DE102020112282B4

DE102020112282B4 - Verbesserte Injektion von Ionen in eine Ionenspeichervorrichtung

Info

Publication number: DE102020112282B4
Application number: DE102020112282.9A
Authority: DE
Inventors: Hamish Stewart; Alexander Makarov; Christian Hock
Original assignee: Thermo Fisher Scientific Bremen GmbH
Current assignee: Thermo Fisher Scientific Bremen GmbH
Priority date: 2019-05-10
Filing date: 2020-05-06
Publication date: 2023-11-02
Anticipated expiration: 2040-05-07
Also published as: US11031232B1; CN111916335A; GB201906589D0; CN111916335B; GB2583758A; DE102020112282A1; GB2583758B

Abstract

Verfahren zum Injizieren von Ionen in eine lonenspeichervorrichtung (20), umfassend:Bereitstellen eines HF-Einfangfelds in der lonenspeichervorrichtung (20), das ein Einfangvolumen (23) in der lonenspeichervorrichtung (20) definiert, indem eine oder mehrere HF-Spannungen an eine oder mehrere Einfangelektroden (30) angelegt werden;Bereitstellen eines Gases in dem Einfangvolumen (23);Injizieren von Ionen in das Einfangvolumen (23) durch eine Blende (12) in einer Endelektrode (14), die sich an einem ersten Ende der lonenspeichervorrichtung (20) befindet, wobei an die Endelektrode (14) eine Gleichspannung angelegt ist;Reflektieren der injizierten Ionen an einem zweiten Ende der lonenspeichervorrichtung (20) gegenüber dem ersten Ende, wodurch die Ionen zum ersten Ende zurückgeführt werden; undHochfahren der an die Endelektrode (14) angelegten Gleichspannung während im Wesentlichen des gesamten Zeitraums zwischen dem Injizieren der Ionen durch die Blende (12) und der Rückkehr der Ionen zum ersten Ende, so dass zu dem Zeitpunkt, an dem die Ionen zum ersten Mal zum ersten Ende zurückkehren, durch die hochgefahrene Gleichspannung eine Potentialbarriere (50) hergestellt wird, die verhindert, dass zurückkehrende Ionen auf der Endelektrode (14) auftreffen.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Injizieren von Ionen in eine lonenspeichervorrichtung und eine Ausrüstung zum Injizieren von Ionen in eine lonenspeichervorrichtung. Solche Verfahren und Ausrüstungen sind nützlich auf dem Gebiet der Massenspektrometrie.
Hintergrund
In der Massenspektrometrie ist die Verwendung von dreidimensionalen und zweidimensionalen (linearen oder toroidalen) HF-Ionenfallen bekannt, die eine Kombination aus Potential- und Pseudopotentialtöpfen einsetzen, um Ionen innerhalb der Falle einzuschließen. Eine der Hauptanwendungen von lonenfallen sind lonenspeichervorrichtungen bei der Zwischenspeicherung von Ionen vor der Massenanalyse. Wenn die gespeicherten Ionen in einen Massenanalysator extrahiert werden, wird die lonenfalle oft als Extraktionsfalle bezeichnet. In Anwendungen, bei denen Ionen nur in der lonenfalle gespeichert werden, d. h. nicht nach ihrer Masse gefiltert sind, wird die Falle normalerweise im „Nur-HF-Modus“ betrieben, d. h. ohne Gleichstromdifferenz zwischen den beiden an die Falle angelegten HF-Spannungen. Unter diesen Bedingungen wird der Einfangbereich an Masse-zu-Ladungs-Verhältnissen maximiert, aber in der Praxis bleibt das Verhältnis des höchsten zu dem niedrigsten Masse-zu-Ladungs-Verhältnis, das eingefangen werden kann, auf etwa 15 bis 20 begrenzt.
Während des Prozesses des Injizierens von Ionen in die lonenfalle werden die Ionen typischerweise so geleitet, dass sie durch die Eintrittsblende der Falle entlang der Fallenachse in die Falle eintreten, woraufhin die Ionen bei niedrigenergetischen Kollisionen mit einem in der Falle enthaltenen Trägergas Energie verlieren, bis sie sich mit dem Gas äquilibrieren, wodurch ihre kinetische Energie von mehreren Elektronenvolt herunter auf thermische Energien in der Größenordnung von kT reduziert wird (wobei k die Boltzmann-Konstante und T die Temperatur des Trägergases ist). Wenn Ionen in einer lonenfalle eingeschlossen werden, wirkt die Coulomb-Abstoßung oder Raumladung zwischen den eingefangenen Ionen den Begrenzungskräften der angelegten Potential- und Pseudopotentialtöpfe entgegen. Mit zunehmender Anzahl eingefangener Ionen steigt das aus der Raumladung resultierende Potential. Dieses Raumladungspotentialwirkt dem Einschlusspotential der Falle entgegen. Wenn sich das Raumladungspotential dem der Tiefe des Potentialtopfes nähert, dehnt sich die räumliche Verteilung der Ionen in der lonenfalle schnell aus. Große räumliche Verteilungen von Ionen sind unerwünscht, da dies die Transmission und/oder Auflösung des Massenanalysators, in den die Ionen aus der lonenfalle extrahiert werden, negativ beeinflussen kann.
Zahlreiche loneninjektionsschemata in lonenfallen sind bekannt, einschließlich zur Injektion in Fallen vom Paul-Typ ( US 5 179 278 A ; US 5 399 857 A ; US 5 729 014 A ; US 5 818 055 A ; WO 99/ 39 370 A1 ) oder linearen Fallentyp ( US 6 627 883 B2 ; WO 2011/ 148 312 A3 , GB 2 389 705 A ) oder mit mehreren Zellen ( US 5 206 506 A ; US 6 483 109 B1 ; US 6 762 406 B2 ; US 7 189 965 B2 ; US 7 145 133 B2 ; US 7 718 959 B2 ). Weitere Injektionsschemata für lonenspeicherfallen sind in US 5 811 800 A , GB 2 389 705 A , US 8 198 582 B2 und US9 190 255 B2 offenbart.
Wie im Stand der Technik bekannt, ist die Entfernung, über die Ionen durch Kollisionen in der lonenfalle Energie verlieren, oder der „Bremsweg“, für Ionen mit höherem m/z viel länger als für Ionen mit niedrigerem m/z aufgrund des höheren Verhältnisses ihres Anfangsimpulses (m*v wobei v die Anfangsgeschwindigkeit ist) zu ihrem Querschnitt (ungefähr proportional zu m^2/3). Um eingefangen zu werden, müssen schwere Ionen in der Falle somit viel längere Strecken zurücklegen als leichte Ionen (siehe A. V. Tolmachev et al. NIM Phys Res. B 124 (1997) 112-119). Da die Tiefe des Pseudopotentialtopfes umgekehrt proportional zum m/z der Ionen ist, werden schwere Ionen auch durch HF-Felder weniger fokussiert als leichte Ionen und können daher höhere Verluste in der Falle erfahren, da sie mit einem geringerem Verlust an Energie zur Eintrittsblende zurückkehren. Im Lauf der Zeit führen diese Verluste dazu, dass sich aus den abgeschiedenen Ionen dicke Schichten von Probenmaterial aufbauen, die damit beginnen können, sich aufzuladen und den Ionentransport durch die Blende zu stören. Der daraus resultierende Leistungsverlust bedeutet, dass eine gründliche Reinigung der betroffenen Blenden erforderlich ist, was eine mühsame Demontage von empfindlicher Fallenoptik erfordert.
Vor diesem Hintergrund fand die vorliegende Erfindung statt.
Kurzdarstellung
Nach einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Injizieren von Ionen in eine lonenspeichervorrichtung nach Anspruch 1 bereitgestellt.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Injizieren von Ionen in eine lonenspeichervorrichtung umfasst: Bereitstellen eines HF-Einfangfelds in der lonenspeichervorrichtung, das ein Einfangvolumen in der lonenspeichervorrichtung definiert indem eine oder mehrere HF-Spannungen an eine oder mehrere Einfangelektroden angelegt werden; Bereitstellen eines Gases in dem Einfangvolumen; Injizieren von Ionen in das Einfangvolumen durch eine Blende in einer Endelektrode, die sich an einem ersten Ende der lonenspeichervorrichtung befindet, wobei an die Endelektrode eine Gleichspannung angelegt wird und die Ionen bevorzugt einen Bereich von Masse-zu-Ladungs-Verhältnissen (m/z) aufweisen, wobei der Bereich ein maximales Masse-zu-Ladungs-Verhältnis, m/z_MAX, aufweist; Reflektieren der injizierten Ionen an einem zweiten Ende der lonenspeichervorrichtung gegenüber dem ersten Ende, wodurch die Ionen zum ersten Ende zurückgeführt werden; und Hochfahren der an die Endelektrode angelegten Gleichspannung während im Wesentlichen des gesamten Zeitraums zwischen dem Injizieren der Ionen durch die Blende bis zur Rückkehr der Ionen zum ersten Ende, so dass zu dem Zeitpunkt, an dem die Ionen zum ersten Ende zurückkehren, durch die Gleichspannung eine Potentialbarriere bereitgestellt wird, die verhindert, dass die zurückkehrenden Ionen auf der Endelektrode auftreffen. Nach dem Injizieren von Ionen in die lonenspeichervorrichtung werden die Ionen vorzugsweise in dem loneneinfangvolumen der Vorrichtung gespeichert, typischerweise durch Abkühlen der Ionen in der lonenspeichervorrichtung durch Kollisionen mit dem Gas. Danach können die Ionen nach ihrer Masse analysiert werden, zum Beispiel durch Überführen der Ionen aus der lonenspeichervorrichtung in einen Massenanalysator zur Massenanalyse der Ionen.
Es wird auch ein Verfahren der Massenspektrometrie bereitgestellt, das das erfindungsgemäße Injizieren von Ionen in eine lonenspeichervorrichtung, Speichern der Ionen in der lonenspeichervorrichtung, Überführen der Ionen aus der lonenspeichervorrichtung in einen Massenanalysator und Analysieren der Ionen nach ihrer Masse umfasst, zum Beispiel, um ein Massenspektrum zu erzeugen. Das Verfahren umfasst typischerweise das Erzeugen von Ionen in einer lonenquelle. Die erzeugten Ionen oder Produktionen, die aus den erzeugten Ionen erzeugt wurden, wie z. B. Fragmentionen, werden dann in die lonenspeichervorrichtung injiziert.
Eine Ausrüstung wird zum Durchführen des hierin beschriebenen Verfahrens bereitgestellt.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Ausrüstung zum Injizieren von Ionen in eine lonenspeichervorrichtung, insbesondere nach Anspruch 20, bereitgestellt.
Nach noch einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Massenspektrometer bereitgestellt. Das Massenspektrometer kann eine lonenquelle zum Erzeugen von Ionen, eine erfindungsgemäße Ausrüstung zum Injizieren von Ionen in eine lonenspeichervorrichtung und einen Massenanalysator zum Aufnehmen von Ionen aus der lonenspeichervorrichtung umfassen.
Die Erfindung führt zu einer verringerten Kontaminationsrate von Blenden von lonenspeichervorrichtungen, wie lonenfallen, durch geeignete Zeitsteuerung einer Gleichspannungsrampe an einer oder mehreren Elektroden der Vorrichtung, die vorzugsweise mit einem gepulsten Transfer von Ionen in die Vorrichtung zusammenfällt, d. h. Anlegen einer dynamischen Gleichspannung an die Eintrittsblende. Die Kontamination von Blenden während der loneninjektion in die lonenspeichervorrichtung wird vermieden, indem eine Potentialbarriere zwischen den Ionen und der Blende während der Zeit der Rückkehr der Ionen zur Blende nach der anfänglichen Injektion durch die Blende erzeugt wird.
Verschiedene bevorzugte Details werden nun beschrieben.
In einigen bevorzugten Ausführungsformen umfasst das Herstellen der Potentialbarriere das Starten des Hochfahrens einer an die Endelektrode angelegten Gleichspannung spätestens dann, wenn die ersten Ionen durch die Blende injiziert werden. In einigen bevorzugten Ausführungsformen weisen die Ionen einen Bereich von Masse-zu-Ladungs-Verhältnissen (m/z) auf und der Bereich weist ein maximales Masse-zu-Ladungs-Verhältnis, m/z_MAX, auf, wobei das Injizieren von Ionen in das Einfangvolumen umfasst, dass die Ionen einer Beschleunigungsspannung, V, ausgesetzt werden, und wobei Ionen mit einem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis m/z_MAX nach einer Zeit t(m/z_MAX) ab der Injektion durch die Blende zu dem ersten Ende zurückkehren und eine Rate des Hochfahrens der an die Endelektrode angelegten Gleichspannung durch (X*V + kT)/t(m/z_MAX) gegeben ist, wobei X ein Faktor von 0,01 bis 1 ist, k die Boltzmann-Konstante ist und T die Temperatur des Gases ist. In einigen bevorzugten Ausführungsformen ist X ein Faktor (i) von 0,01 bis 0,1 oder (ii) 0,01 bis 0,2.
