DE102016121522B4

DE102016121522B4 - Verfahren zum Durchlassen von Ionen durch eine Apertur

Info

Publication number: DE102016121522B4
Application number: DE102016121522.8A
Authority: DE
Inventors: Jeffery Mark Brown; Paul Robert Murray
Original assignee: Micromass UK Ltd
Current assignee: Micromass UK Ltd
Priority date: 2015-11-10
Filing date: 2016-11-10
Publication date: 2023-05-25
Anticipated expiration: 2036-11-11
Also published as: GB2544647A; US20170133213A1; GB2544647B; GB201519830D0; US9947523B2; US20180308677A1; DE102016121522A1; US10388503B2

Abstract

Massenspektrometer oder Ionenmobilitätsspektrometer, das enthält:eine Ionenquelle;eine Apertur;einen Flugbereich, der zwischen der Ionenquelle und der Apertur angeordnet ist, um Ionen gemäß ihrem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis zu trennen;eine erste Unterdruckkammer, die den Flugbereich enthält; undeine zweite Unterdruckkammer;wobei die Apertur eine Differentialpumpapertur ist, die an der Schnittstelle zwischen der ersten und zweiten Unterdruckkammer angeordnet ist; wobei das Spektrometer ferner enthält:eine Ionenoptik, die dazu angeordnet und ausgelegt ist, zu bewirken, dass Ionen mehrfach reflektiert oder abgelenkt werden, während die Ionen sich in dem Flugbereich gemäß dem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis trennen, so dass die Ionenbewegungsbahnen zwischen divergierend und konvergierend abwechseln, während die Ionen den Flugbereich durchlaufen, und dass die Ionen auf einen geometrischen Fokalpunkt an der Apertur konvergieren und fokussiert werden, so dass die Ionen durch die Apertur durchgelassen werden.

Description

Gebiet der vorliegenden Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Massenspektrometer und insbesondere auf Massenspektrometer, in denen Ionen durch eine Apertur durchgelassen werden.
Hintergrund
Multireflexions-Flugzeit-Massenspektrometer mit offener Schleife bestehen in der Regel aus sich wiederholenden Fokussierungszellen, bei denen von Zelle zu Zelle eine ideale stigmatische Fokussierung in der X-, Y- und Z-Dimension erreicht wird. Zellen können entweder Segmente von Sektoren, Quadrupolvorrichtungen, Einzel-Linsen oder Kombinationen dieser Vorrichtungen sein. Typischerweise ist es eine Anforderung, dass die Winkel- und Lateralvergrö-ßerung für jede Dimension über jede Zelle oder über ganzzahlige Vielfache von Zellen so nahe wie möglich an eins ist. Wenn die Fokussierungsvergrößerung nicht eins ist, dann würden sich die Strahlabmessungen für jede Schaltung des Ionenstrahls iterativ über die geometrischen Grenzen jeder Fokussierungsvorrichtung hinaus ausdehnen und Ionen würden verloren gehen.
Neben der geometrischen Fokussierung ist es auch eine Anforderung, einen guten Grad an Energiefokussierung aufzuweisen. Dies wird gewöhnlich dadurch erreicht, dass Ionen höherer Energie eine ausgedehnte Flugbahn durch jede reflektierende Vorrichtung nehmen. Obwohl diese Ionen höherer Energie eine relativ lange Flugzeit durch jede reflektierende Vorrichtung haben, wird dies durch die relativ kürzere Flugzeit dieser Ionen durch die feldfreien Bereiche ausgeglichen.
Es ist bekannt, dass die Massenauflösungsleistung eines Flugzeit-Massenspektrometers durch Verlängern der Gesamtflugbahn für alle Ionen erhöht werden kann, vorausgesetzt, dass die stigmatischen Aberrationen und die Energiefokussierungsaberrationen über den gesamten Flug minimiert werden. Wenn die Ionenflugbahnlänge erhöht wird, werden die Ionen jedoch proportional anfälliger für Stöße mit Restgasmolekülen. Solche Stöße verursachen eine Streuung von Ionen und enorme Verluste in der Ionentransmission und der Instrumentenauflösung. Daher muss ein relativ niedriger Unterdruck in dem Instrument aufrechterhalten werden. Es ist besonders schwierig, eine Gaszelle mit relativ hohem Druck innerhalb des Flugzeitinstruments oder dem Flugzeitinstrument nachgeschaltet einzubeziehen, ohne eine unerwünscht hohe Stoßrate innerhalb der Ionenflugzeitbahn zu verursachen. Beispielsweise ist es besonders schwierig, eine Zelle für stoßinduzierte Dissoziation (CID-Zelle) mit relativ hohem Druck innerhalb eines solchen Instruments einzubeziehen, um eine MS/MS-Analyse durchzuführen. Es ist erwünscht, ein verbessertes Massenspektrometer und ein verbessertes Verfahren zur Massenspektrometrie zu schaffen.
Aus der US 2005/0242279 A1 ist ein Massenspekrometer mit einer Ionenquelle, einer Apertur, einem Flugbereich zwischen Ionenquelle und Apertur und einer Ionenoptik , die so ausgelegt ist, dass Ionen reflektiert oder abgelenkt werden, während sie sich in dem Flugbereich gemäß ihren Masse-Ladungsverhältnissen trennen, wobei die Ionen auf einen geometrischen Fokalpunkt an der Apertur fokussiert werden, so dass die Ionen die Apertur passieren können, bekannt. Die GB 2 455 977 A beschreibt ein Massenspektrometer mit einer Ionenquelle, einer Apertur , einem Flugbereich und einer entsprechenden Ionenoptik. Weiterer Stand der Technik ist aus der DE 11 2007 002 456 T5 , der DE 2010 032 823 A1 , der US 2012/0132799 A1 und der DE 101 12 386 A1 bekannt.
Zusammenfassung
Die vorliegende Erfindung schlägt ein Massenspektrometer oder Ionenmobilitätsspektrometer mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vor.
Die mehrfach reflektierende oder mehrfach ablenkende Ionenoptik liefert eine relativ lange Flugbahn für die Ionen, während der Ionenstrahl auf natürliche Weise auf einen Fokus konvergiert. Da dieser Fokus an der Apertur angeordnet ist, wird es möglich, die Apertur relativ klein zu gestalten und gleichzeitig immer noch eine hohe Ionentransmissionseffizienz aufrechtzuerhalten.
Die GB 2361353 A offenbart ein mehrfach reflektierendes Flugzeitinstrument, die eine geschlitzte Maske enthält, die einem Detektor vorgeschaltet ist. Der Ionenstrahl wird jedoch eher an dem Detektor fokussiert als an der geschlitzten Maske. Daher muss der Schlitz relativ groß sein.
GB 2390935 A offenbart ein Trennen von Ionen in einer ersten Flugzeitvorrichtung, ein Fragmentieren der Ionen in einer CID-Zelle und ein anschließendes Trennen der Fragmente in einer zweiten Flugzeitvorrichtung. Obwohl die CID-Zelle eine Eintrittsapertur aufweist, offenbart GB'935 keine Ionenoptik, die Ionen reflektiert oder ablenkt, während sie sich gemäß dem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis trennen, so dass die Ionen auf einen geometrischen Fokalpunkt an der Apertur fokussiert werden. Die Verwendung von mehrfach reflektierenden oder mehrfach ablenkenden Ionenoptiken, um den Ionenstrahl auf natürliche Art auf einen Fokus an der Apertur zu konvergieren, wird in GB'935 weder offenbart noch vorgeschlagen.
Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die Apertur eine physische Öffnung durch eine Wand, Platte oder Elektrode sein; oder die Apertur kann eine Ionenakzeptanzapertur einer Vorrichtung wie etwa einer Ionenführung, einer Ionenfalle oder eines Ionenanalysators sein. Die Ionenakzeptanzapertur einer Vorrichtung ist der Bereich, über den Ionen von der Vorrichtung empfangen werden können, und kann durch elektrische oder magnetische Felder der Vorrichtung und nicht durch eine physische Struktur definiert sein.
Irgendeine oder eine Kombination der folgenden Vorrichtungen kann der Apertur nachgeschaltet angeordnet sein: ein Ionengatter (z. B. ein Bradbury-Nielsen-Gatter), eine Ionenfragmentationsvorrichtung, eine Ionenreaktionsvorrichtung, eine CID-Fragmentationsvorrichtung, eine ETD- oder ECD-Fragmentationsvorrichtung, eine Photodissoziationsvorrichtung, ein Ionenanalysator, ein Massenanalysator, ein Ionenmobilitätsseparator, eine Ionenverzögerungsvorrichtung, eine Ionenführung, eine Ionenfalle oder ein Ionendetektor.
Das Spektrometer weisteine erste Unterdruckkammer, die den Flugbereich enthält, und eine zweite Unterdruckkammer auf; wobei die Apertur eine Differentialpumpapertur ist, die an der Schnittstelle zwischen der ersten und zweiten Unterdruckkammer angeordnet ist.
Das Spektrometer kann ferner mindestens eine Unterdruckpumpe enthalten, um den ersten Unterdruckbereich auf einem niedrigeren Druck zu halten als den zweiten Unterdruckbereich.
Die Ionenoptik ist dazu angeordnet und ausgelegt, zu bewirken, dass die Ionen an dem geometrischen Fokalpunkt an der ersten Differentialpumpapertur so ankommen, dass die Ionen durch die Differentialpumpapertur mit hoher Transmissionseffizienz in die zweite Unterdruckkammer durchgelassen werden.
In der zweiten Unterdruckkammer kann eine beliebige oder eine Kombination der folgenden Vorrichtungen angeordnet sein: eine Ionenfragmentations- oder Reaktionsvorrichtung; eine CID-Fragmentationsvorrichtung; eine ETD- oder ECD-Fragmentationsvorrichtung; eine Photodissoziationsvorrichtung; ein Ionenanalysator; ein Massenanalysator; ein Ionenmobilitätsseparator; eine Ionenverzögerungsvorrichtung; eine Ionenführung; und eine Ionenfalle.
Das Spektrometer ist dazu ausgelegt, die eine oder die Kombination der Vorrichtungen auf einem höheren Druck zu halten als den Flugbereich oder die erste Unterdruckkammer.
Das Spektrometer kann ein oder mehrere Ionengatter, die der Apertur vorgeschaltet und/oder nachgeschaltet sind, enthalten, um Ionen selektiv zu und/oder aus der Apertur durchzulassen. Die Ionentransmissionseigenschaften des Ionengatters können mit der Zeit variieren, z. B. derart, dass Ionen zu einem Zeitpunkt blockiert und zu einem anderen Zeitpunkt durchgelassen werden. Das eine oder die mehreren Ionengatter können verwendet werden, um die Ionen auszuwählen, die in oder durch die Apertur und/oder die zweite Unterdruckkammer durchgelassen werden. Da sich beispielsweise die Ionen gemäß dem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis in dem Flugbereich trennen, kann die Ionentransmissionseigenschaft des Ionengatters mit der Zeit variieren, um die Masse-zu-Ladungs-Verhältnisse der Ionen, die durch die Apertur und/oder die zweite Unterdruckkammer durchgelassen werden, zu variieren. Das Ionengatter kann ein Bradbury-Nielsen-Ionengatter sein.
Das Spektrometer kann ferner eine dritte Unterdruckkammer, die der zweiten Unterdruckkammer nachgeschaltet ist, enthalten, wobei eine zweite Differentialpumpapertur an der Schnittstelle zwischen der zweiten und der dritten Unterdruckkammer vorgesehen ist; und wobei die dritte Unterdruckkammer optional einen Ionenanalysator enthält.
