DE10236345A1 - Axialer Auswurf aus linearen Ionenfallen - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft den massenselektiven, axialen Auswurf von gespeicherten Ionen aus linearen Ionenfallen nach Wolfgang Paul. DOLLAR A Die Erfindung besteht darin, das Potential in der Längsachse des Stabsystems durch ein das Stabsystem umhüllendes Gleichspannungspotential so zu formen, dass am Ende des Stabsystems vor den Ausschusslochblenden eine Potentialminimum in der Stabsystemachse entsteht. Die durch Gasdämpfung in ihrer Bewegung gebremsten Ionen sammeln sich hier und können durch Anregung gekoppelter radialer und axialer Schwingungen, aber auch durch Anregung axialer Schwingungen allein, aus dem System ausgeworfen werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft den massenselektiven, axialen Auswurf von gespeicherten Ionen aus linearen Ionenfallen nach Wolfgang Paul.
  • Lineare Quadrupol-Ionenfallen, die zwischen vier Polstäben ein im Wesentlichen quadrupolares Hochfrequenzfeld aufspannen, sind seit Wolfgang Paul bekannt. Das Grundprinzip ist im gleichen Patent (W. Paul und H. Steinwedel, DE 944 900 ; entsprechend US 2,939,952 ) beschrieben, wie die so genannten „dreidimensionalen Quadrupol-Ionenfallen" mit Ring und Endkappen. Das vielfach als Massenfilter betriebene Grundprinzip des Vierpol-Stabsystems wird zur „linearen Ionenfalle", wenn an den Enden rücktreibende elektrische Felder angebracht werden, wobei es sich hierbei sowohl um Gleichspannungsfelder durch Spannungen an Lochblenden handeln kann, aber auch um Pseudopotentialfelder, wie sie in inhomogenen Hochfrequenzfeldern entstehen. Pseudopotentialfelder können beispielsweise durch anschließende Vierpol-Stabsysteme aufgespannt werden, die unter anderen Hochfrequenzbedingungen betrieben werden.
  • (Anmerkung zum Sprachgebrauch: Der hier für Stabsysteme verwendete Begriff „lineare Ionenfalle" ist zweideutig, weil auch eine dreidimensionale Ionenfalle aus Ring- und Endkappenelektroden mit ideal gutem Quadrupolfeld als „linear" bezeichnet wird. In einem idealen Quadrupolfeld steigt die Hochfrequenzfeldstärke sowohl radial wie auch axial linear an; die rücktreibenden Kräfte steigen ebenfalls linear an: es entsteht ein harmonischer Oszillator. Im Gegensatz dazu zeigen Fallen mit überlagerten Hexa- und Oktopolfeldern keinen linearen Anstieg der Felder; sie werden daher auch „nichtlineare Ionenfallen" genannt; sie bilden einen nichtharmonischen Oszillator. Die hier als „linear" bezeichnete Ionenfalle aus vier Polstäben wird manchmal auch „zweidimensionale Falle" genannt, weil sich bei ihr die Felder nur längs zweier Ortskoordinaten ändern und längs der dritten Ortskoordinate konstant bleiben. So erklärt sich auch der Begriff der „dreidimensionalen Ionenfalle" für eine Ionenfalle aus Ringund Endkappenelektroden, bei der sich die Felder in allen drei Ortskoordinaten ändern. Sprachlich besser wäre eine Unterscheidung in „Stabsystem-Ionenfalle" und „Ringsystem-Ionenfalle", obwohl auch dieser Begriff nicht völlig eindeutig ist, weil es zu einem Ringspeicher verformte Stabsysteme gibt.) Durch den Artikel „A new linear ion trap mass spectrometer" von J. W. Hager, Rapid Commun. Mass Spectrom. 2002, 16, 512-526, ist ein axialer, massenselektiver Auswurf der Ionen aus einer linearen Ionenfalle bekannt geworden. Dabei wird ausgenutzt, dass im Randfeld des linearen Quadrupolfeldes vor den ausgangsseitigen Blenden die Ionen nicht nur radiale Oszillationen ausführen können, sondern auch axiale. Die axialen Schwingungen werden zwischen dem rücktreibenden Gleichspannungspotential der Blenden einerseits und dem rücktreibenden Pseudopotential des inhomogenen Randfeldes in einem kleinen, flachen Potentialtopf ermöglicht. Diese axialen Schwingungen sind nun durch den inhomogenen Verlauf der Potentialflächen im Randfeld mit den radialen Schwingungen gekoppelt; das heißt, die beiden Schwingungssysteme tauschen Energie aus. Die Energie fließt aus dem einen Schwingungssystem in das andere und wieder zurück. Werden also Ionen beispielsweise zu Schwingungen in radialer Richtung angeregt, so schwingen sie eine kurze Zeit in radialer Richtung, danach eine kurze Zeit überwiegend in axialer Richtung, nach einer weiteren kurzen Zeit wieder überwiegend in radialer Richtung und so weiter. Ist nun die stirnseitige Potentialbarriere durch die Blenden nicht hoch, so können die Ionen beim erstmaligen Schwingen in axialer Richtung diese Potentialbarriere überwinden und von einem Detektor am Ausgang des Stabsystems gemessen werden. Die Anregung zur Schwingung kann dabei durch eine Hochfrequenzspannung an einer der Blenden erzeugt werden; es handelt sich dabei um eine quadrupolare Anregung.