Ein Vorteil des Verwendens einer relativ langsamen Gleichspannungsrampe an der Endelektrode besteht darin, dass eine Kontamination der Eintrittsblendenelektrode durch zurückkehrende Ionen verringert werden kann, während Ionen über einen erheblichen Zeitraum in die lonenfalle eingelassen werden können, zum Beispiel eine oder mehrere Millisekunden (ms), was das Einfangen eines breiteren Massenbereichs verbessert und es Ionen ermöglicht, eine gewisse Entfernung zur Blende zurückzulegen, wenn die lonenwolke groß ist oder der Gasdruck relativ hoch ist. Wie nachstehend detaillierter erörtert, verbessert eine relativ lange Laufstrecke auch die lonentransmission durch die Blende. Nach dem Stand der Technik, EP 3462476 A1 und US 2003/141447 A1 , wird eine Spannungsbarriere an einer Endelektrode zu einem Zeitpunkt, nachdem eine gewünschte Anzahl von Ionen in eine lonenfalle eingetreten sind, schnell eingeschaltet, d. h. nicht hochgefahren, wobei der Zeitpunkt der Barriere darauf beschränkt ist, wann die ersten Ionen (d. h. diejenigen mit dem niedrigsten m/z) zur Eintrittsblende zurückreflektiert werden, was in der Praxis häufig der Fall sein kann, bevor einige lonenspezies (d. h. diejenigen mit dem höchsten m/z) in die lonenfalle eingetreten sind. Für die in US 2003/141447 A1 angegebenen loneninjektionszeiten von 10-100 Mikrosekunden (µs) muss die Spannungsbarriere in einer viel kürzeren Zeit als diese < 10 Mikrosekunden (µs) gesenkt und erhöht werden. Falls der Zeitpunkt vor dem schnellen Erhöhen der Spannungsbarriere verzögert wird, damit Ionen mit höherer Masse eintreten können, dann werden Ionen mit niedrigerem m/z bereits zur Eintrittsblende zurückgekehrt und dort abgeschieden worden sein. Im Gegensatz dazu verhindert ein langsames Hochfahren der Gleichspannungsbarriere (im Gegensatz zu dem schnellen Schalten nach dem Stand der Technik), wie es in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, dass Ionen mit einem niedrigeren m/z, die zuerst zur Eintrittsblende zurückreflektiert werden, abgeschieden werden (da sie die meiste Energie verloren haben und eine kleinere Barriere benötigt wird, um sie zu stoppen), während es gleichzeitig Ionen, die noch keine Energie verloren haben, ermöglicht, während der Spannungsrampe einzutreten. Wenn die Ionen mit höherer Energie und höherem m/z zur Eintrittsblende zurückkehren, ist die Spannungsbarriere hoch genug, um zu verhindern, dass solche Ionen abgeschieden werden.
In einigen bevorzugten Ausführungsformen umfasst das Verfahren das Abkühlen der Ionen im Einfangvolumen durch Kollisionen mit dem Gas, bis die Ionen mit dem Gas thermalisiert sind.
In einigen bevorzugten Ausführungsformen ist die lonenspeichervorrichtung entlang einer Verlängerungsrichtung verlängert, das Einfangvolumen hat eine Länge L in der Verlängerungsrichtung und das Gas hat einen Druck P im Einfangvolumen, so dass P*L zwischen 0,01 und 1 mbar*mm liegt, und wobei die Ionen in der Verlängerungsrichtung in das Einfangvolumen injiziert werden. In einigen bevorzugten Ausführungsformen sind die eine oder die mehreren Einfangelektroden der lonenspeichervorrichtung entlang der Verlängerungsrichtung der lonenspeichervorrichtung verlängert.
Einige bevorzugte Ausführungsformen umfassen das Injizieren von Ionen in das Einfangvolumen als Impuls mit einer Dauer von nicht mehr als 5 Millisekunden, wie z. B. ein Impuls mit einer Dauer von 0,1 bis 3 Millisekunden.
Einige bevorzugte Ausführungsformen umfassen das Injizieren der Ionen aus einer loneninjektionsvorrichtung. In einigen bevorzugten Ausführungsformen umfasst das Injizieren der Ionen das Injizieren der Ionen von einer loneninjektionsvorrichtung, die eine HF-Ioneninjektionsvorrichtung ist. Das Injizieren von Ionen kann vorzugsweise das Injizieren der Ionen aus einer gasgefüllten loneninjektionsvorrichtung umfassen. In einigen bevorzugten Ausführungsformen ist ein Druck P₂ in der gasgefüllten loneninjektionsvorrichtung größer als ein Druck P in dem Einfangvolumen der lonenspeichervorrichtung. In einigen bevorzugten Ausführungsformen werden die Ionen vor dem Injizieren der Ionen in das Einfangvolumen der lonenspeichervorrichtung in der loneninjektionsvorrichtung eingefangen. In einigen bevorzugten Ausführungsformen umfasst die loneninjektionsvorrichtung eine Anordnung von Einfangelektroden mit an diese angelegten HF-Spannungen, wobei die Anordnung von Einfangelektroden einen eingeschriebenen Radius R aufweist, und vor dem Injizieren der Ionen in das Einfangvolumen der lonenspeichervorrichtung werden die Ionen in der loneninjektionsvorrichtung in einem Abstand von mindestens 2*R von der Blende in der Endelektrode der lonenspeichervorrichtung eingefangen. In einigen bevorzugten Ausführungsformen werden die Ionen vor dem Injizieren der Ionen in das Einfangvolumen der lonenspeichervorrichtung in der loneninjektionsvorrichtung in einem Abstand von 2*R bis 3*R von der Blende in der Endelektrode der lonenspeichervorrichtung eingefangen. In einigen bevorzugten Ausführungsformen werden die Ionen vor dem Injizieren der Ionen in das Einfangvolumen der lonenspeichervorrichtung in der loneninjektionsvorrichtung eingefangen, indem Einfangspannungen an der Endelektrode der lonenspeichervorrichtung und/oder an den Einfangelektroden der loneninjektionsvorrichtung eingestellt werden, um ein Gleichspannungsversatzpotential zwischen der Endelektrode der lonenspeichervorrichtung und den Einfangelektroden der loneninjektionsvorrichtung bereitzustellen, und die Ionen werden durch die Blende in der Endelektrode durch Ändern einer oder mehrerer der Einfangspannungen zum Freisetzen der eingefangenen Ionen aus der loneninjektionsvorrichtung injiziert, wobei die Zeit, die zum Ändern der Einfangspannungen benötigt wird, geringer ist als die Zeit, die benötigt wird, damit freigesetzte Ionen mit einem niedrigsten Masse-zu-Ladungs-Verhältnis die Blende erreichen, und wobei das Hochfahren der an die Endelektrode angelegten Gleichspannung spätestens zu dem Zeitpunkt beginnt, wenn die ersten Ionen die Blende in der Endelektrode erreichen. Einige bevorzugte Ausführungsformen umfassen das Leiten von Ionen durch die lonenspeichervorrichtung zur loneninjektionsvorrichtung, bevor die Ionen aus der loneninjektionsvorrichtung in die lonenspeichervorrichtung injiziert werden.
In einigen bevorzugten Ausführungsformen umfassen die in die lonenspeichervorrichtung injizierten Ionen Fragmentionen, und das Verfahren umfasst ferner das Fragmentieren von Ionen in der loneninjektionsvorrichtung, um die Fragmentionen zu erzeugen, bevor die Fragmentionen aus der loneninjektionsvorrichtung in die lonenspeichervorrichtung injiziert werden.
Die Erfindung stellt auch ein Verfahren der Massenspektrometrie bereit, umfassend das Injizieren von Ionen in eine lonenspeichervorrichtung nach den Verfahren der hierin beschriebenen Erfindung, Speichern der Ionen in der lonenspeichervorrichtung, Überführen der Ionen aus der lonenspeichervorrichtung in einen Massenanalysator und Analysieren der Ionen nach ihrer Masse.
Eine Ausrüstung zum Injizieren von Ionen in eine lonenspeichervorrichtung nach einem Aspekt der Erfindung umfasst:

eine lonenspeichervorrichtung mit einer oder mehreren Einfangelektroden zum Bereitstellen eines HF-Einfangfelds, wenn eine oder mehrere HF-Spannungen daran angelegt werden, wobei das HF-Einfangfeld ein Einfangvolumen in der lonenspeichervorrichtung definiert;
einen Gaseinlass zum Bereitstellen eines Gases im Einfangvolumen;
eine erste Endelektrode, die sich an einem ersten Ende der lonenspeichervorrichtung befindet und in sich eine Blende aufweist, wobei die Endelektrode zum Anlegen einer ersten Gleichspannung an sie konfiguriert ist; und
eine zweite Endelektrode, die sich an einem zweiten Ende der lonenspeichervorrichtung gegenüber dem ersten Ende befindet und zum Anlegen einer zweiten Gleichspannung an sie konfiguriert ist, um Ionen zurück zum ersten Ende zu reflektieren; und
eine Steuerung zum Hochfahren der ersten Gleichspannung während im Wesentlichen des gesamten Zeitraums zwischen einer Injektion von Ionen durch die Blende und einer ersten Rückkehr der injizierten Ionen zum ersten Ende nach Reflexion durch die zweite Gleichspannung, um eine Potentialbarriere herzustellen, die verhindert, dass zurückkehrende Ionen auf der ersten Endelektrode auftreffen.

In einigen bevorzugten Ausführungsformen ist die Steuerung zum Hochfahren der ersten Gleichspannung mit einer Rate konfiguriert, die durch (X*V + kT)/t(m/z_MAX) gegeben ist, wobei X ein Faktor von 0,01 bis 1 ist, V eine Beschleunigungsspannung ist, der die injizierten Ionen ausgesetzt werden, k die Boltzmann-Konstante ist, T die Temperatur eines im Einfangvolumen vorhandenen Gases ist und t(m/z_MAX) eine Zeit für Ionen mit einem maximalen Masse-zu-Ladungs-Verhältnis, m/z_MAX, ist, um nach Injektion durch die Blende zum ersten Ende der lonenspeichervorrichtung zurückzukehren. In einigen bevorzugten Ausführungsformen ist die lonenspeichervorrichtung entlang einer Verlängerungsrichtung verlängert und zum Aufnehmen von Ionen durch die Blende entlang der Verlängerungsrichtung konfiguriert, wobei das Einfangvolumen eine Länge L in der Verlängerungsrichtung aufweist und wobei die lonenspeichervorrichtung zum Befüllen mit einem Gas mit einem Druck P bei Gebrauch konfiguriert ist, so dass P*L zwischen 0,01 und 1 mbar*mm liegt.
In einigen bevorzugten Ausführungsformen sind die eine oder die mehreren Einfangelektroden der lonenspeichervorrichtung entlang der Verlängerungsrichtung der lonenspeichervorrichtung verlängert.
Einige bevorzugte Ausführungsformen umfassen eine loneninjektionsvorrichtung zum Injizieren der Ionen in die lonenspeichervorrichtung durch die Blende.
In einigen bevorzugten Ausführungsformen ist die loneninjektionsvorrichtung zum Injizieren der Ionen in die lonenspeichervorrichtung durch die Blende als Impuls mit einer Dauer von nicht mehr als 5 Millisekunden konfiguriert. In einigen bevorzugten Ausführungsformen ist die loneninjektionsvorrichtung eine HFloneninjektionsvorrichtung. In einigen bevorzugten Ausführungsformen ist die loneninjektionsvorrichtung eine gasgefüllte loneninjektionsvorrichtung. In einigen bevorzugten Ausführungsformen ist die loneninjektionsvorrichtung zum Befüllen mit einem Gas im Gebrauch bei einem Druck P₂ konfiguriert, wobei P₂ größer ist als ein Druck P eines Gases im Einfangvolumen der lonenspeichervorrichtung. In einigen bevorzugten Ausführungsformen ist die loneninjektionsvorrichtung zum Einfangen von Ionen vor dem Injizieren der Ionen in das Einfangvolumen der lonenspeichervorrichtung konfiguriert. In einigen bevorzugten Ausführungsformen umfasst die loneninjektionsvorrichtung eine Anordnung von Einfangelektroden, die zum Anlegen von HF-Spannungen an diese konfiguriert sind, und die Steuerung ist zum Einstellen von Einfangspannungen an der ersten Endelektrode der lonenspeichervorrichtung und/oder an den Einfangelektroden der loneninjektionsvorrichtung konfiguriert, um ein Gleichspannungsversatzpotenzial zwischen der Endelektrode der lonenspeichervorrichtung und den Einfangelektroden der loneninjektionsvorrichtung bereitzustellen, um dadurch Ionen in der loneninjektionsvorrichtung für eine Einfangperiode einzufangen. In einigen bevorzugten Ausführungsformen hat die Anordnung von Einfangelektroden der loneninjektionsvorrichtung einen eingeschriebenen Radius R, und die Steuerung ist zum Einstellen der Einfangspannungen konfiguriert, so dass die Ionen in der loneninjektionsvorrichtung in einem Abstand von mindestens 2*R von der Blende in der ersten Endelektrode der lonenspeichervorrichtung eingefangen werden. In einigen bevorzugten Ausführungsformen ist die Steuerung zum Einstellen der Einfangspannungen konfiguriert, so dass die Ionen in der loneninjektionsvorrichtung in einem Abstand von 2*R bis 3*R von der Blende in der ersten Endelektrode der lonenspeichervorrichtung eingefangen werden.
