DE10335836B4

DE10335836B4 - Massenspektrometrieverfahren mit Ausbildung mehrerer axialer Einfangbereiche in einer Ionenfalle

Info

Publication number: DE10335836B4
Application number: DE2003135836
Authority: DE
Inventors: Robert Harold Knutsford Bateman; Kevin Altrincham Giles; John Brian Stockport Hoyes; Steve Hoddlesden Pringle; Jeff Hyde Brown
Original assignee: Micromass UK Ltd
Current assignee: Micromass UK Ltd
Priority date: 2002-08-05
Filing date: 2003-08-05
Publication date: 2011-06-09
Anticipated expiration: 2023-08-06
Also published as: CA2436583A1; GB2394356A; DE20312096U1; DE10335836A1; CA2436583C; GB0318317D0; GB2394356B

Abstract

Verfahren zur Massenspektrometrie, welches die folgenden Schritte aufweist:
Bereitstellen einer Ionenfalle, die mehrere Elektroden aufweist, wobei die Ionenfalle einen Eingang zum Empfangen von Ionen und einen Ausgang, aus dem Ionen austreten, aufweist;
Zeitliches oder räumliches Dispergieren von Ionen stromaufwärts der Ionenfalle entsprechend ihres Masse-Ladungs-Verhältnisses oder ihrer Beweglichkeit in der Gasphase;
Einführen der Ionen in die Ionenfalle zu einer ersten Zeit t₁, wobei im Bereich zwischen dem Eingang und dem Ausgang der Ionenfalle entlang der Ionenfalle keine Gleichspannungspotentiale an die Elektroden angelegt werden, so dass keine axialen Einfangbereiche gebildet werden; und
Anlegen von Gleichspannungspotentialen an wenigstens einige der Elektroden in der Region zwischen dem Eingang und dem Ausgang der Ionenfalle zu einer zweiten, späteren Zeit t₂, zu der wenigstens einige Ionen von dem Eingang wenigstens 50% der axialen Länge der Ionenfalle zu dem Ausgang gelaufen sind, um hierdurch mehrere axiale Einfangbereiche entlang wenigstens eines Abschnitts der...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Massenspektrometrie.
Bei einer üblichen Form der Tandem-Massenspektrometrie (MS/MS) werden von einer Ionenquelle emittierte Ionen durch ein stromaufwärts einer Gaskollisionszelle angeordnetes Massenfilter übertragen. Das Massenfilter ist so eingestellt, das nur Ionen mit einem spezifischen Masse-Ladungs-Verhältnis zur Gaskollisionszelle weitergeleitet werden. Ionen mit anderen Masse-Ladungs-Verhältnissen werden von dem Massenfilter abgeschwächt. Von dem Massenfilter übertragene Ionen treten dann in die Gaskollisionszelle ein und werden zum Fragmentieren gebracht. Innerhalb der Gaskollisionszelle gebildete Fragmentionen treten aus der Gaskollisionszelle aus und werden dann, beispielsweise durch einen stromabwärts der Gaskollisionszelle angeordneten Querbeschleunigungs-Flugzeit-Massenanalysator massenanalysiert. Die Analyse der Fragmentionen bildet ein wirksames Mittel zum Identifizieren der Ausgangsionen, die unter Erzeugung der Fragmentionen fragmentiert sind.
Ein Problem, das bei bekannten Tandem-Massenspektrometern auftritt, besteht darin, dass der Tastgrad bei Anwendungen verhältnismäßig schlecht sein kann, bei denen es erforderlich ist, viele verschiedene Komponenten einer Probe zu identifizieren oder zu quantifizieren. Der schlechte Tastgrad ist darauf zurückzuführen, dass wenngleich Ausgangsionen mit einem gewünschten Masse-Ladungs-Verhältnis vom Massenfilter durchgelassen werden, alle anderen Ausgangsionen vom Massenfilter erheblich abgeschwächt werden und verlorengehen. Der Tastgrad und damit die Empfindlichkeit nimmt weiter ab, wenn die Anzahl der zu analysierenden Komponenten zunimmt.