Die Ionen aus der zweiten Unterdruckkammer (z. B. Fragment- oder Produktionen) können in der dritten Unterdruckkammer analysiert werden.
Der Analysator in der dritten Unterdruckkammer kann ein Massenanalysator wie etwa ein Flugzeitanalysator sein. Dementsprechend können Ionen in die oder innerhalb der dritte(n) Unterdruckkammer auf einen Detektor gepulst werden, der die Masse-zu-Ladungs-Verhältnisse dieser Ionen aus ihren Flugzeiten bestimmt.
Die dritte Unterdruckkammer kann durch eine Unterdruckpumpe auf einem niedrigeren Druck gehalten werden als die zweite Unterdruckkammer.
Die Ionenquelle kann eine Probenzielplatte und/oder eine Laserquelle enthalten.
Wenn eine Zielplatte verwendet wird, kann die Zielplatte in der ersten Unterdruckkammer angeordnet sein.
Wenn eine Laserquelle verwendet wird, kann das Spektrometer dazu ausgelegt sein, den Laser auf die gleiche Seite der Zielplatte, auf dem sich die Probe befindet, oder auf die gegenüberliegende Seite zu richten, um die Probe zu ionisieren.
Zumindest ein Teil der Ionenquelle kann in der ersten Unterdruckkammer angeordnet sein. Beispielsweise können die Probenzielplatte und/oder der Laser in der ersten Unterdruckkammer angeordnet sein. Die Laserquelle kann außerhalb der ersten Unterdruckkammer positioniert sein und kann Laserlicht durch ein Fenster in der ersten Unterdruckkammer und auf die Probenzielplatte richten, um Ionen innerhalb der ersten Unterdruckkammer zu erzeugen.
Das Spektrometer kann ferner eine Linse zum Fokussieren eines Lasers aus der Laserquelle auf die Zielplatte in einer Betriebsart; und/oder eine Linse zum Richten eines homogenen Laserstrahls aus der Laserquelle auf die Zielplatte in einer weiteren Betriebsart enthalten.
Beispielsweise kann eine Fokallinse verwendet werden, um das Instrument in einem Mikrosondenmodus zu betreiben; oder es kann ein homogener Laserstrahl verwendet werden, um das Instrument in einem Mikroskopmodus zu betreiben.
Der Laser kann an der Zielplatte einen Durchmesser von ≤ x µm aufweisen, wobei x aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: 250; 200; 150; 100; und 50.
Die Ionenoptik kann dazu angeordnet und ausgelegt sein, die Ionen mehrfach zu reflektieren oder abzulenken, während sie sich in dem Flugbereich gemäß ihrer Masse-zu-Ladungs-Verhältnisse trennen; und/oder die Ionenoptik kann dazu angeordnet und ausgelegt sein, die Ionen mehrere Male geometrisch zu fokussieren, während sie sich in dem Flugbereich gemäß ihren Masse-zu-Ladungs-Verhältnisse trennen.
Die Ionenoptik kann dazu angeordnet und ausgelegt sein, zu bewirken, dass die mittlere Ionenbahn reflektiert oder abgelenkt wird, während die Ionen den Flugbereich durchlaufen.
Die mehrfach reflektierende oder mehrfach ablenkende Ionenoptik kann von der in US 7863557 B2 beschriebenen Form sein.
Die Ionenoptik kann mehrere elektrische Sektoren enthalten. Die mehreren elektrischen Sektoren können mindestens drei oder mehr elektrische Sektoren umfassen. Jeder dieser Sektoren kann bewirken, dass die Ionen zwischen divergierend und konvergierend wechseln oder umgekehrt.
Die Ionenquelle kann in der Objektebene der Ionenoptik angeordnet sein und die Apertur kann in der Abbildungsebene der Ionenoptik angeordnet sein.
Das Spektrometer kann ferner einen Ionendetektor enthalten; optional einen positionsempfindlichen Ionendetektor.
Der Detektor kann in der ersten Unterdruckkammer, optional benachbart zu der Apertur, angeordnet sein.
Das Spektrometer kann dazu ausgelegt sein, das Masse-zu-Ladungs-Verhältnis eines Ions aus seiner Flugzeit durch den Flugbereich zu dem Detektor zu bestimmen. Beispielsweise kann das Spektrometer die Dauer zwischen einem Zeitpunkt, zu dem ein Laserpuls ein Ion erzeugt, und einem Zeitpunkt, zu dem das Ion detektiert wird, bestimmen und dann diese Dauer verwenden, um das Masse-zu-Ladungs-Verhältnis des Ions zu bestimmen.
Das Spektrometer kann dazu ausgelegt sein, die Position zu detektieren, an der ein beliebiges gegebenes Ion auf den Detektor auftrifft, und Daten, die sich auf diese Position beziehen, mit dem Ionensignal für das detektierte Ion aufzuzeichnen, wodurch die Position in der Ionenquelle angegeben wird, aus der das Ion stammt.
Der Detektor kann dazu ausgelegt sein, in einer Dimension oder in zwei Dimensionen die Position zu detektieren, an der ein beliebiges gegebenes Ion auf den Detektor auftrifft.
Die Abbildungsebene der Ionenoptik kann sich an dem Detektor befinden. Beispielsweise kann sich der Detektor in der ersten Unterdruckkammer, optional benachbart zu der ersten Differentialpumpapertur, befinden.
Die Ionenoptik kann ein Bild der Ionenquelle auf den Detektor vergrößern und/oder abbilden.
Das Spektrometer kann eine Verschiebungsvorrichtung enthalten, um zumindest einen Teil der Ionenquelle relativ zu der Apertur zu bewegen, so dass: in einem ersten Modus, in dem zumindest ein Teil der Ionenquelle in einer ersten Position angeordnet ist, die Ionenoptik die Ionen aus der Ionenquelle auf die Apertur fokussiert; und in einem zweiten Modus, in dem zumindest ein Teil der Ionenquelle in einer zweiten Position angeordnet ist, die Ionenoptik die Ionen aus der Ionenquelle auf den Detektor fokussiert.
Beispielsweise kann der mindestens eine Teil der Ionenquelle, der bewegt wird, die Zielplatte und/oder der Laser sein.
Das Spektrometer kann eine Laserschaltvorrichtung enthalten, die für Folgendes betreibbar ist: in einem Modus wird ein Laser in der Laserquelle auf eine Zielplatte in der Ionenquelle gerichtet, um Ionen zu erzeugen, und die Ionenoptik fokussiert diese Ionen von der Ionenquelle auf die Apertur; und in einem weiteren Modus wird ein Laser in der Laserquelle auf die Zielplatte in der Ionenquelle gerichtet, um Ionen zu erzeugen, und die Ionenoptik fokussiert diese Ionen aus der Ionenquelle auf den Detektor.
Der Laser kann in dem einen Modus auf die Zielplatte fokussiert werden und der Laser kann in dem weiteren Modus einen homogenen Strahl auf die Zielplatte projizieren. Alternativ können fokussierte Laser oder homogene Laser in beiden Modi verwendet werden.
Das Spektrometer kann einen Ionenablenker oder eine Ionenführungsvorrichtung zum Ablenken oder Führen der Ionen enthalten, wobei die Ablenk- oder Führungsvorrichtung in einem Modus derart betrieben werden kann, dass die Ionen zu der Apertur durchgelassen werden, und in einem weiteren Modus derart betrieben werden kann, dass die Ionen nicht zu der Apertur durchgelassen werden.
Das Spektrometer kann derart ausgelegt sein, dass in dem weiteren Modus die Ionen zu einem Detektor durchgelassen werden.
Der Detektor ist erwünschterweise der zuvor beschriebene Detektor (z. B. der Detektor in der ersten Unterdruckkammer) .
Der Ablenker kann derart betreibbar sein, dass er Ionen in dem einen Modus nicht ablenkt und Ionen in dem weiteren Modus ablenkt; oder derart, dass er Ionenbewegungsbahnen in dem einen Modus zu der und durch die Apertur ablenkt und Ionen in dem weiteren Modus nicht ablenkt; oder dass er in beiden Modi Ionen ablenkt.
Das Spektrometer kann dazu ausgelegt sein, die Ablenk- oder Führungsvorrichtung zwischen dem einen Modus und dem weiteren Modus umzuschalten. In dem einen Modus können Vorläuferionen durch die Apertur gelenkt, fragmentiert oder umgesetzt werden, um Fragment- oder Produktionen zu erzeugen, und dann können die resultierenden Fragment- oder Produktionen nach Masse analysiert werden. In dem weiteren Modus können Vorläuferionen an dem der Apertur vorgeschalteten Detektor nach Masse analysiert werden. Das Spektrometer kann dazu ausgelegt sein, Vorläuferionen ihren Fragment- oder Produktionen zuzuordnen, z. B. basierend auf den jeweiligen Detektionszeiten von diesen. Das Spektrometer kann dazu ausgelegt sein, wiederholt zwischen den beiden Modi zu wechseln, um z. B. eine MS^e-Analyse durchzuführen.
Das Spektrometer kann einen Massenselektor enthalten; wobei sich im Einsatz Ionen in dem Flugbereich derart trennen, dass Ionen unterschiedlicher Masse-zu-Ladungs-Verhältnisse zu unterschiedlichen Zeitpunkten an dem Massenselektor ankommen; und wobei der Massenselektor dazu ausgelegt ist, selektiv ein(en) oder mehrere erste Masse-zu-Ladungs-Verhältnisse oder erste Masse-zu-Ladungs-Verhältnis-Bereiche zu einem oder mehreren ersten Zeitpunkten zu der Apertur oder einem Detektor durchzulassen oder abzulenken; und selektiv ein(en) oder mehrere zweite Masse-zu-Ladungs-Verhältnisse oder zweite Masse-zu-Ladungs-Verhältnis-Bereiche zu einem oder mehreren zweiten Zeitpunkten zu blockieren oder derart abzulenken, dass diese Ionen die Apertur oder den Detektor nicht erreichen.
Zum Erzielen dieser Funktionen kann eine zeitvariable Spannung an den Massenselektor angelegt werden.
Der Detektor ist erwünschterweise der zuvor beschriebene Detektor, z. B. der Detektor in der ersten Unterdruckkammer, der ein positionsempfindlicher Detektor sein kann.
Der Massenselektor kann dazu ausgelegt sein, selektiv das (den) eine(n) oder die mehreren ersten Masse-zu-Ladungs-Verhältnisse oder ersten Masse-zu-Ladungs-Verhältnis-Bereiche zu dem einen oder den mehreren ersten Zeitpunkten zu der Apertur durchzulassen oder abzulenken; und selektiv das (den) eine(n) oder die mehreren zweiten Masse-zu-Ladungs-Verhältnisse oder zweiten Masse-zu-Ladungs-Verhältnis-Bereiche zu dem einen oder den mehreren zweiten Zeitpunkten auf den Detektor abzulenken.
Der Massenselektor kann so betreibbar sein, dass er Ionen zu dem einen oder den mehreren ersten Zeitpunkten zu der Apertur durchlässt oder ablenkt und dass Ionen die Apertur zu dem einen oder mehreren zweiten Zeitpunkten nicht erreichen. Alternativ kann der Massenselektor so betreibbar sein, dass er Ionen zu dem einen oder den mehreren ersten Zeitpunkten zu dem Detektor durchlässt oder ablenkt und dass Ionen den Detektor zu dem einen oder mehreren zweiten Zeitpunkten nicht erreichen.