In einigen bevorzugten Ausführungsformen ist die Steuerung zum Ändern einer oder mehrerer der Einfangspannungen nach der Einfangperiode zum Freisetzen der eingefangenen Ionen aus der loneninjektionsvorrichtung konfiguriert, wobei die Zeit, die zum Ändern der Einfangspannungen benötigt wird, geringer ist als die Zeit, die benötigt wird, damit freigesetzte Ionen mit einem niedrigsten Masse-zu-Ladungs-Verhältnis die Blende in der ersten Endelektrode erreichen, und wobei das Hochfahren der an die erste Endelektrode angelegten Gleichspannung spätestens zu dem Zeitpunkt beginnt, wenn die ersten Ionen die Blende in der ersten Endelektrode aus der loneninjektionseinrichtung erreichen.
In einigen bevorzugten Ausführungsformen ist die loneninjektionsvorrichtung konfiguriert, um als als Fragmentierungszelle betrieben zu werden.
In einigen bevorzugten Ausführungsformen weist die zweite Endelektrode eine darin befindliche Blende auf, durch die Ionen in die lonenspeichervorrichtung hinein und/oder aus dieser heraus gelangen können.
Die Erfindung stellt ferner ein Massenspektrometer bereit, umfassend: eine lonenquelle zum Erzeugen von Ionen, eine erfindungsgemäße Ausrüstung wie hierin beschrieben und einen Massenanalysator zum Aufnehmen von Ionen aus der lonenspeichervorrichtung.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nun beschrieben.
Die Ionen können in einer lonenquelle aus einer Probe erzeugt werden, wobei die Ionen einen anfänglichen Bereich von Masse-zu-Ladungs-Verhältnissen aufweisen.
Die Proben können aus biologischen Proben, wie zum Beispiel Blut, Gewebe, Pflanzenextrakt, Urin, Serum, Zelllysat und anderen, gewonnen werden. Die Ionen können aus einer oder mehreren Proben erzeugt werden, die ein oder mehrere verschiedene Moleküle enthalten, z. B. ein oder mehrere Moleküle ausgewählt aus einem oder mehreren von: Biopolymeren, Proteinen, Peptiden, Polypeptiden, Aminosäuren, Kohlenhydraten, Zuckern, Fettsäuren, Lipiden, Vitaminen, Hormonen, Polysacchariden, phosphorylierten Peptiden, phosphorylierten Proteinen, Glykopeptiden, Glykoproteinen, Oligionukleotiden, Oligionucleosiden, DNA, DNA-Fragmenten, cDNA, cDNA-Fragmenten, RNA, RNA-Fragmenten, mRNA, mRNA-Fragmenten, tRNA, tRNA-Fragmenten, monoklonalen Antikörpern, polyklonalen Antikörpern, Ribonucleasen, Enzymen, Metaboliten und/oder Steroiden. Somit können die Ionen Ionen von jedem beliebigen der vorgenannten Moleküle sein.
Die Probe umfasst typischerweise eine Vielzahl verschiedener Moleküle (d. h. verschiedener Molekülspezies), die eine Vielzahl von verschiedenen Ionen mit einem Bereich von Masse-zu-Ladungs-Verhältnissen (m/z) entstehen lassen. Die Probe kann mindestens 2, 5, 10, 20, 50 verschiedene Moleküle umfassen oder sie kann eine komplexe Probe sein, die mindestens 100, 500, 1000 oder 5000 verschiedene Moleküle umfasst.
Die Ionen können aus einer Probe durch eine der folgenden lonenquellen erzeugt werden: Elektrospray-Ionisation (ESI), chemische Ionisation bei Atmosphärendruck (APCI), Photoionisation bei Atmosphärendruck (APPI), Gaschromatographie bei Atmosphärendruck (APGC) mit Glimmentladung, AP-MALDI, Laserdesorption (LD), Einlass-Ionisation, DESI, Laserablation-Elektrospray-Ionisation (LAESI), induktiv gekoppeltes Plasma (ICP), Laserablation mit induktiv gekoppeltem Plasma (LA-ICP) usw. Darüber hinaus kann jede dieser lonenquellen eine Schnittstelle mit einer der folgenden Probentrennungen stromaufwärts von der lonenquelle aufweisen: Flüssigkeitschromatographie (LC), lonenchromatographie (IC), Gaschromatographie (GC), Kapillar-Zonen-Elektrophorese (CZE), zweidimensionale GC (GCxGC), zweidimensionale LC (LCxLC) usw.
Die in die lonenspeichervorrichtung injizierten Ionen können Ausgangsionen sein, die in einer lonenquelle erzeugt werden, oder sie können Fragmentionen sein, die durch Fragmentierung der Ausgangsionen hergestellt werden, zum Beispiel in einer Fragmentierungsvorrichtung, wie z. B. einer Kollisionszelle. Die Fragmentierungsvorrichtung kann sich zwischen der lonenquelle und der lonenspeichervorrichtung befinden. Alternativ kann sich die Fragmentierungsvorrichtung stromabwärts der lonenspeichervorrichtung befinden. Im nachgeschalteten Fall können die Ausgangsionen zuerst die lonenspeichervorrichtung auf ihrem Weg zur Fragmentierungsvorrichtung passieren, oder die Ionen können geführt werden, um die lonenspeichervorrichtung zu umgehen, um die Fragmentierungsvorrichtung zu erreichen. Die Fragmentionen werden dann in der stromaufwärtigen Richtung zurückgeführt, um in die lonenspeichervorrichtung injiziert zu werden.
Die lonenspeichervorrichtung ist vorzugsweise eine lonenfalle. Die lonenspeichervorrichtung umfasst vorzugsweise eine oder mehrere Einfangelektroden, d. h. loneneinfangelektroden, wobei das HF-Einfangfeld durch Anlegen von HF-Spannungen an die HF-Einfangelektroden erzeugt wird. Vorzugsweise wird eine Vielzahl von HF-Einfangelektroden bereitgestellt. Die HF-Einfangelektroden sind vorzugsweise längliche Elektroden, wie Stäbe. Vorzugsweise ist die lonenspeichervorrichtung entlang einer Verlängerungsrichtung verlängert (d. h. sie hat ihre längste Abmessung entlang einer Verlängerungsrichtung). In solchen Ausführungsformen können die länglichen Stäbe dazu angeordnet sein, einen Multipol, vorzugsweise einen linearen Multipol, wie einen Quadrupol, Hexapol oder Oktupol, zu bilden. Die lonenspeichervorrichtung ist vorzugsweise eine HF-Multipolvorrichtung. Die HF-Einfangelektroden können als eine Reihe von Ringelektroden oder Blendenplattenelektroden bereitgestellt werden, die entlang der Achse der lonenspeichervorrichtung voneinander beabstandet sind. Die lonenspeichervorrichtung kann somit als lineare lonenfalle bereitgestellt werden. Die lineare lonenfalle kann eine gerade Achse oder eine gekrümmte Achse aufweisen (z. B. wie sie in einer so genannten gekrümmten linearen lonenfalle oder C-Falle vorhanden ist).
Die Blende in der Endelektrode, durch die die Ionen in das loneneinfangvolumen injiziert werden, kann hierin als Injektionsblende bezeichnet werden. Die Endelektrode, durch die die Ionen in das loneneinfangvolumen injiziert werden, kann eine erste Endelektrode der lonenspeichervorrichtung sein. Eine zweite Endelektrode befindet sich vorzugsweise am zweiten Ende der lonenspeichervorrichtung, an das im Gebrauch eine Gleichspannung angelegt wird, um Ionen zu reflektieren, wenn sie das zweite Ende erreichen, und sie zum ersten Ende zurückzuführen. Das Einfangvolumen kann somit zwischen der ersten und der zweiten Endelektrode definiert werden. Die Gleichspannung, die an die zweite Endelektrode angelegt wird, um die Ionen zu reflektieren, bildet eine Potentialbarriere, um zu verhindern, dass die Ionen auf der zweiten Endelektrode auftreffen. In einigen Ausführungsformen kann die zweite Endelektrode ohne eine Blende zur lonentransmission bereitgestellt werden. In einigen anderen Ausführungsformen kann die zweite Endelektrode mit einer Blende bereitgestellt werden, durch die die Ionen hindurchtreten können, wenn die an die zweite Endelektrode angelegte Gleichspannung so eingestellt wird, dass Ionen hindurchtreten können (d. h. wenn sie keine Potentialbarriere für die Ionen bildet). Auf diese Weise können gespeicherte Ionen durch die Blende in der zweiten Endelektrode aus der lonenspeichervorrichtung ausgestoßen werden. In einigen Ausführungsformen können die Ionen zum ersten Mal durch die Blende in der zweiten Endelektrode in die lonenspeichervorrichtung eintreten, bevor sie die lonenspeichervorrichtung durch die Blende in der ersten Endelektrode verlassen, wonach die Ionen in die lonenspeichervorrichtung durch die erste Blende erfindungsgemäß zurückgeführt werden können.
Das Herstellen der Potentialbarriere umfasst vorzugsweise das Hochfahren der an die Endelektrode angelegten Gleichspannung während des Zeitraums zwischen dem Injizieren der Ionen durch die Blende und der Rückkehr der Ionen zum ersten Ende, so dass zu dem Zeitpunkt, an dem die Ionen zum ersten Ende zurückkehren, durch die Gleichspannung eine Potentialbarriere bereitgestellt wird, so dass die zurückkehrenden Ionen daran gehindert werden, auf der Endelektrode aufzutreffen. Vorzugsweise beginnt das Hochfahren der an die Endelektrode angelegten Gleichspannung spätestens dann, wenn die ersten Ionen injiziert werden, d. h. wenn sie durch die Blende laufen. Vorzugsweise wird das Hochfahren der Gleichspannung durchgeführt, während alle Ionen durch die Blende laufen, und setzt sich typischerweise für einen Zeitraum danach fort, bis die Potentialbarriere ausreichend hergestellt ist.
Die Ionen haben typischerweise einen Bereich von Masse-zu-Ladungs-Verhältnissen (m/z), wobei der Bereich ein maximales Masse-zu-Ladungs-Verhältnis, m/z_MAX, aufweist. Die Ionen mit dem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis m/z_MAX kehren nach einer Zeit t(m/z_MAX) ab Injektion durch die Blende zum ersten Ende der lonenspeichervorrichtung zurück. Eine Rate des Hochfahrens der an die Endelektrode angelegten Gleichspannung ist vorzugsweise gegeben durch (X*V + kT)/t(m/z_MAX), wobei X ein Faktor von 0,01 bis 1 ist, V eine an die Ionen angelegte Beschleunigungsspannung ist, um sie in das Einfangvolumen zu injizieren, k die Boltzmann-Konstante ist und T die Temperatur des Gases ist. Mit anderen Worten liegt die Rate vorzugsweise im Bereich von (0,01 *V + kT)/t(m/z_MAX) bis (V + kT)/t(m/z_MAX). Vorzugsweise liegt X zwischen 0,01 und 0,1. X kann auch 0,01 bis 0,2 oder 0,01 bis 0,3 oder 0,01 bis 0,4 oder 0,01 bis 0,5 sein.
Die Injektion von Ionen in das Einfangvolumen umfasst vorzugsweise das Injizieren der Ionen als Impuls mit einer Dauer von nicht mehr als 5 Millisekunden (ms) oder 3 ms und bevorzugter weniger als 3 ms, was weniger als 2 ms oder weniger als 1 ms sein kann. Typischerweise werden die Ionen als Impuls mit einer Dauer von mindestens 0,1 ms oder mindestens 0,2 ms injiziert. Zum Beispiel können die Ionen als Impuls mit einer Dauer von 0,1 bis 5 ms oder 0,2 bis 5 ms oder 0,1 bis 3 ms oder 0,2 bis 3 ms injiziert werden. Typischerweise ist eine Injektionsimpulsdauer von 1 bis 2 ms geeignet.
Vorzugsweise ist die lonenspeichervorrichtung entlang einer Verlängerungsrichtung verlängert (d. h. sie hat ihre längste Abmessung entlang einer Verlängerungsrichtung), und das Einfangvolumen hat eine Länge L in der Verlängerungsrichtung, und das Gas hat einen Druck P im Einfangvolumen. Vorzugsweise ist der Druck P derart, dass P*L zwischen 0,01 und 1 mbar*mm liegt. In einigen Ausführungsformen liegt P*L zwischen 0,01 und 0,1 mbar*mm. In solchen Ausführungsformen werden die Ionen im Allgemeinen entlang der Verlängerungsrichtung in die lonenspeichervorrichtung injiziert.
Das Verfahren zum Injizieren von Ionen in eine lonenspeichervorrichtung umfasst vorzugsweise das Speichern der Ionen in der lonenspeichervorrichtung nach der Injektion, im Allgemeinen nach dem Abkühlen der Ionen in der lonenspeichervorrichtung, z. B. nach der Thermalisierung.