Die WO 92/14259 A1 offenbart eine Ionenverarbeitungseinheit, bei der geladene Teilchen in einen durch eine Folge von Elektroden definierten Kanal eintreten, nachdem dort eine Folge von axialen Einfangbereichen gebildet wurde. Nur Ionen mit bestimmten anfänglichen Energien und einer bestimmten anfänglichen Richtung werden eingefangen. Diese bewegen sich dann entlang des Verarbeitungskanals, wobei sowohl die Bewegung als auch die Energie durch die Höhen der Potentialbarrieren entlang des Kanals gesteuert werden.
In der US 2002/0070338 A1 ist ein Ionenmobilitätsspektrometer (IMS) offenbart. In einer derartigen Vorrichtung bewegen sich Ionen entlang eines Driftrohres unter Einfluss eines gleichförmigen Potentialgradienten durch ein Gas. Unterschiedliche Ionen besitzen unterschiedliche Transitzeiten in Abhängigkeit von ihrer Ionenmobilität, und werden entlang der Länge der Vorrichtung fraktioniert.
Massenspektrometer, darunter solche mit mehreren und/oder segmentierten Elektroden, sind auch aus der WO 01/15201 A1 , der WO 01/78106 A2 und der WO 02/43105 A1 bekannt.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Massenspektrometrie mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgesehen.
Zum Vermeiden jeglicher Zweifel soll der Begriff ”fraktionieren” bedeuten, daß Ionen mit verschiedenen physikalisch-chemischen Eigenschaften in getrennte Fraktionen unterteilt werden, wobei alle Ionen in einer bestimmten Fraktion ähnliche physikalisch-chemische Eigenschaften aufweisen. Dies unterscheidet sich natürlich völlig von einer Fragmentation, bei der Ausgangsionen mit Gasmolekülen zusammenstoßen und zu einer Anzahl von Fragmentionen dissoziieren.
Die Differenz zwischen t₂ und t₁, also die zeitliche Verzögerung zwischen dem ersten Eintreten von Ionen in die Ionenfalle und dem ersten Wesentlichen Auftreten mehrerer axialer Einfangbereiche (die die Ionen vorzugsweise fraktionieren), beträgt vorzugsweise 300–400 μs.
Vorzugsweise wird eine Vorrichtung zum zeitlichen, räumlichen oder auf andere Weise erfolgenden Dispergieren einer Gruppe von Ionen entsprechend einer physikalisch-chemischen Eigenschaft bereitgestellt. Die Vorrichtung befindet sich vorzugsweise stromaufwärts der Ionenfalle.
Ein feldfreier Bereich kann sich stromaufwärts der Ionenfalle befinden, worin Ionen, die beschleunigt wurden, so dass sie im Wesentlichen die gleiche kinetische Energie aufweisen, entsprechend ihrem Masse-Ladungs-Verhältnis dispergiert werden. Der feldfreie Bereich kann innerhalb einer Ionenführung bereitgestellt sein. Die Ionenführung kann einen Quadrupol-Stabsatz, einen Hexapol-Stabsatz, einen Oktopol-Stabsatz oder einen Stabsatz höherer Ordnung, eine Ionentunnel-Ionenführung mit mehreren Elektroden, die Öffnungen aufweisen, von denen Ionen durchgelassen werden (wobei die Öffnungen im Wesentlichen die gleiche Größe aufweisen), eine Ionentrichter-Ionenführung mit mehreren Elektroden, die Öffnungen aufweisen, von denen Ionen durchgelassen werden (wobei die Öffnungen zunehmend kleiner oder größer werden) oder einen segmentierten Stabsatz aufweisen.
Es kann eine gepulste Ionenquelle bereitgestellt werden, wobei bei der Verwendung ein Paket von der gepulsten Ionenquelle emittierter Ionen in den feldfreien Bereich eintritt.
Zusätzlich und/oder alternativ kann eine Ionenfalle stromaufwärts des feldfreien Bereichs angeordnet werden, wobei bei der Verwendung die Ionenfalle ein Ionenpaket abgibt, das in den feldfreien Bereich eintritt.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann dafür gesorgt werden, dass Ionen entsprechend ihrer Ionenbeweglichkeit in der Gasphase zeitlich oder räumlich dispergiert werden.