Das Spektrometer kann eine Verschiebungsvorrichtung enthalten, um zumindest einen Teil der Ionenquelle relativ zu der Apertur zu bewegen, so dass die Ionenoptik Ionen, die in verschiedenen Bereichen der Ionenquelle erzeugt werden, zu unterschiedlichen Zeitpunkten durch die Apertur fokussiert.
Beispielsweise kann die Verschiebungsvorrichtung dazu ausgelegt sein, die Ionenquellen-Zielplatte relativ zu der Fläche, auf der der Laser einfällt, und/oder relativ zu der ersten Differenzpumpapertur zu bewegen.
Dies kann beispielsweise in einem Mikrosondenmodus zum Aufbauen eines Bildes der Probe auf der Zielplatte verwendet werden.
Obwohl die Ionenquelle so beschrieben worden ist, dass sie einen Laser und eine Zielplatte enthält, können andere Arten von Ionenquellen verwendet werden. Beispielsweise kann die Ionenquelle eine Schieberanordnung eines Flugzeitbeschleunigers enthalten. Der Schieber- und Flugbereich kann ein Orthogonalbeschleunigungs-Flugzeitinstrument bilden. Die Schieberanordnung und die Ionenoptik können dazu angeordnet und ausgelegt sein, sowohl Ionen durch die Apertur zu pulsieren als auch Ionen auf den Detektor, der der Apertur vorgeschaltet ist, zu pulsieren, z. B. im Wesentlichen gleichzeitig oder zu verschiedenen Zeiten. Dies kann erreicht werden, indem zwei benachbarte Schlitze oder Öffnungen (Objekte) in der Schieberanordnung bereitgestellt werden. Ein Schlitz oder eine Öffnung kann so angeordnet und ausgelegt sein, dass Ionen auf den Detektor gepulst werden, der der Apertur vorgeschaltet angeordnet ist, um z. B. Vorläuferionen zu analysieren. Der andere Schlitz oder die andere Öffnung kann so angeordnet und ausgelegt sein, dass Ionen durch die Apertur gepulst werden, z. B. in die zweite Unterdruckkammer. Diese Ionen können dann fragmentiert oder umgesetzt werden, um Fragment- oder Produktionen zu erzeugen, und die Fragment- oder Produktionen können in einem nachgeschalteten Analysator analysiert werden. Die Vorläuferionen und ihre jeweiligen Fragment- oder Produktionen können z. B. basierend auf ihren Detektionszeiten einander zugeordnet werden. In diesen Konfigurationen kann die Schieberelektrode in mindestens zwei Abschnitte unterteilt sein, so dass ein oder mehrere Abschnitte zu einem gegebenen Zeitpunkt aktiviert werden können, um Ionen durch einen der Schlitze oder eine der Öffnungen zu pulsieren.
Die Apertur kann einen Durchmesser oder eine Abmessung von ≤ y µm aufweisen, wobei y aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: 500; 450; 400; 350; 300; 250; 200; 150; 100; und 50.
Das Spektrometer kann ein Flugzeit-Massenspektrometer sein.
Die vorliegende Erfindung schafft auch ein Verfahren zur Massenspektrometrie oder Ionenmobilitätsspektrometrie mit den Merkmalen des Patentanspruchs 14.
Die Ionen können in einer Fragmentations- oder Reaktionsvorrichtung, die der Apertur nachgeschaltet ist, fragmentiert oder umgesetzt werden, z. B. in einer CID-Fragmentationsvorrichtung, einer ETD- oder ECD-Fragmentationsvorrichtung, einer Photodissoziationsvorrichtung.
Die Ionen oder zugehörige Fragment- oder Produktionen können in einem Analysator, der der Apertur nachgeschaltet ist, analysiert werden, z. B. in einem Massenanalysator, einem Ionenmobilitätsseparator.
Die Ionen können durch die Apertur und in eine oder mehrere der folgenden Vorrichtungen durchgelassen werden: eine Ionenverzögerungsvorrichtung, ein Ionengatter, eine Ionenführung, eine Ionenfalle oder einen Ionendetektor, der der Apertur nachgeschaltet angeordnet ist.
Das Spektrometer kann eine erste Unterdruckkammer, die den Flugbereich enthält, und eine zweite Unterdruckkammer enthalten; wobei die Apertur eine Differentialpumpapertur ist, die an der Schnittstelle zwischen der ersten und der zweiten Unterdruckkammer angeordnet ist.
Mindestens eine Unterdruckpumpe kann verwendet werden, um den ersten Unterdruckbereich auf einem niedrigeren Druck zu halten als den zweiten Unterdruckbereich.
Die Ionenoptik kann dazu angeordnet und ausgelegt sein, zu bewirken, dass die Ionen an dem geometrischen Fokalpunkt an der ersten Differentialpumpapertur so ankommen, dass die Ionen durch die Differentialpumpapertur mit hoher Transmissionseffizienz in die zweite Unterdruckkammer durchgelassen werden.
Das Spektrometer kann ein oder mehrere Ionengatter, die der Apertur vorgeschaltet und/oder nachgeschaltet sind, enthalten, um Ionen selektiv zu und/oder aus der Apertur durchzulassen. Die Ionentransmissionseigenschaften des Ionengatters können mit der Zeit variieren, z. B. derart, dass Ionen zu einem Zeitpunkt blockiert und zu einem anderen Zeitpunkt durchgelassen werden. Das eine oder die mehreren Ionengatter können verwendet werden, um die Ionen auszuwählen, die in oder durch die Apertur und/oder die zweite Unterdruckkammer durchgelassen werden. Da sich beispielsweise die Ionen gemäß dem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis in dem Flugbereich trennen, kann die Ionentransmissionseigenschaft des Ionengatters mit der Zeit variieren, um die Masse-zu-Ladungs-Verhältnisse der Ionen, die durch die Apertur und/oder die zweite Unterdruckkammer durchgelassen werden, zu variieren. Das Ionengatter kann ein Bradbury-Nielsen-Ionengatter sein.
Eine dritte Unterdruckkammer kann der zweiten Unterdruckkammer nachgeschaltet angeordnet sein und eine zweite Differentialpumpapertur kann an der Schnittstelle zwischen der zweiten und der dritten Unterdruckkammer vorgesehen sein. Optional enthält die dritte Unterdruckkammer einen Ionenanalysator.
Die Ionen aus der zweiten Unterdruckkammer (z. B. Fragment- oder Produktionen) können in der dritten Unterdruckkammer analysiert werden.
Der Analysator in der dritten Unterdruckkammer kann ein Massenanalysator wie etwa ein Laufzeitanalysator sein. Dementsprechend können Ionen in die oder innerhalb der dritte(n) Unterdruckkammer auf einen Detektor gepulst werden, der die Masse-zu-Ladungs-Verhältnisse dieser Ionen aus ihren Flugzeiten bestimmt.
Die dritte Unterdruckkammer kann durch eine Unterdruckpumpe auf einem niedrigeren Druck gehalten werden als die zweite Unterdruckkammer.
Die Ionenquelle kann eine Probenzielplatte und/oder eine Laserquelle enthalten. Wenn eine Zielplatte verwendet wird, kann die Zielplatte in der ersten Unterdruckkammer angeordnet sein. Wenn eine Laserquelle verwendet wird, kann das Spektrometer den Laser auf die gleiche Seite der Zielplatte, auf der sich die Probe befindet, oder auf die gegenüberliegende Seite richten, um die Probe zu ionisieren.
Zumindest ein Teil der Ionenquelle kann in der ersten Unterdruckkammer angeordnet sein. Beispielsweise können die Probenzielplatte und/oder der Laser in der ersten Unterdruckkammer angeordnet sein. Die Laserquelle kann außerhalb der ersten Unterdruckkammer positioniert sein und kann Laserlicht durch ein Fenster in der ersten Unterdruckkammer und auf die Probenzielplatte richten, um Ionen innerhalb der ersten Unterdruckkammer zu erzeugen.
Das Spektrometer kann ferner eine Linse zum Fokussieren eines Lasers aus der Laserquelle auf die Zielplatte in einer Betriebsart; und/oder eine Linse zum Richten eines homogenen Laserstrahls aus der Laserquelle auf die Zielplatte in einer weiteren Betriebsart enthalten. Beispielsweise kann eine Fokallinse verwendet werden, um das Instrument in einem Mikrosondenmodus zu betreiben; oder es kann ein homogener Laserstrahl verwendet werden, um das Instrument in einem Mikroskopmodus zu betreiben.
Der Laser kann an der Zielplatte einen Durchmesser von ≤ x µm aufweisen, wobei x aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: 250; 200; 150; 100; und 50.
Die Ionenoptik reflektiert die Ionen mehrfach oder lenkt diese mehrfach ab, während sie sich in dem Flugbereich gemäß ihrer Masse-zu-Ladungs-Verhältnisse trennen; und/oder die Ionenoptik kann die Ionen mehrere Male geometrisch fokussieren, während sie sich in dem Flugbereich gemäß ihrer Masse-zu-Ladungs-Verhältnisse trennen.
Das Spektrometer kann ferner einen Ionendetektor enthalten; optional einen positionsempfindlichen Ionendetektor.
Der Detektor kann in der ersten Unterdruckkammer, optional benachbart zu der Apertur, angeordnet sein. Ionen können in einer Betriebsart, z. B. für die MS-Analyse, auf den Detektor anstatt durch die Apertur gelenkt werden.
Das Verfahren kann das Masse-zu-Ladungs-Verhältnis eines Ions aus seiner Flugzeit durch den Flugbereich zu dem Detektor bestimmen, wobei beispielsweise der Detektor in der ersten Unterdruckkammer verwendet wird. Beispielsweise kann die Dauer zwischen einem Zeitpunkt, zu dem ein Laserpuls ein Ion erzeugt, und einem Zeitpunkt, zu dem das Ion detektiert wird, bestimmt werden und dann kann diese Dauer verwendet werden, um das Masse-zu-Ladungs-Verhältnis des Ions zu bestimmen.
Die Position, an der ein beliebiges gegebenes Ion auf den Detektor auftrifft, kann detektiert werden und Daten, die sich auf diese Position beziehen, können mit dem Ionensignal für das detektierte Ion aufgezeichnet werden, wodurch die Position in der Ionenquelle angegeben wird, aus der das Ion stammt.
Der Detektor kann in einer Dimension oder in zwei Dimensionen die Position detektieren, an der ein beliebiges gegebenes Ion auf den Detektor auftrifft.
Die Abbildungsebene der Ionenoptik kann sich an dem Detektor befinden. Beispielsweise kann sich der Detektor in der ersten Unterdruckkammer, optional benachbart zu der ersten Differentialpumpapertur, befinden.
Die Ionenoptik kann ein Bild der Ionenquelle auf den Detektor vergrößern und/oder abbilden.
Das Verfahren kann daher in einem Modus, in dem die Ionen auf den Detektor (d. h. nicht durch die Apertur) gelenkt werden, und einen anderen Modus, in dem die Ionen durch die Apertur gelenkt werden, arbeiten.
Das Verfahren kann ein Bewegen zumindest eines Teils der Ionenquelle relativ zu der Apertur umfassen, so dass: in einem ersten Modus, in dem zumindest ein Teil der Ionenquelle in einer ersten Position angeordnet ist, die Ionenoptik die Ionen aus der Ionenquelle auf die Apertur fokussiert; und in einem zweiten Modus, in dem zumindest ein Teil der Ionenquelle in einer zweiten Position angeordnet ist, die Ionenoptik die Ionen aus der Ionenquelle auf den Detektor fokussiert. Beispielsweise kann der mindestens eine Teil der Ionenquelle, der bewegt wird, die Zielplatte und/oder der Laser sein.
