DE10326156A1

DE10326156A1 - Massenspektrometer

Info

Publication number: DE10326156A1
Application number: DE2003126156
Authority: DE
Inventors: Robert Harold Knutsford Bateman; Kevin Timperley Giles
Original assignee: Micromass UK Ltd
Current assignee: Micromass UK Ltd
Priority date: 2003-06-10
Filing date: 2003-06-10
Publication date: 2005-01-13
Anticipated expiration: 2023-06-11
Also published as: DE10326156B4

Abstract

Es ist ein Massenspektrometer mit einer Gaskollisionszelle (25) offenbart. Innerhalb der Gaskollisionszelle (25) ist eine Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung (22) bereitgestellt, die mehrere Ringelektroden aufweist, die vorzugsweise den gleichen Innendurchmesser aufweisen. Die Ionenführung (22) erstreckt sich stromaufwärts und/oder stromabwärts der Gaskollisionszelle (25), so daß Ionen kontinuierlich radial begrenzt werden können, wenn sie von einer auf einem verhältnismäßig niedrigen Druck gehaltenen Vakuumkammer (28) durch eine differentielle Einlaßpumpöffnung (29) zur Gaskollisionszelle (25), durch die Gaskollisionszelle (25) und dann aus der Gaskollisionszelle (25) heraus durch eine differentielle Auslaßpumpöffnung (30) laufen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Massenspektrometer und ein Verfahren zur Massenspektrometrie.
Ionenführungen, die Nur-HF-Mehrpol-Stabsätze, wie Quadrupole, Hexapole und Oktopole, aufweisen, sind wohlbekannt.

Whitehouse und Mitarbeiter haben in WO98/06481 und WO99/62101 eine Anordnung offenbart, bei der sich eine Mehrpol-Stabsatz-Ionenführung zwischen zwei Vakuumkammern erstreckt. Fachleute werden jedoch verstehen, daß weil jeder Stab in einem Mehrpol-Stabsatz einen typischen Durchmesser von etwa 5 mm aufweist und zwischen entgegengesetzten Stäben ein Raum bereitgestellt werden muß, damit sich dort ein Ionenführungsbereich befindet, die Zwischenkammeröffnung, wenn eine solche Anordnung verwendet wird, entsprechend sehr groß ist (d.h. einen Durchmesser von > 15 mm aufweist), wobei sich eine entsprechende Querschnittsfläche von > 150 mm² ergibt. Diese großen Zwischenkammeröffnungen verringern drastisch die Wirksamkeit der Vakuumpumpen, die am wirksamsten sind, wenn die Zwischenkammeröffnung möglichst klein ist (also nur einen Durchmesser von wenigen Millimetern aufweist).

Es sind Gaskollisionszellen bekannt, welche in Tandem-Massenspektrometern verwendet werden, um eine Fragmentation einzuleiten. Diese Kollisionszellen weisen eine umschlossene Kammer auf, welche auf einem mittleren Druck von beispielsweise 10^–3–10^–1 mbar zu halten ist. Die Gaskollisionszelle ist innerhalb einer Vakuumkammer angeordnet, die auf einem niedrigeren Druck von beispielsweise 10^–6–10^–4 mbar gehalten wird. Die Gaskollisionszelle weist eine verhältnismäßig kleine differentielle Einlaßpumpöffnung, durch die Ionen eintreten, und eine verhältnismäßig kleine differentielle Auslaßpumpöffnung auf, durch die Ionen austreten. Gas wird typischerweise durch ein Gas-Öffnungsloch in die Gaskollisionszelle eingeleitet. Das Gas, das in die Kollisionszelle eingeleitet worden ist, leckt dann durch die verhältnismäßig kleine differentielle Einlaßpumpöffnung und die verhältnismäßig kleine differentielle Auslaßpumpöffnung in die Vakuumkammer, in der die Gaskollisionszelle untergebracht ist.

Eine HF-Ionenführung stromaufwärts der Gaskollisionszelle kann bereitgestellt werden, um Ionen zur Eintrittsöffnung der Gaskollisionszelle zu transportieren. Sobald die Ionen aus der Ionenführung ausgetreten sind und in die Gaskollisionszelle eingetreten sind, können sie durch eine HF-Ionenführung, die innerhalb der Gaskollisionszelle angeordnet ist, durch die Gaskollisionszelle transportiert werden. In ähnlicher Weise können die Ionen, sobald sie aus der Ionenführung innerhalb der Gaskollisionszelle ausgetreten sind und durch die differentielle Auslaßpumpöffnung hindurchgetreten sind, durch eine stromabwärts gelegene HF-Ionenführung von der Gaskollisionszelle forttransportiert werden. Wenn Ionen jedoch von der stromaufwärts gelegenen Ionenführung zur Gaskollisionszelle laufen, treten die Ionen aus der stromaufwärts gelegenen Ionenführung aus und sind nicht mehr in radialer Richtung begrenzt, wenn sie in die Gaskollisionszelle eintreten. Es gehen dann manche Ionen verloren, bevor sie empfangen und wieder radial durch die innerhalb der Gaskollisionszelle angeordnete HF-Ionenführung begrenzt werden. In ähnlicher Weise werden Ionen, sobald sie die innerhalb der Gaskollisionszelle angeordnete Ionenführung verlassen, nicht mehr radial begrenzt, wenn sie aus der Gaskollisionszelle austreten. Einige Ionen gehen daher ebenso verloren, bevor die Ionen wiederum innerhalb einer stromabwärts der Gaskollisionszelle angeordneten HF-Ionenführung radial begrenzt werden.

Es ist daher erwünscht, eine verbesserte Gaskollisionszelle bereitzustellen.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Massenspektrometer vorgesehen, welches aufweist:
eine Gaskollisionszelle mit einem Gehäuse, das eine differentielle Einlaßpumpöffnung und eine differentielle Auslaßpumpöffnung aufweist, und
eine Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung, die sich innerhalb der Gaskollisionszelle erstreckt, wobei die Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung mehrere Elektroden mit Öffnungen aufweist,
wobei sich die Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung stromaufwärts der differentiellen Einlaßpumpöffnung erstreckt und eine Elektrode der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung die differentielle Einlaßpumpöffnung bildet.

Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Massenspektrometer vorgesehen, welches aufweist:
eine Gaskollisionszelle mit einem Gehäuse, das eine differentielle Einlaßpumpöffnung und eine differentielle Auslaßpumpöffnung aufweist, und
eine Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung, die sich innerhalb der Gaskollisionszelle erstreckt, wobei die Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung mehrere Elektroden mit Öffnungen aufweist,
wobei sich die Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung stromabwärts der differentiellen Auslaßpumpöffnung erstreckt und eine Elektrode der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung die differentielle Auslaßpumpöffnung bildet.

Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Massenspektrometer vorgesehen, welches aufweist:
eine Gaskollisionszelle mit einem Gehäuse, das eine differentielle Einlaßpumpöffnung und eine differentielle Auslaßpumpöffnung aufweist, und
eine Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung, die sich innerhalb der Gaskollisionszelle erstreckt, wobei die Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung mehrere Elektroden mit Öffnungen aufweist,
wobei sich die Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung stromaufwärts der differentiellen Einlaßpumpöffnung und stromabwärts der differentiellen Auslaßpumpöffnung erstreckt und eine Elektrode der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung die differentielle Einlaßpumpöffnung bildet und eine Elektrode der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung die differentielle Auslaßpumpöffnung bildet.

Herkömmliche Ionenführungsanordnungen weisen typischerweise zwei diskrete Mehrpol-Ionenführungen auf, zwischen denen sich eine diskrete differentielle Pumpöffnung befindet. Eine solche Anordnung weist den Nachteil, daß das HF-Feld in der Nähe des Endes eines Mehrpol-Stabsatzes unterbrochen wird, und anderer Endeffekte auf. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform verlassen die Ionen jedoch nicht die Ionenführung, wenn sie von einem Druckbereich in einen anderen übergehen. Dementsprechend werden Probleme mit Endeffekten, die bei den herkömmlichen Anordnungen stets auftreten, wirksam beseitigt, woraus sich eine verbesserte Ionenübertragung ergibt. Die Gaskollisionszelle gemäß der bevorzugten Ausführungsform stellt daher eine erhebliche Verbesserung verglichen mit herkömmlichen Kollisionszellen dar.

Vorzugsweise können eine oder mehrere der Elektroden weitere differentielle Pumpöffnungen innerhalb der Gaskollisionszelle bilden. Es kann davon ausgegangen werden, daß die eine oder die mehreren Elektroden in Zusammenhang mit der differentiellen Einlaßpumpöffnung eine zusammengesetzte differentielle Einlaßpumpöffnung bilden, die aus mehreren Elektroden besteht, in denen sich Öffnungen befinden. Zusätzlich/alternativ kann davon ausgegangen werden, daß die eine oder die mehreren Elektroden in Zusammenhang mit der differentiellen Auslaßpumpöffnung eine zusammengesetzte differentielle Auslaßpumpöffnung bilden, die aus mehreren Elektroden besteht, in denen sich Öffnungen befinden.

Vorzugsweise sind innerhalb der Gaskollisionszelle 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 20–30, 30–40, 40–50, 50–60, 60–70, 70–80, 80–90, 90–100, 100–110, 110–120, 120–130, 130–140, 140–150 oder mehr als 150 differentielle Pumpöffnungen ausgebildet oder bilden eine zusammengesetzte differentielle Einlaß- und/oder Auslaßpumpöffnung.

Weil die die differentielle Einlaßpumpöffnung und/oder die differentielle Auslaßpumpöffnung bildende Elektrode auch Teil der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung ist, wird vorzugsweise eine Wechselspannung oder HF-Spannung an die differentielle Einlaßpumpöffnung und/oder die differentielle Auslaßpumpöffnung angelegt.

Die Gaskollisionszelle bildet vorzugsweise, abgesehen von der differentiellen Einlaßpumpöffnung und der differentiellen Auslaßpumpöffnung ein im wesentlichen gasdichtes Gehäuse. Die Gaskollisionszelle kann weiterhin ein Öffnungsloch aufweisen, durch das bei der Verwendung ein Kollisionsgas in die Kollisionszelle eingelassen wird. Es kann ein Kollisionsgas, wie Helium, Argon, Stickstoff, Luft oder Methan, in die Kollisionsgaszelle eingelassen werden. Es können auch andere reaktionsträge und nicht reaktionsträge Gase bereitgestellt werden.

