in Magnetfeldern. An FT-ICR mass spectrometer used for mass analysis, the ion cyclotron frequency in magnetic fields. Es zeichnet sich durch extrem hohe Auflösung bei niedrigen Massen aus und benötigt dazu ein ultrahohes Vakuum. It is characterized by extremely high resolution at low masses and needs to an ultrahigh vacuum. Bei höheren Massen nimmt die Auflösung ab, wobei die Empfindlichkeit gut bleibt. At higher mass resolution decreases, the sensitivity is good. Allerdings beinhaltet die FT-ICR-Methode im Allgemeinen bei schweren Ionen den Einsatz von supraleitenden Magneten, was einen erheblichen Aufwand bedeutet. However, the FT-ICR method generally includes at heavy ions using superconducting magnets, which means a considerable effort.
  • In der Orbitrap-Ionenfalle findet sich eine zentrale, spindelförmige Elektrode. In the Orbitrap ion trap there is a central, spindle shaped electrode. Die Ionen werden radial zu dieser Elektrode in die Orbitrap hineingeschossen und bewegen sich aufgrund der elektrostatischen Anziehung auf Kreisbahnen (Orbits) um die zentrale Elektrode herum. The ions are shot into radially to this electrode in the Orbitrap and move due to the electrostatic attraction on circular paths (orbits) around the central electrode. Da die Ionen nicht in der Mitte der Kammer, sondern dezentral injiziert werden, schwingen sie gleichzeitig entlang der Achse der Zentralelektrode. Since the ions are not injected into the center of the chamber, but locally, they vibrate simultaneously along the axis of the central electrode. Diese Ionenschwingung erzeugt in Detektorplatten Signale, die durch Fouriertransformation in die entsprechenden Frequenzen umgewandelt werden, aus denen die m/q-Verhältnisse folgen. These ions generated in the vibration detector plates signals which are converted by Fourier transform in the respective frequencies, from which follow the m / q ratios. Das Prinzip ist daher ähnlich zum FT-ICR, funktioniert aber mit einem elektrostatischen Feld statt einem Magnetfeld. The principle is therefore similar to the FT-ICR, but works with an electrostatic field instead of a magnetic field. Eine Limitierung dieser Geräte besteht unter anderem darin, dass einzelne Ionen nur bei hohen Ladungszuständen nachgewiesen werden können. A limitation of these devices is, inter alia, that some ions can be detected only at high states of charge.
  • Zusammenfassung der Erfindung Summary of the Invention
  • Ein oder mehrere der Probleme des Standes der Technik können mit Hilfe des erfindungsgemäßen Massenspektrometers gelöst oder zumindest gemindert werden. One or more of the problems of the prior art can be solved by means of the mass spectrometer according to the invention or at least reduced. Das erfindungsgemäße Massenspektrometer, umfasst dazu: The mass spectrometer according to the invention, includes this:
    • – ein erstes Modul mit einer Ionenquelle und einer Multireflektions-Flugzeit-Einheit (MR-ToF-Einheit); - a first module with an ion source and a multi-reflection time-of-unit (MR-TOF unit); und and
    • – ein sich dem ersten Modul anschließendes zweites Modul mit einem magnetischen Sektorfeld und einem nachgeordnetem orts- und zeitauflösenden Detektor. - an adjoining the first module second module with a magnetic sector field and a downstream location and time-resolving detector.
  • Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich ein MR-ToF Analysator mit einen nachgelagerten magnetischen Sektorfeld kombinieren lässt und sich die Ionen mit einem ortsempfindlichen Flugzeitdetektor nachweisen lassen. The invention is based on the finding that a MR-TOF analyzer with a downstream magnetic sector field can be combined and the ions can be detected with a position sensitive detector flight time. Durch Einsatz des magnetischen Sektorfelds und des ortsempfindlichen Detektors erhält man ein Massenspektrum geringer Auflösung. By using the magnetic sector field and the position-sensitive detector to obtain a mass spectrum of low resolution. Durch zusätzliche Verwendung der Flugzeitinformation ergibt sich aber gleichzeitig die aus der Multireflexions-Flugzeit-Massenspektrometrie bekannte hohe Auflösung. The additional use of flight time information, however, the known from the multi-reflection time-of-high resolution results simultaneously. Die genannte Kombination erzielt diese hohe Auflösung über einen großen Massenbereich. Said combination achieved this high resolution over a wide mass range.