Ein Driftbereich kann beispielsweise stromaufwärts der Ionenfalle angeordnet werden, in dem Ionen entsprechend ihrer Ionenbeweglichkeit dispergiert werden. Der Driftbereich kann innerhalb einer Ionenführung bereitgestellt werden. Die Ionenführung kann einen Quadrupol-Stabsatz, einen Hexapol-Stabsatz, einen Oktopol-Stabsatz oder einen Stabsatz höherer Ordnung, eine Ionentunnel-Ionenführung mit mehreren Elektroden, die Öffnungen aufweisen, von denen Ionen durchgelassen werden (wobei die Öffnungen im Wesentlichen die gleiche Größe aufweisen), eine Ionentrichter-Ionenführung mit mehreren Elektroden, die Öffnungen aufweisen, von denen Ionen durchgelassen werden (wobei die Öffnungen zunehmend kleiner oder größer werden) oder einen segmentierten Stabsatz aufweisen.
Es kann eine gepulste Ionenquelle bereitgestellt werden, wobei bei der Verwendung ein Paket von der gepulsten Ionenquelle emittierter Ionen in den Driftbereich eintritt.
Zusätzlich und/oder alternativ kann eine Ionenfalle stromaufwärts des Driftbereichs angeordnet werden, wobei bei der Verwendung die Ionenfalle ein Ionenpaket abgibt, das in den Driftbereich eintritt.
Die Ionenfalle hat vorzugsweise einen Eingang zum Empfangen von Ionen und einen am anderen Ende der Ionenfalle angeordneten Ausgang, wobei zu einem Zeitpunkt der eine oder die mehreren axialen Einfangbereiche zum Eingang bewegt werden können.
Die Ionenfalle hat vorzugsweise einen Eingang zum Empfangen von Ionen und einen am anderen Ende der Ionenfalle angeordneten Ausgang, wobei zu einem Zeitpunkt der eine oder die mehreren axialen Einfangbereiche zum Ausgang bewegt werden können.
Ein Potentialwall zwischen zwei oder mehr Einfangbereichen kann entfernt werden, so dass die zwei oder mehr Einfangbereiche einen einzigen Einfangbereich bilden, oder ein Potentialwall zwischen zwei oder mehr Einfangbereichen kann abgesenkt werden, so dass wenigstens einige Ionen zwischen den zwei oder mehr Einfangbereichen bewegt werden können.
Bei der Verwendung können eine oder mehrere transiente Gleichspannungen oder eine oder mehrere transiente Gleichspannungs-Wellenformen fortschreitend an die Elektroden angelegt werden, so dass Ionen entlang der Ionenfalle gedrängt werden.
Bei der Verwendung kann ein axialer Spannungsgradient entlang wenigstens einem Abschnitt der Länge der Ionenfalle aufrechterhalten werden, und der axiale Spannungsgradient ändert sich vorzugsweise zeitlich.
Die Ionenfalle kann eine auf einem ersten Referenzpotential gehaltene erste Elektrode, eine auf einem zweiten Referenzpotential gehaltene zweite Elektrode und eine auf einem dritten Referenzpotential gehaltene dritte Elektrode aufweisen, wobei zu einer Zeit T₁ eine erste Gleichspannung an die erste Elektrode angelegt wird, so dass die erste Elektrode auf einem ersten Potential oberhalb oder unterhalb des ersten Referenzpotentials gehalten wird. Zu einer späteren Zeit T₂ wird eine zweite Gleichspannung an die zweite Elektrode angelegt, so dass die zweite Elektrode auf einem zweiten Potential oberhalb oder unterhalb des zweiten Referenzpotentials gehalten wird. Zu einer noch späteren Zeit T₃ wird eine dritte Gleichspannung an die dritte Elektrode angelegt, so dass die dritte Elektrode auf einem dritten Potential oberhalb oder unterhalb des drittten Referenzpotentials gehalten wird.