Nach dem Abkühlen und/oder Speichern der Ionen in der lonenspeichervorrichtung können die Ionen nach ihrer Masse analysiert werden, zum Beispiel durch Überführen der Ionen aus der lonenspeichervorrichtung in einen Massenanalysator zur Massenanalyse. In einigen Ausführungsformen können die Ionen aus der lonenspeichervorrichtung entlang der Längsachse der Ausrüstung ausgestoßen werden, die die Achse sein kann, entlang der die Ionen in die Vorrichtung injiziert werden (so genannter axialer Ausstoß). In einigen Ausführungsformen können die Ionen entlang einer Radialachse der Vorrichtung aus der lonenspeichervorrichtung ausgestoßen werden, die orthogonal zu der Achse sein kann, entlang der die Ionen in die Vorrichtung injiziert werden (so genannter radialer Ausstoß).
Die Ionen können als Impuls mit einer Dauer von mehr als 100 Mikrosekunden, jedoch nicht mehr als 5 Millisekunden in das Einfangvolumen injiziert werden. Die Ionen können aus einer loneninjektionsvorrichtung, vorzugsweise einer gepulsten loneninjektionsvorrichtung, in das Einfangvolumen der lonenspeichervorrichtung injiziert werden. Die loneninjektionsvorrichtung ist vorzugsweise eine HFloneninjektionsvorrichtung, d. h. sie verwendet ein HF-Einfangfeld, um die Ionen darin einzuschließen. In einigen Ausführungsformen kann die loneninjektionsvorrichtung eine gasgefüllte loneninjektionsvorrichtung sein. Die loneninjektionsvorrichtung kann eine Kollisionszelle sein, die betrieben werden kann, um die Ionen entweder zu fragmentieren oder nicht zu fragmentieren. Die Kollisionszelle kann eine Zelle für höherenergetische kollisionsinduzierte Dissoziation (engl. higher energy collision dissociation (HCD) cell) sein. Ein Druck P₂ in der gasgefüllten loneninjektionsvorrichtung ist vorzugsweise größer als ein Druck P in dem Einfangvolumen der lonenspeichervorrichtung. Die loneninjektionsvorrichtung kann eine Anordnung von Einfangelektroden (vorzugsweise längliche Elektroden, wie z. B. Stäbe) aufweisen, an die HF-Spannungen angelegt sind, zum Beispiel eine Anordnung von Einfangelektroden, die eine Multipolvorrichtung, wie z. B. einen Quadrupol, bilden. Die Anordnung der Einfangelektroden kann einen eingeschriebenen Radius R aufweisen, und vor dem Injizieren der Ionen in das Einfangvolumen der lonenspeichervorrichtung (vorzugsweise unmittelbar vor dem Injizieren der Ionen) werden die Ionen in der loneninjektionsvorrichtung in einem Abstand von mindestens 2*R von der Blende in der Endelektrode der lonenspeichervorrichtung (vorzugsweise in einem Abstand von 2*R bis 3*R von der Blende) eingefangen. Die Ionen können in der loneninjektionsvorrichtung eingefangen werden, indem Gleichspannungen an der Endelektrode der lonenspeichervorrichtung und/oder an den Einfangelektroden der loneninjektionsvorrichtung entsprechend eingestellt werden (so dass zwischen der Endelektrode der lonenspeichervorrichtung und den Einfangelektroden der loneninjektionsvorrichtung ein Gleichspannungsversatzpotenzial besteht). Die Ionen können durch die Blende in der Endelektrode der lonenspeichervorrichtung injiziert werden, indem die Einfangsgleichspannung der loneninjektionsvorrichtung oder die Gleichspannung der Endelektrode der lonenspeichervorrichtung geändert wird (in einigen Ausführungsformen kann dies das Ändern sowohl der Einfangsgleichspannung der loneninjektionsvorrichtung als auch der Gleichspannung der Endelektrode umfassen) zum Freisetzen der eingefangenen Ionen aus der loneninjektionsvorrichtung, wobei die Zeit, die zum Ändern der Einfangspannungen benötigt wird, vorzugsweise geringer ist als die Zeit, die benötigt wird, damit freigesetzte Ionen mit einem niedrigsten Masse-zu-Ladungs-Verhältnis die Blende erreichen. In solchen Ausführungsformen beginnt das Hochfahren der an die Endelektrode angelegten Gleichspannung vorzugsweise spätestens zu dem Zeitpunkt, an dem die ersten Ionen nach der ersten Reflexion die Blende in der Endelektrode erreichen. Die Einfangspannungen der loneninjektionsvorrichtung werden vorzugsweise in ein Beschleunigungsregime geändert, um die Ionen einer Beschleunigungsspannung V auszusetzen, um die Ionen in die lonenspeichervorrichtung zu injizieren.
Das Verfahren umfasst vorzugsweise ferner das Abkühlen der Ionen im Einfangvolumen durch Kollisionen mit dem Gas, bis die Ionen mit dem Gas thermalisiert sind.
Nach dem Speichern der Ionen in der lonenspeichervorrichtung können die Ionen nach ihrer Masse analysiert werden, indem die Ionen direkt oder indirekt in einen Massenanalysator ausgestoßen werden. Die Ionen treten vorzugsweise als Impuls aus der lonenspeichervorrichtung in den Massenanalysator ein. Die Massenanalyse von Ionen umfasst typischerweise das Detektieren von Ionen zum Erzeugen von Massenspektraldaten. Die Ionen können unter Verwendung eines Massenanalysators, der sich im Allgemeinen stromabwärts der lonenspeichervorrichtung befindet, nach ihrer Masse analysiert werden. Der Massenanalysator kann einen Ionendetektor umfassen. Der Massenanalysator kann in der Lage sein, die Ionen basierend auf ihrem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis zu trennen, und kann einen oder mehrere der folgenden Typen von Massenanalysatoren umfassen: eine lonenfalle, z. B. HF-Ionenfalle, elektrostatische lonenfalle, elektrostatische Orbitalfalle (wie z. B. einen Orbitrap™-Massenanalysator), einen Fourier-Transformations-(FTMS)-Massenanalysator, Fourier-Transformations-Ionenzyklotronresonanz-(FT-ICR)-Massenanalysator, Time-of-Flight-(TOF)-Massenanalysator, z. B. linearen TOF, Multi-Reflexions-TOF-(MR-TOF)-Massenanalysator, Quadrupolmassenanalysator oder Magnetsektor-Massenanalysator. Vorzugsweise ist der Massenanalysator zu einer hohen Auflösung und/oder akkuraten Masse (HR-AM) in der Lage. Zum Beispiel ein Massenanalysator, der zu einem Auflösungsvermögen > 25.000 oder > 50.000 oder > 100.000 oder > 200.000 bei einer Masse von 400 und/oder einer Massengenauigkeit < 10 ppm, oder < 5 ppm, oder < 3 ppm, oder < 2 ppm in der Lage ist. Solche Massenanalysatoren können eines der Folgenden beinhalten: einen Time-of-Flight-Massenanalysator, einen Orbitalfallen-Massenanalysator und einen Fourier-Transformations-Ionenzyklotronresonanz-(FT-ICR)-Massenanalysator. Vorzugsweise ist der Massenanalysator in der Lage, alle gespeicherten Ionen in einer Erfassung oder einem Scan zu messen. Bevorzugte Massenspektrometer umfassen eine elektrostatische lonenfalle, elektrostatische Orbitalfalle, oder ein FT-ICR oder ein TOF, wie z. B. ein Einzelreflexions- oder Multi-Reflexions-(MR)-TOF (vorzugsweise MR-TOF). Ionen-Detektoren für solche Massenanalysatoren können zum Detektieren der durch den Massenanalysator getrennten Ionen verwendet werden. Zum Detektieren von Ionen können Bildstromdetektoren, Elektronenvervielfacher, Mikrokanalplatten, Szintillatoren und/oder Photomultiplier verwendet werden. Vorzugsweise liefert die Massenanalyse eine quantitative Analyse der Ionen.
Die beschriebenen HF- und Gleichspannungen können von einer oder mehreren jeweiligen Spannungsquellen geliefert werden. Im Allgemeinen kann mindestens eine HF-Spannungsquelle und mindestens eine Gleichspannungsquelle bereitgestellt werden. Die Spannungen werden im Allgemeinen von einer Steuerung gesteuert. Die Steuerung kann einen Computer, d. h. einen Prozessor und Speicher, und vorzugsweise zugehörige Elektronik umfassen, um die beschriebenen HF- und Gleichspannungen zu steuern, die an die Elektroden angelegt werden. Die Steuerung steuert zum Beispiel den Zeitpunkt des Anlegens der beschriebenen Spannungen, ihre Größe und/oder Frequenz. Beispielsweise steuert die Steuerung das Hochfahren der Gleichspannung, die an die Endelektrode mit der Injektionsblende angelegt wird. Der Computer der Steuerung kann mit einem Programm programmiert werden, das die Steuerung veranlasst, die lonenspeichervorrichtung und/oder das Massenspektrometer erfindungsgemäß zu betreiben. Das Programm kann auf einem computerlesbaren Medium bereitgestellt werden.
Das Massenspektrometer kann ferner ein Datenverarbeitungssystem umfassen, um Daten vom Massenanalysator zu empfangen, die für die Menge der nach ihrer Masse analysierten Ionen repräsentativ sind, und um die Daten zu verarbeiten, um eine quantitative Analyse der Ionen bereitzustellen. Die verarbeiteten Daten können ein Massenspektrum der Ionen umfassen. Die Steuerung kann die Datenverarbeitungsvorrichtung umfassen. Der Computer der Steuerung kann die Datenverarbeitungsvorrichtung umfassen. Die Datenverarbeitungsvorrichtung kann eine Datenspeichereinheit oder einen Speicher zum Speichern von Daten in Datensätzen umfassen. Die gespeicherten Daten können unverarbeitete Daten vom Massenanalysator und/oder verarbeitete Daten sein.
Die Steuerung und/oder Datenverarbeitungsvorrichtung kann eine Instrumentenschnittstelle umfassen, die dazu angepasst ist, Signale und Befehle an das Massenspektrometer zu senden oder von diesem zu empfangen, um das Massenspektrometer zu betreiben. Wie bereits erwähnt, ist das Datenverarbeitungssystem zum Empfangen von Daten vom Massenanalysator, z. B. über die Instrumentenschnittstelle, konfiguriert.
Vorzugsweise umfasst die Steuerung und/oder Datenverarbeitungsvorrichtung ferner Visualisierungsmittel, insbesondere ein Display und/oder einen Drucker, und Interaktionsmittel, insbesondere eine Tastatur und/oder eine Maus, so dass sich ein Benutzer Informationen anzeigen lassen und Informationen eingeben kann. Wenn die Steuerung und/oder die Datenverarbeitungsvorrichtung Visualisierungs- und Interaktionsmittel umfasst, wird der Betrieb des Spektrometers vorzugsweise über eine grafische Benutzeroberfläche (GUI) gesteuert. Die Steuerung und/oder Datenverarbeitungsvorrichtung kann auf einem Computer ausgeführt werden, der in verteilter Form mit einer Anzahl von Verarbeitungsvorrichtungen, die durch ein drahtgebundenes und/oder drahtloses Netzwerk miteinander verbunden sind, vorliegen kann.
Im Allgemeinen sind Merkmale der Ausrüstung der Erfindung auf das Verfahren anwendbar und umgekehrt.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen

1A zeigt schematisch eine erste Ausführungsform der Erfindung, umfassend eine lonenfalle und Spannungsverteilungen U(x) entlang der Längsrichtung x der lonenfalle.
2 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform der Erfindung, umfassend eine C-Fallen-/HCD-Zellenkombination und Spannungsverteilungen U(x) entlang der Längsrichtung x C-Falle/HCD-Zelle.
3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung umfassend ein Tandem-Massenspektrometer.
4 zeigt experimentelle Daten, die die zeitliche Entwicklung der Abhängigkeit der lonentransmission von V_i (Abstimmkurve) der Spannung V_i an der mit einer Blende zwischen den Fallen ausgestatteten Elektrode mit zunehmender lonenlast für das 11 ⁺-Ubiquitin-lon angeben. Hellere Spuren geben spätere zeitliche Momente an.
5 zeigt die zeitliche Entwicklung der Abhängigkeit der lonentransmission von V_i (Abstimmkurve) für Ubiquitin-Ionen mit Ladungszuständen 7-13⁺, bei denen keine Zwischeneinfangspannung am HCD-Quadrupol angelegt wurde (oberes Diagramm) oder diese auf -20 V eingestellt wurde (unteres Diagramm).

Detaillierte Beschreibung
Um ein detaillierteres Verständnis der Erfindung zu ermöglichen, werden nun verschiedene Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es versteht sich, dass der Geltungsbereich der Erfindung nicht auf solche Ausführungsformen beschränkt ist, die nur Beispiele sind.