  • Alternativ kann man das den Kern der Erfindung auch folgendermaßen beschreiben: Bei der hier auch als Breitband-MR-ToF-Massenspektrometrie bezeichneten Methode wird das hochaufgelöste Flugzeitspektrum, das zunächst nur als Überlagerung der Spektren vieler verschiedener Massenbereiche vorliegt, dadurch entfaltet, dass das magnetischen Sektorfeld die Massenbereiche räumlich auffächert und an die entsprechenden Stellen des ortsempfindlichen Detektors leitet. Alternatively, one can describe the core of the invention, as follows: At the designated herein as High-MR-TOF mass spectrometry method is a high-resolution flight spectrum which is initially present only as a superposition of the spectra of many different mass ranges, characterized unfolds that the magnetic sector field the mass regions fanned out spatially and forwards them to the appropriate locations of the position-sensitive detector.
  • Durch die Erfindung wird demnach ein herkömmliches MR-ToF-Massenspektrometer derart erweitert, dass damit Breitband-Massenspektrometrie betrieben werden kann und das Gerät damit auch für analytische Fragestellungen interessant wird. The invention, therefore, a conventional MR-TOF mass spectrometer is expanded such that this High-mass spectrometry can be used and the device thus is interesting to analytical problems. Das erfindungsgemäße Breitband-MR-ToF-Massenspektrometer kann analytische Informationen mit hoher Massenauflösung und Massengenauigkeit über einen großen Massenbereich liefern. The broadband MR-TOF mass spectrometer according to the invention can provide analytical information with high mass resolution and mass accuracy over a wide mass range. Zu den potentiellen Anwendern gehören Forschungseinrichtungen in der Wissenschaft und Industrie, zum Beispiel in biologischen, medizinischen und pharmazeutischen Bereich. Among the potential users include research institutes in science and industry, for example in biological, medical and pharmaceutical fields. Darüber hinaus könnten entsprechende Geräte zum Beispiel auch in der Überwachung von biomedizinischen und pharmazeutischen Produktionsprozessen, zu Erdöluntersuchungen oder der Umweltanalytik eingesetzt werden. In addition, such devices could be used for petroleum exploration or environmental analysis as well as in the monitoring of biomedical and pharmaceutical production processes.
  • Im Vergleich zu FT-ICR- oder Orbitrap-Geräten sind die zu erwartenden Betriebs- und Anschaffungskosten des erfindungsgemäßen Massenspektrometers wesentlich geringer. Compared to FT-ICR or Orbitrap devices, the anticipated operating and acquisition costs of the mass spectrometer according to the invention are much lower. Zudem dürfte die Empfindlichkeit zumindest gegenüber Orbitrap-Geräten verbessert sein, da auch einzelne einfach geladene Ionen nachgewiesen werden können, während dies bei der Orbitrap nur bei hohen Ladungszuständen gelingt. In addition, the sensitivity should be improved, at least against Orbitrap equipment as well as individual singly charged ions can be detected while it succeeds in Orbitrap only at high charge states.
  • Die Ionisation des Untersuchungsmaterials erfolgt im Hochvakuum in der Ionenquelle. The ionization of the sample material is carried in a high vacuum in the ion source. Es sind verschiedenste Ionisationstechniken entwickelt worden, die generell auch für die Zwecke der Erfindung nutzbar sind. There have been developed various ionization techniques that can be used for the purposes of the invention generally. So ist für die Ionisation in der Gasphase zum Beispiel Elektronenstoß-Ionisation (EI), chemische Ionisation (CI) oder die Ionisation durch ein Plasma (ICP) nutzbar. Thus, electron impact ionization (EI), chemical ionization (CI) or ionization by a plasma (ICP) available for ionization in the gas phase, for example. Bei Flüssigkeiten kann man unter anderem Elektrospray-Ionisation (ESI) verwenden. For liquids can be used, among others, electrospray ionization (ESI). Bei Feststoffen eignen sich unter anderem Desorptionsverfahren, wie Laserdesorption (LD, MALDI), Desorption durch atomare Primärionen oder Clusterionen (SIMS) und Felddesorption (FD). For solids, among other desorption processes, such as laser desorption (LD, MALDI), desorption (FD) are by atomic primary ions or cluster ions (SIMS), and field desorption.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, insbesondere soweit die Ionenquelle nicht schon selbst gepulst arbeitet, umfasst das erste Modul einen Ionenpulser (oder auch Buncher), der zwischen der Ionenquelle und der MR-ToF-Einheit angeordnet ist. According to a preferred embodiment, especially as far as the ion source does not work already pulsed itself, the first module comprises an ion Pulser (or buncher) which is disposed between the ion source and the MR TOF unit. Mit dem Ionenpulser kann zum Beispiel einen Ausschnitt des Primärionenstrahls in einem Winkel zur bisherigen Strahlrichtung in die Flugstrecke hinein beschleunigt werden. With the ion Pulser, for example, a section of the primary ion beam at an angle to the previous direction of the beam into the flight path in can be accelerated. Wird eine kontinuierliche Ionenquelle eingesetzt, so ist der Ionenpulser vorzugsweise eine Ionenfalle. Is a continuous ion source is used, the ion Pulser is preferably an ion trap. Besonders bevorzugt ist in dieser Konstellation die Ionenfalle eine Hochfrequenz(RF)-Ionenfalle, insbesondere eine lineare Hochfrequenz(RF)-Ionenfalle. Particularly preferred in this situation, the ion trap is a radio frequency (RF) -Ionenfalle, in particular a linear radio frequency (RF) -Ionenfalle.