Die Ionen treten vorzugsweise durch die differentielle Einlaßpumpöffnung in die Kollisionszelle ein und durch die differentielle Auslaßpumpöffnung aus der Kollisionszelle aus.

Wenigstens 10 %, 20 %, 30 %, 40%, 50 %, 60 %, 70 %, 80 %, 90 %, 95 % oder 100 % der Elektroden haben vorzugsweise im wesentlichen ähnlich bemessene Öffnungen. Wenigstens 10 %, 20 %, 30 %, 40 %, 50 %, 60 %, 70 %, 80 %, 90 %, 95 % oder 100 % der Elektroden haben Öffnungen, die zunehmend kleiner oder größer werden.

Gemäß einer Ausführungsform haben eine Elektrode, die die differentielle Einlaßpumpöffnung bildet, und/oder eine Elektrode, die die differentielle Auslaßpumpöffnung bildet, und/oder eine oder mehrere Elektroden, die weitere differentielle Pumpöffnungen innerhalb der Gaskollisionszelle bilden, eine Öffnung mit einem Durchmesser, der aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: (i) 0,5–1,5 mm, (ii) 1,5–2,5 mm, (iii) 2,5–3,5 mm, (iv) 3,5–4,5 mm, (v) 4,5–5,5 mm, (vi) 5,5–6,5 mm, (vii) 6,5–7,5 mm, (viii) 7,5–8,5 mm, (ix) 8,5–9,5 mm, (x) 9,5–10,5 mm, (xi) kleiner oder gleich 10,0 mm, (xii) kleiner oder gleich 9,0 mm, (xiii) kleiner oder gleich 8,0 mm, (xiv) kleiner oder gleich 7,0 mm, (xv) kleiner oder gleich 6,0 mm, (xvi) kleiner oder gleich 5,0 mm, (xvii) kleiner oder gleich 4,0 mm, (xviii) kleiner oder gleich 3,0 mm, (xix) kleiner oder gleich 2,0 mm, (xx) kleiner oder gleich 1,0 mm, (xxi) 0–2 mm, (xxii) 2–4 mm, (xxiii) 4–6 mm, (xxiv) 6–8 mm und (xxv) 8–10 mm.

Gemäß einer Ausführungsform haben wenigstens 10 %, 20 %, 30 %, 40%, 50 %, 60 %, 70 %, 80 %, 90 %, 95 % oder 100 % der die Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung bildenden Elektroden, abgesehen von einer Elektrode, die die differentielle Einlaßpumpöffnung bildet, und/oder von einer Elektrode, die die differentielle Auslaßpumpöffnung bildet, und/oder von einer oder mehreren Elektroden, die weitere differentielle Pumpöffnungen innerhalb der Gaskollisionszelle bilden, eine Öffnung mit einem Durchmesser, der aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: (i) 0,5–1,5 mm, (ii) 1,5–2,5 mm, (iii) 2,5–3,5 mm, (iv) 3,5–4,5 mm, (v) 4,5–5,5 mm, (vi) 5,5–6,5 mm, (vii) 6,5–7,5 mm, (viii) 7,5–8,5 mm, (ix) 8,5–9,5 mm, (x) 9,5–10,5 mm, (xi) kleiner oder gleich 10,0 mm, (xii) kleiner oder gleich 9,0 mm, (xiii) kleiner oder gleich 8,0 mm, (xiv) kleiner oder gleich 7,0 mm, (xv) kleiner oder gleich 6,0 mm, (xvi) kleiner oder gleich 5,0 mm, (xvii) kleiner oder gleich 4,0 mm, (xviii) kleiner oder gleich 3,0 mm, (xix) kleiner oder gleich 2,0 mm, (xx) kleiner oder gleich 1,0 mm, (xxi) 0–2 mm, (xxii) 2–4 mm, (xxiii) 4–6 mm, (xxiv) 6–8 mm und (xxv) 8–10 mm.

Es werden Ausführungsformen erwogen, bei denen eine Elektrode, die die differentielle Einlaßpumpöffnung bildet, und/oder eine Elektrode, die die differentielle Auslaßpumpöffnung bildet, und/oder eine oder mehrere Elektroden, die weitere differentielle Pumpöffnungen innerhalb der Gaskollisionszelle bilden, eine Öffnung aufweisen, die entweder (i) erheblich kleiner ist als die anderen Elektroden, die die Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung bilden, (ii) im wesentlichen die gleiche Größe aufweist wie die anderen Elektroden, die die Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung bilden, oder (iii) erheblich größer ist als die anderen Elektroden, die die Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung bilden.

Die differentielle Einlaßpumpöffnung und/oder die differentielle Auslaßpumpöffnung und/oder eine oder mehrere Elektroden, die weitere differentielle Pumpöffnungen innerhalb der Gaskollisionszelle bilden, können eine Fläche aufweisen, die aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: (i) kleiner oder gleich 40 mm², (ii) kleiner oder gleich 35 mm², (iii) kleiner oder gleich 30 mm², (iv) kleiner oder gleich 25 mm², (v) kleiner oder gleich 20 mm², (vi) kleiner oder gleich 15 mm², (vii) kleiner oder gleich 10 mm² und (viii) kleiner oder gleich 5 mm². Die Fläche der differentiellen Pumpöffnung ist daher vorzugsweise mehr als eine Größenordnung kleiner als die Fläche der differentiellen Pumpöffnung, die effektiv bereitgestellt ist, wenn sich eine mehrpolige Ionenführung zwischen zwei Vakuumbereichen erstreckt.

Die Wechselspannungs- oder die HF-Ionenführung kann wenigstens 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190 oder 200 Elektroden aufweisen.

Die Gaskollisionszelle wird vorzugsweise in einer Vakuumkammer bereitgestellt, die auf einem Druck gehalten wird, der aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: (i) < 10^–4 mbar, (ii) < 10^–5 mbar, (iii) < 10^–6 mbar und (iv) 10^–4–10^–6 mbar.

Der Druck innerhalb der Gaskollisionszelle ist vorzugsweise aus der folgenden Gruppe ausgewählt: (i) > 10^–4 mbar, (ii) > 10^–3 mbar, (iii) > 10^–2 mbar, (iv) > 10^–1 mbar und (v) 10^–3 –10^–1 mbar.

Die Gaskollisionszelle wird vorzugsweise auf einem Druck gehalten, der aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: (i) größer oder gleich 0,0001 mbar, (ii) größer oder gleich 0,0005 mbar, (iii) größer oder gleich 0,001 mbar, (iv) größer oder gleich 0,005 mbar, (v) größer oder gleich 0,01 mbar, (vi) größer oder gleich 0,05 mbar, (vii) größer oder gleich 0, 1 mbar, (viii) größer oder gleich 0, 5 mbar, (ix) größer oder gleich 1 mbar, (x) größer oder gleich 5 mbar und (xi) größer oder gleich 10 mbar.

Die Gaskollisionszelle wird vorzugsweise auf einem Druck gehalten, der aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: (i) kleiner oder gleich 10 mbar, (ii) kleiner oder gleich 5 mbar, (iii) kleiner oder gleich 1 mbar, (iv) kleiner oder gleich 0,5 mbar, (v) kleiner oder gleich 0,1 mbar, (vi) kleiner oder gleich 0,05 mbar, (vii) kleiner oder gleich 0,01 mbar, (viii) kleiner oder gleich 0,005 mbar, (ix) kleiner oder gleich 0,001 mbar, (x) kleiner oder gleich 0,0005 mbar und (xi) kleiner oder gleich 0,0001 mbar.

Die Gaskollisionszelle wird bei der Verwendung vorzugsweise auf einem Druck gehalten, der aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: (i) zwischen 0,0001 und 10 mbar, (ii) zwischen 0,0001 und 1 mbar, (iii) zwischen 0,0001 und 0,1 mbar, (iv) zwischen 0,0001 und 0,01 mbar, (v) zwischen 0,0001 und 0,001 mbar, (vi) zwischen 0,001 und 10 mbar, (vii) zwischen 0,001 und 1 mbar, (viii) zwischen 0,001 und 0,1 mbar, (ix) zwischen 0,001 und 0,01 mbar, (x) zwischen 0,01 und 10 mbar, (xi) zwischen 0,01 und 1 mbar, (xii) zwischen 0,01 und 0,1 mbar, (xiii) zwischen 0,1 und 10 mbar, (xiv) zwischen 0,1 und 1 mbar und (xv) zwischen 1 und 10 mbar.

Wenigstens 10 %, 20 %, 30 %, 40 %, 50 %, 60 %, 70 %, 80 %, 90 %, 95 % oder 100 % der Elektroden können sowohl an eine Gleichspannungs- als auch an eine Wechselspannungs- oder an eine HF-Spannungsversorgung angeschlossen sein. An axial benachbarte Elektroden können Wechselspannungen oder HF-Spannungen mit einer Phasendifferenz von 180° angelegt werden.

Die Länge der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung ist vorzugsweise aus der folgenden Gruppe ausgewählt: (i) 1–5 cm, (ii) 5–10 cm, (iii) 10–15 cm, (iv) 15–20 cm, (v) 20–25 cm, (vi) 25–30 cm, (vii) 30–35 cm, (viii) 35–40 cm, (ix) 40–45 cm, (x) 45–50 cm und (xi) > 50 cm.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann eine Atmosphärendruck-Ionenquelle bereitgestellt werden. Es werden Ausführungsformen erwogen, bei denen die Ionenquelle aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: (i) eine Elektrospray-Ionenquelle ("ESI-Ionenquelle"), (ii) eine chemische Atmosphärendruckionisations-Ionenquelle ("APCI-Ionenquelle"), (iii) eine Atmosphärendruck-Photoionisations-Ionenquelle ("APPI-Ionenquelle"), (iv) eine matrixunterstützte Laserdesorptionsionisations-Ionenquelle ("MALDI-Ionenquelle"), (v) eine Laserdesorptionsionisations-Ionenquelle ("LDI-Ionenquelle"), (vi) eine induktiv gekoppelte Plasma-Ionenquelle ("ICP-Ionenquelle"), (vii) eine Elektronenstoß-Ionenquelle ("EI-Ionenquelle"), (viii) eine Ionenquelle mit chemischer Ionisation ("CI-Ionenquelle"), (ix) eine Ionenquelle mit schnellem Atombeschuß ("FAB-Ionenquelle") und (x) eine Flüssig-Sekundärionen-Massenspektrometrie-Ionenquelle ("LSIMS-Ionenquelle"). Die Ionenquelle kann entweder eine kontinuierliche oder eine gepulste Ionenquelle sein.