1 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform der Erfindung. Ionen werden von einer externen Injektionsionenfalle 10 in Form einer lonenfalle 20 zu einer lonenspeichervorrichtung überführt. Die Speicherionenfalle 20 und die Injektionsionenfalle 10 bilden typischerweise einen Teil eines Massenspektrometers, das andere Teile (nicht dargestellt) umfasst, wie z. B. eine lonenquelle, die sich stromaufwärts der externen Injektionsionenfalle 10 befindet, um Ionen zu erzeugen, die zu der lonenfalle 10 überführt werden und einen Massenanalysator stromabwärts der Speicherionenfalle 20, um Ionen aus der lonenfalle 20 aufzunehmen und sie nach ihrer Masse zu analysieren. Um die Ionen von der externen Injektionsionenfalle 10 zur lonenfalle 20 zu überführen, werden sie durch eine Spannung V beschleunigt, die erreicht werden kann, indem ein entsprechender Spannungsversatz zwischen der aufnehmenden lonenfalle 20 und der Injektionsionenfalle 10 bereitgestellt wird (z. B. durch Erhöhen des Potentials der externen Injektionsionenfalle 10), die jedoch auch durch andere in dem Fachgebiet bekannte Mittel erreicht werden kann. Die Ionen werden aus der Injektionsionenfalle 10 als kurzer Impuls abgegeben, der typischerweise weniger als 5 ms dauert, wie z. B. 1-2 ms. Die Ionen treten entlang der Längsachse 22 der Falle 20 durch eine Eintrittsblende 12 in einer Endelektrode 14 in die aufnehmende Falle 20 ein. Die Endelektrode 14 kann die Form einer leitfähigen (z. B. Metall-)Platte mit einer Blende darin annehmen. Die aufnehmende lonenfalle 20 umfasst einen Multipol mit einer Vielzahl, z. B. 4, 6 usw., langgestreckter Stabelektroden 30, die entlang der Verlängerungsrichtung der lonenfalle verlängert sind, an die HF-Spannungen angelegt sind, die einen Einfangpseudopotentialtopf bereitstellen, um die Ionen radial einzuschließen. Die aufnehmende lonenfalle 20 ist typischerweise eine Nur-HF-Ionenfalle, d. h. sie fängt einen breiten Massenbereich von Ionen ein. In alternativen Ausführungsformen kann die aufnehmende lonenfalle 20 eine Reihe von Platten oder Ringen mit Blenden oder beliebige andere Elektroden umfassen, an die HF-Spannungen angelegt sind, um die Ionen, wie im Stand der Technik bekannt, radial einzuschließen. Die Ionen sind entlang der Längsachse 22 der lonenfalle 20, die in Richtung x liegt, aufgrund eines Gleichstrompotentialgradienten eingeschlossen, der durch Anlegen von einschließenden Gleichspannungen an die Eintrittsendelektrode 14 und eine zweite Endelektrode 16, die am gegenüberliegenden Ende der lonenfalle 20 liegt, bereitgestellt wird. Die zweite Endelektrode 16 kann die Form einer leitfähigen (z. B. Metall-)Platte annehmen. Die Ionen werden durch den Potentialgradienten an der Endplattenelektrode 16 reflektiert und kehren zur Eintrittsendelektrode 14 zurück. Die Ionen sind dadurch in einem Einfangvolumen 23 innerhalb der lonenfalle 20 eingeschlossen, das durch die Potential- und Pseudopotentialtöpfe definiert ist, die von den Endelektroden 14 und 16 und Multipolstäben 30 bereitgestellt werden. Das Einfangvolumen hat eine Länge L in der Verlängerungsrichtung der lonenfalle 20, die im Allgemeinen die Länge der Stäbe 30 ist.
Das Innenvolumen der lonenfalle 20 wird mit einem Trägergas (z. B. Stickstoff, Argon, Helium oder einem Gemisch aus zwei oder mehr davon) mit einem Druck P gefüllt, so dass das Produkt des Drucks P mit der Länge L des Fallenvolumens (d. h. P*L) mindestens 0,01 mbar*mm beträgt. Unter diesen Bedingungen verlieren Ionen mit niedrigem m/z relativ schnell Energie (typischerweise viele Prozent ihrer Energie pro Reflexion) und können sich daher nicht einmal wieder der Eintrittsblendenelektrode 14 nähern, aber Ionen mit höherem m/z verlieren möglicherweise nur einige Prozent ihrer Energie pro Reflexion und könnten daher zur Eintrittsblendenelektrode 14 mit genügend Energie zurückkehren, sodass sie auf sie auftreffen, da das HF-Feld in der Nähe der Blende schwächer wird. Im Lauf der Zeit können sich an der Eintrittsblendenelektrode dielektrische Schichten aufbauen, die zunehmend geladen werden und zu einer Verstimmung der Blendenelektrode und nachfolgenden lonenverlusten führen. Die geringere Anforderung an P*L ist signifikant niedriger als die etwa 0,1 mbar*mm, die sich aus US 4,963,736 ergeben, und der Ansatz der Erfindung ermöglicht das Einfangen von Ionen, die nur teilweise gekühlt werden, wenn sie zur Eintrittsblende zurückkehren. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass eine gekrümmte lineare lonenfalle (wie z. B. eine C-Falle) typischerweise ein P*L benötigt, das etwa zweimal kleiner ist als für eine gerade lineare HF-Falle gleicher Länge. Bei P*L über 1 mbar*mm ist der Energieverlust von Ionen typischerweise so schnell, dass kaum irgendwelche Ionen bei ihrer Rückkehr die Blende erreichen können, und daher ist die Erfindung im Allgemeinen nicht erforderlich.
Um den beschriebenen lonenverlust zu vermeiden, wird die an die Endelektrode 14 angelegte Gleichspannung V_i erfindungsgemäß hochgefahren, wenn die Ionen durch die Blende 12 in der Elektrode in die Falle 20 eintreten, und läuft weiter für einen Zeitraum ab der Injektion hoch. Ionen des Ladezustands z und der Masse m kehren nach einer Zeit, t(m/z), zur Eintrittsendelektrode 14 zurück, gegeben durch: $t (\frac{m}{z}) \approx \frac{2 L}{\sqrt{\frac{2 z e V}{m}}}$
wobei e = 1,602*10^-19 Coulomb (d. h. die Elementarladung) ist, V die an die Ionen angelegte Beschleunigungsspannung ist und L die Fallenlänge ist. Eine Änderung der Spannung V_i an der Eintrittsblende von mindestens 1 % von V während dieser Zeit, d. h. während t(m/z), ist typischerweise ausreichend, um eine Potentialbarriere zwischen den zurückkehrenden Ionen und der Eintrittsblende (d. h. der Endelektrode 14) zu erzeugen, um zu verhindern, dass die Ionen auf der Endelektrode auftreffen. Es ist zu anzumerken, dass diese Spannungsänderung auch einen zusätzlichen Spielraum einschließen sollte, der die zusätzliche Wärmeenergieverteilung kT der Ionen widerspiegelt, wobei k die Boltzmann-Konstante (1,38*10^-23 J/K) ist und T die Temperatur des Trägergases ist, die eine zusätzliche Verbreiterung der lonengeschwindigkeitsverteilung bei Kollisionen mit dem Gas widerspiegelt. Dementsprechend ist die Spannungsänderungsrate in Volt/s der Spannung V_i vorzugsweise gegeben durch: $Rate = (X*V + kT) /t ({m/z}_{MAX})$
wobei t(m/z_MAX) der Wert von t(m/z) ist, der für das maximale m/z der relevanten Ionen berechnet wurde, und X ein Faktor ist, der die minimale Sicherheitsmarge bestimmt. X ist mindestens 0,01 und liegt vorzugsweise zwischen 0,01 und 1, zum Beispiel 0,01 oder 0,02 oder 0,05 oder 0,1 oder 0,2 usw. Bevorzugte Bereiche von X sind 0,01 bis 0,1 und 0,01 bis 0,2, aber X kann zwischen 0,01 und 0,3 oder 0,4 oder 0,5 oder 0,6 oder 0,7 oder 0,8 oder 0,9 liegen. Eine Erhöhung von X über 1 ist im Allgemeinen unerwünscht, da dies die Dauer des eingehenden lonenpakets zu stark einschränken und die Kollisionskühlung innerhalb der Falle verlangsamen würde. Werte von X können durch Experimentieren und/oder Verwenden einer ionenoptischen Modellierung ausgewählt werden, wobei X eine Abhängigkeit von Blenden- und Fallenabmessungen, HF-Spannung, Gasdruck, Kollisionsquerschnitt des Ions usw. aufweist. Die an die Elektroden der lonenfalle angelegten Spannungen werden aus einer oder mehreren Spannungsquellen gespeist, die Bestandteil einer Steuerung 150 sind. Die Steuerung umfasst einen Computer und zugehörige Elektronik zum Steuern der beschriebenen, an die Elektroden angelegten HF- und Gleichspannungen. Die Steuerung steuert zum Beispiel den Zeitpunkt des Anlegens der beschriebenen Spannungen, ihre Größe und/oder Frequenz.
Der untere Teil von 1 zeigt die Spannungsverteilung U(x) entlang der Längsrichtung x der lonenfalle 20. Der Gradient wird durch das reflektierende Endpotential 46 aufgrund der Gleichspannung an der Endelektrode 16 zusammen mit dem Eintrittsblendenpotential 44 aufgrund der Gleichspannung an der Eintrittsendelektrode 14 erzeugt. Die dicke durchgezogene Linie gibt die anfängliche Potentialverteilung in der lonenfalle an, bevor die Gleichspannungsrampe an der Eintrittsendelektrode beginnt (d. h. vor der Injektion), die gestrichelte Linie 48 gibt die endgültige Potentialverteilung an, die durch das Hochfahren der Eingangsspannung beim Eintritt von Ionen in die Falle erzeugt wurde. Die dünne durchgezogene Linie mit dem Pfeil gibt die lonenflugbahn sowohl im Raum als auch im Potential an. Es ist zu erkennen, dass Ionen in der Lage sind, durch die Eintrittsblende mit der anfänglichen Potentialverteilung in die lonenfalle einzutreten, aber bis zu dem Zeitpunkt, an dem die Ionen reflektiert werden und zur Eintrittsblende zurückkehren, hat sich die Potentialverteilung dort aufgrund der Spannungsrampe geändert, so dass die endgültige Potentialverteilung 48 eine Potentialbarriere 50 herstellt, die verhindert, dass die zurückkehrenden Ionen die Eintrittsendelektrode 14 erreichen und dort abgeschieden werden. Die Ionen werden durch Kollisionen mit dem Gas im Einfangvolumen weiter gekühlt, bis die Ionen mit dem Gas thermalisiert werden und bereit für die anschließende Verarbeitung oder Massenanalyse in der lonenfalle gespeichert werden.
Ein Beispiel für eine geeignete lonenfalle, die in der Erfindung verwendet werden kann, wie z. B. die Ausführungsform von 1, kann durch einen Quadrupol bereitgestellt werden, der einen eingeschriebenen Radius r₀ = 3 mm, eine Länge L = 30 mm und eine angelegte HF-Spannung im Bereich von 500 bis 3000 V Peak-Peak bei 3 MHz aufweist und mit Stickstoffgas bei 1 *1 0^-3 mbar gefüllt ist. Die Eintrittsblende kann durch eine Blende mit einem Innendurchmesser (ID) von 2,5 mm in einer Endelektrode, die 0,5 bis 1 mm dick ist, bereitgestellt werden. Falls Ionen während ihres Transfers aus der Injektionsfalle 10 zur lonenspeicherfalle 20 um 5 Volt beschleunigt werden, kann die Eintrittsblende auf eine Spannung V_i = 4,5 bis 5,5 V eingestimmt werden. Die Elektrode am gegenüberliegenden Ende könnte bei einer wesentlich höheren Spannung gehalten werden als V_i, z. B. bei 10-15 V. Der vollständige Bewegungszyklus, d. h. Vorwärtsbewegung, Reflexion und Rückwärtsbewegung, in der lonenfalle dauert etwa 20 µs für Ionen von m/z = 100 und 85 µs für Ionen von m/z = 2000. Falls Ionen innerhalb von 1 ms aus der Injektionsionenfalle ausgestoßen werden, könnte V_i mit 1 V/ms hochgefahren werden, um sicherzustellen, dass selbst die schwersten Ionen nach der Reflexion nicht zurückkehren, um auf der Eintrittsblende abgeschieden zu werden.
Eine weitere Ausführungsform ist schematisch in 2 dargestellt, die eine im Stand der Technik bekannte C-Fallen-/HCD-(Kollisionszellen)-Kombination umfasst, zum Beispiel in der Exactive™-Serie von auf Orbitrap™ basierten Massenspektrometern von Thermo Fisher Scientific.
In 2 A) werden Ionen, die durch die dünne Linie mit einem Pfeil dargestellt sind, als von einer externen, links angeordneten lonenquelle (nicht dargestellt) ankommend gezeigt, die eine Elektrospray-Ionenquelle (ESI), eine MALDI-Quelle usw. sein kann. Die ankommenden Ionen durchlaufen zuerst die lonenspeichervorrichtung 120, die in dieser Ausführungsform eine gekrümmte lineare lonenfalle (C-Falle) ist, und laufen in die Zelle (60) für höherenergetische kollisionsinduzierte Dissoziation (auch „HCD-Zelle“ genannt). Die HCD-Zelle wirkt als loneninjektionsvorrichtung, um Ionen in die C-Falle zu injizieren, wie nachstehend ausführlich beschrieben wird.