Zu der Zeit T₁ kann sich die zweite Elektrode auf dem zweiten Referenzpotential befinden und die dritte Elektrode auf dem dritten Referenzpotential liegen. Zur Zeit T₂ kann die erste Elektrode auf dem ersten Potential liegen und die dritte Elektrode auf dem dritten Referenzpotential liegen. Zur Zeit T₃ kann die erste Elektrode auf dem ersten Potential liegen und die zweite Elektrode auf dem zweiten Potential liegen.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann die zweite Elektrode zur Zeit T₁ auf dem zweiten Referenzpotential liegen und die dritte Elektrode auf dem dritten Referenzpotential liegen. Zur Zeit T₂ wird an die erste Elektrode vorzugsweise nicht mehr die erste Gleichspannung angelegt, so dass die erste Elektrode auf das erste Referenzpotential zurückgeführt wird und die dritte Elektrode auf dem dritten Referenzpotential liegt. Zur Zeit T₃ wird an die zweite Elektrode vorzugsweise nicht mehr die zweite Gleichspannung angelegt, so dass die zweite Elektrode auf das zweite Referenzpotential zurückgeführt wird und die erste Elektrode auf dem ersten Referenzpotential liegt.
Das erste, das zweite und das dritte Referenzpotential können im Wesentlichen gleich sein, und/oder die erste, die zweite und die dritte Gleichspannung können im Wesentlichen gleich sein, und/oder das erste, das zweite und das dritte Potential können im Wesentlichen gleich sein.
Die Ionenfalle kann 3 oder mehr Segmente aufweisen, wobei jedes Segment vorzugsweise 1 oder mehrere Elektroden aufweist und wobei die Elektroden in einem Segment vorzugsweise 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 folgende n-te Segment gehalten werden.
Ionen können innerhalb der Ionenfalle radial durch ein elektrisches Wechsel- oder HF-Feld eingesperrt werden. Die Ionen können innerhalb der Ionenfalle in einer Pseudo-Potentialmulde radial eingesperrt werden, oder sie können durch einen realen Potentialwall oder eine reale Potentialmulde axial beschränkt werden.
Die Ionenfalle und/oder ein Driftbereich stromaufwärts der Ionenfalle werden bei der Verwendung vorzugsweise auf einem Druck zwischen 0,001 mbar und 10 mbar gehalten.
Bei der Verwendung werden eine oder mehrere transiente Gleichspannungen oder eine oder mehrere transiente Gleichspannungs-Wellenformen vorzugsweise an einer ersten axialen Position entlang der Ionenfalle an Elektroden angelegt und anschließend an einer zweiten und dann an einer dritten verschiedenen axialen Position entlang der Ionenfalle bereitgestellt.
Bei der Verwendung wird vorzugsweise dafür gesorgt, dass sich eine oder mehrere transiente Gleichspannungen oder eine oder mehrere transiente Gleichspannungs-Wellenformen von einem Ende der Ionenfalle zu einem anderen Ende der Ionenfalle bewegen, so dass die Ionen entlang der Ionenfalle gedrängt werden. Es wird vorzugsweise dafür gesorgt, dass die eine oder die mehreren transienten Gleichspannungen oder die eine oder die mehreren transienten Gleichspannungs-Wellenformen fortschreitend an die Ionenfalle und entlang der Ionenfalle angelegt werden, so dass Ionen entlang der Ionenfalle gedrängt werden.
Die eine oder die mehreren transienten Gleichspannungen erzeugen vorzugsweise (i) einen Potentialhügel oder Potentialwall, (ii) eine Potentialmulde, (iii) mehrere Potentialhügel oder Potentialwälle, (iv) mehrere Potentialmulden, (v) eine Kombination aus einem Potentialhügel oder einem Potentialwall und einer Potentialmulde oder (vi) eine Kombination aus mehreren Potentialhügeln oder Potentialwällen und mehreren Potentialmulden.
Die eine oder die mehreren transienten Gleichspannungs-Wellenformen umfassen vorzugsweise eine sich wiederholende Wellenform, beispielsweise eine Rechteckwelle.
Die Amplitude der einen oder der mehreren transienten Gleichspannungen oder der einen oder der mehreren transienten Gleichspannungs-Wellenformen kann zeitlich im Wesentlichen konstant bleiben, oder die Amplitude der einen oder der mehreren transienten Gleichspannungen oder der einen oder der mehreren transienten Gleichspannungs-Wellenformen kann sich zeitlich ändern.