Es kann ein Massenanalysator bereitgestellt werden, der aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: (i) ein Flugzeit-Massenanalysator, (ii) ein Querbeschleunigungs-Flugzeit-Massenanalysator, (iii) ein Quadrupol-Massenanalysator, (iv) eine 2D-(linearer) oder 3D-(Paul)-Quadrupol-Ionenfalle und (v) ein Fourier-Transformations-Ionenzyklotronresonanz- Massenanalysator ("FTICR-Massenanalysator").

Vorzugsweise sind wenigstens 10 %, 20 %, 30 %, 40%, 50 %, 60 %, 70 %, 80 %, 90 %, 95 % oder 100 % der mehreren Elektroden dafür eingerichtet, bei im wesentlichen dem gleichen Gleichspannungs-Bezugspotential gehalten zu werden, dem eine den Elektroden zugeführte Wechselspannung oder HF-Spannung überlagert ist.

Es ist vorzugsweise eine Einrichtung zum Anlegen einer Wechselspannung oder einer HF-Spannung an die Elektroden bereitgestellt. Vorzugsweise ist ein Wechselspannungs- oder HF-Generator bereitgestellt, der so an die Elektroden angeschlossen ist, daß in jedem Moment während eines Wechselspannungs- oder HF-Zyklus ausgegeben vom Wechselspannungs- oder HF-Generator benachbarten, die Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung bildenden Elektroden in etwa gleiche positive bzw. negative Potentiale in bezug auf ein Bezugspotential zugeführt werden.

Gemäß einer Ausführungsform kann die Wechselspannungsversorgung eine HF-Spannungsversorgung sein. Die vorliegende Erfindung soll jedoch nicht auf HF-Frequenzen beschränkt sein. Weiterhin soll "Wechselspannung bzw. Wechsel-" einfach bedeuten, daß die Wellenform alterniert, und es werden daher auch Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung erwogen, bei denen der Ionenführung nicht sinusförmige Wellenformen unter Einschluß von Rechteckwellen zugeführt werden.

Gemäß einer Ausführungsform befinden sich wenigstens 5, 10, 15, 25, 30, 35, 40, 45 oder 50 der Elektroden stromaufwärts der differentiellen Einlaßpumpöffnung und/oder stromabwärts der differentiellen Auslaßpumpöffnung. Wenigstens 5, 10, 15, 25, 30, 35, 40, 45 oder 50 der Elektroden können sich innerhalb der Gaskollisionszelle befinden.

Eine oder mehrere transiente Gleichspannungen oder eine oder mehrere transiente Gleichspannungs-Wellenformen können zunehmend an wenigstens einige der Elektroden angelegt werden, so daß Ionen entlang wenigstens einem Teil der Gaskollisionszelle gedrängt werden. Ein Spannungsgradient entlang wenigstens einem Teil der Länge der Gaskollisionszelle kann sich zeitlich ändern, während Ionen durch die Gaskollisionszelle übertragen werden. Zusätzlich/alternativ kann ein konstanter axialer Gleichspannungsgradient entlang wenigstens einem Teil der Länge der Ionenführung aufrechterhalten werden.

Zusätzlich/alternativ können eine oder mehrere Wechsel- oder HF-Spannungen oder -Spannungswellenformen an wenigstens einige der Elektroden angelegt werden, so daß Ionen entlang wenigstens einem Teil der Gaskollisionszelle gedrängt werden. Beispielsweise kann eine n-phasige Wechsel- oder HF-Spannungsversorgung verwendet werden, wobei benachbarten Elektroden Wechsel- oder HF-Spannungen mit einer Phasendifferenz von 360°/n zugeführt werden, wobei n = 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 oder > 20 ist. Diese Wechsel- oder HF-Spannung kann zusätzlich zu einer Wechsel- oder HF-Spannung angelegt werden, welche an die Elektroden angelegt ist und die radiale Eingrenzung der Ionen innerhalb der Ionenführung bewirkt, jedoch nicht bewirkt, daß Ionen entlang der Gaskollisionszelle gedrängt werden. Die zusätzliche Wechsel- oder HF-Spannung kann transient sein.

Gemäß einer Ausführungsform kann die Gaskollisionszelle 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30 oder > 30 Segmente aufweisen, wobei jedes Segment 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30 oder > 30 Elektroden aufweist und wobei die Elektroden in einem Segment auf im wesentlichen dem gleichen Gleichspannungspotential gehalten werden. Mehrere Segmente können auf im wesentlichen dem gleichen Gleichspannungspotential gehalten werden. Jedes Segment kann auf im wesentlichen dem gleichen Gleichspannungspotential wie das nachfolgende n-te Segment gehalten werden, wobei n 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24 , 25, 26, 27, 28, 29, 30 oder > 30 ist.

Ionen werden vorzugsweise durch ein elektrisches Wechselfeld oder HF-Feld radial innerhalb der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung eingegrenzt bzw. beschränkt. Ionen können innerhalb der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung in einer Pseudopotentialmulde radial beschränkt werden und durch einen realen Potentialwall oder eine reale Potentialmulde in axialer Richtung eingegrenzt bzw. beschränkt werden.

Die Durchflugzeit von Ionen durch die Gaskollisionszelle kann aus der folgenden Gruppe ausgewählt werden: (i) kleiner oder gleich 20 ms, (ii) kleiner oder gleich 10 ms, (iii) kleiner oder gleich 5 ms, (iv) kleiner oder gleich 1 ms und (v) kleiner oder gleich 0,5 ms.

Es kann dafür gesorgt werden, daß wenigstens 10 %, 20 %, 30 %, 40%, 50 %, 60 %, 70 %, 80 %, 90 %, 95 % oder 100 der in die Gaskollisionszelle eintretenden Ionen bei der Verwendung für ein einfach geladenes Ion eine Energie größer oder gleich 10 eV oder für ein doppelt geladenes Ion eine Energie größer oder gleich 20 eV aufweisen, so daß bewirkt wird, daß die Ionen innerhalb der Gaskollisionszelle fragmentiert werden.

Vorzugsweise wird dafür gesorgt, daß wenigstens 10 %, 20 %, 30 %, 40%, 50 %, 60 %, 70 %, 80 %, 90 %, 95 % oder 100 % der in die Gaskollisionszelle eintretenden Ionen beim Zusammenstoßen mit dem Kollisionsgas innerhalb der Gaskollisionszelle fragmentieren.

Die Gaskollisionszelle und die Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung sind vorzugsweise in einer Vakuumkammer angeordnet, wobei die Vakuumkammer eine Vakuumpumpe zum Abpumpen von Gas aus der Vakuumkammer aufweist, um in der Vakuumkammer ein Teilvakuum zu erzeugen.

Gemäß einer Ausführungsform ist die Amplitude einer an die Elektroden stromaufwärts der differentiellen Einlaßpumpöffnung und/oder an die Elektroden stromabwärts der differentiellen Auslaßpumpöffnung angelegten Wechsel- oder HF-Spannung von der Amplitude einer an die Elektroden der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung innerhalb der Gaskollisionszelle angelegten Wechselspannung oder HF-Spannung verschieden.

Die bevorzugte Ionenführung, die aus Elektroden mit Öffnungen besteht, kann eine von zwei verschiedenen Hauptformen annehmen. Bei einer ersten Form können alle inneren Öffnungen der Elektroden im wesentlichen die gleiche Größe aufweisen. Eine solche Anordnung ist als eine "Ionen tunnel"-Ionenführung bekannt. Es wird eine zweite als "Ionentrichter" bezeichnete Form erwogen, bei der die Elektroden innere Öffnungen aufweisen, deren Größe zunehmend kleiner wird. Beide Formen sollen in den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung fallen. Die Öffnungen aufweisenden Elektroden können in beiden Fällen ringförmige Elektroden einschließen. Der innere Umfang der Elektroden ist vorzugsweise im wesentlichen kreisförmig. Der äußere Umfang der Elektroden braucht jedoch nicht kreisförmig zu sein, und es werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erwogen, bei denen das äußere Profil der Elektroden andere Formen annimmt.

Gemäß einer Ausführungsform kann die Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung zwei ineinander verschachtelte kammartige Elektrodenanordnungen aufweisen, bei denen alle eine Kammanordnung (die eine Stange mit einer Anzahl davon herabhängender Elektroden aufweist) bildenden Elektroden auf im wesentlichen dem gleichen Gleichspannungspotential gehalten werden und elektrisch mit der gleichen Phase einer Wechsel- oder HF-Spannungsversorgung verbunden sind.

Es wurde herausgefunden, daß eine Ionentunnel-Ionenführung eine Verbesserung der Ionenübertragungswirksamkeit von etwa 25–75 % gegenüber einer herkömmlichen Mehrpol-, beispielsweise Hexapol-Ionenführung vergleichbarer Länge aufweist. Die Gründe für diese verbesserte Ionenübertragungswirksamkeit werden nicht voll verstanden, es wird jedoch angenommen, daß eine Ionentunnel-Ionenführung einen größeren Akzeptanzwinkel und eine größere Akzeptanzfläche aufweisen kann als eine vergleichbare Mehrpol-Stabsatz-Ionenführung. Dementsprechend besteht ein Vorteil der bevorzugten Ausführungsform in einer Verbesserung der Ionenübertragungswirksamkeit.

Wenngleich eine Ionentunnel-Ionenführung bevorzugt ist, kann die Ionenführung gemäß einer weniger bevorzugten Ausführungsform einen Ionentrichter aufweisen. Um als eine Ionenführung wirken zu können, kann ein Gleichspannungs-Potentialgradient entlang dem Ionentrichter angelegt werden, um Ionen durch die zunehmend kleineren inneren Öffnungen der Elektroden zu drängen. Es wird jedoch angenommen, daß der Ionentrichter den Nachteil einer Übertragungswirksamkeit bei schmalem Masse-Ladungs-Verhältnis-Bandpaß aufweist. Diese Probleme treten nicht auf, wenn eine Ionentunnel-Ionenführung verwendet wird.