  • Vorteil dieses Verfahrens ist die gute Befüllbarkeit der linearen Ionenfalle mit hoher Ausbeute an gespeicherten Ionen durch einen Einschuss der Ionen vom Ende her. Durch die Abbremsung der Ionenbewegung in einem Dämpfungsgas kann eine Einfangquote von nahezu 100 Prozent erreicht werden. Die Auswurfausbeute wird mit 20 Prozent angegeben. Das ist deutlich geringer als bei dreidimensionalen Ionenfallen, wird aber vor allem durch die bessere Befüllrate ausgeglichen. Die dreidimensionalen Ionenfallen fangen nur einige wenige Prozent der eingeschossenen Ionen ein. Die Menge an aufgenommenen Ionen muss für den axialen Auswurf jedoch ebenso wie bei dreidiemsnionalen Ionenfallen beschränkt werden, wenn es nicht zu Raumladungsbehinderungen des Auswurfverfahrens, vor allem zu einer Minderung des Massenauflösungsvermögens, kommen soll. Durch die bessere Ausnutzung der Ionen bei der Befüllung ergibt sich aber eine bessere Nachweisgrenze für die Analytionen; es können also kleinste Mengen an Analytionen noch gemessen werden, da beim Befüllen sehr viel weniger Ionen verloren gehen..
  • Der Nachteil des Verfahrens liegt darin, dass die Scangeschwindigkeit, also die Durchlaufgeschwindigkeit des sequentiellen Auswurfs der Ionen mit steigendem Verhältnis von Masse zu Ladung, bei gegebenem Massenauflösungsvermögen lansamer ist als bei bestimmten Arten der dreidimensionalen Ionenfalle. Es scheint allerdings, dass sich durch Verlangsamung der Scangeschwindigkeit besser ein hohes Auflösungsvermögen erreichen lässt als mit dreidi,ensionalen Ionenfallen.
  • Ein weiterer Nachteil des Verfahrens liegt darin, dass die Bewegung der Ionen, insbesondere ihre radiale Schwingung, nicht vollständig gedämpft werden darf, da sie sonst vom Ende her in das Stabsystem zurücklaufen und erst in einigen Millisekunden wieder das Ende des Stabsystems erreichen.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, die Ionen aus linearen Ionenfallen unter Beibehaltung der Massenauflösung schneller und mit höherer Auswurfausbeute als bisher axial auszuwerfen und nach Möglichkeit auch die Zahl der unschädlich einspeicherbaren Ionen zu erhöhen.