Die Amplitude der einen oder der mehreren transienten Gleichspannungen oder der einen oder der mehreren transienten Gleichspannungs-Wellenformen kann zeitlich zunehmen, zeitlich zunehmen und dann abnehmen, zeitlich abnehmen oder zeitlich abnehmen und dann zunehmen.
Die Ionenfalle kann einen stromaufwärts gelegenen Eingangsbereich, einen stromaufwärts gelegenen Ausgangsbereich und einen Zwischenbereich aufweisen, wobei in dem Eingangsbereich die Amplitude der einen oder der mehreren transienten Gleichspannungen oder der einen oder der mehreren transienten Gleichspannungs-Wellenformen einen ersten Wert aufweisen kann. In dem Zwischenbereich kann die Amplitude der einen oder der mehreren transienten Gleichspannungen oder der einen oder der mehreren transienten Gleichspannungs-Wellenformen einen zweiten Wert aufweisen. In dem Ausgangsbereich kann die Amplitude der einen oder der mehreren transienten Gleichspannungen oder der einen oder der mehreren transienten Gleichspannungs-Wellenformen einen dritten Wert aufweisen.
Die eine oder die mehreren transienten Gleichspannungen oder die eine oder die mehreren transienten Gleichspannungs-Wellenformen können wiederholt erzeugt und an die Elektroden angelegt werden oder bei der Verwendung entlang der Ionenfalle geführt werden, wobei die Frequenz der Erzeugung der einen oder der mehreren transienten Gleichspannungen oder der einen oder der mehreren transienten Gleichspannungs-Wellenformen im Wesentlichen konstant bleibt, sich ändert, zunimmt, zunimmt und dann abnimmt, abnimmt oder abnimmt und dann zunimmt.
Das Massenspektrometer weist vorzugsweise weiterhin einen Flugzeit-Massenanalysator mit einer Elektrode zum Injizieren von Ionen in einen Driftbereich auf, wobei dafür gesorgt wird, dass die Elektrode bei der Verwendung im Wesentlichen synchron mit einem vom Ausgang der Ionenfalle emittierten Ionenimpuls mit Energie versorgt wird.
Die Ionenfalle kann einen Ionentrichter mit mehreren Elektroden, in denen sich Öffnungen befinden, von denen Ionen durchgelassen werden, wobei der Durchmesser der Öffnungen fortschreitend kleiner oder größer wird, einen Ionentunnel mit mehreren Elektroden, in denen sich Öffnungen befinden, von denen Ionen durchgelassen werden, wobei der Durchmesser der Öffnungen im Wesentlichen konstant ist, oder einen Plattenstapel, eine Ringelektrode oder Drahtschleifenelektroden aufweisen.
Die Ionenfalle weist vorzugsweise mehrere Elektroden auf, wobei jede der Elektroden eine vorzugsweise kreisförmige Öffnung aufweisen, von der Ionen bei der Verwendung durchgelassen werden. Jede Elektrode hat vorzugsweise eine einzige Öffnung, von der Ionen bei der Verwendung durchgelassen werden, wenngleich gemäß anderen Ausführungsformen mehrere Öffnungen bereitgestellt werden können.
Der Durchmesser der Öffnungen von wenigstens 50% der die Ionenfalle bildenden Elektroden ist vorzugsweise kleiner oder gleich 10 mm.
Wenigstens 50% der die Ionenfalle bildenden Elektroden haben vorzugsweise Öffnungen, die im Wesentlichen die gleiche Größe oder Fläche aufweisen.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann die Ionenfalle einen segmentierten Stabsatz aufweisen.
Die Dicke von wenigstens 50% der die Ionenfalle bildenden Elektroden ist vorzugsweise kleiner oder gleich 3 mm.
Die Ionenfalle hat vorzugsweise eine Länge von 10–20 cm.
Vorzugsweise sind wenigstens 10% der Elektroden sowohl an eine Gleichspannungs- als auch an eine Wechselspannungs- oder HF-Spannungsversorgung angeschlossen.