  • In einer Ionenfalle werden Ionen mittels elektrischer und/oder magnetischer Felder festgehalten. In an ion trap, ions are captured by means of electric and / or magnetic fields. Abhängig von Art und Stärke der einwirkenden Felder kann man gezielt Ionen eines bestimmten Massenbereichs speichern. Depending on the type and strength of the applied fields can selectively store ions of a particular mass range. Alternativ kann man sämtliche Ionen in der Falle vorrätig halten und durch Veränderung der Felder alle Ionen oder auch die einer bestimmten Masse weiterleiten. Alternatively, one can hold all ions available in the trap and forward by changing the fields all ions or to a particular mass. Die Speicherung der Ionen erfolgt im Vakuum und ohne Kontakt zu einer Oberfläche. The storage of the ions takes place in a vacuum and without contact with a surface. Es gibt verschiedene Ausführungen der Ionenfalle, zum Beispiel die Paul-Falle und die Penning-Falle. There are different versions of the ion trap, such as the Paul trap and Penning trap. In der Paul-Falle wird ein zeitlich veränderliches elektrisches Feld verwendet, um Ionen festzuhalten. In the Paul trap, a time-varying electric field is used to capture ions. Hat dieses Feld die Form eines Quadrupols, wird die Falle auch als Quadrupol-Falle bezeichnet. This field has the shape of a quadrupole, the case is referred to as quadrupole trap. Bei der Penning-Falle führt eine Kombination von zeitlich konstantem elektrischen Feld und ebenfalls zeitlich konstantem Magnetfeld zu einer Speicherung der Ionen. In the Penning trap a combination of time-constant electric field and also temporally constant magnetic field to a storage of ions leads. Bei der Paul-Falle liegt an Endkappen- und Ringelektrode eine Wechselspannung im Radiofrequenzbereich an. In the Paul trap an AC voltage in the radio frequency range is applied to the end cap and ring electrodes. Bei richtiger Spannung werden die Flugbahnen der Massen instabil, und nur die Ionen mit genau passendem m/z-Verhältnis bleiben in der Falle, so dass eine Ionenselektion erfolgen kann. With proper tension, the trajectories of the masses become unstable and only the ions with exactly matching m / z ratio remain in the trap, so that ion selection can be made.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das erste Modul einen Potentiallift, der zwischen der Ionenquelle und der MR-ToF-Einheit angeordnet ist oder, sofern ein Ionenpulser vorhanden ist, sich zwischen dem Ionenpulser und der MR-ToF-Einheit befindet. According to another preferred embodiment, the first module comprises a potential lift, which is disposed between the ion source and the MR-TOF-unit or, when an ion Pulser is present, is located between the ion Pulser and the MR TOF unit. Der Ionenpulser ist in der Regel als Röhre ausgelegt, die beim Ionendurchflug auf ein passendes neues Potential geschaltet wird, um so die Ionenenergie für die sich anschließende MR-ToF-Einheit anzupassen. The ion pulser is usually designed as a tube which is connected to an appropriate potential at the new ion fly-through, so as to accommodate the ion energy for the subsequent MR TOF unit.