Es sind auch verschiedene Typen anderer ionenoptischer Vorrichtungen bekannt, welche Mehrpol-Stabsätze, Einzellinsen, segmentierte Mehrpole, kurze (massive) Quadrupol-Vor/Nach-Filterlinsen ("Stubbies"), 3D-Quadrupol-Ionenfallen mit einer zentralen kreisringförmigen Elektrode zusammen mit zwei konkaven Endkappenelektroden und lineare (2D-) Quadrupol-Ionenfallen mit einem Mehrpol-Stabsatz mit Eingangs- und Ausgangs-Ringelektroden einschließen. Diese Vorrichtungen sollten jedoch nicht als die Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung gemäß der vorliegenden Erfindung ausgelegt werden.

Gemäß einem besonders bevorzugten Merkmal der vorliegenden Erfindung bildet eine der die Ionenführung bildenden Elektroden zwischen zwei Druckbereichen eine differentielle Pumpöffnung. Eine solche Anordnung ist besonders vorteilhaft, weil sie es ermöglicht, daß die Öffnung viel kleiner ist als diejenige, die andernfalls bereitgestellt werden würde, falls eine Mehrpol-Stabsatz-Ionenführung verwendet werden würde. Eine kleinere Öffnung ermöglicht es, daß die die Vakuumkammer abpumpende Vakuumpumpe wirksamer arbeitet.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Massenspektrometrie vorgesehen, welches die folgenden Schritte aufweist:
Bereitstellen einer Gaskollisionszelle mit einem Gehäuse mit einer differentiellen Einlaßpumpöffnung und einer differentiellen Auslaßpumpöffnung und einer sich innerhalb der Gaskollisionszelle erstreckenden Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung, wobei die Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung mehrere Elektroden mit Öffnungen aufweist und wobei sich die Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung stromaufwärts der differentiellen Einlaßpumpöffnung erstreckt und eine Elektrode der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung die differentielle Einlaßpumpöffnung bildet, und
Hindurchführen von Ionen durch den Abschnitt der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung, der stromaufwärts der differentiellen Einlaßpumpöffnung angeordnet ist, durch die differentielle Einlaßpumpöffnung und in die Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung, die innerhalb der Gaskollisionszelle angeordnet ist.

Ionen können innerhalb der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung radial beschränkt bleiben, wenn sie durch den Abschnitt der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung, der sich stromaufwärts der differentiellen Einlaßpumpöffnung befindet, durch die differentielle Einlaßpumpöffnung hindurchtreten und in die innerhalb der Gaskollisionszelle angeordnete Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung eintreten.

Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Massenspektrometrie vorgesehen, welches die folgenden Schritte aufweist:
Bereitstellen einer Gaskollisionszelle mit einem Gehäuse mit einer differentiellen Einlaßpumpöffnung und einer differentiellen Auslaßpumpöffnung und einer sich innerhalb der Gaskollisionszelle erstreckenden Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung, wobei die Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung mehrere Elektroden mit Öffnungen aufweist und wobei sich die Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung stromabwärts der differentiellen Auslaßpumpöffnung erstreckt und eine Elektrode der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung die differentielle Auslaßpumpöffnung bildet, und
Hindurchführen von Ionen durch die innerhalb der Gaskollisionszelle angeordnete Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung und durch die differentielle Auslaßpumpöffnung und Einführen in den Abschnitt der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung, der stromabwärts der differentiellen Auslaßpumpöffnung angeordnet ist.

Ionen können radial innerhalb der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung beschränkt bleiben, wenn sie durch die Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung, die innerhalb der Gaskollisionszelle angeordnet ist und durch die differentielle Auslaßpumpöffnung hindurchtreten und in den Abschnitt der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung, der stromabwärts der differentiellen Auslaßpumpöffnung angeordnet ist, eintreten.

Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Massenspektrometrie vorgesehen, welches die folgenden Schritte aufweist:
Bereitstellen einer Gaskollisionszelle mit einem Gehäuse mit einer differentiellen Einlaßpumpöffnung und einer differentiellen Auslaßpumpöffnung und einer sich innerhalb der Gaskollisionszelle erstreckenden Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung, wobei die Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung mehrere Elektroden mit Öffnungen aufweist und wobei sich die Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung stromaufwärts der differentiellen Einlaßpumpöffnung und stromabwärts der differentiellen Auslaßpumpöffnung erstreckt und eine Elektrode der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung die differentielle Einlaßpumpöffnung bildet und eine Elektrode der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung die differentielle Auslaßpumpöffnung bildet, und
Hindurchführen von Ionen durch den Abschnitt der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung, der stromaufwärts der differentiellen Einlaßpumpöffnung angeordnet ist, durch die differentielle Einlaßpumpöffnung, durch die Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung, die innerhalb der Gaskollisionszelle angeordnet ist, und durch die differentielle Auslaßpumpöffnung und Einführen in den Abschnitt der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung, der stromabwärts der differentiellen Auslaßpumpöffnung angeordnet ist.

Ionen können radial innerhalb der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung beschränkt bleiben, wenn sie durch den Abschnitt der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung, der stromaufwärts der differentiellen Einlaßpumpöffnung angeordnet ist, durch die differentielle Einlaßpumpöffnung, durch die Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung, die innerhalb der Gaskollisionszelle angeordnet ist, und durch die differentielle Auslaßpumpöffnung hindurchtreten und in den Abschnitt der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung, der stromabwärts der differentiellen Auslaßpumpöffnung angeordnet ist, eintreten.

Es werden nun verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zusammen mit anderen Anordnungen, die nur der Erläuterung dienen, ausschließlich als Beispiel mit Bezug auf die anliegende Zeichnung beschrieben, wobei:

1 eine Ionentunnel-Ionenführung zeigt,

2 eine andere Anordnung zeigt,

3 eine Gaskollisionszelle gemäß einer Ausführungsform zeigt,

4 eine Gaskollisionszelle gemäß einer bevorzugten Ausführungsform zeigt und

5 eine Gaskollisionszelle gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform zeigt.