  • Kurze Beschreibung der Erfindung
  • Die Erfindung besteht darin, durch ein Gleichspannungspotential, das das Stabsystem umhüllt, eine Formung des Potentials in der Achse des Stabsystems vorzunehmen und insbesondere am Ende des Stabsystems ein Potentialminimum elektronisch einstellbarer Tiefe zu bilden. Es kann dabei durch die Ausbildung eines Potentialtopfes eine optimale Schwingungsfrequenz für den Auswurf der Ionen erzeugt werden. Der Auswurf kann entweder allein durch axiale Schwingungsanregung oder durch eine optimale Kopplung der beiden Oszillationen der Ionen in radialer und axialer Richtung erfolgen. Die Höhe des Potentialtopfes kann zu den Lochblenden hin geringer als zum Inneren des Stabsystems geformt werden, so dass die Ionen bei einer durch die Anregung steigenden Schwingungsamplitude in axialer Richtung den Potentialwall nach außen überwinden können und von einem Ionendetektor, der sich vor den Lochblenden befindet, als Ionenstrom gemessen werden können. Bei einer Ausnutzung der Kopplung beider Schwingungen spielt das Pseudopotential des Randfeldes eine größere Rolle, dieses erhöht den Potentialwall in das Innere des Stabsystems hinein, so dass hier der Gleichspannungspotentialverlauf in der Achse eine geringere, wenn auch immer noch für das Sammeln der Ionen entscheidende Rolle spielt.
  • Der axiale Gleichspannungspotentialtopf wird in dieser Erfindung durch zwei Teilpotentiale erzeugt: Einerseits wird das Potential längs der Achse des Stabsystems durch ein umhüllendes Gleichspannungspotential geformt, das zwischen den Stäben in das Innere des Stabsystems eindringt und so das Achsenpotential beeinflusst. Das umhüllende Gleichspannungspotential ist nicht über das Stabsystem hinweg konstant, sondern hat ein einstellbares, axiales Profil, das zum Ende des Stabsystems hin abfällt. (Die Begriffe „abfallen", „Potentialtopf" und ähnliche sind hier immer so zu verstehen, dass Ionen im Potentialtopf eingefangen werden können oder das abfallende Potential hinunter beschleunigt werden. Es hängt also die Polarität des Potentials von der Polarität der Analytonen ab). Andererseits bildet eine Gegenspannung an den Blenden die Wand des Potentialtopfes zum Ionendetektor hin. Im Inneren des Stabsystems kann dabei ein leicht zum Ende hin abfallendes Potential aufrechterhalten werden, um die Ionen auch nach ihrer Dämpfung durch ein Dämpfungsgas sachte in den Potentialtopf am Ende des Stabsystems zu führen.
  • Stabsysteme aus Stabpaaren, die abwechselnd mit den beiden Phasen einer Hochfrequenzspannung versehen werden, können in ein äußeres Gleichspannungspotential eingebettet werden, wobei die Mischung aus dem ionenabstoßenden Hochfrequenz-Pseudofeld an den Stäben und dem äußeren Gleichspannungsfeld eine neue Klasse von Ionenspeichern ergibt, die als Ionenleitsysteme, als Fragmentierungssysteme mit Vorwärtsantrieb der Ionen wie auch als grobe Massenfilter verwendet werden können. Mit äußeren Gleichspannungsfeldern, deren Stärke oder Durchgriffe in das Innere der Stabsysteme sich längs der Achse des Systems verändern, lassen sich Ionen an vorgegebenen Orten im Stabsystem sammeln oder achsial antreiben. Eine Füllung der Systeme mit Stoß- oder Dämpfungsgas erlaubt es, die Ionen zu fragmentieren und zu kühlen, wobei das Phasenvolumen der Ionen extrem stark reduziert werden kann. Das von außen aufgeprägte Potentialprofil bestimmt das Potentialprofil längs der Achse des Stabsystems, wobei das Achsenprofil gegenüber dem äußeren Profil etwas verschliffen und gerundet ist. Durch das äußere Potential werden aber auch die radialen Schwingungen der Ionen beeinflusst; möchte man an einer Stelle die Fundamentalfrequenz der Ionen erhalten, so sollte an dieser Stelle das Äußere Feld verschwinden. Es ist daher hier günstig, den Potentialtopf so zu formen, dass in ihm das äußere Potential und damit auch das Achsenpotential verschwindet.
  • Die Stabsysteme können dabei aus parallelen Stäben oder auch aus leicht konisch zueinander angeordneten Stäben bestehen. Sie können vorzugsweise mit vier Stäben ein Quadrupolfeld aufspannen; sie können aber auch aus sechs oder acht Stäben zusammengesetzt sein.
  • Das umhüllende Gleichspannungspotential kann von mehreren ringförmigen Elektroden, die das Stabsystem umschließen, geliefert werden. Es kann aber auch ein Rohr verwendet werden, dass aus Widerstandsmaterial oder aus isolierendem Material mit Widerstandsschicht gefertigt ist. Spannungszuführungen können abschnittsweise Spannungsgradienten am Rohr erzeugen.