  • Die MR-ToF-Einheit kann in herkömmlicher Weise konzipiert werden und umfasst mindestens zwei Ionenspiegel, zwischen denen die zu untersuchenden Ionen hin und her reflektiert werden. The MR-TOF unit can be designed in a conventional manner and comprises at least two ion mirrors, between which the to be tested ions are reflected back and forth. Vorzugsweise umfasst die MR-ToF-Einheit ebenfalls einen integrierten Potentiallift (in-trap Potentiallift). Preferably, the MR-TOF unit also includes a built-in potential lift (in-trap potential elevator). Alternativ kann auch ohne den Potentiallift zwischen den Ionenspiegel gearbeitet werden. Alternatively, you can work even without the potential lift between the ion mirror. Dann müssen allerdings die Potentiale der Ionenspiegel selbst beim Ein- und Ausschuss der Ionen geschaltet werden. Then, however, the potential of ion mirrors must be even switched the entry and exit of ions.
  • Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass der MR-ToF-Einheit ein weiterer Ionenspiegel (Reflektron) zur zusätzlichen Zeitfokussierung der Ionenpulse nachgeordnet ist. A further preferred embodiment provides that the MR-TOF unit further ion mirror (reflectron) is arranged downstream of the additional time focusing of the ion pulses. Der zusätzliche Ionenspiegel ist zwischen der MR-ToF-Einheit und dem zweiten Modul angeordnet. The additional ion mirror is interposed between the MR-TOF unit and the second module. Mit dem optional integrierten Potentiallift der MR-ToF-Einheit kann man die Zeitfokussierung für eine bestimmte Umlaufanzahl erreichen. With the optional integrated potential lift the MR TOF unit can reach the focusing time for a certain number of circulation. Das reicht beim Betrieb von schmalen Massenbereichen in der Regel aus. This is sufficient for the operation of narrow mass ranges generally. Für den Breitbandbetrieb, bei dem die Ionen je nach Masse sehr unterschiedliche Umlaufzahlen haben werden, kann es jedoch von Vorteil sein, die Fokussierung separat durchzuführen, da man dies so für alle Ionensorten erreicht. However, for the broadband operation, in which the ions are have very different circulation rates depending on mass, it can be advantageous to carry out the focusing separately, that way you achieved this for all kinds of ions.
  • Nach der MR-ToF-Einheit wird der Ionenstrahl in das zweite Modul mit einem magnetischen Sektorfeld und einem nachgeordnetem ort- und zeitauflösenden Detektor gelenkt. After the MR-TOF unit of the ion beam in the second module with a magnetic sector field and a downstream location and time-resolving detector is directed. Dabei umfasst das zweite Modul vorzugsweise ein elektrisches Sektorfeld, das zwischen der MR-ToF-Einheit und dem magnetischen Sektorfeld angeordnet ist. In this case, the second module preferably comprises an electric sector field, which is disposed between the MR-TOF unit and the magnetic sector field. Das zweite Modul ist also wie ein doppelfokussierendes Massenspektrometer aufgebaut. The second module is so structured as a double focusing mass spectrometer. Dabei sind das elektrische Sektorfeld und das magnetische Sektorfeld vorzugsweise in Mattauch-Herzog-Geometrie angeordnet. Here, the electric sector field and the magnetic field sector are preferably arranged in Mattauch-Herzog geometry.
  • Der ortsempfindliche Detektor dient zur Erfassung der zuvor separierten Ionen. The position sensitive detector is used to detect the previously separated ions. Als Detektor können beispielsweise Mikrokanalplatten (MCP), bei denen die Signalaufnahme mit einer entsprechenden Anodenanordnung („delay-line“) erfolgt, eingesetzt werden. The detector can, for example, microchannel plate (MCP), in which the signal pick-up with a corresponding anode assembly ( "delay-line") is carried out, can be used.
  • Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Further preferred embodiments of the invention emerge from the subclaims and the following description.
  • Kurzbeschreibung der Figuren BRIEF DESCRIPTION OF FIGURES
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und einer dazugehörigen Zeichnung näher erläutert. The invention is explained in detail below with reference to an embodiment and an associated drawing. Die einzige Figur zeigt: The single figure shows:
  • 1 1 eine Prinzipskizze zur Illustration des Aufbaus einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Breitband-MR-ToF-Massenspektrometers. a schematic diagram illustrating the structure of an embodiment of the broadband MR-TOF mass spectrometer according to the invention.