Wie in 1 dargestellt ist, weist eine Ionentunnel-Ionenführung 15 mehrere Elektroden 15a, 15b mit Öffnungen auf. Benachbarte Elektroden 15a, 15b sind an verschiedene Phasen einer Wechselspannungs- oder HF-Leistungsversorgung angeschlossen. Beispielsweise können die erste, die dritte, die fünfte und entsprechende weitere Elektroden 15a an die 0°-Phasenversorgung 16a angeschlossen sein, und die zweite, die vierte, die sechste und entsprechende weitere Elektroden 15b können an die 180°-Phasenversorgung 16b angeschlossen sein. Ionen von einer Ionenquelle laufen durch den Ionentunnel 15 und werden von ihm wirksam übertragen. Im Gegensatz zu einer Ionentrichteranordnung werden vorzugsweise alle Elektroden 15a, 15b auf im wesentlichen dem gleichen Gleichspannungs-Bezugspotential gehalten, dem eine Wechselspannung überlagert ist. Anders als bei Ionenfallen werden Gleichspannungs-Sperrpotentiale vorzugsweise nicht an den Eingang oder den Ausgang des Ionentunnels 15 angelegt.
2 zeigt eine Anordnung, bei der eine Elektrospray-Ionenquelle ("ES-Ionenquelle") 1 oder eine chemische Atmosphärendruckionisations-Ionenquelle ("APCI-Ionenquelle") 1 (die einen Koronastift 2 benötigt) Ionen emittiert, die über einen Probenkegel 3 in eine Vakuumkammer 17 eintreten. Die Vakuumkammer 17 wird durch eine Rotationspumpe oder eine mechanische Pumpe 4 abgepumpt. Ein Teil des Gases und der Ionen laufen durch eine differentielle Pumpöffnung 21, wobei die die Öffnung umgebende Platte vorzugsweise bei 50 –120 V gehalten wird, in eine Vakuumkammer 18, welche eine Ionentunnel-Ionenführung 15 aufnimmt, welche sich in eine andere Vakuumkammer 19 erstreckt. Die Vakuumkammer 18 wird durch eine Rotationspumpe oder eine mechanische Pumpe 7 abgepumpt. Ionen werden durch die Ionenführung 15 durch die Vakuumkammer 18 übertragen und laufen, ohne aus der Ionenführung 15 auszutreten, durch eine andere differentielle Pumpöffnung 8, die durch eine Elektrode der Ionentunnel-Ionenführung 15 gebildet ist, in die Vakuumkammer 19, die durch eine Turbomolekularpumpe 10 abgepumpt wird. Ionen werden weiterhin durch die Vakuumkammer 19 durch die Ionentunnel-Ionenführung 15 übertragen. Die Ionen verlassen dann die Ionenführung 15 und laufen durch die differentielle Pumpöffnung 11 in eine Analysator-Vakuumkammer 20, die durch eine Turbomolekularpumpe 14 abgepumpt wird. In der Analysator-Vakuumkammer 20 sind ein Vorfilter-Stabsatz 12, sowie ein Quadrupol-Massenfilter 13 untergebracht, und sie kann andere Elemente, wie eine Kollisionszelle (nicht dargestellt), einen Quadrupol-Massenanalysator zusammen mit einem Ionendetektor (nicht dargestellt) oder einen Flugzeit-Massenanalysator (nicht dargestellt) aufweisen.
Eine Wechselspannung wird an die Elektroden angelegt, und der Ionentunnel 15 wird vorzugsweise mit einer Gleichspannung von 0–2 V oberhalb des Gleichspannungspotentials der die differentielle Pumpöffnung 11 bildenden Platte, die vorzugsweise auf Masse liegt (0 V Gleichspannung) gehalten. Die Platte, die die differentielle Pumpöffnung 11 bildet, kann auch auf anderen Gleichspannungspotentialen gehalten werden.
Der in 2. dargestellte Ionentunnel 15 kann etwa 26 cm lang sein und in etwa 170 Ringelektroden aufweisen. Die stromaufwärts gelegene Vakuumkammer 18 kann auf einem Druck gehalten werden, der größer oder gleich 1 mbar ist, und die stromabwärts gelegene Vakuumkammer 19 kann auf einem Druck zwischen 10^–3 und 10^–2 mbar gehalten werden. Der Ionenführung 15 kann eine Wechselspannung oder eine HF-Spannung bei einer Frequenz zwischen 1 und 2 MHz zugeführt werden. Es können jedoch auch Frequenzen von 800 kHz–3 MHz verwendet werden. Die den Ionentunnel 15 bildenden Elektroden können kreisförmige Öffnungen aufweisen, die einen Durchmesser im Bereich von 3–5 mm haben.
Elektroden des Ionentunnels 15 in einer Vakuumkammer können eine andere Spitzen-Wechselspannungsamplitude oder HF-Spannungsamplitude aufweisen als Elektroden desselben Ionentunnels 15, die sich in einer andere Vakuumkammer befinden. Beispielsweise sei mit Bezug auf 2 bemerkt, daß die in der Kammer 18 angeordneten Elektroden über einen Kondensator mit der Wechselspannungs-Leistungsversorgung 16a oder der HF-Leistungsversorgung 16b verbunden werden können, die in der Kammer 19 angeordneten Elektroden jedoch direkt mit der Wechselspannungs-Leistungsversorgung 16a oder der HF-Leistungsversorgung 16b gekoppelt werden können. Dementsprechend können die in der Kammer 19 angeordneten Elektroden eine Spitzen-Wechselspannung oder HF-Spannung von 500 V sehen, die in der Kammer 18 angeordneten Elektroden jedoch eine Spitzen-Wechselspannung von 300 V sehen. Die die differentielle Pumpöffnung 8 bildende Elektrode kann auf der Wechselspannung entweder der Elektroden in der Kammer 18 oder der Elektroden in der Kammer 19 gehalten werden, oder die Elektrode kann alternativ auf einer Spannung gehalten werden, die von derjenigen der anderen Elektroden verschieden ist.
Bei einer Ringstapel-Ionentunnel-Ionenführung in der Art der in den 1 und 2 dargestellten Anordnung ist vorzugsweise zwischen benachbarten Ringelektroden eine Wechselspannung oder HF-Spannung angelegt, um Ionen entlang der Mittelachse der Ionenführung zu führen. Die inhomogenen Wechsel- oder HF-Felder bewirken das radiale Begrenzen der Ionen auf die Mittelachse der Ionenführung. Die vorstehend in bezug auf 2 beschriebene Anordnung betrifft eine Anordnung, bei der ein Ring innerhalb des Ringstapels auch als die differentielle Pumpöffnung 8 zwischen zwei auf unterschiedlichen Drücken gehaltenen Vakuumkammern 18, 19 dient. Eine solche Anordnung kann nutzbringend in Situationen verwendet werden, in denen es erwünscht ist, wirksam Ionen von einem Bereich verhältnismäßig hohen Drucks, beispielsweise der Vakuumkammer 18, in einen Bereich verhältnismäßig niedrigen Drucks, beispielsweise die Vakuumkammer 19, zu transportieren. Eine solche Anforderung tritt in einem Massenspektrometer mit einer Atmosphärendruck-Ionisationsquelle auf. Massenanalysatoren müssen bei sehr niedrigen Drücken von typischerweise < 10^–5 mbar arbeiten, so daß es erforderlich ist, Ionen wirksam von der Atmosphärendruck-Ionisationsquelle zu einem Niederdruck-Bereichsgehäuse des Massenanalysators zu transportieren. Eine Anordnung, bei der eine Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung kontinuierlich von einem Druckbereich zum nächsten übergeht, bildet ein Mittel zum wirksamen Transportieren von Ionen durch die differentielle Pumpöffnung zwischen diesen zwei Druckbereichen. Ionen, die radial durch die inhomogenen HF-Felder beschränkt sind, gehen mit geringerer Wahrscheinlichkeit verloren, wenn sie durch die differentielle Pumpöffnung hindurchtreten. Die Ringstapel-Ionenführung bildet einen besonders zweckmäßigen und wirksamen Weg zum Kombinieren der HF-Ionenführungsfunktion mit einer differentiellen Pumpöffnungsfunktion.
3 zeigt eine Gaskollisionszelle 25 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ein Wechselspannungs- oder HF-Ringstapel 22, vorzugsweise eine Ionentunnel-Ionenführung, wird verwendet, um Ionen radial zu beschränken, während zwei Elektrodenringe 23, 24, die einen Teil des Ringstapels 22 bilden, eine differentielle Einlaßpumpöffnung 29 und eine differentielle Auslaßpumpöffnung 30 zwischen der Gaskollisionszelle 25 und der umgebenden Vakuumkammer 28 bilden. Die Vakuumkammer 28 wird durch eine Vakuumpumpe (nicht dargestellt) über ein Öffnungsloch 27 abgepumpt. Die die differentielle Einlaßpumpöffnung 29 bildende Elektrode 23 und die die differentielle Auslaßpumpöffnung 30 bildende Elektrode 24 können innerhalb von Isolatoren 26 angebracht oder auf andere Weise darin bereitgestellt sein. Die Ionen werden vorzugsweise radial innerhalb der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung 22 beschränkt, wenn sie zur differentiellen Einlaßpumpöffnung 29 transportiert werden und wenn sie durch die differentielle Einlaßpumpöffnung 29 in die Gaskollisionszelle 25 eintreten. Die Ionen bleiben vorzugsweise radial begrenzt bzw. beschränkt, wenn sie durch die Gaskollisionszelle 25 und durch die differentielle Auslaßpumpöffnung 30 laufen und sich stromabwärts der Gaskollisionszelle 25 bewegen. Die stromaufwärts der differentiellen Einlaßpumpöffnung 29 liegende Ionenführung 22 weist vorzugsweise eine Ioneneinlaßöffnung 31 auf. In ähnlicher Weise weist die stromabwärts der differentiellen Auslaßpumpöffnung 30 liegende Ionenführung 22 vorzugsweise eine Ionenauslaßöffnung 32 auf.
Das von der Ionenführung 22 bereitgestellte kontinuierliche Wechselspannungs- oder HF-Feld ermöglicht es, daß Ionen wirksam von einem auf einem verhältnismäßig niedrigen Druck (beispielsweise 10^–6 bis 10^–4 mbar) gehaltenen Bereich 28 in einen auf einem mittleren Druck (beispielsweise 10^–3 mbar bis 10^–1 mbar) gehaltenen Bereich 33 und durch diesen und zurück in einen auf einem verhältnismäßig niedrigen Druck gehaltenen Bereich 28 und durch diesen transportiert werden.
