-
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.