An axial benachbarte Elektroden werden vorzugsweise Wechsel- oder HF-Spannungen angelegt, die eine Phasendifferenz von 180° aufweisen. Gemäß einer Ausführungsform können eine oder mehrere Wechsel- oder HF-Spannungswellenformen an wenigstens einige der Elektroden angelegt werden, so dass Ionen entlang wenigstens einem Abschnitt der Länge der Ionenfalle gedrängt werden. Dies kann zusätzlich zum Anlegen von Gleichspannungen an die Ionenfalle oder an Stelle von diesem erfolgen, um axiale Einfangbereiche zu bilden.
Das Massenspektrometer kann eine Ionenquelle aufweisen, die aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: (i) einer Elektrospray-Ionenquelle (”ESI-Ionenquelle”), (ii) einer chemische Atmosphärendruckionisations-Ionenquelle (”APCI-Ionenquelle”), (iii) einer Atmosphärendruck-Photoionisations-Ionenquelle (”APPI-Ionenquelle”), (iv) einer induktiv gekoppelte Plasma-Ionenquelle (”ICP-Ionenquelle”), (v) einer Elektronenstoß-Ionenquelle (”EI-Ionenquelle”), (vi) einer Ionenquelle mit chemischer Ionisation (”CI-Ionenquelle”), (vii) einer Ionenquelle mit schnellem Atombeschuß (”FAB-Ionenquelle”), (viii) einer Flüssig-Sekundärionen-Massenspektrometrie-Ionenquelle (”LSIMS-Ionenquelle”), (ix) einer matrixunterstützte Laserdesorptionsionisations-Ionenquelle (”MALDI-Ionenquelle”) und (x) einer Laserdesorptionsionisations-Ionenquelle (”LDI-Ionenquelle”).
Eine matrixunterstützte Laserdesorptionsionisations-Ionenquelle (MALDI-Ionenquelle) ist besonders bevorzugt.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform wird eine komplexe Ionenmischung bei der Verwendung entlang der Ionenfalle fraktioniert, und eine oder mehrere Fraktionen werden in getrennten axialen Einfangbereichen gespeichert.
Ionen können nach Wunsch zur nachfolgenden Massenanalyse oder für weitere Experimente, wie eine Fragmentation und/oder eine Masse-Ladungs-Verhältnistrennung und/oder eine Ionenbeweglichkeitstrennung, aus einem oder mehreren axialen Einfangbereichen ausgestoßen werden, oder es kann erlaubt werden, dass sie aus diesen austreten.
Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun nur als Beispiel mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben, wobei:
1 eine Ausführungsform zeigt, wobei von einer Ionenquelle emittierte Ionen entsprechend ihrem Masse-Ladungs-Verhältnis in einem feldfreien Bereich dispergiert werden, bevor sie in eine Wechselspannungs- oder HF-Ionenfalle gemäß der bevorzugten Ausführungsform eintreten,
2 die Verteilung von Ionen mit verschiedenen Masse-Ladungs-Verhältnissen als Funktion der Strecke entlang der Ionenfalle gemäß einem ersten Haupt-Betriebsmodus zeigt, wobei Ionen in eine Wechselspannungs- oder HF-Ionenfalle eintreten und dann nach einer zeitlichen Verzögerung Gleichspannungspotentiale an die die Ionenführung bzw. die Ionenfalle bildenden Elektroden angelegt werden, um mehrere axiale Einfangbereiche zu erzeugen, die die Ionen innerhalb der Ionenführung bzw. der Ionenfalle fraktionieren,
3 die Verteilung von Ionen mit verschiedenen Masse-Ladungs-Verhältnissen als Funktion der Zeit gemäß einem zweiten Haupt-Betriebsmodus zeigt, wobei Ionen innerhalb der Ionenfalle empfangen werden und wobei mehrere axiale Einfangbereiche mit zunehmend geringeren Geschwindigkeiten entlang der Ionenfalle bewegt werden, und
4 ein Massenspektrometer mit einer bevorzugten Ionenfalle zeigt.