  • Die in ihrer Bewegung gedämpften Ionen befinden sich als Wolke im Potentialtopf vor den Lochblenden. Sie sind in axialer Richtung durch das Gleichspannungsspotential, in radialer Richtung durch das Pseudopotential der Hochfrequenzspannung an den Stäben eingesperrt. Der Durchmesser der Wolke wird einerseits durch die rücktreibenden Kräfte der Potentiale, andererseits durch die Coulombschen Abstoßungskräfte in der Wolke bestimmt.
  • Die Anregung der Ionen geschieht durch eine Hochfrequenzspannung geeigneter Frequenz an einer der stirnseitigen Lochblenden. Wird beispielsweise die Anregungsspannung an die zweite Lochblende gelegt, so greift diese Spannung durch das Loch in der ersten Blende hindurch in den Raum der Wolke und kann die Ionen sowohl radial wie auch axial anregen. Für die radiale Schwingung spricht man hier von einer quadrupolaren Anregung. Hat die Fundamentalschwingung einer Ionensorte in axialer Richtung die gleiche Frequenz wie die der Anregungsspannung, oder in radialer Richtung die halbe Frequenz, so geraten die Schwingungen dieser Ionensorte in Resonanz, nehmen aus dem Feld der Anregungsspannung Energie auf, vergrößern so ihre Schwingungsamplitude, und entweichen schließlich über den Potentialwall hinweg durch die Lochblenden zum Ionendetektor. Dieser Auswurf kann durch die direkte Anregung in axialer Richtung erfolgen oder aber indirekt durch Anregung der radialen Schwingung, die durch ihre Kopplung zu einer axialen Schwingung führt.
  • Wird die Frequenz der Anregungsspannung verändert, so werden Ionen verschiedener Verhältnisse von Masse zu Ladung nacheinander erfasst und ausgeworfen. Man spricht hier von einem massensequentiellen Scanverfahren. Statt die Frequenz der Anregungsspannung zu ändern, kann man auch die Spannungsamplitude der Hochfrequenzspannung an den Polstäben ändern. In diesem Fall ändert man die fundamentalen Schwingungsfrequenzen der Ionensorten in radialer Richtung und es ist ein Auswurf über die Kopplung möglich. Ändert man das Achsenpotential im gleichen Verhältnis wie die Hochfrequenzspannung an den Stäben, so kann man mit dieser Methode auch die axiale Anregung benutzen.
  • 1 zeigt im oberen Teil das Randfeld eines Stabsystems aus vier Polstäben (10, 11) mit drei Stirnblenden (12, 13, 14) nach dem Stand der Technik. Die Äquipotentiallinien des Hochfrequenz-Quadrupolfeldes weiten sich am Ende des Stabsystems auf und bilden ein Pseudokraftfeld (15), das solche Ionen, die in radialer Richtung schwingen, aus dem Stabsystem austreibt. Die Ionen müssen eine Schwingung in radialer Richtungen besitzen, wenn auch nur eine mit geringer Amplitude, denn das Pseudokraftfeld (15) existiert nur für Ionen, die sich nicht in der Achse des Stabsystems völlig zur Ruhe gelegt haben. In der Achse des Stabsystems selbst gibt es also keinen Anstieg des Pseudokraftfeldes (15). Ein Gleichspannungs-Gegenfeld (16), das von Gleichspannungen an den Blenden (12) und (13) herrührt, hindert die Ionen am Austritt aus dem Stabsystem. Durch eine unvollständige Dämpfung der Ionenbewegungen kann eine kleine Ionenwolke (17) im Ausgangsbereich entstehen. Die Ionen können zunächst in radialer wie auch dann in axialer Richtung in dem Potentialtopf zum Oszillieren gebracht werden. Im unteren Teil wird der Pseudopotentialverlauf (18) in der Ionenfalle gezeigt, auf einer Geraden, die parallel zur Achse verläuft, aber etwas weiter außen verläuft. Das Pseudopotential (18) verläuft im Stabsystem konstant; es herrscht hier kein Feld. Am Ausgang fällt das Pseudopotential (18) ab: leicht radial schwingende Ionen werden hier nach außen getrieben. Überlagert ist eine Gleichspannungsbarriere (19) durch Spannungen an den Lochblenden (12), (13) und (14). Der Potentialtopf, in dem sich eine nicht vollständig in ihren Bewegungen gedämpfte Ionenwolke (17) sammelt, ist hier sehr flach. Solche Ionen, die sich in der Achse in Ruhe befinden oder auch solche Ionen, die mit einigem Schwung auf das reflektierende Potential an den Blenden zulaufen, laufen in das Stabsystem zurück und sind für ein momentanes Auswerfen verloren.