Das Verfahren kann das Betreiben einer Laserschaltvorrichtung umfassen, so dass: in einem Modus ein Laser in der Laserquelle auf eine Zielplatte in der Ionenquelle gerichtet wird, um Ionen zu erzeugen, und die Ionenoptik diese Ionen aus der Ionenquelle auf die Apertur fokussiert; und in einem weiteren Modus ein Laser in der Laserquelle auf die Zielplatte in der Ionenquelle gerichtet wird, um Ionen zu erzeugen, und die Ionenoptik diese Ionen aus der Ionenquelle auf den Detektor fokussiert.
Der Laser kann in dem einen Modus auf die Zielplatte fokussiert werden und der Laser kann in dem weiteren Modus einen homogenen Strahl auf die Zielplatte projizieren. Alternativ können fokussierte Laser oder homogene Laser in beiden Modi verwendet werden.
Das Verfahren kann ein Ablenken oder Führen von Ionen unter Verwendung einer Ablenk- oder Führungsvorrichtung umfassen, wobei die Ablenk- oder Führungsvorrichtung in einem Modus derart betrieben wird, dass die Ionen zu der Apertur durchgelassen werden, und in einem weiteren Modus derart betrieben wird, dass die Ionen nicht zu der Apertur durchgelassen werden. In dem weiteren Modus können die Ionen zu einem Detektor, z. B. dem zuvor beschriebenen Detektor, durchgelassen werden.
Der Ablenker kann derart betrieben werden, dass er Ionen in dem einen Modus nicht ablenkt und Ionen in dem weiteren Modus ablenkt; oder derart, dass er Ionenbewegungsbahnen in dem einen Modus zu der und durch die Apertur ablenkt und Ionen in dem weiteren Modus nicht ablenkt; oder dass er in beiden Modi Ionen ablenkt.
Das Verfahren kann die Ablenk- oder Führungsvorrichtung zwischen dem einen Modus und dem weiteren Modus umschalten. In dem einen Modus können Vorläuferionen durch die Apertur gelenkt, fragmentiert oder umgesetzt werden, um Fragment- oder Produktionen zu erzeugen, und dann können die resultierenden Fragment- oder Produktionen nach Masse analysiert werden. In dem weiteren Modus können Vorläuferionen an dem der Apertur vorgeschalteten Detektor nach Masse analysiert werden. Das Verfahren kann Vorläuferionen ihren Fragment- oder Produktionen beispielsweise basierend auf deren jeweiligen Detektionszeiten zuordnen. Das Verfahren kann wiederholt zwischen den beiden Modi abwechseln, um z. B. eine MS^e-Analyse durchzuführen.
Das Verfahren kann ein Trennen von Ionen in dem Flugbereich derart, dass Ionen unterschiedlicher Masse-zu-Ladungs-Verhältnisse zu unterschiedlichen Zeitpunkten an einem Massenselektor ankommen, umfassen. Der Massenselektor kann betrieben werden, um selektiv ein(en) oder mehrere erste Masse-zu-Ladungs-Verhältnisse oder erste Masse-zu-Ladungs-Verhältnis-Bereiche zu einem oder mehreren ersten Zeitpunkten selektiv zu der Apertur oder einem Detektor durchzulassen oder abzulenken; und selektiv ein(en) oder mehrere zweite Masse-zu-Ladungs-Verhältnisse oder zweite Masse-zu-Ladungs-Verhältnis-Bereiche zu blockieren oder derart abzulenken, dass diese Ionen die Apertur oder den Detektor nicht erreichen.
Zur Erzielen dieser Funktionen kann eine zeitvariable Spannung an den Massenselektor angelegt werden.
Der Detektor ist erwünschterweise der zuvor beschriebene Detektor, z. B. der Detektor in der ersten Unterdruckkammer, der ein positionsempfindlicher Detektor sein kann.
Der Massenselektor kann selektiv das (den) eine(n) oder die mehreren ersten Masse-zu-Ladungs-Verhältnisse oder ersten Masse-zu-Ladungs-Verhältnis-Bereiche zu dem einen oder den mehreren ersten Zeitpunkten zu der Apertur durchlassen oder ablenken; und selektiv das (den) eine(n) oder die mehreren zweiten Masse-zu-Ladungs-Verhältnisse oder zweiten Masse-zu-Ladungs-Verhältnis-Bereiche zu dem einen oder den mehreren zweiten Zeitpunkten auf den Detektor ablenken.
Der Massenselektor kann so betrieben werden, dass er Ionen zu dem einen oder den mehreren ersten Zeitpunkten zu der Apertur durchlässt oder ablenkt und dass Ionen die Apertur zu dem einen oder mehreren zweiten Zeitpunkten nicht erreichen. Alternativ kann der Massenselektor so betrieben werden, dass er Ionen zu dem einen oder den mehreren ersten Zeitpunkten zu dem Detektor durchlässt oder ablenkt und dass Ionen den Detektor zu dem einen oder mehreren zweiten Zeitpunkten nicht erreichen.
Das Verfahren kann ein Bewegen mindestens eines Teils der Ionenquelle relativ zu der Apertur umfassen, so dass die Ionenoptik Ionen, die in verschiedenen Bereichen der Ionenquelle erzeugt werden, zu unterschiedlichen Zeitpunkten durch die Apertur fokussiert. Beispielsweise kann die Verschiebungsvorrichtung dazu ausgelegt sein, die Ionenquellen-Zielplatte relativ zu der Fläche, auf der der Laser einfällt, und/oder relativ zu der ersten Differenzpumpapertur zu bewegen. Dies kann beispielsweise in einem Mikrosondenmodus zum Aufbauen eines Bildes der Probe auf der Zielplatte verwendet werden.
Obwohl die Ionenquelle so beschrieben worden ist, dass sie einen Laser und eine Zielplatte enthält, können andere Arten von Ionenquellen verwendet werden. Beispielsweise kann die Ionenquelle eine Schieberanordnung eines Flugzeitbeschleunigers enthalten. Der Schieber- und Flugbereich kann ein Orthogonalbeschleunigungs-Flugzeitinstrument bilden. Die Schieberanordnung und die Ionenoptik können dazu angeordnet und ausgelegt sein, sowohl Ionen durch die Apertur zu pulsieren als auch Ionen auf den Detektor, der der Apertur vorgeschaltet ist, zu pulsieren, z. B. im Wesentlichen gleichzeitig oder zu verschiedenen Zeiten. Dies kann erreicht werden, indem zwei benachbarte Schlitze oder Öffnungen (Objekte) in der Schieberanordnung bereitgestellt werden. Ein Schlitz oder eine Öffnung kann so angeordnet und ausgelegt sein, dass Ionen auf den Detektor gepulst werden, der der Apertur vorgeschaltet angeordnet ist, um z. B. Vorläuferionen zu analysieren. Der andere Schlitz oder die andere Öffnung kann so angeordnet und ausgelegt sein, dass Ionen durch die Apertur gepulst werden, z. B. in die zweite Unterdruckkammer. Diese Ionen können dann fragmentiert oder umgesetzt werden, um Fragment- oder Produktionen zu erzeugen, und die Fragment- oder Produktionen können in einem nachgeschalteten Analysator analysiert werden. Die Vorläuferionen und ihre jeweiligen Fragment- oder Produktionen können beispielsweise basierend auf ihren Detektionszeiten einander zugeordnet werden. In diesen Konfigurationen kann die Schieberelektrode in mindestens zwei Abschnitte unterteilt sein, so dass ein oder mehrere Abschnitte zu einem gegebenen Zeitpunkt aktiviert werden können, um Ionen durch einen der Schlitze oder eine der Öffnungen zu pulsieren.
Das Verfahren kann ein Verfahren des Flugzeit-Massenspektrometers sein.
Das Spektrometer kann eine Ionenquelle enthalten, die aus der folgenden Gruppe gewählt ist: (i) eine Elektrospray-Ionenquelle („ESI“-Ionenquelle); (ii) eine Atmosphärendruck-Photoionisations-Ionenquelle („APPI-Ionenquelle“), (iii) eine chemische Atmosphärendruckionisations-Ionenquelle („APCI-Ionenquelle“), (iv) eine matrixunterstützte Laserdesorptionsionisations-Ionenquelle („MALDI-Ionenquelle“), (v) eine Laserdesorptionsionisations-Ionenquelle („LDI-Ionenquelle“), (vi) eine Atmosphärendruckionisations-Ionenquelle („API-Ionenquelle“), (vii) eine Desorption/Ionisation-auf-Silicium-Ionenquelle („DIOS-Ionenquelle“), (viii) eine Elektronenstoß-Ionenquelle („EI-Ionenquelle“), (ix) eine Ionenquelle mit chemischer Ionisation („CI-Ionenquelle“), (x) eine Feldionisations-Ionenquelle („FI-Ionenquelle“), (xi) eine Felddesorptions-Ionenquelle („FD-Ionenquelle“), (xii) eine Induktiv-gekoppeltes-Plasma-Ionenquelle („ICP-Ionenquelle“), (xiii) eine Schneller-Atombeschuss-Ionenquelle („FAB-Ionenquelle“), (xiv) eine Flüssigkeits-Sekundärionenmassenspektrometrie-Ionenquelle („LSIMS-Ionenquelle“), (xv) eine Desorptionselektrosprayionisations-Ionenquelle („DESI-Ionenquelle“), (xvi) eine Radioaktives-Nickel-63-Ionenquelle, (xvii) eine matrixunterstützte Atmosphärendruck-Laserdesorptionsionisations-Ionenquelle, (xviii) eine Thermospray-Ionenquelle, (xix) eine Atmosphärenprobenbildungs-Glimmentladungsionisations-Ionenquelle („Atmospheric Sampling Glow Discharge Ionisation“, „ASGDI-Ionenquelle“), (xx) eine Glimmentladungs-Ionenquelle („GD-Ionenquelle“), (xxi) eine Impaktorionenquelle, (xxii) eine Direkte-Analyse-in-Echtzeit-Ionenquelle („DART-Ionenquelle“), (xxiii) eine Lasersprayionisations-Ionenquelle („LSI-Ionenquelle“), (xxiv) eine Sonicsprayionisations-Ionenquelle („SSI-Ionenquelle“), (xxv) eine matrixunterstützte Einlassionisations-Ionenquelle („MAII-Ionenquelle“), (xxvi) eine lösungsmittelunterstützte Einlassionisations-Ionenquelle („SAII-Ionenquelle“), (xxvii) eine Desorptionselektrosprayionisations-Ionenquelle („DESI-Ionenquelle“) und eine (xxviii) eine Laserablations-Elektrosprayionisations-Ionenquelle („LAESI-Ionenquelle“).
Das Massenspektrometer kann eine oder mehrere kontinuierliche oder gepulste Ionenquellen enthalten.
Das Massenspektrometer kann eine oder mehrere Ionenführungen enthalten.
Das Massenspektrometer kann eine oder mehrere Ionenmobilitätstrennvorrichtungen und/oder eine oder mehrere feldasymmetrische Ionenmobilitätsspektrometervorrichtungen enthalten.
Das Massenspektrometer kann eine oder mehrere Ionenfallen oder ein oder mehrere Ioneneinfanggebiete enthalten.