  • Detaillierte Beschreibung der Erfindung Detailed Description of the Invention
  • Der The 1 1 ist eine Prinzipskizze zur Illustration des Aufbaus einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Breitband-MR-ToF-Massenspektrometers is a schematic diagram for illustrating the structure of an embodiment of the broadband MR-TOF mass spectrometer according to the invention 10 10 zu entnehmen. refer to. Das Massenspektrometer the mass spectrometer 10 10 ist in zwei Module is divided into two modules 20 20 , . 50 50 gegliedert. divided. Das erste Modul The first module 20 20 entspricht dabei weitestgehend im Aufbau einem herkömmlichen MR-ToF-Massenspektrometer und das sich direkt daran anschließende zweite Modul corresponds to the greatest possible extent in the construction of a conventional MR-TOF mass spectrometer and the directly adjoining second module 50 50 prinzipiell einem Massenspektrometer mit magnetischem Sektorfeld. In principle, a mass spectrometer with a magnetic sector field.
  • Mit einer Ionenquelle With an ion source 22 22 wird im ersten Modul is in the first module 20 20 zunächst ein Ionenstrahl First, an ion beam 24 24 erzeugt. generated. Die Ionenquelle The ion source 22 22 kann zur Erzeugung eines gepulsten oder kontinuierlichen Ionenstrahls ausgelegt sein. may be configured to produce a pulsed or continuous ion beam. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel erfolgt die Ionisation kontinuierlich, wobei die jeweilige Ionisationsmethode dem Untersuchungsmaterial angepasst werden kann. According to the present embodiment, the ionization takes place continuously, the respective ionization method can be adapted to the test material.
  • Nachfolgend durchläuft der Ionenstrahl Subsequently passes through the ion beam 24 24 einen Ionenpulser an ion pulser 26 26 , dessen Eintrittselektrode Whose entrance electrode 28 28 , Austrittselektrode , Drain electrodes 30 30 und Multipolstäbe and multipole 32 32 dargestellt sind. are shown. Der Ionenpulser The ion pulser 26 26 ist vorliegend als lineare Hochfrequenz-Ionenfalle konzipiert. the present case is designed as a linear high-frequency ion trap.
  • Dem Ionenpulser The ion pulser 26 26 nachgeordnet ist ein Potentiallift downstream is a potential lift 34 34 , der eine Röhre umfasst, die beim Ionendurchflug auf ein passendes neues Potential geschaltet wird, um so die Ionenenergie für die dann folgende MR-ToF-Einheit Comprising a tube which is connected to an appropriate potential at the new ion fly-through, so the ion energy for the then following MR TOF unit 36 36 anzupassen. adapt.
  • Die MR-ToF-Einheit The MR-TOF unit 36 36 beinhaltet einen quellenseitigen Ionenspiegel includes a source-side ion mirror 38 38 , einen detektorseitigen Ionenspiegel , A detector-side mirror ion 40 40 und gemäß dem vorliegendem Beispiel einen zusätzlichen ‚in-trap' Potentiallift and an additional, in-trap 'potential lift according to the present example, 42 42 . ,
  • Insgesamt liefert das erste Modul Overall, the first module provides 20 20 demnach ein hochaufgelöstes Flugzeitspektrum, das jedoch zunächst nur als Überlagerung der Spektren vieler verschiedener Massenbereiche vorliegt. Accordingly, a high-resolution flight spectrum, but which is initially present only as a superposition of the spectra of many different mass ranges. Zur Entfaltung dient das sich direkt anschließende zweite Modul For unfolding the used directly subsequent second module 50 50 . ,
  • Optional kann zwischen der MR-ToF-Einheit Optionally, between the MR-TOF unit 36 36 und dem zweiten Modul and the second module 50 50 ein weiterer Ionenspiegel (Reflektron) zur zusätzlichen Zeitfokussierung der Ionenpulse angeordnet sein (in die Zeichnung nicht dargestellt). further ion mirror (reflectron) for additional time focusing of the ion pulses arranged (not shown in the drawing).
  • Der Ionenstrahl The ion beam 24 24 tritt zunächst über einen Eintrittspalt first passes through an entrance slit 52 52 in das zweite Modul in the second module 50 50 ein und wird in einem elektrostatischen Sektorfeld and is in an electrostatic sector field 54 54 und einem sich daran anschließenden magnetischen Sektorfeld and a subsequent magnetic sector field 56 56 , die in Mattauch-Herzog-Geometrie angeordnet sind, doppelfokussierend einem orts- und zeitauflösenden Detektor Which are arranged in Mattauch-Herzog geometry, double focusing a location- and time-resolving detector 58 58 zugeführt. fed.