  • 2 zeigt im Gegensatz dazu im oberen Teil ein Stabsystem nach dieser Erfindung mit einstellbarem Gleichspannungspotentialtopf, der auch in der Achse des Stabsyytems existiert. Das Stabsystem mit den vier Polstäben (10, 11) ist hier von einem Rohr (6) umgeben, das aus Widerstandsmaterial gefertigt ist, und das über die Länge verteilt die Elektroden (22), (23), (24) und (25) trägt, die einzeln mit Gleichspannungen versehen werden können. Der Einschuss der Ionen geschieht in Richtung (21) durch die Eingangsblenden (7), (8) und (9) hindurch, der axiale Ausschuss durch die Lochblenden (12), (13) und (14). Im unteren Teil ist der Potentialverlauf (20) gezeigt. Zwischen den Elektroden (22) und (23) fällt das Achsenpotential im Stabsystem nur geringfügig ab, die bei (21) eingeschossenen Ionen können im Dämpfungsgas in ihrer Bewegung vollständig abgebremst werden und driften dann in die endständige Potentialmulde, in der sie sich als Ionenwolke (17) sammeln. Die Ionenwolke kann sich hier auch dann sammeln, wenn die Bewegungen der Ionen (bis auf Diffusionsbewegungen) vollständig gedämpft sind. Die Potentialmulde wird durch Spanmnungen an den Elektroden (23), (24) und (25) des Widerstandsrohrs, und an den Lochblenden (12), (13) und (14) gebildet. Sie ist durch diese Spannungen einstellbar. Durch eine relativ niedrige Anregungshochfrequenzspannung an einer der Lochlenden (12) oder (13) können die Ionen der Ionenwolke (17) in axialer oder radialer Richtung zu resonanten Schwingungen angeregt werden. Durch resonantes Aufschaukeln der Schwingungen werden die Ionen dann durch die Lochblenden (12), (13) und (14) hindurch ausgeworfen. Es sei vermerkt, dass sich dem Potentialverlauf (20) außerhalb der Achse auch noch ein schwacher Pseudopotentialverlauf (wie (18) in 1) überlagert.
  • Besonders günstige Ausführungsformen
  • Eine besonders günstige Ausführungsform ist in 2 oben gezeigt. Sie besteht aus einem Stabsystem (10, 11) aus vier Polstäben, die ein quadrupolares Hochfrequenzfeld zwischen sich aufspannen. Das Stabsystem wird beidseitig durch Lochblendensyteme (7, 8, 9) und (12, 13, 14) abgeschlossen. Das Stabsystem ist von einem Rohr (6) aus Widerstandsmaterialumschlossen, das durch Zuführung von Gleichspannungen über die Zuleitungen (23, 24, 25, 26) ein äußeres Potentialprofil aufbaut. Dieses Potentialprofil greift durch die Stabzwischenräume hindurch in das Stabsystem hinein und erzeugt selbst noch in der Achse des Stabsystems ein Gleichspannungspotentialprofil, wie es schematisch im unteren Teil der 1 dargestellt ist. Gleichspannungen an den Blenden (12), (13) und (14) vervollständigen das Potentialprofil zu einem Potentialtopf, dessen Boden auf dem Mittenpotential der Hochfrequenz an den Stäben liegt.
  • Die Ionen werden durch die Blenden (7), (8) und (9) an der vorderen Stirnseite des Stabsystems axial eingeschossen. In der Ionenfalle befindet sich ein Dämpfungsgas, das die axiale Bewegung der Ionen abbremst und auch die radialen Schwingungen dämpft, bis sich die Ionen in der Achse des Stabsystems in Form eines dünnen Ionenfadens sammeln und durch den leichten Potentialabfall durch das Gas zum Potentialtopf am Ende des Stabsystems wandern.