Das Massenspektrometer kann eine oder mehrere Stoß-, Fragmentations- oder Reaktionszellen enthalten, die aus der folgenden Gruppe ausgewählt sind: (i) eine Stoßinduzierte-Dissoziation-Fragmentationsvorrichtung („CID-Fragmentationsvorrichtung“), (ii) eine Oberflächeninduzierte-Dissoziation-Fragmentationsvorrichtung („SID-Fragmentationsvorrichtung“), (iii) eine Elektronenübertragungsdissoziations-Fragmentationsvorrichtung („ETD-Fragmentationsvorrichtung“), (iv) eine Elektroneneinfangdissoziations-Fragmentationsvorrichtung („ECD-Fragmentationsvorrichtung“), (v) eine Elektronenstoß-oder-Aufprall-Dissoziations-Fragmentationsvorrichtung, (vi) eine Photoinduzierte-Dissoziations-Fragmentationsvorrichtung („PID-Fragmentationsvorrichtung“), (vii) eine Laserinduzierte-Dissoziations-Fragmentationsvorrichtung, (viii) eine Infrarotstrahlungsinduzierte-Dissoziation-Vorrichtung, (ix) eine Ultraviolettstrahlungsinduzierte-Dissoziation-Vorrichtung, (x) eine Düse-Skimmer-Schnittstelle-Fragmentationsvorrichtung, (xi) eine In-der-Quelle-Fragmentationsvorrichtung, (xii) eine In-der-Quelle-stoßinduzierte-Dissoziation-Fragmentationsvorrichtung, (xiii) eine Thermische oder Temperaturquellen-Fragmentationsvorrichtung, (xiv) eine Vorrichtung für durch ein elektrisches Feld induzierte Fragmentation, (xv) eine Vorrichtung für magnetfeldinduzierte Fragmentation, (xvi) eine Enzymverdauungs- oder Enzymabbau-Fragmentationsvorrichtung, (xvii) eine Ion-Ion-Reaktions-Fragmentationsvorrichtung, (xviii) eine Ion-Molekül-Reaktions-Fragmentationsvorrichtung, (xix) eine Ion-Atom-Reaktions-Fragmentationsvorrichtung, (xx) eine Ion-metastabiles-Ion-Reaktion-Fragmentationsvorrichtung, (xxi) eine Ion-metastabiles-Molekül-Reaktion-Fragmentationsvorrichtung, (xxii) eine Ion-metastabiles-Atom-Reaktion-Fragmentationsvorrichtung, (xxiii) eine Ion-Ion-Reaktionsvorrichtung zum Umsetzen von Ionen zur Bildung von Addukt- oder Produktionen, (xxiv) eine Ion-Molekül-Reaktionsvorrichtung zum Umsetzen von Ionen zur Bildung von Addukt- oder Produktionen, (xxv) eine Ion-Atom-Reaktionsvorrichtung zum Umsetzen von Ionen zur Bildung von Addukt- oder Produktionen, (xxvi) eine Ion-metastabiles-Ion-Reaktionsvorrichtung zum Umsetzen von Ionen zur Bildung von Addukt- oder Produktionen, (xxvii) eine Ion-metastabiles-Molekül-Reaktionsvorrichtung zum Umsetzen von Ionen zur Bildung von Addukt- oder Produktionen, (xxviii) eine Ion-metastabiles-Atom-Reaktionsvorrichtung zum Umsetzen von Ionen zur Bildung von Addukt- oder Produktionen und (xxix) eine Elektronenionisationsdissoziations-Fragmentationsvorrichtung („EID-Fragmentationsvorrichtung“).
Das Massenspektrometer kann einen Massenanalysator enthalten, der aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: (i) ein Quadrupol-Massenanalysator, (ii) ein 2D- oder linearer Quadrupol-Massenanalysator, (iii) ein Paul- oder 3D-Quadrupol-Massenanalysator, (iv) ein Penning-Fallen-Massenanalysator, (v) ein Ionenfallen-Massenanalysator, (vi) ein Magnetsektor-Massenanalysator, (vii) ein Ionenzyklotronresonanz-Massenanalysator („ICR-Massenanalysator“), (viii) ein Fouriertransformations-Ionenzyklotronresonanz-Massenanalysator („FTICR-Massenanalysator“), (ix) ein elektrostatischer Massenanalysator, der dazu ausgelegt ist, ein elektrostatisches Feld mit einer quadrologarithmischen Potentialverteilung zu erzeugen, (x) ein elektrostatischer Fouriertransformations-Massenanalysator, (xi) ein Fouriertransformations-Massenanalysator, (xii) ein Flugzeit-Massenanalysator, (xiii) ein Orthogonalbeschleunigungs-Flugzeit-Massenanalysator und (xiv) ein Linearbeschleunigungs-Flugzeit-Massenanalysator.
Das Massenspektrometer kann einen oder mehrere Energieanalysatoren oder elektrostatische Energieanalysatoren enthalten.
Das Massenspektrometer kann einen oder mehrere Ionendetektoren enthalten.
Das Massenspektrometer kann ein oder mehrere Massenfilter enthalten, die aus der folgenden Gruppe ausgewählt sind: (i) ein Quadrupol-Massenfilter, (ii) eine 2D- oder lineare Quadrupol-Ionenfalle, (iii) eine Paul- oder 3D-Quadrupol-Ionenfalle, (iv) eine Penning-Ionenfalle, (v) eine Ionenfalle, (vi) ein Magnetsektor-Massenfilter, (vii) ein Flugzeit-Massenfilter und (viii) ein Wien-Filter.
Das Massenspektrometer kann eine Vorrichtung oder ein Ionengatter zum Pulsieren von Ionen und/oder eine Vorrichtung zum Umwandeln eines im Wesentlichen kontinuierlichen Ionenstrahls in einen gepulsten Ionenstrahl enthalten.
Das Massenspektrometer kann eine C-Falle und einen Massenanalysator mit einer äußeren rohrförmigen Elektrode und einer koaxialen inneren spindelartigen Elektrode, die ein elektrostatisches Feld mit einer quadrologarithmischen Potentialverteilung bilden, enthalten, wobei in einer ersten Betriebsart Ionen zu der C-Falle durchgelassen werden und dann in den Massenanalysator injiziert werden und wobei in einer zweiten Betriebsart Ionen zu der C-Falle durchgelassen werden und dann zu einer Stoßzelle oder Elektronenübertragungsdissoziationsvorrichtung durchgelassen werden, wobei zumindest einige Ionen in Fragmentionen fragmentiert werden, und wobei die Fragmentionen dann zu der C-Falle durchgelassen werden, bevor sie in den Massenanalysator injiziert werden.
Das Spektrometer kann eine Ringstapel-Ionenführung, die mehrere Elektroden enthält, die jeweils eine Öffnung aufweisen, durch die Ionen bei der Verwendung durchgelassen werden, enthalten, und wobei der Abstand zwischen den Elektroden entlang der Länge der Ionenbahn zunimmt und wobei die Öffnungen in den Elektroden in einem vorgeschalteten Abschnitt der Ionenführung einen ersten Durchmesser aufweisen und wobei die Öffnungen in den Elektroden in einem nachgeschalteten Abschnitt der Ionenführung einen zweiten Durchmesser aufweisen, der kleiner als der erste Durchmesser ist, und wobei entgegengesetzte Phasen einer Wechsel- oder HF-Spannung bei der Verwendung an aufeinander folgende Elektroden angelegt werden.
Das Spektrometer kann eine Vorrichtung, die dazu ausgelegt und angepasst ist, den Elektroden eine Wechsel- oder HF-Spannung zuzuführen, enthalten. Die Wechsel- oder HF-Spannung hat vorzugsweise eine Amplitude, die aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: (i) < etwa 50 V Peak-zu-Peak, (ii) etwa 50-100 V Peak-zu-Peak, (iii) etwa 100-150 V Peak-zu-Peak, (iv) etwa 150-200 V Peak-zu-Peak, (v) etwa 200-250 V Peak-zu-Peak, (vi) etwa 250-300 V Peak-zu-Peak, (vii) etwa 300-350 V Peak-zu-Peak, (viii) etwa 350-400 V Peak-zu-Peak, (ix) etwa 400-450 V Peak-zu-Peak, (x) etwa 450-500 V Peak-zu-Peak und (xi) > etwa 500 V Peak-zu-Peak.
Die Wechsel- oder HF-Spannung kann eine Frequenz aufweisen, die aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: (i) < etwa 100 kHz, (ii) etwa 100-200 kHz, (iii) etwa 200-300 kHz, (iv) etwa 300-400 kHz, (v) etwa 400-500 kHz, (vi) etwa 0,5-1,0 MHz, (vii) etwa 1,0-1,5 MHz, (viii) etwa 1,5-2,0 MHz, (ix) etwa 2,0-2,5 MHz, (x) etwa 2, 5 - 3, 0 MHz, (xi) etwa 3,0-3,5 MHz, (xii) etwa 3,5-4,0 MHz, (xiii) etwa 4,0-4,5 MHz, (xiv) etwa 4,5-5,0 MHz, (xv) etwa 5,0-5,5 MHz, (xvi) etwa 5,5-6,0 MHz, (xvii) etwa 6,0-6,5 MHz, (xviii) etwa 6,5-7,0 MHz, (xix) etwa 7,0-7,5 MHz, (xx) etwa 7,5-8,0 MHz, (xxi) etwa 8,0-8,5 MHz, (xxii) etwa 8,5-9,0 MHz, (xxiii) etwa 9,0-9,5 MHz, (xxiv) etwa 9,5-10,0 MHz und (xxv) > etwa 10,0 MHz.
Das Massenspektrometer kann eine Chromatographie- oder andere Trennvorrichtung, die einer Ionenquelle vorgeschaltet ist, enthalten. Die Chromatographietrennvorrichtung kann eine Flüssigchromatographie- oder Gaschromatographievorrichtung enthalten. Alternativ kann die Trennvorrichtung Folgendes enthalten: (i) eine Kapillarelektrophorese-Trennvorrichtung („CE-Trennvorrichtung“), (ii) eine Kapillarelektrochromatographie-Trennvorrichtung („CEC-Trennvorrichtung“), (iii) eine Trennvorrichtung mit einem im Wesentlichen starren keramikbasierten mehrschichtigen Mikrofluidsubstrat („Keramikkachel“) oder (iv) eine Überkritisches-Fluid-Chromatographie-Trennvorrichtung.
Die Ionenführung kann bei einem Druck gehalten werden, der aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: (i) < etwa 0,0001 mbar, (ii) etwa 0,0001-0,001 mbar, (iii) etwa 0,001-0,01 mbar, (iv) etwa 0,01-0,1 mbar, (v) etwa 0,1-1 mbar, (vi) etwa 1-10 mbar, (vii) etwa 10-100 mbar, (viii) etwa 100-1000 mbar und (ix) > etwa 1000 mbar.
Analytionen können einer Elektronenübertragungsdissoziations-Fragmentation („ETD-Fragmentation”) in einer Elektronenübertragungsdissoziations-Fragmentationsvorrichtung unterzogen werden. Analytionen werden können dazu veranlasst werden, mit ETD-Reagensionen innerhalb einer Ionenführung oder Fragmentationsvorrichtung wechselzuwirken.
Das Spektrometer kann in verschiedenen Betriebsarten betrieben werden, einschließlich einer Massenspektrometrie-Betriebsart („MS-Betriebsart“); einer Tandem-Massenspektrometrie-Betriebsart („MS/MS-Betriebsart“) ; einer Betriebsart, in der Ausgangs- oder Vorläuferionen alternativ fragmentiert oder umgesetzt werden, um Fragment- oder Produktionen zu erzeugen, und nicht fragmentiert oder umgesetzt oder in einem geringeren Maß fragmentiert oder umgesetzt werden; einer Mehrfachreaktionsüberwachungs-Betriebsart („MRM-Betriebsart“) ; einer Betriebsart mit datenabhängiger Analyse („DDA-Betriebsart“) ; einer Betriebsart mit datenunabhängiger Analyse („DIA-Betriebsart“) oder einer Ionenmobilitätsspektrometrie-Betriebsart („IMS-Betriebsart“) .