Die Bewegung von Ionen entlang der Ionenführung 22 durch die Bereiche unterschiedlichen Drucks kann durch die Überlagerung axialer Gleichspannungs-Potentialfelder unterstützt oder gesteuert werden. Die Ionenbewegung kann auch durch die Überlagerung einer laufenden Gleichspannungs- Potentialwelle in Form einer oder mehrerer Gleichspannungs-Potentialmulden, die sich entlang einem Teil der Länge der Ionenführung 22 bewegen, unterstützt oder gesteuert werden. Gemäß einer weniger bevorzugten Ausführungsform kann eine Wechselspannungs- oder HF-Spannungs-Wellenform an die Ionenführung 22 angelegt werden, um Ionen wenigstens entlang einem Teil der Länge der Ionenführung 22 zu drängen.
Es wird eine Ausführungsform erwogen, bei der sich eine Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung in eine Gaskollisionszelle erstreckt, wobei eine Elektrode der Ionenführung eine differentielle Einlaßpumpöffnung 29 bildet, wobei die differentielle Auslaßpumpöffnung jedoch herkömmlich ist. Es wird eine andere Ausführungsform erwogen, bei der sich eine Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung aus einer Gaskollisionszelle heraus erstreckt, wobei eine Elektrode der Ionenführung eine differentielle Auslaßpumpöffnung 30 bildet, wobei die differentielle Einlaßpumpöffnung jedoch herkömmlich ist.
4 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform, bei der weitere isolierende Abstandselemente 26a für wenigstens einige der innerhalb der Gaskollisionszelle 25 angeordneten Elektroden bereitgestellt sind. Die weiteren isolierenden Abstandselemente 26a sind vorzugsweise an dem Gehäuse der Gaskollisionszelle 25 angebracht und erzeugen mehrere weitere differentielle Druckbereiche durch Bilden mehrerer differentieller Pumpöffnungen entlang der Gaskollisionszelle 25. Es wird leicht verständlich sein, daß hierdurch gewährleistet wird, daß der Bereich 33 der Ionenführung 22 unmittelbar neben dem Gaseinlaß-Öffnungsloch der Gaskollisionszelle 25 auf einem höheren Druck gehalten wird als die Bereiche der Ionenführung 22, die zur differentiellen Eislaßpumpöffnung 29 und zur differentiellen Auslaßpumpöffnung 30 hin angeordnet sind.
Die in 3 dargestellte Gaskollisionszelle weist, wie dargestellt, zwei differentielle Pumpöffnungen 29, 30 auf, während die in 4 (schematisch) dargestellte Gaskollisionszelle 25 zeigt, wie zahlreiche differentielle Pumpöffnungen bereitgestellt werden können. Es wird angenommen, daß bei der in 3 dargestellten Gaskollisionszelle 25 der Druck entlang dem größten Teil der Länge der Gaskollisionszelle 25 im wesentlichen konstant ist. In dem Bereich unmittelbar neben der differentiellen Einlaßpumpöffnung 29 und der differentiellen Auslaßpumpöffnung 30 nimmt der Druck schnell ab, so daß der Druck innerhalb von 1–2 Elektrodenabständen der differentiellen Einlaß-/Auslaßpumpöffnung 29, 30 niedriger ist als im Bereich 33 unmittelbar neben dem Ausgang des Gaseinlaß-Öffnungslochs. Bei der in 4 dargestellten Ausführungsform ist der Druck im Bereich 33 unmittelbar neben dem Ausgang des Gaseinlaß-Öffnungslochs vorzugsweise höher als der Druck im entsprechenden Bereich 33 bei der in 3 dargestellten Ausführungsform, wobei angenommen wird, daß die Gasströmungsrate in das Gaseinlaß-Öffnungsloch und die Pumpgeschwindigkeit der die Kammer 28 abpumpenden Vakuumkammer in beiden Fällen konstant gehalten werden.
Bei der in 4 dargestellten Ausführungsform beginnt der Druck in der Gaskollisionszelle 25 außerhalb des (zentralen) Bereichs 33 verhältnismäßig hohen Drucks abzufallen. Die in 4 dargestellte Ausführungsform ermöglicht es, daß der innerste mittlere Bereich 33 der Gaskollisionszelle 25 auf einem verhältnismäßig hohen Druck gehalten wird, er ist jedoch weniger leckbehaftet als bei der in 3 dargestellten Ausführungsform, und es ist bei ihm daher nicht erforderlich, eine größere Vakuumpumpe zu verwenden, um die Vakuumkammer 28 auf einem verhältnismäßig niedrigen Druck zu halten.
Es werden andere Ausführungsformen erwogen, bei denen das Gaseinlaß-Öffnungsloch innerhalb der Gaskollisionszelle 25 nicht symmetrisch angeordnet ist, wie in 4 dargestellt ist, und/oder bei denen sich der Bereich 33 höheren Gasdrucks näher an einem Ende der Gaskollisionszelle 25 als an dem anderen befindet. Gemäß einer weniger bevorzugten Ausführungsform kann der Bereich 33 höheren Gasdrucks erheblich näher an einer von der differentiellen Einlaßpumpöffnung 29 oder der differentiellen Auslaßpumpöffnung 30 liegen. Es werden auch Ausführungsformen erwogen, bei denen mehr als ein Bereich 33 verhältnismäßig hohen Drucks entlang der Gaskollisionszelle 25 bereitgestellt ist.
Wenngleich die innerhalb der weiteren isolierenden Abstandselemente 26a angebrachten Elektroden vorstehend als weitere differentielle Pumpöffnungen bildend beschrieben wurden, was einschließt, daß sich der Druck entlang der Gaskollisionszelle 25 vom Bereich 33 verhältnismäßig hohen Drucks zu den differentiellen Einlaß-/Auslaßpumpöffnungen 29, 30 hin stufenweise ändert, ist es auch möglich davon auszugehen, daß die Elektroden in Zusammenhang mit den die differentielle Einlaßpumpöffnung 29 und die differentielle Auslaßpumpöffnung 30 bildenden Elektroden 23, 24 eine einzige zusammengesetzte differentielle Einlaßpumpöffnung und eine einzige zusammengesetzte differentielle Auslaßpumpöffnung bilden. Die in 4 dargestellte Ausführungsform könnte daher als eine Gaskollisionszelle 25 mit einer verhältnismäßig dicken zusammengesetzten differentiellen Einlaßpumpöffnung (durch mehrere Elektroden zusätzlich zur Elektrode 23 gebildet), einen verhältnismäßig kurzen Hochdruck-Gasbereich 33 und eine verhältnismäßig dicke zusammengesetzte differentielle Auslaßpumpöffnung (durch mehrere Elektroden zusätzlich zur Elektrode 24 gebildet) aufweisend angesehen werden.
5 zeigt eine weitere Ausführungsform, die funktionsmäßig der in 4 dargestellten Ausführungsform ähnelt. Gemäß dieser Ausführungsform sind weitere Isolatoren 26b nicht direkt am Gehäuse der Gaskollisionszelle 25 angebracht, sondern sie sind vorzugsweise zwischen benachbarten Elektroden innerhalb des Gehäuses der Gaskollisionszelle 25 angeordnet und daran angebracht. Ebenso wie bei der in 4 dargestellten Ausführungsform kann Gas außerhalb des Hochdruckbereichs 33 nur aus dem Bereich zwischen zwei Elektroden austreten, indem es durch die Öffnung in einer Elektrode entweder zur differentiellen Einlaßpumpöffnung 29 oder zur differentiellen Auslaßpumpöffnung 30 hindurchtritt. Bei der in 5 dargestellten Ausführungsform kann in ähnlicher Weise wie bei der in 4 dargestellten Ausführungsform davon ausgegangen werden, daß sie entweder eine Gaskollisionszelle 25 aufweist, die mehrere differentielle Pumpöffnungen aufweist, oder daß sie eine Gaskollisionszelle 25 mit einer verhältnismäßig dicken zusammengesetzten differentiellen Einlaßpumpöffnung, einem verhältnismäßig kleinen Hochdruckbereich 33 und einer verhältnismäßig dicken zusammengesetzten differentiellen Auslaßpumpöffnung aufweist.
Eine herkömmliche Gaskollisionszelle kann beispielsweise 185 mm lang sein und zwei dünne Öffnungen mit einem Durchmesser von 2,25 mm aufweisen. Der Leitwert jeder Öffnung kann als 0,38 l/s geschätzt werden. Falls der Druck innerhalb der herkömmlichen Gaskollisionszelle p beträgt, gleicht das Produkt aus dem Druck und der Länge 185p.
Die in 3 dargestellte Ausführungsform kann differentielle Pumpelektroden 23, 24 aufweisen, die Öffnungen mit einem Durchmesser von 5,0 mm haben, und die Gaskollisionszelle 25 kann 185 mm lang sein. Der Leitwert jeder Öffnung kann als 2,08 l/s geschätzt werden. Der Druck innerhalb der Gaskollisionszelle 25 kann als 0,183p geschätzt werden, und das Produkt aus dem Druck und der Länge gleicht daher 34p.
Die in 4 dargestellte Ausführungsform kann 61 Elektroden mit Öffnungen mit einem Durchmesser von 5,0 mm aufweisen. Die Gaskollisionszelle 25 kann 185 mm lang sein. Der Leitwert jeder Öffnung kann als 0,153 l/s geschätzt werden, indem jede Öffnung als ein langes, glattes Rohr behandelt wird. Diese Schätzung ist daher recht pessimistisch. Der Druck innerhalb der Gaskollisionszelle 25 kann als 2,48p; bei einem durchschnittlichen Druck von etwa 1,33 p, geschätzt werden. Der durchschnittliche Druck kann als 0,5 × (0,183 + 2,48)p berechnet werden, weil für den gleichen Gasfluß der Druck in der Ausgangsöffnung infolge des Clausing-Faktors der gleiche sein muß wie bei den in den 3 und 4 dargestellten Ausführungsformen. Demgemäß beträgt das Produkt aus dem Druck und der Länge bei der in 4 dargestellten Ausführungsform 246p.
Die in 4 dargestellte Ausführungsform ist daher besonders bevorzugt, weil diese Ausführungsform, verglichen mit einer herkömmlichen Gaskollisionszelle, eine Verbesserung um einen Faktor 1,33 des Produkts aus dem Druck und der Länge aufweist und auch den Vorteil eines kontinuierlichen Wechselspannungs- oder HF-Einschlusses aufweist. Die in 4 dargestellte Ausführungsform weist, verglichen mit der in 3 dargestellten Ausführungsform, eine Verbesserung um einen Faktor 7,24 des Produkts aus dem Druck und der Länge auf.
Wenngleich die vorliegende Erfindung mit Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben worden ist, werden Fachleute verstehen, daß verschiedene Änderungen an der Form und den Einzelheiten vorgenommen werden können, ohne vom in den anliegenden Ansprüchen dargelegten Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.