  • Die in ihrer Bewegung gedämpften Ionen befinden sich als Wolke im Potentialtopf vor den Lochblenden. Sie sind in axialer Richtung durch das Gleichspannungsspotential, in radialer Richtung gurch das Pseudopotential der Hochfrequenzspannung an den Stäben eingesperrt. Der Durchmesser der Wolke wird einerseits durch die rücktreibenden Kräfte der Potentiale, andererseits durch die Coulombschen Abstoßungskräfte in der Wolke bestimmt.
  • Die Ionen können im Potentialtopf sowohl in radialer wie auch in axialer Richtung oszillieren, wobei die Oszillationsfrequenzen in beiden Richtungen unabhängig voneinander sind, aber die Oszillationen ein gekoppeltes Schwingungsystem bilden. Die Oszillationfrequenzen der Ionen sind in beiden Richtungen abhängig vom Verhältnis der Masse zur Ladung der Ionen, was wir im Weiteren als „massenspezifisch" bezeichnen.
  • Ionen eines ausgewählten Verhältnisses m/z von Masse m zu Ladung z können dann durch eine resonante Anregung ihrer Fundamentalschwingung zum Schwingen gebracht werden. Wir betrachten hier zunächst die Anregung der radialen Schwingung durch eine hochfrequente Anregungsspannung an der Lochblende (13), deren Hochfrequenzfeld blasenförmig durch die Lochblende (12) hindurchgreift. Es handelt sich hier um eine so genannte „quadrupolare Anregung", die für eine Resonanz einer gegenüber der Fundamentalfrequenz der Ionen doppelten Anregungsfrequenz bedarf.
  • Es werde hier zunächst die die quadrupolare Anregung der radialen Fundamentalschwingung einer Ionensorte durch eine doppelt hohe Anregungsfrequenz behandelt. Die hier resonant erzeugten Schwingungen in radialer Richtung koppeln rasch mit den axialen Schwingungen. Es fließt immer mehr Energie in die axialen Schwingungen, bis die Ionen in dieser Richtung eine so hohe Energiekoponente besitzen dass sie die Potentialbarriere nach außen überwinden können. Außerhalb der Lochblenden (12), (13) und (14) ist ein Ionendetektor angebracht, der die ausgeworfenen Ionen in üblicher Weise als zeitaufgelösten Ionenstrom nachweist. Für einen Massenscan wird jetzt, wie bei den dreidimensionalen Ionenfallen üblich, die Spannung der an die Polstäbe angelegten Hochfrequenzspannung erhöht, wobei eine lineare Erhöhung auch eine lineare Erhöhung der ausgeworfenen Massen bedeutet. Dabei ist es zweckmäßig, auch die Gleichspannungspotentiale an Widerstandsrohr und Lochblenden mit zu erhöhen. Auch die Anregungsspannung ist mit zu erhöhen. Die Spannungen können dabei linear proportional zueinander erhöht werden. Es ist aber vorteilhaft, die günstigste Abhängigkeit der Spannungen voneinander experimentell zu ermitteln und dann optimal zu steuern.
  • Es kann aber auch für einen Massenscan die Frequenz der Anregungsspannung verändert werden. Eine langsamer werdende Frequenz wirft die Ionen von niedriegen nach hohen Massen hin aus. Auch hier ist es zweckmäßig, andere Spannungen mit zu steuern, beispielsweise die Potentialbarriere an den Lochblenden für Ionen höherer Massen zu erniedrigen.
  • Für diese radiale Anregung ist es zweckmäßig, auch die günstigste Form des Achsenpotentials experimentell zu ermitteln. Diese bestimmt das Verhältnis der Schwingungsfrequenzen in axialer und radialer Richtung und die Kopplung der beiden Schwingungssysteme.
  • Nur scheinbar einfacher ist die axiale Anregung der Schwingungen, da auch hier eine Kopplung der beiden Schwingungssystem existiert. Nur bei sehr schwacher Kopplung kann ein Auswurf der resonant angeregten Ionen erreicht werden, bevor die Energie in die radiale Schwingung hinüberfließt. Insbesondere bei Stabsystemen mit sechs oder acht Polstäben kann eine sehr schwache Kopplung erzeugt werden.