Die C-Falle ist der Einfachheit halber mit einer geraden Längsachse dargestellt, es versteht sich jedoch, dass eine C-Falle tatsächlich eine gekrümmte Achse hat. Die C-Falle 120 umfasst längliche HF-Elektroden 30. Die Ionen treten anfänglich aus der lonenquelle (nicht dargestellt) durch eine Blende 128 in einer Endelektrode 126 in die C-Falle 120 ein und laufen dann aus der C-Falle am anderen Ende durch eine Blende 122 in einer Endelektrode 124 heraus und in die HCD-Zelle 60 hinein. Die Blende 122 wirkt somit als Blende zwischen den Fallen zwischen der C-Falle und der HCD-Zelle. Die HCD-Zelle 60 umfasst eine Anordnung von vier länglichen Einfangelektroden oder Stäben 64, die als Quadrupol konfiguriert und an die HF-Spannungen angelegt sind. Die HCD-Zelle umfasst ferner eine Endelektrode 66, an die eine Gleichspannung angelegt ist, um die Ionen zu reflektieren. Eine Steuerung 150 ist zum Einstellen von HF-Spannungen an der C-Falle, Einfangspannungen an den Endelektroden 124, 126 der C-Fallen-Ionenspeichervorrichtung und Spannungen an den Elektroden der loneninjektionsvorrichtung konfiguriert. Die Steuerung ist zum anfänglichen Bereitstellen eines Gleichspannungsversatzpotenzials zwischen der Endelektrode 124 der C-Falle und den Einfangelektroden 64 der HCD-Zelle konfiguriert, wodurch Ionen in der HCD-Zelle während eines Einfangzeitraums eingefangen werden.
Die Ionen verlieren Energie innerhalb der HCD-Zelle 60 bei Kollisionen mit einem darin enthaltenen Trägergas mit einem Druck P₂, der typischerweise höher ist als der Druck P₁ in der C-Falle 120. Beispielsweise kann P₁ 2 x 10^-3 bis 3 x 10^-3 mbar betragen, kann jedoch auch im Bereich von 0,5 x 10^-3 bis 1 × 10^-2 mbar schwanken. Beispielsweise kann P₂ 1 × 10^-2 mbar betragen, kann jedoch auch im Bereich von 1 × 10^-3 bis 3 × 10^-2 mbar schwanken. Bei der Nur-MS-Massenanalyse (d. h. der so genannten MS1) wird eine Fragmentierung in der HCD-Zelle vermieden, indem die Tiefe eines Potentialtopfs in der HCD-Zelle so angeordnet wird, dass er ausreichend flach ist, z. B. nur 1-2 V (so dass es einen ausreichend kleinen Potentialversatz zwischen der C-Falle und der HCD-Zelle gibt). Die Potentialtopftiefe in der HCD-Zelle wird anschließend erhöht, um die Ionen von der Blende zwischen den Fallen 122 wegzubringen. Für eine MS/MS- (oder MS2-)Analyse, bei der die Ionen fragmentiert werden, werden die HCD-Quadrupolstäbe 64 auf eine Spannung (z. B. eine negative Spannung für positive Ionen) vorgespannt, um eine Tiefe eines Potentialtopfs in der HCD-Zelle zu erzeugen, die einer gewünschten Kollisionsenergie entspricht, und die erzeugten Fragmentionen werden am Boden des Potentialtopfs gesammelt (2A und 2B, gestrichelte Linie). Somit kann eine MS- oder MS/MS-Analyse in Abhängigkeit von der Anfangstiefe des Potentialtopfs in der HCD-Zelle durchgeführt werden. In der in 2 A) dargestellten Spannungsverteilung gibt die durchgezogene Linie die anfängliche Spannungsverteilung für den MS-Modus an und die gestrichelte Linie gibt die endgültige Spannungsverteilung für den MS-Modus oder die anfängliche Verteilung für den MS/MS-Modus an. Der Pfeil zeigt die Richtung der Spannungsrampe an den HCD-Elektroden im MS-Modus, um die Ionen von der Blende zwischen den Fallen 122 wegzubringen.
Nach einem Zeitraum von typischerweise 1 bis 5 ms werden die eingefangenen Ionen aus der HCD 60 in die C-Falle 120 injiziert, wie in 2 B) schematisch dargestellt, indem die Steuerung 150 den Potentialversatz der HCD-Stäbe 64 auf ein Niveau oberhalb des C-Fallen-Stabversatzes erhöht (wie durch die durchgezogene Linie in der in 2 B) dargestellten Spannungsverteilung angegeben), so dass sich Ionen innerhalb eines Zeitraums von weniger als 1-2 ms durch die Blende zwischen den Fallen 122 in die C-Falle 120 bewegen. Die Spannung an der gegenüberliegenden Endelektrode 126 der C-Falle wird ebenfalls erhöht, wenn der HCD-Stabversatz erhöht wird, um die in die C-Falle eintretenden Ionen zu reflektieren und sie zur Speicherung einzuschließen. Um zu verhindern, dass die von der Endelektrode 126 reflektierten Ionen zum Abscheiden auf der mit einer Blende zwischen den Fallen ausgestatteten Elektrode 124 zurückkehren, wird die Spannung Vi an der mit einer Blende zwischen den Fallen ausgestatteten Elektrode 124 während und nach der Injektion von Ionen aus der HCD-Zelle erhöht. Die Spannung Vi an der Blende zwischen den Fallen 122 wird anfänglich bei 2 bis 4 V für einen HCD-Stabversatz von 5 bis 6 V optimiert, und die Rampenrate von 1 V/ms beginnt ab dem Moment, an dem der HCD-Stabversatz erhöht wird. In der in 2 B) dargestellten Spannungsverteilung gibt die gestrichelte Linie die Potentialverteilung am Ende des Schritts des loneneinfangens in der HCD-Zelle 60 an, die durchgezogene Linie zeigt die schnelle Änderung von Spannungen im Injektionsmodus an, um den lonentransfer in die C-Falle 120 zu ermöglichen, und die gepunktete Linie gibt die Spannungsrampe an der mit einer Blende zwischen den Fallen ausgestatteten Elektrode 124 sowie den HCD-Stabversatz an, um einen verlustfreien Transfer von Ionen in die C-Falle 120 zu ermöglichen.
3 zeigt schematisch ein Tandem-Quadrupol-Orbitrap™-Massenspektrometer 200, das die Erfindung und insbesondere eine ähnliche C-Fallen-/HCD-Zellenkombination, wie in 2 dargestellt, enthält. Ionen werden aus einer Elektrospray-Ionenquelle 210 (obwohl andere Quellen verwendet werden können) durch eine Vakuumschnittstelle 220, die eine gestapelte Ringlinse (S-Linse) 212 und eine Reihe von lonenleitern 214, 216 enthält, durch einen optional im Nicht-Massenfilter- oder Massenfiltermodus betriebenen Quadrupol-Massenfilter 230, durch einen weiteren lonenleiter 235, durch eine Blende in der C-Fallen-Eintrittselektrode 246 in die C-Falle 240 und durch eine Blende in der C-Fallen-Austrittselektrode 244 in die gasgefüllte HCD-Zelle 260, die HF-Stäbe 264 und die Gleichstromelektrode 266 am hinteren Ende umfasst, geleitet. Die Ionen können optional innerhalb der HCD-Zelle 260 fragmentiert sein, wie vorstehend unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. Nach einem Abkühl- und Einfangzeitraum innerhalb der HCD-Zelle 260 werden Ionen durch die C-Fallen-Austrittselektrode 244, wie unter Bezugnahme auf 2 beschrieben, zur C-Falle 240 zurückgeführt, und die an diese Elektrode angelegte Spannung wird im Lauf der Zeit in der vorstehend beschriebenen Weise hochgefahren, um eine Kontamination der Elektrode zu verhindern. Die Ionen werden dann weiter gekühlt und in der C-Falle 240 gespeichert, bevor sie einer gepulsten Extraktion aus der C-Falle über die Injektionsionenoptik 270 und den lonendeflektor 280 zum Orbitrap-Massenanalysator 290 zur Massenanalyse unterzogen werden.
4 zeigt experimentelle Daten, die die Entwicklung der Abstimmkurven von V_i (Spannung an der mit einer Blende zwischen den Fallen ausgestatteten Elektrode 244) mit zunehmender lonenlast angeben. Jede Kurve repräsentiert eine zunehmende lonenlast. 4 a) zeigt die Abhängigkeit der lonentransmission (normierte Intensität) von V_i (Abstimmkurve) für +11 Ionen von Ubiquitinprotein mit zunehmender lonenlast für ein Verfahren nach dem Stand der Technik (d. h. kein Hochfahren von V_i während des Transfers aus der HCD-Zelle zur C-Falle; 4 b) zeigt die Abhängigkeit der lonentransmission von Vi (Abstimmkurve) für +11 Ionen von Ubiquitin-Protein mit zunehmender lonenlast für ein erfindungsgemäßes Verfahren (d. h. unter Einsatz einer Spannungsrampe an der mit einer Blende zwischen den Fallen ausgestatteten Elektrode 244).
Um die Daten zu erhalten, wurden Ubiquitin-Ionen mit einem maximalen Strom von 300-500 pA über einen längeren Zeitraum injiziert, wobei mehrere Monate eines typischen Betriebs durch die C-Falle 240 in die HCD-Zelle 260 eines Massenspektrometers ähnlich dem in 3 dargestellten simuliert wurden. Intermittierend wurde V_i, die Spannung, die während des Spülens der Ionen aus der HCD-Zelle zur C-Falle an die C-Fallen-Austrittslinse 244 angelegt wurde, gescannt (in Schritten von 0,1 oder 0,2 V) und die lonenintensität wurde aufgezeichnet, um die Intensitätsprofile zu erstellen. -In 4 sind die Diagramme für das unfragmentierte 11 +-Ubiquitin-lon dargestellt. Da die HF in der C-Falle mit einem ersten Sollwert für das Masse-zu-Ladungs-Verhältnis von 40 für den Fragmentnachweis eingestellt wurde, stellt das Ubiquitin-Ion einen schweren Fall dar, in dem das HF-Pseudopotential relativ schwach ist.
Die Auswirkungen der Kontamination durch das Ubiquitin im Lauf der Zeit wurden als Verschiebung oder Verengung des Intensitätsprofils im Lauf der Zeit beobachtet. 4 zeigt Ergebnisse dieser Experimente (b) mit der und (a) ohne die Erfindung. Es ist zu erkennen, dass sich das Intensitätsprofil ohne eine erfindungsgemäß an die C-Fallen-Zwischenfallen-Linse angelegte, dynamische Spannung im Lauf der Zeit erheblich verschiebt, wie in 4 a) dargestellt. Die Anwendung der Erfindung stabilisiert jedoch den Abfall auf der rechten Seite der Kurve und verbreitert ebenfalls die Akzeptanz auf der linken Seite. Für die Instrumentenleistung ist es am wünschenswertesten, dass sich diese Kurve unter erhöhter lonenlast im Lauf der Zeit nicht signifikant verschiebt und dass die Kurve so breit wie möglich ist, um optimale Werte der Spannung für verschiedene m/z-Verhältnisse zu überlappen.
Da V_i in 4 a) anfänglich bei 3 V für die Kalibrierungsmischung kalibriert wurde, verschob und verzerrte es sich im Verlauf der Kontamination durch Ubiquitin so stark, dass die Transmissionsintensität für Ubiquitin bei dieser Spannung um fast eine Größenordnung abfiel und somit eine Transmission dieses Ions durch die Blende im Wesentlichen gestoppt wurde. Die in 4 dargestellten, normierten Intensitäten sind auf das Maximum jeder getrennten Kurve normiert und zeigen daher diesen wesentlichen Intensitätsabfall über die Zeit zwischen den Scans nicht. Mit der Erfindung wurde eine niedrigere Kalibrierungsspannung (2 V) mit einer Rampe von 1 V/ms möglich, und die Abstimmkurve blieb im Verlauf des gesamten Experiments bei gleicher Ubiquitin-Last im Wesentlichen unverändert. Typischerweise leert sich die HCD-Zelle innerhalb von 1-2 ms und daher erreicht die lonenenergie in der C-Falle keine Werte, die die Fragmentierung erleichtern, typischerweise werden zusätzliche 1-2 V Eintrittsenergie hinzugefügt.
Ohne an irgendeine Theorie gebunden zu sein, könnte der Zusammenbruch der rechten Seite der Abstimmkurve in 4 a) auf eine Kontamination der Endblende auf der HCD-Zellen-Seite zurückgeführt werden, während das Zusammenbrechen auf der linken Seite auf eine Kontamination dieser Blende auf der C-Fallen-Seite zurückgeführt werden könnte. Die Modellierung hat gezeigt, dass Ersteres vermieden werden konnte, indem Vi abgesenkt und somit ein stärker fokussierendes elektrisches Feld erzeugt wurde (und die rechte Seite der Kurve stabilisiert wurde, wie in 4 b dargestellt).