Eine bevorzugte Ausführungsform wird nun mit Bezug auf 1 beschrieben. Ionen können beispielsweise von einer gepulsten Ionenquelle 1 in der Art einer Laserablations-Ionenquelle oder einer matrixunterstützten Laserdesorptions/Ionisations-Ionenquelle (MALDI-Ionenquelle) 1, abgegeben werden. Alternativ kann ein Ionenimpuls von einer Ionenfalle (nicht dargestellt) abgegeben werden. Der Ionenimpuls wird dann vorzugsweise durch eine konstante Potentialdifferenz beschleunigt, so dass die Ionen eine konstante Energie gewinnen. Die Ionen werden dann vorzugsweise in einen feldfreien Bereich 2 übertragen, der vorzugsweise auf einem verhältnismäßig niedrigen Druck (beispielsweise < 10^–4 mbar) gehalten wird. Ionen mit unterschiedlichen Masse-Ladungs-Verhältnissen laufen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten durch den feldfreien Bereich 2, und die Ionen werden daher entsprechend ihren Masse-Ladungs-Verhältnissen zeitlich dispergiert.
Es wird dann dafür gesorgt, dass die Ionen beim Erreichen des Endes des feldfreien Bereichs 2 aus diesem austreten und in eine Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/-Ionenfalle 3 eintreten, die gemäß der bevorzugten Ausführungsform betrieben wird. Ionen, die verhältnismäßig niedrige Masse-Ladungs-Verhältnisse aufweisen, haben im feldfreien Bereich 2 verhältnismäßig hohe Geschwindigkeiten angenommen und sind daher in der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/Ionenfalle 3 vor anderen Ionen angekommen, die verhältnismäßig hohe Masse-Ladungs-Verhältnisse aufweisen (und die durch den feldfreien Bereich 2 verhältnismäßig niedrige Geschwindigkeiten aufwiesen). Sobald die aus dem feldfreien Bereich 2 ausgetretenen Ionen in die Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/Ionenfalle 3 eingetreten sind und eine gewisse Strecke entlang der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/Ionenfalle 3 gelaufen sind, werden dann Gleichspannungspotentiale an wenigstens einige der die Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/Ionenfalle 3 bildenden Elektroden angelegt, so dass mehrere axiale Einfangbereiche in Wesentlichen sofort erzeugt werden oder entlang der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/Ionenfalle 3 generiert werden. Die Ionen werden auf diese Weise in (realen) axialen Potentialmulden gesammelt, die entlang der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/Ionenfalle 3 gebildet sind. Die Ionen werden auch durch die Wechsel- oder HF-Spannung, die an die die Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/Ionenfalle 3 bildenden Elektroden angelegt ist, in Pseudopotentialmulden radial innerhalb der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/Ionenfalle 3 eingesperrt. Die Wirkung des Erzeugens oder Bildens mehrerer axialer Einfangbereiche nach einer bestimmten Verzögerungsperiode, nachdem Ionen zuerst in die Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/Ionenfalle 3 eingetreten sind, besteht darin, dass die Ionen in Gruppen gesammelt werden oder auf andere Weise entsprechend ihrem Masse-Ladungs-Verhältnis fraktioniert werden.
Die einmal bzw. nun fraktionierten Ionen werden in den verschiedenen axialen Einfangbereichen gespeichert, die innerhalb der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/Ionenfalle 3 ausgebildet sind, und sie können dann zur nachfolgenden Analyse oder für weitere Experimente in gesteuerter Weise freigegeben werden. Weil alle Ionen in einem bestimmten axialen Einfangbereich eine verhältnismäßig geringe Breite des Masse-Ladungs-Verhältnisses aufweisen, kann dafür gesorgt werden, dass die von einem bestimmten axialen Einfangbereich freigegebenen Ionen zu einem Massenanalysator weitergeleitet werden und in diesem massenanalysiert werden, wobei beispielsweise ein Quer beschleunigungs-Flugzeit-Massenanalysator mit einem verhältnismäßig hohen Tastgrad verwendet wird. Die verhältnismäßig geringe Breite des Masse-Ladungs-Verhältnisses der Ionen in einem bestimmten Einfangbereich kann vorzugsweise gewährleisten, dass im Wesentlichen alle Ionen in einem orthogonalen oder anderen Entnahmebereich eines Flugzeit-Massenanalysators im Wesentlichen zur selben Zeit vorhanden sind, wenn ein Entnahmeimpuls auf die Ionen im Entnahmebereich angewendet wird. Der hohe Tastgrad, der erreichbar ist, wenn die bevorzugte Ionenfalle beispielsweise in Zusammenhang mit einem Querbeschleunigungs-Massenanalysator verwendet wird, ist besonders vorteilhaft.