Die vorliegende Erfindung kann ein TOF-Massenspektrometer für mehrere Umläufe oder ein mehrfach reflektierendes TOF-Massenspektrometer in einem ersten Unterdruckbereich schaffen, das dazu ausgelegt ist, einen Teil der Ionen durch eine kleine Differentialpumpapertur geometrisch zu fokussieren. Die Pumpapertur und der Ionenfokus können klein genug sein, um den Druck in dem ersten Unterdruckbereich für eine hochauflösende oder hochmolekulare Analyse, ungestört von Stößen mit Restgas, ausreichend niedrig zu halten. Ein zweiter Bereich kann der Apertur nachgeschaltet angeordnet sein, der eine oder mehrere analytische Vorrichtungen enthält, die bei einem höheren relativen Druck arbeiten als der erste Unterdruckbereich.
Durch Verwenden der stigmatischen Fokussierungscharakteristik, die dem TOF-System für mehrere Umläufe zu eigen ist, ist es möglich, die Ionen in der Bildebene des TOF-Systems durch eine kleine Apertur zu einer zweiten Stufe der Analyse, die bei höherem Druck stattfindet, wie beispielsweise CID oder IMS, durchzulassen. Ein weiterer TOF-Analysebereich kann nachgeschaltet vorgesehen sein.
Die vorliegende Erfindung kann zudem ein erstes TOF-Massenspektrometer mit einem Ionenselektor schaffen, der basierend auf der Positionsherkunft von Ionen aus der Ionenquelle arbeitet. Die Positionsherkunft kann durch Richten eines Laserstrahls auf ein Ziel, z. B. ein MALDI-Ziel, ausgewählt werden. Die TOF-Optik lenkt anschließend die Ionen von Interesse durch eine Apertur an dem stigmatischen Fokus in eine zweite Vorrichtung oder ein zweites Massenspektrometer.
Durch Bewegen der räumlichen Position des Objekts (der Ionenquelle) bewegen sich die Ionen an dem Bild (der Detektorebene) entsprechend. Dies kann verwendet werden, um Ionen basierend auf ihrer Herkunft auszuwählen und die ausgewählten Ionen können dazu gebracht werden, in die oben beschriebene Apertur einzutreten.
Figurenliste
Verschiedene Ausführungsformen werden nun nur beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, wobei:

1A und 1B schematische Darstellungen eines bekannten Instruments zeigen, das in einem Mikroskop- bzw. Mikroprobenmodus betrieben wird;
2 eine schematische Darstellung eines Instruments gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, bei dem Ionen an einem Detektor in einer ersten Unterdruckkammer detektiert werden können oder durch eine Differentialpumpapertur zu einer nachgeschalteten Unterdruckkammer gelenkt werden können;
3 eine schematische Darstellung des in 2 dargestellten Instruments zeigt, wenn es in einem Modus betrieben wird, in dem Ionen durch die Differentialpumpapertur zu der nachgeschalteten Unterdruckkammer gelenkt werden; und
4 eine schematische Darstellung des in 2 dargestellten Instruments zeigt, wenn es in einem Modus betrieben wird, in dem Ionen durch die Differentialpumpapertur zu der nachgeschalteten Unterdruckkammer gelenkt werden.

Genaue Beschreibung
1A und 1B zeigen schematische Darstellungen eines bekannten Instruments. Das Instrument enthält eine Probenzielplatte 2, einen zweidimensionalen Detektor 4 und eine dreifach fokussierende Ionenoptik 6, die zwischen der Zielplatte 2 und dem Ionendetektor 4 angeordnet ist. Eine erste Betriebsart, die als Mikroskopmodus bekannt ist, ist in 1 gezeigt. In 1A ist ein homogener Laserstrahl 8 auf die Zielplatte 2 gerichtet, wodurch Ionen an der beleuchteten Fläche über einer Ionenobjektebene 10 erzeugt werden. Die Ionenoptik 6 führt die Ionen aus der Objektebene 10 zu einer Abbildungsebene 12, die bei dem Detektor 4 angeordnet ist. Die Ionenoptik 6 enthält drei elektrostatische Sektoren, die bewirken, dass die Ionen mehrfach mit mehreren stigmatischen Fokalpunkten reflektiert werden, bevor die Ionen auf dem Detektor 4 auftreffen. Das Bild von der Zielplatte 2 wird von der Ionenoptik auf den Detektor 4 vergrößert und abgebildet.
Die Ionenoptik 6 sieht einen Flugzeitbereich zwischen der Zielplatte 2 und dem Detektor 4 vor, der es Ionen ermöglicht, sich gemäß ihren Masse-zu-Ladungs-Verhältnissen zu trennen, bevor sie auf dem Detektor 4 auftreffen. Das Instrument kann daher als Flugzeit-Massenanalysator verwendet werden. Insbesondere kann das Masse-zu-Ladungs-Verhältnis eines an irgendeinem Punkt auf dem Detektor 4 detektierten Ions aus der Zeit zwischen dem Erzeugen des Ions (d. h. von der Zeitvorgabe des Laserpulses, der das Ion erzeugt hat) und dem Zeitpunkt, zu dem das Ion an dem Detektor 4 detektiert wird, bestimmt werden. Die Ionenoptik bildet Ionen aus verschiedenen Bereichen auf der Zielplatte 2 auf jeweilige verschiedene Bereiche auf dem zweidimensionalen Detektor 4 ab. Daher wird die Position auf der Zielplatte 2, von der das Ion kam, durch den Detektor 4 bestimmt. Die Masse-zu-Ladungs-Verhältnisse der aus der Probe an der Zielplatte 2 erzeugten Ionen können daher zugeordnet werden.
1B zeigt eine zweite Betriebsart, die als Mikroprobenmodus bekannt ist. Dieser Modus ist im Wesentlichen der gleiche wie der in Verbindung mit 1A beschriebene, mit der Ausnahme, dass, anstatt eine relativ breite Fläche auf der Zielplatte 2 mit dem Laser zu beleuchten, der Laser 9 auf einen relativ kleinen Fleck auf der Zielplatte 2 fokussiert wird. Ionen werden durch den Laser 9 erzeugt und auf die gleiche Weise wie in Verbindung mit 1A beschrieben auf den Detektor 4 in abgebildet. Der Laserstrahl 9 wird dann auf einen anderen Bereich der Zielplatte 2 fokussiert, um Ionen aus diesem anderen Bereich auf einen anderen Bereich des Detektors 4 abzubilden. Dies kann wiederholt werden, um eine Masse-zu-Ladungs-Verhältnis-Karte der an der Zielplatte 2 erzeugten Ionen aufzubauen.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Instruments gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Instrument enthält Laserquellen 8, 9, eine erste Unterdruckkammer 14, eine zweite Unterdruckkammer 16 und eine dritte Unterdruckkammer 18. Die erste und die zweite Unterdruckkammer 14, 16 sind durch eine erste Differentialpumpapertur 20 miteinander verbunden und die zweite und die dritte Unterdruckkammer 16, 18 sind durch eine zweite Differentialpumpapertur 22 miteinander verbunden.
Die erste Unterdruckkammer 14 ist eine Unterdruckkammer mit relativ niedrigem Druck und kann eine MALDI-Ionenquellen-Zielplatte 2, die an dem entgegengesetzten Ende der Unterdruckkammer 14 angeordnet ist wie eine erste Differentialpumpapertur 20, und einen positionsempfindlichen Detektor 4, der benachbart zu der ersten Differentialpumpapertur 20 angeordnet ist, enthalten. Andere Arten von Zielplatten 2 können alternativ verwendet werden. Die Ionenoptik 6 ist zwischen der Zielplatte 2 und der ersten Differentialpumpapertur 20 angeordnet, um zu bewirken, dass an der Zielplatte 2 erzeugte Ionen reflektiert oder abgelenkt werden, während die Ionen von der Zielplatte 2 in Richtung der ersten Differentialpumpapertur 20 wandern.
Die zweite Unterdruckkammer 16 ist bei einem verhältnismäßig höheren Druck als die erste Unterdruckkammer 14 oder enthält Bereiche oder Gaszellen, die auf einem höheren Druck gehalten werden als die erste Unterdruckkammer 14. Zum Beispiel kann die zweite Unterdruckkammer 16 ein oder mehrere der folgenden Elemente enthalten: einen Ionenverzögerungsbereich 24; und/oder einen Ionenmobilitätsseparator-Bereich (IMS-Bereich) oder eine IMS-Gaszelle; und/oder einen Bereich für stoßinduzierte Dissoziation (CID-Bereich) oder eine CID-Gaszelle; und/oder einen Elektronentransferdissoziationsbereich (ETD-Bereich) oder eine ETD-Zelle; und/oder eine Elektroneneinfangdissoziationsbereich (ECD-Bereich) oder eine ECD-Zelle; und/oder einen Photodissoziationsbereich oder eine Photodissoziations-Gaszelle. Beispielsweise kann die zweite Unterdruckkammer 16 einen Ionenverzögerungsbereich 24, eine Fragmentations- oder Reaktionszelle 25 zum Erzeugen von Fragment- oder Produktionen (wie etwa eine CID-Zelle, eine ETD-Zelle, eine ECD-Zelle, eine Photodissoziationszelle oder eine Ionenreaktionszelle), eine IMS-Zelle 26, eine zweite Fragmentations- oder Reaktionszelle 27 zum Erzeugen von Fragment- oder Produktionen einer zweiten Generation (wie etwa eine CID-Zelle, eine ETD-Zelle, eine ECD-Zelle, eine Photodissoziationszelle oder eine Ionenreaktionszelle) enthalten. Die erste Zelle kann ein anderer Typ von Zelle als die zweite Zelle sein, um z. B. verschiedene Arten von Fragmentation zu verursachen.
Die dritte Unterdruckkammer 18 kann einen Flugzeit-Massenanalysator 30 enthalten.
Das Instrument von 2 kann in einer Reihe von Betriebsarten betrieben werden. Das Instrument kann in demselben Modus betrieben werden, wie er in Verbindung mit 1A beschrieben ist, in dem ein Laser 8 mit einem relativ breiten Durchmesser die Zielplatte 2 beleuchtet und die resultierenden Ionen auf den Detektor 4 abgebildet werden (d. h. einem Mikroskopmodus) . Die Ionenoptik 6 und der Detektor 4 können daher die gleichen sein wie diejenigen in 1A. In 2 ist gezeigt, dass der Laserstrahl 8 die Zielplatte 2 in dem Transmissionsmodus beleuchtet, um die Probe zu ionisieren. Das heißt der Laser 8 beleuchtet die der Seite, auf der sich die Probe befindet, gegenüberliegende Seite der Zielplatte 2. Der Laser 8 kann jedoch die Probe in einem Reflexionsmodus beleuchten, d. h. von der Seite der Zielplatte 2, auf der sich die Probe befindet. Die Masse-zu-Ladungs-Verhältnisse der Ionen, die in verschiedenen Bereichen der Probe erzeugt werden, können daher auf den Detektor 4 auf die gleiche Weise abgebildet werden, wie sie in Verbindung mit 1A beschrieben ist. Beispielsweise kann der Flugzeitbereich 6 ein 100K-FWHM-TOF-Bereich sein. Dieser Modus ist besonders nützlich für die Massenanalyse von unfragmentierten oder nicht umgesetzten Ausgangsionen in einem MS-Modus.