  • Das Stabsystem eignet sich auch hervorragend zur Fragmentierung eingeschossener Ionen. Es sind dabei die nach Masse ausgesuchten Ionen mit iner Energie einzuschießen, die für eine Fragmentierung ausreicht, also mit etwa 50 bis 200 Elektronenvolt. Der Druck des Fragmentierungsgases ist so zu wählen, dass die Ionen im Stabsystem abgebremst und nur noch durch das leicht abfallende Achsenpotential zum Potentialtopf transportiert werden.
  • Es sind dabei viele abweichende Ausführungsformen möglich. So kann das Stabsystem beispielsweise aus leicht konisch zueinander angeordneten Stäben bestehen. Öffnet sich der Konus zum Ionenausgang hin, so wird ein Pseudopotential erzeugt, das die Ionen zum Ausgang treibt, auch ohne dass ein äußeres Gleichspannungspotential angelegt wird.
  • Ein umhüllendes Gleichspannungspotential kann von mehreren ringförmigen Elektroden, die das Stabsystem umschließen, geliefert werden. Es kann aber auch, wie oben beschrieben, ein Rohr verwendet werden, dass aus Widerstandsmaterial oder aus isolierendem Material mit Widerstandsschicht gefertigt ist. Spannungszuführungen können abschnittsweise Spannungsgradienten am Rohr erzeugen. Die Spannungen sind dabei durch metallische Ringe quer zur Achse gleichmäßig der Widerstandsschicht zuzuführen.
  • Es sind auch ganz andere Ausführungsformen möglich. Beispielsweise können die endständigen Blenden durch ein weiteres, mit geringen Zwischenraum anschließendem Stabsystem ersetzt werden. Wird das zweite Stabsystem mit anderen Hochfrequenzspannnungen und sogar mit einer anderen Mittenspannung der Hochfrequenzspannung betrieben, so kann auch hiermit eine Potentialmulde gebildet werden, die für einen massenselektiven Ionenauswurf genutzt werden kann. Die hochfrequente Anregungsspannung kann als Überlagerung der beiden Mittenspannung angelegt werden. Der Auswurf der Ionen geschieht in das zweite Stabsystem hinein, über das die Ionen einem Detektor zugeführt werden müssen.

Claims (7)

  1. Gerät zur Analyse von Ionen mit einer Ionenfalle aus hochfrequenzbeschalteten Polstäben und stirnseitig angebrachten Lochblenden und mit einem Ionendetektor für axial ausgeworfene Ionen außerhalb der Lochblenden, dadurch gekennzeichnet, dass das System der Polstäbe umgeben ist von einer oder mehreren Elektroden, die ein Gleichspannungs-Potentialprofil in der Achse des Stabsystems so erzeugen, dass in Verbindung mit Gleichspannungspotentialen an den Lochblenden am Ende des Stabsystems eine Potentialmulde entsteht, in der Ionen radial und axial schwingen können.
  2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an einer der stirnseitigen Lochblenden ein Anregungshochfrequenzspannung liegt, die Ionen eines bestimmten Verhältnisses von Masse zu Ladung in der Potentialmulde durch Resonanz zu Schwingungen anregen kann.
  3. Gerät nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der umgebenden Elektroden ein Rohr aus Widerstandsmaterial ist, mit Zuführungsleitungen für Spannungen, die das Potentialprofil in der Achse des Stabsystems formen.
  4. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Stabsystem aus vier, sechs oder acht Polstäben besteht.
  5. Verfahren zur Analyse von Ionen mit einer Ionenfalle aus hochfrequenzbeschalteten Polstäben und stirnseitig angebrachten Lochblenden und mit einem Ionendetektor für ausgeworfene Ionen außerhalb der Lochblenden, dadurch gekennzeichnet, dass in der Achse des Stabsystems ein Potentialprofil erzeugt wird, welches in Verbindung mit Gleichspannungspotentialen an den Lochblenden am Ende des Stabsystems eine Potentialmulde erzeugt, und dass Ionen eines bestimmten Verhältnisses von Masse zu Ladung durch eine Anregungshochfrequenzspannung an einer der Lochblenden resonant angeregt werden, bis sie das Stabsystem durch die Lochblenden verlassen.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Potentialprofil durch Elektroden erzeugt wired, die das Stabsystem umschließen.
  7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Potentialprofil durch leicht konisch angeordnete Stäbe des Stabsystems erzeugt wird.
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