Dies führt jedoch dazu, dass schnellere Ionen in die C-Falle eintreten, da Ionen in einem stärkeren elektrischen Feld über die letzten, wenigen Millimeter der HCD-Zelle zusätzlichen Impuls erhalten. Als solche können diese Ionen bei Energien, die fast ausreichen, um die Ionen in die HCD-Zelle zurückzuführen, in die Blende zurückkehren und sich innerhalb der Blende zwischen den Fallen sehr schwach fokussiert wiederfinden und somit dort verloren gehen. Dies kann die Kontamination auf der C-Fallen-Seite der Blende beschleunigen und daher das Zusammenbrechen auf der linken Seite der Abstimmkurve in 4 a) schneller herbeiführen. Hier bietet die Erfindung einen Vorteil, indem es ermöglicht wird, eine niedrigere V_i herzustellen, z. B. 2 V anstelle von 3 V. Das ansonsten unvermeidliche, beschleunigte Zusammenbrechen der Abstimmkurve auf der linken Seite wird vermieden, da durch die Rampenspannung an der Blende verhindert wird, dass sich Ionen von der C-Fallen-Seite der Blende nähern, und daher bleibt auch die linke Seite der Abstimmkurve stabil, wie in 4 b) dargestellt.
Um die stärkere lonenfokussierung durch eine größere Spannung entlang der HCD-Zelle auszunutzen, werden Ionen in der Zelle vorzugsweise in einem Abstand von mindestens (2-3)*R₀ entfernt von der Blende zwischen den Fallen 244 gespeichert, wobei R₀ der eingeschriebene Radius der HCD-Zelle ist. Dies könnte sowohl im MS- als auch im MS/MS-Modus erreicht werden, wie in 2 veranschaulicht, indem in beiden Fällen ein ausreichend niedriger HCD-Potentialversatz sichergestellt wird, um die Ionen einzufangen (zum Beispiel -10 V bis -15 V relativ zur Blende 244 oder niedriger). Dies könnte durch geeignetes Vorspannen der HCD-Stäbe 264 und/oder Erhöhen der Spannung an der Blende 244 ermöglicht werden. Da Ionen Energie verlieren, wenn sie sich die HCD-Zelle hinunterbewegen, liegt die lonenenergie in Gleichung (2) normalerweise oberhalb von V_i, aber unterhalb von V_i+E*λ, wobei E ein elektrisches Feld in der Nähe der Blende ist und λ der mittlere Bremsweg des Ions in Gas ist. Der Einfachheit halber wird zur Extraktion aus gasgefüllten Multipolen vorgeschlagen, V ≈ V_i einzustellen.
5 zeigt die Abhängigkeit der lonentransmission von V_i (Abstimmkurve) für Ubiquitin-Ionen von Ladungszuständen 7-13⁺, wobei die Zwischen-(Einfang)-Spannung am HCD-Quadrupol deaktiviert wurde (oberes Diagramm) oder auf -20 V (unteres Diagramm) eingestellt wurde. In 5 wurden mehrfach geladene Ubiquitin-Ionen mit 2 eV Energie relativ zur C-Falle in die HCD-Zelle injiziert. 3,5 ms vor dem Spülen der Ionen zurück zur C-Falle wurden die HCD-Quadrupolstäbe entweder auf einer Zwischenspannung von -2 V gehalten oder auf -20 V vorgespannt, um die gespeicherten Ionen aus der Blende zurückzubewegen. Die Spannung der C-Fallen-Austrittselektrode beim Spülschritt wurde gescannt und die detektierten Ubiquitinlonenintensitäten überwacht. Es ist zu erkennen, dass die Toleranz gegenüber niedrigen Austrittslinsenspannungen, die Breite der V_i-Abstimmkurve, deutlich zunimmt, wenn der zusätzliche Zwischenschritt des Anlegens der -20 V zur Anwendung kommt.
Die in der C-Falle gespeicherten Ionen können anschließend in einen Orbital-Trapping-Massenanalysator, wie in 3 dargestellt, injiziert werden oder in einer anderen Ausführungsform in einen anderen Typ von Massenanalysator, wie zum Beispiel einen Time-of-Flight-(ToF)-Analysator, oder die Ionen können zur zusätzlichen Verarbeitung, wie im Stand der Technik bekannt, weiter stromabwärts oder stromaufwärts überführt werden.
Es versteht sich, dass die Polaritäten der hierin und unter Bezugnahme auf die Figuren beschriebenen Spannungen im Allgemeinen auf die Speicherung von positiven Ionen anwendbar sind. Für die Speicherung von negativen Ionen werden Polaritäten verwendet, die den beschriebenen Polaritäten entgegengesetzt sind.
Aus der Offenbarung hierin ist zu ersehen, dass die Erfindung zahlreiche Vorteile bietet. Die Kontamination von Blenden während der loneninjektion in eine lonenspeichervorrichtung, wie z. B. eine lonenfalle, kann verringert oder vermieden werden, indem dynamisch eine Potentialbarriere zwischen den Ionen und einer Elektrode an der Blende während der Zeit der lonenrückkehr zur Elektrode nach der Injektion mit einer bevorzugten minimalen Spannungsrampenrate erzeugt wird. Die Kontamination der Blenden kann auch verringert werden, indem die Ionen in einer loneninjektionsvorrichtung in einem optimalen Abstand von der Blende unmittelbar vor dem Transfer der Ionen in die lonenspeichervorrichtung angeordnet werden. Die Kontamination der Blenden an ihrer Außenseite kann verringert werden, indem ein ausreichend starkes Extraktionsfeld zum Injizieren der Ionen bereitgestellt wird.
In diesem Dokument wird der Begriff Masse im Allgemeinen dazu verwendet, das Masse-zu-Ladungsverhältnis (m/z) in Thomson (Th) zu bezeichnen. Es versteht sich, dass einige Ausführungsformen zwar die Masse oder das Masse-zu-Ladungs-Verhältnis von Ionen bestimmen können, dies aber für den erfolgreichen Betrieb der Erfindung nicht unbedingt erforderlich ist. Es können viele verschiedene physikalische Parameter wie z. B. (ohne darauf beschränkt zu sein) Flugzeit, Frequenz, Spannung, Magnetfeldablenkung usw. gemessen werden (zum Beispiel je nach dem ausgewählten Verfahren der lonendetektion), von denen jeder mit der lonenmasse oder m/z in Beziehung steht oder deren Ableitung ermöglicht, d. h. repräsentativ für die Masse oder m/z ist. Es ist jedoch nicht notwendig, dass die Masse oder m/z selbst in jedem Fall berechnet wird; es kann rechnerisch effizienter sein, gemessene Parameter in einem Nichtmassenraum nicht in Masse umzurechnen. Der Begriff Massenspektrum bedeutet hierin somit ein Spektrum im m/z-Bereich oder ein Spektrum in einem Definitionsbereich, der direkt mit dem m/z-Definitionsbereich in Beziehung steht oder von dem m/z-Definitionsbereich abgeleitet werden kann, wie z. B. der Frequenzdefinitionsbereich. Der Begriff Masse kann sich auch auf m/z oder eine Frequenz oder eine andere direkt mit m/z in Beziehung stehende Größe und umgekehrt beziehen (z. B. bezieht sich der Begriff Frequenz auch auf Masse usw.). Die Begriffe Masse und m/z können somit vorliegend austauschbar verwendet werden, und dementsprechend schließt ein Verweis auf das eine einen Verweis auf das andere ein.
Die Verwendung von einem und allen hier bereitgestellten Beispielen, oder von beispielhaften Formulierungen („beispielsweise“, „wie z. B.“, „zum Beispiel“ und dergleichen) soll lediglich der besseren Veranschaulichung der Erfindung dienen und gibt keine Einschränkung in Bezug auf den Geltungsbereich der Erfindung an, sofern nichts anderes beansprucht wird. Keine sprachliche Formulierung in der Patentschrift soll so ausgelegt werden, dass sie irgendein nicht beanspruchtes Element als wesentlich für die Praktizierung der Erfindung angibt.
Im Sinne ihrer Verwendung in diesem Dokument, einschließlich der Ansprüche, sind Singularformen der Begriffe in diesem Schriftstück so auszulegen, dass sie auch die Pluralform einschließen und umgekehrt, sofern der Kontext nicht etwas anderes nahelegt. Zum Beispiel, sofern der Kontext nicht etwas anderes nahelegt, bedeutet ein Singularbezug in diesem Schriftstück, einschließlich in den Ansprüchen, wie z. B. „ein“ oder „eine“, „ein/eine/eines oder mehrere“.
In der gesamten Beschreibung und den Ansprüchen dieser Patentschrift bedeuten die Wörter „umfassen“, „einschließlich“, „aufweisend“ und „enthalten“ und die Varianten der Wörter, zum Beispiel „umfassend“ und „umfasst“ usw., „einschließlich, ohne darauf beschränkt zu sein“ und sie sollen andere Komponenten nicht ausschließen (und schließen diese nicht aus).
Die vorliegende Erfindung deckt ebenfalls die genauen Begriffe, Merkmale, Werte und Bereiche usw. ab, falls diese Begriffe, Merkmale, Werte und Bereiche usw. in Verbindung mit Begriffen wie „etwa“, „ca.“, „im Allgemeinen“, „im Wesentlichen“, „praktisch“, „mindestens“ usw. verwendet werden (z. B. „etwa 3“ deckt auch „genau 3“ ab, oder „im Wesentlichen konstant“ deckt auch „genau konstant“ ab).
Der Begriff „mindestens ein“ ist so zu verstehen, dass er „ein oder mehrere“ bedeutet, und daher beide Ausführungsformen, die eine oder mehrere Komponenten umfassen, einschließt. Weiterhin haben abhängige Ansprüche, die sich auf unabhängige Ansprüche beziehen, die Merkmale mit „mindestens ein/e“ beschreiben, dieselbe Bedeutung, wenn das Merkmal mit „der/die/das“ ebenso wie mit „der/die/das mindestens ein/e“ bezeichnet wird.
Alle in dieser Patentschrift beschriebenen Schritte können in jeder beliebigen Reihenfolge oder gleichzeitig ausgeführt werden, sofern nicht anders angegeben oder sofern der Kontext nicht etwas anderes erfordert.
Alle in dieser Patentschrift offenbarten Merkmale können in jeder beliebigen Kombination kombiniert werden, mit Ausnahme von Kombinationen, bei denen sich mindestens einige dieser Merkmale und/oder Schritte gegenseitig ausschließen. Insbesondere gelten die bevorzugten Merkmale der Erfindung für alle Aspekte der Erfindung und können in jeder beliebigen Kombination verwendet werden. Ebenso können in nicht wesentlichen Kombinationen beschriebene Merkmale getrennt (nicht miteinander kombiniert) verwendet werden.
Es versteht sich, dass an den vorstehenden Ausführungsformen der Erfindung Änderungen vorgenommen werden können, die jedoch immer noch in den Geltungsbereich der Erfindung fallen. Jedes in der Patentschrift offenbarte Merkmal kann, sofern nicht anders angegeben, durch alternative Merkmale ersetzt werden, die dem gleichen, gleichwertigen oder ähnlichen Zweck dienen. Somit stellt, sofern nicht anders angegeben, jedes offenbarte Merkmal ein Beispiel einer generischen Reihe von gleichwertigen oder ähnlichen Merkmalen dar.