3 zeigt eine schematische Darstellung des Instruments in 2, wenn es in einem zweiten Modus betrieben wird. In diesem Modus wird der Laser 9 auf die Zielplatte 2 fokussiert, um die Ionen zu erzeugen, d. h. es ist ein Mikrosondenmodus. Im Gegensatz zu dem in 1B gezeigten Modus werden in dem in 3 gezeigten Modus die Ionen nicht durch die Ionenoptik 6 auf den Detektor 4 fokussiert. Die Ionenoptik 6 ist dazu angeordnet und ausgelegt, zu bewirken, dass die Ionen mehrfach mit mehreren stigmatischen Fokalpunkten reflektiert werden, aber es wird bewirkt, dass die Ionen 35 auf die erste Differentialpumpapertur 20 fokussiert werden und nicht auf den Detektor 4. Dies kann erreicht werden, indem der Fokalpunkt des Lasers 9 auf der Zielplatte 2 relativ zu der ersten Differentialpumpapertur 20 so positioniert wird, dass die Ionenoptik 6 die Ionen an der ersten Differentialpumpapertur 20 fokussiert anstelle an dem Detektor 4. Die Ionen werden somit fokussiert und mit hoher Effizienz durch die erste Differentialpumpapertur 20 durchgelassen. Die Natur der mehrfach reflektierenden Ionenoptik 6 liefert ein fokussiertes Ionenbild in einer stigmatisierten fokussierenden Flugzeit-Bildebene 12, d. h. an der ersten Differentialpumpapertur 20. Dieses stark fokussierte Bild weist typischerweise einen Durchmesser von beispielsweise etwa ≤ 100 um auf. Dies ermöglicht, dass die erste Differentialpumpapertur 20 eine relativ kleine Fläche, z. B. 200 um, aufweist, ohne signifikant Ionen daran zu hindern, in die erste Differentialpumpapertur 20 einzutreten. Da die Ionenoptik 6 es ermöglicht, die erste Differentialpumpapertur 20 relativ klein zu gestalten, ist es relativ einfach, den Gasdruck in der ersten Unterdruckkammer 14 relativ niedrig zu halten. Dies vermeidet signifikante Stöße zwischen den Ionen und Gasmolekülen auf den Flugbahnen der Ionen durch die erste Unterdruckkammer 14.
Die Ionen gelangen durch die erste Differentialpumpapertur 20 in die zweite Unterdruckkammer 16, worin die Ionen einer Manipulation oder Verarbeitung mit einem höheren Druck als in der ersten Unterdruckkammer 14 unterzogen werden. Beispielsweise können die Ionen in der zweiten Unterdruckkammer 16 durch eine stoßinduzierte Dissoziation mit einem Gas mit einem höheren Druck als in der ersten Unterdruckkammer 14 fragmentiert werden, um so ein Fragmentionen zu erzeugen. Alternativ oder zusätzlich können Ionen in der zweiten Unterdruckkammer 16 mit einem höheren Druck als in der ersten Unterdruckkammer 14 mit einem oder mehreren der folgenden in Wechselwirkung treten oder reagieren, um Fragment- oder Produktionen erzeugen: Reagensionen, geladenen Teilchen wie Elektronen, Molekülen oder Photonen. Beispielsweise können die Ionen ETD- und/oder ECD-Reaktionen unterzogen werden und/oder durch Photonen wie etwa Photonen aus einer ultravioletten Lichtquelle fragmentiert werden. Die Ionen können einer Ionenmobilitätstrennung bei einem Druck, der höher ist als der Druck in der ersten Unterdruckkammer 14, unterzogen werden, bevor und/oder nachdem die Ionen fragmentiert oder umgesetzt werden. Alternativ können die Ionen einer solchen Ionenmobilitätstrennung unterzogen werden, ohne fragmentiert oder umgesetzt zu werden.
Die Ionen können in einem Verzögerungsbereich 24 der zweiten Unterdruckkammer 16 verzögert werden, bevor sie fragmentiert, umgesetzt oder nach Ionenmobilität getrennt werden (oder anstelle davon).
Der höhere Druck in der zweiten Unterdruckkammer 16 kann aufrechterhalten werden, ohne den Druck in der ersten Unterdruckkammer 14 wesentlich negativ zu beeinflussen (d. h. unerwünscht zu erhöhen), wenn die erste Differentialpumpapertur 20 relativ klein ist.
In der dargestellten Ausführungsform werden die in der zweiten Unterdruckkammer 16 aus der ersten Unterdruckkammer 14 empfangenen Ionen einer CID- oder ETD-Fragmentierung in Zelle 25 unterzogen. Die resultierenden Fragmentionen und/oder Produktionen der ersten Generation werden dann in einem Ionenmobilitätsseparator 26 getrennt. Die Ionen, die aus dem Ionenmobilitätsseparator 26 eluieren, können anschließend fragmentiert werden, wie z. B. durch CID oder Ultraviolett-Photodissoziation in Zelle 27, um Fragmentionen der zweiten Generation zu erzeugen, oder nicht. Die Fragmentionen der ersten oder zweiten Generation werden dann durch die zweite Differentialpumpapertur 22 in die dritte Unterdruckkammer 18 durchgelassen. Die dritte Unterdruckkammer 18 kann einen Massenanalysator wie etwa einen Massenanalysator 30 für die Massenanalyse der Ionen, die darin empfangen werden, enthalten. Die dritte Unterdruckkammer 18 kann auf einem niedrigeren Druck gehalten werden als die zweite Unterdruckkammer 16, um die Analyse der Ionen zu ermöglichen.
Die Zielplatte 2 kann relativ zu dem LaserFokalpunkt und der ersten Differentialpumpapertur 20 so bewegt werden, dass Ionen in verschiedenen Bereichen der Probenplatte 2 zu verschiedenen Zeitpunkten erzeugt werden und dass die Ionenoptik 6 diese Ionen aus verschiedenen Bereichen zu verschiedenen Zeitpunkten durch die erste Differentialapertur 20 lenkt.
Alternativ oder zusätzlich kann das Instrument verwendet werden, um Ionen basierend auf ihrer Position auf der Zielplatte 2 zur Analyse auszuwählen. Dies kann durch selektives Anordnen der räumlichen Lage des Ionenursprungs relativ zu der ersten Differentialpumpapertur 20 erreicht werden, so dass Ionen von der Ionenoptik 6 stigmatisch durch das System fokussiert werden und durch die erste Differentialpumpapertur 20 in eine nachgeschaltete Vorrichtung wie etwa einen Ionenanalysator gelenkt werden. Beispielsweise kann in einem MALDI-System eine Fläche von Interesse auf der Zielplatte 2 identifiziert werden. Dies kann erreicht werden, indem die Probe auf der Zielplatte 2 z. B. unter Verwendung eines optischen Mikroskops untersucht wird und ein oder mehrere Bereiche der Probe, die zu analysieren sind, ausgewählt werden. Beispielsweise kann es wünschenswert sein, eine bestimmte Zelle oder bestimmte Zellen an einer bestimmten Stelle auf der Zielplatte 2 zu analysieren. Die Zielplatte 2 kann dann so bewegt werden, dass der/die Probenbereich(e) von Interesse durch den Laser beleuchtet werden, so dass die daraus erzeugten Ionen auf die erste Differentialpumpapertur 20 fokussiert werden. Die Ionenabbildungseigenschaften der Ionenoptik 6 können daher verwendet werden, um die Ionen aus dem Probenbereich von Interesse durch die erste Differentialpumpapertur 20 und zu der nachgeschalteten Vorrichtung durchzulassen. Weniger bevorzugt kann ein relativ weiter Laserstrahl die Zielplatte 2 beleuchten, was dazu führt, dass Bereiche der Zielplatte 2, die keine Probe von Interesse enthalten, von dem Laser beleuchtet werden. Jedoch können diese Bereiche der Zielplatte vielleicht nicht in der korrekten Position relativ zu der ersten Differentialpumpapertur 20 angeordnet sein, damit die Ionenoptik Ionen aus diesen Bereichen durch die erste Differentialpumpapertur fokussiert.
4 zeigt eine schematische Darstellung des Instruments in 2, wenn es in einem weiteren Modus betrieben wird. Diese Betriebsart ist im Wesentlichen die gleiche wie die in Verbindung mit 3 gezeigte, mit der Ausnahme, dass der Laserfokalfleck auf der Zielplatte 2 relativ zu der ersten Differentialpumpapertur 20 so positioniert ist, dass die Ionenoptik 6 die Ionen von der Zielplatte 2 zu dem Detektor 4 und nicht zu der ersten Differentialpumpapertur führt. Die Ionen können daher auf den Detektor 4 auftreffen und auf eine Weise analysiert werden, die der in Verbindung mit 1B gezeigten entspricht. Eine Ablenklinse 32 ist in einem Ionenablenkbereich angeordnet und bei Aktivierung lenkt diese Ablenklinse 32 Ionen zu der ersten Differentialpumpapertur 20 ab. Die stigmatischen Fokuseigenschaften der Ionenoptik 6 bewirken, dass die abgelenkten Ionen an der ersten Differentialpumpapertur 20 fokussiert werden und so wie in Bezug auf die anderen Ausführungsformen beschrieben die erste Differentialpumpapertur 20 relativ klein gestaltet werden kann, während gleichzeitig eine hohe Ionentransmissionseffizienz in die zweite Unterdruckkammer 16 erhalten wird.
Wenn sich die Ionen durch den Flugzeitbereich in der ersten Unterdruckkammer 14 bewegen, trennen sie sich gemäß ihren Masse-zu-Ladungs-Verhältnissen. Es kann erwünscht sein, selektiv nur Ionen eines oder mehrerer einzelner Masse-zu-Ladungs-Verhältnisse oder eines ausgewählten Bereichs von Masse-zu-Ladungs-Verhältnissen durchzulassen. Dies kann erreicht werden, indem die Ablenklinse 32 so aktiviert wird, dass, wenn das gewünschte Masse-zu-Ladungs-Verhältnis an der Ablenklinse 32 ankommt, die Ionen zu und durch die erste Differentialpumpapertur 20 abgelenkt werden. Wenn Ionen von einem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis, das weniger von Interesse ist, (bei denen beispielsweise keine Fragmentation erwünscht ist) zu dem Ionenablenker 32 gelangen, kann der Ablenker 32 deaktiviert oder so betrieben werden, dass diese Ionen die erste Differentialpumpapertur 20 nicht erreichen. Um dies zu erreichen, kann eine zeitveränderliche Spannung an den Ablenker 32 angelegt werden. Der Ablenker 32 kann dazu ausgelegt sein, zu bewirken, dass Ionen nur wenig ausgelenkt werden, z. B. um einige hundert Mikron.