Claims

Massenspektrometer, welches aufweist: eine Gaskollisionszelle mit einem Gehäuse, das eine differentielle Einlaßpumpöffnung und eine differentielle Auslaßpumpöffnung aufweist, und eine Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung, die sich innerhalb der Gaskollisionszelle erstreckt, wobei die Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung mehrere Elektroden mit Öffnungen aufweist, wobei sich die Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung stromaufwärts der differentiellen Einlaßpumpöffnung erstreckt und eine Elektrode der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung die differentielle Einlaßpumpöffnung bildet.
Massenspektrometer, welches aufweist: eine Gaskollisionszelle mit einem Gehäuse, das eine differentielle Einlaßpumpöffnung und eine differentielle Auslaßpumpöffnung aufweist, und eine Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung, die sich innerhalb der Gaskollisionszelle erstreckt, wobei die Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung mehrere Elektroden mit Öffnungen aufweist, wobei sich die Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung stromabwärts der differentiellen Auslaßpumpöffnung erstreckt. und eine Elektrode der Wechselspannungs- oder HF- Ionenführung die differentielle Auslaßpumpöffnung bildet.
Massenspektrometer, welches aufweist: eine Gaskollisionszelle mit einem Gehäuse, das eine differentielle Einlaßpumpöffnung und eine differentielle Auslaßpumpöffnung aufweist, und eine Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung, die sich innerhalb der Gaskollisionszelle erstreckt, wobei die Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung mehrere Elektroden mit Öffnungen aufweist, wobei sich die Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung stromaufwärts der differentiellen Einlaßpumpöffnung und stromabwärts der differentiellen Auslaßpumpöffnung erstreckt und eine Elektrode der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung die differentielle Einlaßpumpöffnung bildet und eine Elektrode der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung die differentielle Auslaßpumpöffnung bildet.
Massenspektrometer nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem eine oder mehrere der Elektroden entweder: (i) weitere differentielle Pumpöffnungen innerhalb der Gaskollisionszelle bilden oder (ii) in Zusammenhang mit der differentiellen Einlaßpumpöffnung eine zusammengesetzte differentielle Einlaßpumpöffnung bilden, die aus mehreren Elektroden besteht, in denen sich Öffnungen befinden, und/oder in Zusammenhang mit der differentiellen Auslaßpumpöffnung eine zusammengesetzte differentielle Auslaßpumpöffnung bilden, die aus mehreren Elektroden besteht, in denen sich Öffnungen befinden.
Massenspektrometer nach Anspruch 4, bei dem entweder: (i) x weitere differentielle Pumpöffnungen innerhalb der Gaskollisionszelle ausgebildet sind oder (ii) die zusammengesetzte differentielle Einlaß- und/oder die zusammengesetzte differentielle Auslaßpumpöffnung x Elektroden mit darin befindlichen Öffnungen aufweisen, wobei x aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus (i) 2, (ii) 3, (iii) 4, (iv) 5, (v) 6, (vi) 7, (vii) 8, (viii) 9, (ix) 10, (x) 11, (xi) 12, (xii) 13, (xiii) 14, (xiv) 15, (xv) 16, (xvi) 17, (xvii) 18, (xviii) 19, (xix) 20, (xx) 20–30, (xxi) 30–40, (xxii) 40–50, (xxiii) 50–60, (xxiv) 60–70, (xxv) 70–80, (xxvi) 80–90, (xxvii) 90–100, (xxviii) 100–110, (xxix) 110–120, (xxx) 120–130, (xxxi) 130–140, (xxxii) 140–150 oder (xxxiii) mehr als 150 besteht.
Massenspektrometer nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Gaskollisionszelle abgesehen von der differentiellen Einlaßpumpöffnung und der differentiellen Auslaßpumpöffnung ein im wesentlichen gasdichtes Gehäuse bildet.
Massenspektrometer nach Anspruch 6, bei dem die Gaskollisionszelle weiterhin ein Öffnungsloch aufweist, durch das bei der Verwendung ein Kollisionsgas in die Kollisionszelle eingelassen wird.
Massenspektrometer nach Anspruch 7, bei dem das Kollisionsgas aus der aus (i) Helium, (ii) Argon, (iii) Stickstoff, (iv) Luft und (v) Methan bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
Massenspektrometer nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem Ionen über die differentielle Einlaßpumpöffnung in die Kollisionszelle eintreten und über die differentielle Auslaßpumpöffnung aus der Kollisionszelle austreten.
Massenspektrometer nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem wenigstens 10 %, 20 %, 30 %, 40 %, 50 %, 60 %, 70 %, 80 %, 90 %, 95 % oder 100 % der Elektroden im wesentlichen ähnlich bemessene Öffnungen aufweisen.
Massenspektrometer nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem wenigstens 10 %, 20 %, 30 %, 40%, 50 %, 60 %, 70 %, 80 %, 90 %, 95 % oder 100 % der Elektroden Öffnungen aufweisen, die zunehmend kleiner oder größer werden.
Massenspektrometer nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem eine Elektrode, die die differentielle Einlaßpumpöffnung bildet, und/oder eine Elektrode, die die differentielle Auslaßpumpöffnung bildet, und/oder eine oder mehrere Elektroden, die weitere differentielle Pumpöffnungen innerhalb der Gaskollisionszelle bilden, eine Öffnung mit einem Durchmesser aufweisen, der aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: (i) 0,5–1,5 mm, (ii) 1,5–2,5 mm, (iii) 2,5–3,5 mm, (iv) 3,5–4,5 mm, (v) 4,5–5,5 mm, (vi) 5,5 –6,5 mm, (vii) 6,5–7,5 mm, (viii) 7,5–8,5 mm, (ix) 8,5 –9,5 mm, (x) 9,5–10, 5 mm, (xi) kleiner oder gleich 10,0 mm, (xii) kleiner oder gleich 9,0 mm, (xiii) kleiner oder gleich 8,0 mm, (xiv) kleiner oder gleich 7,0 mm, (xv) kleiner oder gleich 6,0 mm, (xvi) kleiner oder gleich 5,0 mm, (xvii) kleiner oder gleich 4,0 mm, (xviii) kleiner oder gleich 3,0 mm, (xix) kleiner oder gleich 2,0 mm, (xx) kleiner oder gleich 1,0 mm, (xxi) 0–2 mm, (xxii) 2–4 mm, (xxiii) 4–6 mm, (xxiv) 6–8 mm und (xxv) 8–10 mm.
Massenspektrometer nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem wenigstens 10 %, 20 %, 30 %, 40%, 50 %, 60 %, 70 %, 80 %, 90 %, 95 % oder 100 % der die Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung bildenden Elektroden, abgesehen von einer Elektrode, die die differentielle Einlaßpumpöffnung bildet, und/oder von einer Elektrode, die die differentiel le Auslaßpumpöffnung bildet, und/oder von einer oder mehreren Elektroden, die weitere differentielle Pumpöffnungen innerhalb der Gaskollisionszelle bilden, eine Öffnung mit einem Durchmesser aufweisen, der aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: (i) 0,5–1,5 mm, (ii) 1,5–2,5 mm, (iii) 2,5–3,5 mm, (iv) 3,5–4,5 mm, (v) 4,5–5,5 mm, (vi) 5,5 –6,5 mm, (vii) 6,5–7,5 mm, (viii) 7,5–8,5 mm, (ix) 8,5 –9,5 mm, (x) 9,5–10,5 mm, (xi) kleiner oder gleich 10,0 mm, (xii) kleiner oder gleich 9,0 mm, (xiii) kleiner oder gleich 8,0 mm, (xiv) kleiner oder gleich 7,0 mm, (xv) kleiner oder gleich 6,0 mm, (xvi) kleiner oder gleich 5,0 mm, (xvii) kleiner oder gleich 4,0 mm, (xviii) kleiner oder gleich 3,0 mm, (xix) kleiner oder gleich 2,0 mm, (xx) kleiner oder gleich 1,0 mm, (xxi) 0–2 mm, (xxii) 2–4 mm, (xxiii) 4–6 mm, (xxiv) 6–8 mm und (xxv) 8–10 mm.
Massenspektrometer nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem eine Elektrode, die die differentielle Einlaßpumpöffnung bildet, und/oder eine Elektrode, die die differentielle Auslaßpumpöffnung bildet, und/oder eine oder mehrere Elektroden, die weitere differentielle Pumpöffnungen innerhalb der Gaskollisionszelle bilden, eine Öffnung aufweisen, die entweder (i) erheblich kleiner ist als die anderen Elektroden, die die Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung bilden, (ii) im wesentlichen die gleiche Größe aufweist wie die anderen Elektroden, die die Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung bilden, oder (iii) erheblich größer ist als die anderen Elektroden, die die Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung bilden.
Massenspektrometer nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die differentielle Einlaßpumpöffnung und/oder die differentielle Auslaßpumpöffnung und/oder eine oder mehrere Elektroden, die weitere differentielle Pumpöffnungen innerhalb der Gaskollisionszelle bilden, eine Fläche aufweisen, die aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: (i) kleiner oder gleich 40 mm², (ii) kleiner oder gleich 35 mm², (iii) kleiner oder gleich 30 mm², (iv) kleiner oder gleich 25 mm², (v) kleiner oder gleich 20 mm², (vi) kleiner oder gleich 15 mm², (vii) kleiner oder gleich 10 mm² und (viii) kleiner oder gleich 5 mm².
Massenspektrometer nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung wenigstens 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190 oder 200 Elektroden aufweist.
Massenspektrometer nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Gaskollisionszelle in einer Vakuumkammer bereitgestellt ist, die auf einem Druck gehalten wird, der aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: (i) < 10^–4 mbar, (ii) < 10^–5 mbar, (iii) < 10^–6 mbar und (iv) 10^–4–10^–6 mbar.
Massenspektrometer nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Druck innerhalb der Gaskollisionszelle aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: (i) > 10^–4 mbar, (ii) > 10^–3 mbar, (iii) > 10^–2 mbar, (iv) > 10^–1 mbar und (v) 10^–3 –10^–1 mbar.
Massenspektrometer nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Gaskollisionszelle auf einem Druck gehalten wird, der aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: (i) größer oder gleich 0,0001 mbar, (ii) größer oder gleich 0,0005 mbar, (iii) größer oder gleich 0,001 mbar, (iv) größer oder gleich 0,005 mbar, (v) größer oder gleich 0,01 mbar, (vi) größer oder gleich 0,05 mbar, (vii) größer oder gleich 0,1 mbar, (viii) größer oder gleich 0,5 mbar, (ix) größer oder gleich 1 mbar, (x) größer oder gleich 5 mbar und (xi) größer oder gleich 10 mbar.
Massenspektrometer nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Gaskollisionszelle auf einem Druck gehalten wird, der aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: (i) kleiner oder gleich 10 mbar, (ii) kleiner oder gleich 5 mbar, (iii) kleiner oder gleich 1 mbar, (iv) kleiner oder gleich 0,5 mbar, (v) kleiner oder gleich 0,1 mbar, (vi) kleiner oder gleich 0,05 mbar, (vii) kleiner oder gleich 0,01 mbar, (viii) kleiner oder gleich 0,005 mbar, (ix) kleiner oder gleich 0,001 mbar, (x) kleiner oder gleich 0,0005 mbar und (xi) kleiner oder gleich 0,0001 mbar.
Massenspektrometer nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Gaskollisionszelle bei der Verwendung auf einem Druck gehalten wird, der aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: (i) zwischen 0,0001 und 10 mbar, (ii) zwischen 0,0001 und 1 mbar, (iii) zwischen 0,0001 und 0,1 mbar, (iv) zwischen 0,0001 und 0,01 mbar, (v) zwischen 0,0001 und 0,001 mbar, (vi) zwischen 0,001 und 10 mbar, (vii) zwischen 0,001 und 1 mbar, (viii) zwischen 0,001 und 0,1 mbar, (ix) zwischen 0,001 und 0,01 mbar, (x) zwischen 0,01 und 10 mbar, (xi) zwischen 0,01 und 1 mbar, (xii) zwischen 0,01 und 0,1 mbar, (xiii) zwischen 0,1 und 10 mbar, (xiv) zwischen 0,1 und 1 mbar und (xv) zwischen 1 und 10 mbar.
Massenspektrometer nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem wenigstens 10 %, 20 %, 30 %, 40 %, 50 %, 60 %, 70 %, 80 %, 90 %, 95 % oder 100 % der Elektroden sowohl an eine Gleichspannungs- als auch an eine Wechselspannungs- oder an eine HF-Spannungsversorgung angeschlossen sind.
Massenspektrometer nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem axial benachbarten Elektroden Wechselspannungen oder HF-Spannungen mit einer Phasendifferenz von 180° zugeführt werden.
Massenspektrometer nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Länge der Wechselspannungs- oder der HF-Ionenführung aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: (i) 1 –5 cm, (ii) 5–10 cm, (iii) 10–15 cm, (iv) 15–20 cm, (v) 20–25 cm, (vi) 25–30 cm, (vii) 30–35 cm, (viii) 35–40 cm, (ix) 40–45 cm, (x) 45–50 cm und (xi) > 50 cm.