Claims

Verfahren zum Injizieren von Ionen in eine lonenspeichervorrichtung (20), umfassend: Bereitstellen eines HF-Einfangfelds in der lonenspeichervorrichtung (20), das ein Einfangvolumen (23) in der lonenspeichervorrichtung (20) definiert, indem eine oder mehrere HF-Spannungen an eine oder mehrere Einfangelektroden (30) angelegt werden; Bereitstellen eines Gases in dem Einfangvolumen (23); Injizieren von Ionen in das Einfangvolumen (23) durch eine Blende (12) in einer Endelektrode (14), die sich an einem ersten Ende der lonenspeichervorrichtung (20) befindet, wobei an die Endelektrode (14) eine Gleichspannung angelegt ist; Reflektieren der injizierten Ionen an einem zweiten Ende der lonenspeichervorrichtung (20) gegenüber dem ersten Ende, wodurch die Ionen zum ersten Ende zurückgeführt werden; und Hochfahren der an die Endelektrode (14) angelegten Gleichspannung während im Wesentlichen des gesamten Zeitraums zwischen dem Injizieren der Ionen durch die Blende (12) und der Rückkehr der Ionen zum ersten Ende, so dass zu dem Zeitpunkt, an dem die Ionen zum ersten Mal zum ersten Ende zurückkehren, durch die hochgefahrene Gleichspannung eine Potentialbarriere (50) hergestellt wird, die verhindert, dass zurückkehrende Ionen auf der Endelektrode (14) auftreffen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Herstellen der Potentialbarriere (50) das Starten des Hochfahrens einer an die Endelektrode (14) angelegten Gleichspannung spätestens dann umfasst, wenn die ersten Ionen durch die Blende (12) injiziert werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Ionen einen Bereich von Masse-zu-Ladungs-Verhältnissen (m/z) aufweisen und der Bereich ein maximales Masse-zu-Ladungs-Verhältnis, m/z_MAX, aufweist, wobei das Injizieren von Ionen in das Einfangvolumen (23) umfasst, dass die Ionen einer Beschleunigungsspannung, V, ausgesetzt werden, und wobei Ionen mit einem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis m/z_MAX nach einer Zeit t(m/z_MAX) ab Injektion durch die Blende (12) zu dem ersten Ende zurückkehren und eine Rate des Hochfahrens der an die Endelektrode (14) angelegten Gleichspannung gegeben ist durch (X*V + kT)/t(m/z_MAX), wobei X ein Faktor von 0,01 bis 1 ist, k die Boltzmann-Konstante ist und T die Temperatur des Gases ist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei X ein Faktor (i) von 0,01 bis 0,1 oder (ii) 0,01 bis 0,2 ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner umfassend das Abkühlen der Ionen in dem Einfangvolumen (23) durch Kollisionen mit dem Gas, bis die Ionen mit dem Gas thermalisiert sind.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die lonenspeichervorrichtung (20) entlang einer Verlängerungsrichtung verlängert ist, das Einfangvolumen (23) eine Länge L in der Verlängerungsrichtung hat und das Gas einen Druck P in dem Einfangvolumen (23) hat, so dass P*L zwischen 0,01 und 1 mbar*mm liegt, und wobei die Ionen in Verlängerungsrichtung in das Einfangvolumen (23) injiziert werden.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die eine oder die mehreren Einfangelektroden (30) der lonenspeichervorrichtung (20) entlang der Verlängerungsrichtung der lonenspeichervorrichtung (20) verlängert sind.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Injizieren von Ionen in das Einfangvolumen (23) das Injizieren der Ionen als einen Impuls mit einer Dauer von nicht mehr als 5 Millisekunden umfasst, wie z. B. einen Impuls mit einer Dauer von 0,1 bis 3 Millisekunden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Injizieren der Ionen das Injizieren der Ionen aus einer loneninjektionsvorrichtung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Injizieren der Ionen das Injizieren der Ionen aus einer loneninjektionsvorrichtung umfasst, die eine HFloneninjektionsvorrichtung ist.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei das Injizieren von Ionen das Injizieren der Ionen aus einer gasgefüllten loneninjektionsvorrichtung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei ein Druck P₂ in der gasgefüllten loneninjektionsvorrichtung größer ist als ein Druck P in dem Einfangvolumen (23) der lonenspeichervorrichtung (20).
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei die Ionen vor dem Injizieren der Ionen in das Einfangvolumen (23) der lonenspeichervorrichtung (20) in der loneninjektionsvorrichtung eingefangen werden.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die loneninjektionsvorrichtung eine Anordnung von Einfangelektroden (64) mit an sie angelegten HF-Spannungen umfasst, wobei die Anordnung von Einfangelektroden (64) einen eingeschriebenen Radius R aufweist, und die Ionen vor dem Injizieren der Ionen in das Einfangvolumen (23) der lonenspeichervorrichtung (20) in der loneninjektionsvorrichtung in einem Abstand von mindestens 2*R von der Blende (12) in der Endelektrode (14) der lonenspeichervorrichtung (20) eingefangen werden.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Ionen vor dem Injizieren der Ionen in das Einfangvolumen (23) der lonenspeichervorrichtung (20) in der loneninjektionsvorrichtung in einem Abstand von 2*R bis 3*R von der Blende (12) in der Endelektrode (14) der lonenspeichervorrichtung (20) eingefangen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei die Ionen vor dem Injizieren der Ionen in das Einfangvolumen (23) der lonenspeichervorrichtung (20) in der loneninjektionsvorrichtung eingefangen werden, indem Einfangspannungen an der Endelektrode (14) der lonenspeichervorrichtung (20) und/oder an den Einfangelektroden (64) der loneninjektionsvorrichtung eingestellt werden, um ein Gleichspannungsversatzpotenzial zwischen der Endelektrode (14) der lonenspeichervorrichtung (20) und den Einfangelektroden (64) der loneninjektionsvorrichtung bereitzustellen, und die Ionen durch die Blende (12) in der Endelektrode (14) durch Ändern einer oder mehrerer der Einfangspannungen zum Freisetzen der eingefangenen Ionen aus der loneninjektionsvorrichtung injiziert werden, wobei die Zeit, die zum Ändern der Einfangspannungen benötigt wird, geringer ist als die Zeit, die benötigt wird, damit freigesetzte Ionen mit einem niedrigsten Masse-zu-Ladungs-Verhältnis die Blende (12) erreichen, und wobei das Hochfahren der an die Endelektrode (14) angelegten Gleichspannung spätestens zu dem Zeitpunkt beginnt, wenn die ersten Ionen die Blende (12) in der Endelektrode (14) erreichen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 16, ferner umfassend das Durchleiten von Ionen durch die lonenspeichervorrichtung (20) zur loneninjektionsvorrichtung, bevor die Ionen aus der loneninjektionsvorrichtung in die lonenspeichervorrichtung (20) injiziert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 17, wobei die in die lonenspeichervorrichtung (20) injizierten Ionen Fragmentionen umfassen, und das Verfahren ferner das Fragmentieren von Ionen in der loneninjektionsvorrichtung umfasst, um die Fragmentionen zu erzeugen, bevor die Fragmentionen aus der loneninjektionsvorrichtung in die lonenspeichervorrichtung (20) injiziert werden.
Verfahren der Massenspektrometrie, umfassend das Injizieren von Ionen in eine lonenspeichervorrichtung (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, Speichern der Ionen in der lonenspeichervorrichtung (20), Überführen der Ionen aus der lonenspeichervorrichtung (20) in einen Massenanalysator und Analysieren der Ionen nach ihrer Masse.
Ausrüstung zum Injizieren von Ionen in eine lonenspeichervorrichtung (20), umfassend: eine lonenspeichervorrichtung (20) mit einer oder mehreren Einfangelektroden (30) zum Bereitstellen eines HF-Einfangfelds, wenn eine oder mehrere HF-Spannungen daran angelegt werden, wobei das HF-Einfangfeld ein Einfangvolumen (23) in der lonenspeichervorrichtung (20) definiert; einen Gaseinlass zum Bereitstellen eines Gases im Einfangvolumen (23); eine erste Endelektrode (14), die sich an einem ersten Ende der lonenspeichervorrichtung (20) befindet und in sich eine Blende (12) aufweist, wobei die Endelektrode (14) zum Anlegen einer ersten Gleichspannung an sie konfiguriert ist; und eine zweite Endelektrode (16), die sich an einem zweiten Ende der lonenspeichervorrichtung (20) gegenüber dem ersten Ende befindet und zum Anlegen einer zweiten Gleichspannung an sie konfiguriert ist, um Ionen zurück zum ersten Ende zu reflektieren; und eine Steuerung (150) zum Hochfahren der ersten Gleichspannung während im Wesentlichen des gesamten Zeitraums zwischen einer Injektion von Ionen durch die Blende (12) und einer ersten Rückkehr der injizierten Ionen zum ersten Ende nach Reflexion durch die zweite Gleichspannung, um eine Potentialbarriere (50) herzustellen, die verhindert, dass zurückkehrende Ionen auf der ersten Endelektrode (14) auftreffen.
Ausrüstung nach Anspruch 20, wobei die Steuerung (150) zum Hochfahren der ersten Gleichspannung mit einer Rate konfiguriert ist, die durch (X*V + kT)/t(m/z_MAX) gegeben ist, wobei X ein Faktor von 0,01 bis 1 ist, V eine Beschleunigungsspannung ist, der die injizierten Ionen ausgesetzt werden, k die Boltzmann-Konstante ist, T die Temperatur eines im Einfangvolumen (23) vorhandenen Gases ist und t(m/z_MAX) eine Zeit für Ionen mit einem maximalen Masse-zu-Ladungs-Verhältnis, m/z_MAX, ist, um nach Injektion durch die Blende (12) zum ersten Ende der lonenspeichervorrichtung (20) zurückzukehren.
Ausrüstung nach Anspruch 20 oder 21, wobei die lonenspeichervorrichtung (20) entlang einer Verlängerungsrichtung verlängert ist und zum Aufnehmen von Ionen durch die Blende (12) entlang der Verlängerungsrichtung konfiguriert ist, wobei das Einfangvolumen (23) eine Länge L in der Verlängerungsrichtung aufweist, und wobei die lonenspeichervorrichtung (20) zum Befüllen mit einem Gas mit einem Druck P bei Gebrauch konfiguriert ist, so dass P*L zwischen 0,01 und 1 mbar*mm liegt.
Ausrüstung nach Anspruch 22, wobei die eine oder die mehreren Einfangelektroden (30) der lonenspeichervorrichtung (20) entlang der Verlängerungsrichtung der lonenspeichervorrichtung (20) verlängert sind.
Ausrüstung nach einem der Ansprüche 20 bis 23, ferner umfassend eine loneninjektionsvorrichtung zum Injizieren der Ionen in die lonenspeichervorrichtung (20) durch die Blende (12).
Ausrüstung nach Anspruch 24, wobei die loneninjektionsvorrichtung zum Injizieren der Ionen in die lonenspeichervorrichtung (20) durch die Blende (12) als Impuls mit einer Dauer von nicht mehr als 5 Millisekunden konfiguriert ist
Ausrüstung nach Anspruch 24 oder 25, wobei die loneninjektionsvorrichtung eine HF-Ioneninjektionsvorrichtung ist.
Ausrüstung nach einem der Ansprüche 24 bis 26, wobei die loneninjektionsvorrichtung eine gasgefüllte loneninjektionsvorrichtung ist.
Ausrüstung nach Anspruch 27, wobei die loneninjektionsvorrichtung zum Befüllen mit einem Gas im Gebrauch bei einem Druck P₂ konfiguriert ist, wobei P₂ größer als ein Druck P eines Gases im Einfangvolumen (23) der lonenspeichervorrichtung (20) ist.
Ausrüstung nach einem der Ansprüche 24 bis 28, wobei die loneninjektionsvorrichtung zum Einfangen von Ionen vor dem Injizieren der Ionen in das Einfangvolumen (23) der lonenspeichervorrichtung (20) konfiguriert ist.
Ausrüstung nach Anspruch 29, wobei die loneninjektionsvorrichtung eine Anordnung von Einfangelektroden (64) umfasst, die zum Anlegen von HF-Spannungen daran konfiguriert sind, und die Steuerung (150) zum Einstellen von Einfangspannungen an der ersten Endelektrode (14) der lonenspeichervorrichtung (20) und/oder an den Einfangelektroden (64) der loneninjektionsvorrichtung konfiguriert ist, um ein Gleichspannungsversatzpotenzial zwischen der ersten Endelektrode (14) der lonenspeichervorrichtung (20) und den Einfangelektroden (64) der loneninjektionsvorrichtung bereitzustellen, um dadurch Ionen in der loneninjektionsvorrichtung für eine Einfangperiode einzufangen.
Ausrüstung nach Anspruch 30, wobei die Anordnung von Einfangelektroden (64) der loneninjektionsvorrichtung einen eingeschriebenen Radius R aufweist und die Steuerung (150) zum Einstellen der Einfangspannungen konfiguriert ist, so dass die Ionen in der loneninjektionsvorrichtung in einem Abstand von mindestens 2*R von der Blende (12) in der ersten Endelektrode (14) der lonenspeichervorrichtung (20) eingefangen werden.
Ausrüstung nach Anspruch 31, wobei die Steuerung (150) zum Einstellen der Einfangspannungen konfiguriert ist, so dass die Ionen in der loneninjektionsvorrichtung in einem Abstand von 2*R bis 3*R von der Blende (12) in der ersten Endelektrode (14) der lonenspeichervorrichtung (20) eingefangen werden.
Ausrüstung nach einem der Ansprüche 30 bis 32, wobei die Steuerung (150) zum Ändern einer oder mehrerer der Einfangspannungen nach der Einfangperiode zum Freisetzen der eingefangenen Ionen aus der loneninjektionsvorrichtung konfiguriert ist, wobei die Zeit, die zum Ändern der Einfangspannungen benötigt wird, geringer ist als die Zeit, die benötigt wird, damit freigesetzte Ionen mit einem niedrigsten Masse-zu-Ladungs-Verhältnis die Blende (12) in der ersten Endelektrode (14) erreichen, und wobei das Hochfahren der an die erste Endelektrode (14) angelegten Gleichspannung spätestens zu dem Zeitpunkt beginnt, wenn die ersten Ionen die Blende (12) in der ersten Endelektrode (14) aus der loneninjektionseinrichtung erreichen.
Ausrüstung nach einem der Ansprüche 24 bis 33, wobei die loneninjektionsvorrichtung betreibbar als Fragmentierungszelle konfiguriert ist.
Ausrüstung nach einem der Ansprüche 24 bis 34, wobei die zweite Endelektrode (16) eine Blende in sich aufweist, durch die Ionen in die lonenspeichervorrichtung (20) hinein und/oder aus dieser heraus gelangen können.
Massenspektrometer, umfassend: eine lonenquelle zum Erzeugen von Ionen, eine Ausrüstung zum Injizieren von Ionen in eine lonenspeichervorrichtung (20) nach einem der Ansprüche 24 bis 35 und einen Massenanalysator zum Aufnehmen von Ionen aus der lonenspeichervorrichtung (20).