Claims (10)

  1. Massenspektrometer ( Mass spectrometry ( 10 10 ), umfassend: – ein erstes Modul ( ), Comprising: - a first module ( 20 20 ) mit einer Ionenquelle ( ) (With an ion source 22 22 ) und einer Multireflektions-Flugzeit-Einheit ( ) And a multi-reflection time-of-unit ( 36 36 ); ); und – ein sich dem ersten Modul ( and - log (the first module 20 20 ) anschließendes zweites Modul ( ) Subsequent second module ( 50 50 ) mit einem magnetischen Sektorfeld ( ) (With a magnetic sector field 56 56 ) und einem nachgeordnetem orts- und zeitauflösenden Detektor ( ) And a downstream location and time-resolving detector ( 58 58 ). ).
  2. Massenspektrometer nach Anspruch 1, bei dem das erste Modul einen Ionenpulser ( A mass spectrometer according to claim 1, wherein the first module (an ion Pulser 26 26 ) umfasst, der zwischen der Ionenquelle ( ) Which (between the ion source 22 22 ) und der Multireflektions-Flugzeit-Einheit ( ) And the multi-reflection time-of-unit ( 36 36 ) angeordnet ist. ) Is arranged.
  3. Massenspektrometer nach Anspruch 2, bei dem die Ionenquelle ( A mass spectrometer according to claim 2, wherein (the ion source 22 22 ) eine kontinuierliche Ionenquelle ist und der Ionenpulser ( ) Is a continuous ion source, and (ion Pulser 26 26 ) eine Ionenfalle ist. ) Is an ion trap.
  4. Massenspektrometer nach Anspruch 3, bei dem die Ionenfalle ( A mass spectrometer according to claim 3, wherein (the ion trap 26 26 ) eine Hochfrequenz(RF)-Ionenfalle ist. ) A radio frequency (RF) is -Ionenfalle.
  5. Massenspektrometer nach Anspruch 4, bei dem die Hochfrequenz(RF)-Ionenfalle eine lineare Hochfrequenz(RF)-Ionenfalle ist. A mass spectrometer according to claim 4, wherein the radio frequency (RF) -Ionenfalle a linear radio frequency (RF) is -Ionenfalle.
  6. Massenspektrometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das erste Modul ( A mass spectrometer according to any one of the preceding claims, wherein (the first module 20 20 ) einen Potentiallift ( ) A potential lift ( 34 34 ) umfasst, der zwischen der Ionenquelle ( ) Which (between the ion source 22 22 ) und der Multireflektions-Flugzeit-Einheit ( ) And the multi-reflection time-of-unit ( 36 36 ) angeordnet ist oder, sofern ein Ionenpulser ( ) Is arranged or, if an ion Pulser ( 26 26 ) vorhanden ist, zwischen dem Ionenpulser ( ) Is present (between the ion Pulser 26 26 ) und der Multireflektions-Flugzeit-Einheit ( ) And the multi-reflection time-of-unit ( 36 36 ) angeordnet ist. ) Is arranged.
  7. Massenspektrometer nach Anspruch 1, bei dem die Multireflektions-Flugzeit-Einheit ( A mass spectrometer according to claim 1, wherein (the multi-reflection time-of-unit 36 36 ) einen integrierten Potentiallift ( ) An integrated potential lift ( 42 42 ) umfasst. ) Includes.
  8. Massenspektrometer nach Anspruch 1, bei dem zwischen der Multireflektions-Flugzeit-Einheit ( A mass spectrometer according to claim 1, in which (between the multi-reflection time-of-unit 36 36 ) und dem zweiten Modul ( ) And the second module ( 50 50 ) ein Ionenspiegel angeordnet ist. ), An ion mirror is arranged.
  9. Massenspektrometer nach Anspruch 1, bei dem das zweite Modul ( A mass spectrometer according to claim 1, in which (the second module 50 50 ) ein elektrisches Sektorfeld ( ), An electric sector field ( 54 54 ) umfasst, das zwischen der Multireflektions-Flugzeit-Einheit ( ) Comprising the (between the multi-reflection time-of-unit 36 36 ) und dem magnetischen Sektorfeld ( ) And the magnetic sector field ( 56 56 ) angeordnet ist. ) Is arranged.
  10. Massenspektrometer nach Anspruch 8, bei dem das elektrische Sektorfeld ( A mass spectrometer according to claim 8, wherein (the electric sector field 54 54 ) und das magnetische Sektorfeld ( ) And the magnetic sector field ( 56 56 ) in Mattauch-Herzog-Geometrie angeordnet sind. ) Are arranged in Mattauch-Herzog geometry.
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