Massenspektrometer nach einem der vorstehenden Ansprüche, welches weiter eine Atmosphärendruck-Ionenquelle aufweist.
Massenspektrometer nach einem der Ansprüche 1 bis 24, welches weiter eine Ionenquelle aufweist, die aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: (i) eine Elektrospray-Ionenquelle ("ESI-Ionenquelle"), (ii) eine chemische Atmosphärendruckionisations-Ionenquelle ("APCI-Ionenquelle"), (iii) eine Atmosphärendruck-Photoionisations-Ionenquelle ("APPI-Ionenquelle"), (iv) eine matrixunterstützte Laserdesorptionsionisations-Ionenquelle ("MALDI-Ionenquelle"), (v) eine Laserdesorptionsionisations-Ionenquelle ("LDI-Ionenquelle"), (vi) eine induktiv gekoppelte Plasma-Ionenquelle ("ICP-Ionenquelle"), (vii) eine Elektronenstoß-Ionenquelle ("EI-Ionenquelle"), (viii) eine Ionenquelle mit chemischer Ionisation ("CI-Ionenquelle"), (ix) eine Ionenquelle mit schnellem Atombeschuß ("FAB-Ionenquelle") und (x) eine Flüssig-Sekundärionen-Massenspektrometrie-Ionenquelle ("LSIMS-Ionenquelle").
Massenspektrometer nach einem der vorstehenden Ansprüche, welches weiter einen Massenanalysator aufweist, der aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: (i) ein Flugzeit-Massenanalysator, (ii) ein Querbeschleunigungs-Flugzeit-Massenanalysator, (iii) ein Quadrupol-Massenanalysator, (iv) eine 2D-(linearer) oder 3D-(Paul)-Quadrupol-Ionenfalle und (v) ein Fourier-Transformations-Ionenzyklotronresonanz-Massenanalysator ("FTICR-Massenanalysator").
Massenspektrometer nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem wenigstens 10 %, 20 %, 30 %, 40 %, 50 %, 60 %, 70 %, 80 %, 90 %, 95 % oder 100 % der mehreren Elektroden dafür eingerichtet sind, bei im wesentlichen dem gleichen Gleichspannungs-Bezugspotential gehalten zu werden, dem eine den Elektroden zugeführte Wechselspannung oder HF-Spannung überlagert ist.
Massenspektrometer nach einem der vorstehenden Ansprüche, welches weiter eine Einrichtung zum Zuführen einer Wechselspannung oder HF-Spannung zu den Elektroden aufweist.
Massenspektrometer nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem wenigstens 5, 10, 15, 25, 30, 35, 40, 45 oder 50 der Elektroden stromaufwärts der differentiellen Einlaßpumpöffnung und/oder stromabwärts der differentiellen Auslaßpumpöffnung angeordnet sind.
Massenspektrometer nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem wenigstens 5, 10, 15, 25, 30, 35, 40, 45 oder 50 der Elektroden innerhalb der Gaskollisionszelle angeordnet sind.
Massenspektrometer nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem bei der Verwendung eine oder mehrere transien te Gleichspannungen oder eine oder mehrere transiente Gleichspannungs-Wellenformen zunehmend an wenigstens einige der Elektroden angelegt werden, so daß Ionen entlang wenigstens einem Teil der Gaskollisionszelle gedrängt werden.
Massenspektrometer nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem bei der Verwendung ein axialer Gleichspannungsgradient entlang wenigstens einem Teil der Länge der Gaskollisionszelle aufrechterhalten wird und wobei der axiale Gleichspannungsgradient entweder (i) im wesentlichen zeitlich konstant bleibt, während Ionen durch die Gaskollisionszelle übertragen werden, oder (ii) sich zeitlich ändert, während Ionen durch die Gaskollisionszelle übertragen werden.
Massenspektrometer nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Gaskollisionszelle 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30 oder > 30 Segmente aufweist, wobei jedes Segment 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30 oder > 30 Elektroden aufweist und wobei die Elektroden in einem Segment auf im wesentlichen dem gleichen Gleichspannungspotential gehalten werden.
Massenspektrometer nach Anspruch 34, bei dem mehrere Segmente auf im wesentlichen dem gleichen Gleichspannungspotential gehalten werden.
Massenspektrometer nach Anspruch 34 oder 35, bei dem jedes Segment auf im wesentlichen dem gleichen Gleichspannungspotential wie das nachfolgende n-te Segment gehalten wird, wobei n 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30 oder > 30 ist.
Massenspektrometer nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem Ionen durch ein elektrisches Wechselfeld oder HF-Feld in radialer Richtung innerhalb der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung begrenzt bzw. beschränkt werden.
Massenspektrometer nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem Ionen innerhalb der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung in einer Pseudopotentialmulde radial beschränkt werden und durch einen realen Potentialwall oder eine reale Potentialmulde in axialer Richtung begrenzt bzw. beschränkt werden.
Massenspektrometer nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Durchflugzeit der Ionen durch die Gaskollisionszelle aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: (i) kleiner oder gleich 20 ms, (ii) kleiner oder gleich 10 ms, (iii) kleiner oder gleich 5 ms, (iv) kleiner oder gleich 1 ms und (v) kleiner oder gleich 0,5 ms.
Massenspektrometer nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem dafür gesorgt wird, daß wenigstens 10 %, 20 %, 30 %, 40 %, 50 %, 60 %, 70 %, 80 %, 90 %, 95 % oder 100 % der in die Gaskollisionszelle eintretenden Ionen bei der Verwendung für ein einfach geladenes Ion eine Energie größer oder gleich 10 eV oder für ein doppelt geladenes Ion eine Energie größer oder gleich 20 eV aufweisen, so daß bewirkt wird, daß die Ionen innerhalb der Gaskollisionszelle fragmentiert werden.
Massenspektrometer nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem dafür gesorgt wird, daß wenigstens 10 %, 20 %, 30 %, 40 %, 50 %, 60 %, 70 %, 80 %, 90 %, 95 % oder 100 % der in die Gaskollisionszelle eintretenden Ionen beim Zu sammenstoßen mit dem Kollisionsgas innerhalb der Gaskollisionszelle fragmentieren.
Massenspektrometer nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Gaskollisionszelle und die Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung in einer Vakuumkammer angeordnet sind, wobei die Vakuumkammer eine Vakuumpumpe zum Abpumpen von Gas aus der Vakuumkammer aufweist, um in der Vakuumkammer ein Teilvakuum zu erzeugen.
Massenspektrometer nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Amplitude einer an die Elektroden stromaufwärts der differentiellen Einlaßpumpöffnung und/oder an die Elektroden stromabwärts der differentiellen Auslaßpumpöffnung angelegten Wechsel- oder HF-Spannung von der Amplitude einer an die Elektroden in der Gaskollisionszelle angelegten Wechsel- oder HF-Spannung verschieden ist.
Massenspektrometer nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem bei der Verwendung eine oder mehrere Wechsel- oder HF-Spannungswellenformen an wenigstens einige der Elektroden angelegt werden, so daß Ionen entlang wenigstens einem Teil der Gaskollisionszelle gedrängt werden.
Verfahren zur Massenspektrometrie, welches die folgenden Schritte aufweist: Bereitstellen einer Gaskollisionszelle mit einem Gehäuse mit einer differentiellen Einlaßpumpöffnung und einer differentiellen Auslaßpumpöffnung und einer sich innerhalb der Gaskollisionszelle erstreckenden Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung, wobei die Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung mehrere Elektroden mit Öffnungen aufweist und wobei sich die Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung stromaufwärts der differentiellen Einlaßpumpöffnung erstreckt und eine Elektrode der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung die differentielle Einlaßpumpöffnung bildet, und Hindurchführen von Ionen durch den Abschnitt der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung, der stromaufwärts der differentiellen Einlaßpumpöffnung angeordnet ist, durch die differentielle Einlaßpumpöffnung und in die Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung, die innerhalb der Gaskollisionszelle angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 45, bei dem Ionen innerhalb der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung radial beschränkt bleiben, wenn sie durch den Abschnitt der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung, der sich stromaufwärts der differentiellen Einlaßpumpöffnung befindet, durch die differentielle Einlaßpumpöffnung hindurchtreten und in die innerhalb der Gaskollisionszelle angeordnete Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung eintreten.
Verfahren zur Massenspektrometrie, welches die folgenden Schritte aufweist: Bereitstellen einer Gaskollisionszelle mit einem Gehäuse mit einer differentiellen Einlaßpumpöffnung und einer differentiellen Auslaßpumpöffnung und einer sich innerhalb der Gaskollisionszelle erstreckenden Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung, wobei die Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung mehrere Elektroden mit Öffnungen aufweist und wobei sich die Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung stromabwärts der differentiellen Auslaßpumpöffnung erstreckt und eine Elektrode der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung die differentielle Auslaßpumpöffnung bildet, und Hindurchführen von Ionen durch die innerhalb der Gaskollisionszelle angeordnete Wechselspannungs- oder HF- Ionenführung und durch die differentielle Auslaßpumpöffnung und Einführen in den Abschnitt der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung, der stromabwärts der differentiellen Auslaßpumpöffnung angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 47, bei dem Ionen radial innerhalb der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung begrenzt bleiben, wenn sie durch die Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung, die innerhalb der Gaskollisionszelle angeordnet ist, und durch die differentielle Auslaßpumpöffnung hindurchtreten und in den Abschnitt der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung, der stromabwärts der differentiellen Auslaßpumpöffnung angeordnet ist, eintreten.
Verfahren zur Massenspektrometrie, welches die folgenden Schritte aufweist: Bereitstellen einer Gaskollisionszelle mit einem Gehäuse mit einer differentiellen Einlaßpumpöffnung und einer differentiellen Auslaßpumpöffnung und einer sich innerhalb der Gaskollisionszelle erstreckenden Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung, wobei die Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung mehrere Elektroden mit Öffnungen aufweist und wobei sich die Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung stromaufwärts der differentiellen Einlaßpumpöffnung und stromabwärts der differentiellen Auslaßpumpöffnung erstreckt und eine Elektrode der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung die differentielle Einlaßpumpöffnung bildet und eine Elektrode der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung die differentielle Auslaßpumpöffnung bildet, und Hindurchführen von Ionen durch den Abschnitt der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung, der stromaufwärts der differentiellen Einlaßpumpöffnung angeordnet ist, durch die differentielle Einlaßpumpöffnung, durch die Wechsel spannungs- oder HF-Ionenführung, die innerhalb der Gaskollisionszelle angeordnet ist, und durch die differentielle Auslaßpumpöffnung und Einführen in den Abschnitt der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung, der stromabwärts der differentiellen Auslaßpumpöffnung angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 49, bei dem Ionen radial innerhalb der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung begrenzt bleiben, wenn sie durch den Abschnitt der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung, der stromaufwärts der differentiellen Einlaßpumpöffnung angeordnet ist, durch die differentielle Einlaßpumpöffnung, durch die Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung, die innerhalb der Gaskollisionszelle angeordnet ist, und durch die differentielle Auslaßpumpöffnung hindurchtreten und in den Abschnitt der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung, der stromabwärts der differentiellen Auslaßpumpöffnung angeordnet ist, eintreten.