Es wird auch in Betracht gezogen, dass die in 3 gezeigte Ausführungsform einen Ionenablenker 32 verwendet, um Ionen auf den Detektor 4 abzulenken. Während sich die Ionen durch den Flugzeitbereich in der ersten Unterdruckkammer 14 bewegen, trennen sie sich gemäß ihren Masse- zu Ladungs-Verhältnissen. Es kann wünschenswert sein, selektiv nur Ionen eines oder mehrerer einzelner Masse-zu-Ladungs-Verhältnisse oder eines ausgewählten Bereichs von Masse-zu-Ladungs-Verhältnissen zu dem Detektor 4 durchzulassen. Dies kann durch Aktivieren einer Ablenklinse 32 erreicht werden, so dass dann, wenn das (die) gewünschten Masse-zu-Ladungs-Verhältnis(se) an der Ablenklinse 32 ankommen, die Ionen auf den Detektor 4 abgelenkt werden. Wenn Ionen eines Masse-zu-Ladungs-Verhältnisses, das nicht abgelenkt werden soll, den Ionenablenker 32 erreichen, kann der Ablenker 32 deaktiviert werden oder so betrieben werden, dass diese Ionen den Detektor 4 nicht erreichen und zu der ersten Differentialpumpapertur 20 durchgelassen werden können. Eine zeitlich veränderliche Spannung kann an den Ablenker 32 angelegt werden, um dies zu erreichen. Der Ablenker 32 kann dazu ausgelegt sein, zu bewirken, dass Ionen nur wenig abgelenkt werden, z. B. um einige hundert Mikron. Alternativ zu einem Ionenablenker 32 kann ein Ionengatter an der ersten Differentialpumpapertur 20 oder dieser vorgeschaltet angeordnet sein. Das Ionengatter kann als eine Funktion der Zeit selektiv geöffnet und geschlossen werden, so dass dann, wenn das (die) gewünschte(n) Masse-zu-Ladungs-Verhältnis(se) an dem Ionengatter ankommen, das Ionengatter geöffnet wird, so dass diese Ionen zu der und durch die erste(n) Differentialpumpapertur 20 durchgelassen werden. Wenn Ionen eines Masse-zu-Ladungs-Verhältnisses, das von geringer Interesse ist, das Ionengatter erreichen, kann das Gate geschlossen werden, so dass diese Ionen nicht die erste Differentialpumpapertur 20 erreichen. Eine zeitveränderliche Spannung kann an das Ionengatter angelegt werden, um dies zu erreichen.
Obwohl Ausführungsformen hinsichtlich der Fokussierung von Ionen durch die erste Differentialpumpapertur 20 beschrieben worden sind, wird in Betracht gezogen, dass dieselbe Technik verwendet werden kann, um Ionen durch andere Arten von Aperturen, wie z. B. eine Ionenakzeptanzapertur eines Ionenanalysators, eines Ionendetektors, einer Ionenführung, einer Ionenfalle oder einer anderen nachgeschalteten Vorrichtung zu fokussieren.
Ferner wird, obwohl Ausführungsformen beschrieben worden sind, bei denen Ionen von der Ionenoptik 6 durch eine einzige Apertur fokussiert werden, in Betracht gezogen, dass mehrere Öffnungen vorgesehen sein können und dass Ionen aus unterschiedlichen Bereichen auf der Zielplatte 2 jeweils durch unterschiedliche Öffnungen fokussiert werden können. Ein einzelner Laserstrahl kann die verschiedenen Bereiche beleuchten oder es können mehrere Laserstrahlen verwendet werden, um die verschiedenen Bereiche zu beleuchten. Der gleiche Typ oder unterschiedliche Typen von nachgeschalteter Vorrichtung können den verschiedenen Aperturen nachgeschaltet vorgesehen sein.
Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben worden ist, ist für Fachleute zu verstehen, dass verschiedene Änderungen in Form und Einzelheiten vorgenommen werden können, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen, wie sie in den beigefügten Ansprüchen dargelegt ist.
Zum Beispiel können, obwohl Laserionenquellen wie MALDI-Ionenquellen in den obigen Ausführungsformen beschrieben worden sind, andere Ionenquellen verwendet werden. Laserionenquellen sind nützlich, da sie verwendet werden können, um ein relativ kleines räumliches Objekt an der Zielplatte 2 zu erzeugen. Es können jedoch auch andere Arten von Ionenquellen verwendet werden, die keinen Laser und/oder keine Zielplatte 2 enthalten. Beispielsweise kann eine ESI-Ionenquelle die Zielplatte ersetzen. Ionenquellen, die eine relativ niedrige Gasbelastung auf die erste Unterdruckkammer bieten, sind wünschenswert. Beispielsweise können Ionenquellen verwendet werden, die bei Drücken arbeiten, die deutlich unter dem atmosphärischen Druck liegen.
Das Spektrometer kann in einem Mikroskopmodus betrieben werden, in dem ein relativ breiter homogener Laserstrahl auf die Zielplatte gerichtet wird; oder in einem Mikrosondenmodus betrieben werden, in dem ein Laserstrahl auf die Zielplatte fokussiert wird. Hochauflösende MS-Daten können sowohl in dem Mikroskopmodus als auch im herkömmlichen Mikroprobenmodus erfasst werden. Beispielsweise kann die Quelle in einem Nur-MS-Modus betrieben werden, in dem das Bild aus einem breiteren Laserbereich (Mikroskopmodus) auf einen pixeligen TOF-Detektor 4 gerichtet ist. Der Laser kann die Zielplatte 2 in dem Mikroskop- oder Mikrosondenmodus von der Probenseite oder der gegenüberliegenden Seite aus beleuchten. In einem Mikroskopmodus kann es jedoch nützlich sein, die Zielplatte 2 in einem Reflexionsmodus anstatt in einem Transmissionsmodus zu beleuchten, d. h. die Zielplatte von der gleichen Seite zu beleuchten, auf der sich die Probe befindet.
In den Mikrosondenmodi können die Ionensignale entweder auf dem pixeligen Detektor 4 oder auf einem anderen Detektortyp wie etwa einem Punktdetektor aufgezeichnet werden, der der ersten Differentialpumpapertur entweder vorgeschaltet oder nachgeschaltet angeordnet sein kann.
Die Laserfleckgröße und die Bildgröße in den Mikroprobenmodi können etwa 10 um betragen, was für eine histologische Analyse ideal ist.

Claims

Massenspektrometer oder Ionenmobilitätsspektrometer, das enthält: eine Ionenquelle; eine Apertur; einen Flugbereich, der zwischen der Ionenquelle und der Apertur angeordnet ist, um Ionen gemäß ihrem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis zu trennen; eine erste Unterdruckkammer, die den Flugbereich enthält; und eine zweite Unterdruckkammer; wobei die Apertur eine Differentialpumpapertur ist, die an der Schnittstelle zwischen der ersten und zweiten Unterdruckkammer angeordnet ist; wobei das Spektrometer ferner enthält: eine Ionenoptik, die dazu angeordnet und ausgelegt ist, zu bewirken, dass Ionen mehrfach reflektiert oder abgelenkt werden, während die Ionen sich in dem Flugbereich gemäß dem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis trennen, so dass die Ionenbewegungsbahnen zwischen divergierend und konvergierend abwechseln, während die Ionen den Flugbereich durchlaufen, und dass die Ionen auf einen geometrischen Fokalpunkt an der Apertur konvergieren und fokussiert werden, so dass die Ionen durch die Apertur durchgelassen werden.
Spektrometer nach Anspruch 1, wobei die Ionenoptik dazu angeordnet und ausgelegt ist, zu bewirken, dass die mittlere Ionenbahn reflektiert oder abgelenkt wird, während die Ionen den Flugbereich durchlaufen.
Spektrometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ionenoptik mehrere elektrische Sektoren enthält.
Spektrometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ionenquelle in der Objektebene der Ionenoptik angeordnet ist und/oder die Apertur in der Abbildungsebene der Ionenoptik angeordnet ist.
Spektrometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner einen Ionendetektor enthält, der in der ersten Unterdruckkammer angeordnet ist.
Spektrometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das einen Ionendetektor und eine Verschiebungsvorrichtung zum Bewegen zumindest eines Teils der Ionenquelle relativ zu der Apertur enthält, so dass: in einem ersten Modus, in dem zumindest ein Teil der Ionenquelle in einer ersten Position angeordnet ist, die Ionenoptik die Ionen aus der Ionenquelle auf die Apertur fokussiert; und in einem zweiten Modus, in dem zumindest ein Teil der Ionenquelle in einer zweiten Position angeordnet ist, die Ionenoptik die Ionen aus der Ionenquelle auf den Ionendetektor fokussiert.
Spektrometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das einen Detektor und eine Laserschaltvorrichtung enthält, die derart betreibbar ist, dass: in einem Modus ein Laser in der Laserquelle auf eine Zielplatte in der Ionenquelle gerichtet ist, um Ionen zu erzeugen, und die Ionenoptik diese Ionen aus der Ionenquelle auf die Apertur fokussiert; und in einem weiteren Modus ein Laser in der Laserquelle auf die Zielplatte in der Ionenquelle gerichtet ist, um Ionen zu erzeugen, und die Ionenoptik diese Ionen aus der Ionenquelle auf den Detektor fokussiert.
Spektrometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das einen Ionenablenker zum Ablenken der Ionen enthält, wobei der Ionenablenker in einem Modus derart betreibbar ist, dass die Ionen zu der Apertur durchgelassen werden, und in einem weiteren Modus derart betreibbar ist, dass die Ionen nicht zu der Apertur durchgelassen werden.
Spektrometer nach Anspruch 8, wobei das Spektrometer derart ausgelegt ist, dass in dem weiteren Modus die Ionen zu einem Detektor durchgelassen werden.
Spektrometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das einen Massenselektor enthält; wobei sich Ionen in dem Flugbereich derart trennen, dass Ionen unterschiedlicher Masse-zu-Ladungs-Verhältnisse zu unterschiedlichen Zeitpunkten an dem Massenselektor ankommen; und wobei der Massenselektor dazu ausgelegt ist, selektiv ein oder mehrere erste Masse-zu-Ladungs-Verhältnisse oder einen oder mehrere erste Masse-zu-Ladungs-Verhältnis-Bereiche zu einem oder mehreren ersten Zeitpunkten zu der Apertur oder einem Detektor durchzulassen oder abzulenken; und selektiv ein oder mehrere zweite Masse-zu-Ladungs-Verhältnisse oder einen oder mehrere zweite Masse-zu-Ladungs-Verhältnis-Bereiche zu einem oder mehreren zweiten Zeitpunkten zu blockieren oder derart abzulenken, dass diese Ionen die Apertur oder den Detektor nicht erreichen.
Spektrometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das eine Verschiebungsvorrichtung zum Bewegen zumindest eines Teils der Ionenquelle relativ zu der Apertur, so dass die Ionenoptik Ionen, die in verschiedenen Bereichen der Ionenquelle erzeugt werden, zu verschiedenen Zeitpunkten durch die Apertur fokussiert, enthält.
Spektrometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Apertur einen Durchmesser oder eine Abmessung von ≤ y µm aufweist, wobei y aus der folgenden Gruppe gewählt ist: 500; 450; 400; 350; 300; 250; 200; 150; 100; und 50.
Spektrometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Spektrometer ein Flugzeit-Massenspektrometer ist und/oder der Flugbereich ein Flugzeitbereich ist.
Verfahren zur Massenspektrometrie oder Ionenmobilitätsspektrometrie, das umfasst: Erzeugen von Ionen mit einer Ionenquelle; Trennen von Ionen gemäß ihrem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis in einem Flugbereich, der zwischen der Ionenquelle und einer Apertur angeordnet ist; und Verwenden einer Ionenoptik zum mehrfachen Reflektieren oder Ablenken von Ionen, während die Ionen sich in dem Flugbereich gemäß dem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis trennen, so dass die Ionenbewegungsbahnen zwischen divergierend und konvergierend abwechseln, während die Ionen den Flugbereich durchlaufen, und so dass die Ionen auf einen geomet- rischen Fokalpunkt an der Apertur konvergieren und fokussiert werden, so dass die Ionen durch die Apertur durchgelassen werden; wobei die Apertur eine Differentialpumpapertur ist, die an der Schnittstelle zwischen einer ersten Unterdruckkammer, die den ersten Flugbereich enthält, und einer zweiten Unterdruckkammer angeordnet ist.