Die zeitliche Trennung von Ionen entsprechend ihren Masse-Ladungs-Verhältnissen vor der Ankunft an der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/Ionenfalle 3 geschieht vorzugsweise in einem feldfreien Bereich 2, der vorzugsweise innerhalb einer Ionenführung gebildet ist. Die Ionenführung weist vorzugsweise eine Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung in der Art eines Mehrpol-Stabsatzes, beispielsweise eines Quadrupol- oder Hexapol-Stabsatzes mit einem axialen elektrischen Gleichfeld von Null auf. Alternativ kann die Ionenführung eine Ringstapel- oder Ionentunnel-Ionenführung umfassen, die mehrere Elektroden mit Öffnungen aufweist, von denen Ionen bei der Verwendung durchgelassen werden und die wiederum vorzugsweise ein durchschnittliches axiales elektrisches Gleichfeld von Null aufweisen.
Gemäß einer etwas weniger bevorzugten, jedoch nichtsdestoweniger wichtigen Ausführungsform kann der feldfreie Bereich 2 durch einen Driftbereich ersetzt werden, der bei einem verhältnismäßig hohen Druck von beispielsweise wenigstens 10^–3 mbar gehalten wird. Ionen werden vorzugsweise, beispielsweise durch einen axialen Gleichspannungsgradienten oder durch Gleich- und/oder Wechsel- bzw. HF-Spannungen, die an den Driftbereich umgebende Elektroden angelegt sind, welche das Erzeugen axialer Einfangbereiche bewirken und dann bewirken, dass sie entlang dem Driftbereich verschoben werden, so dass Ionen durch den Driftbereich gedrängt werden, durch den Driftbereich mit einem verhältnismäßig hohen Druck gedrängt. Die Ionen werden vorzugsweise entsprechend ihrer Ionenbeweglichkeit bei Vorhandensein des Hintergrundgases eines verhältnismäßig hohen Drucks getrennt, und beweglichere Ionen erreichen das Ende des Driftbereichs daher vor weniger beweglichen Ionen.
Die bevorzugte Ionenfalle 3 kann in zwei verschiedenen Haupt-Betriebsmodi betrieben werden. Gemäß einem ersten Haupt-Betriebsmodus, der vorstehend bereits kurz beschrieben wurde, kommen Ionen an der Wechselspannungs- oder HF-Ionenfalle an und werden darin aufgenommen. Die Ionen belegen im Wesentlichen entsprechend ihren Masse-Ladungs-Verhältnissen (oder weniger bevorzugt ihrer Ionenbeweglichkeit) verschiedene Positionen entlang der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/Ionenfalle 3. Es werden vorzugsweise keine erheblichen axialen Einfangbereiche bereitgestellt, wenn Ionen zunächst in die Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/Ionenfalle 3 eintreten. Ionen mit verhältnismäßig niedrigen Masse-Ladungs-Verhältnissen (oder weniger bevorzugt verhältnismäßig hohen Ionenbeweglichkeiten) sind vorzugsweise weiter in die Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/Ionenfalle 3 gelaufen als Ionen mit verhältnismäßig hohen Masse-Ladungs-Verhältnissen (oder weniger bevorzugt verhältnismäßig niedrigen Ionenbeweglichkeiten). Sobald Ionen innerhalb der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/Ionenfalle 3 aufgenommen worden sind, wird eine Reihe von Gleichspannungen an bestimmte die Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/Ionenfalle 3 bildende Elektroden angelegt, so dass eine Reihe realer axialer Potentialmulden oder Potentialwälle entlang der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/Ionenfalle 3 erzeugt wird. Beispielsweise kann ein Gleichspannungspotential an eine oder mehrere Elektroden entlang der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/-Ionenfalle 3 angelegt werden, so dass ein Potentialhügel gebildet wird. Der Potentialhügel kann in regelmäßigen Intervallen entlang der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/Ionenfalle 3 wiederholt werden, um ein sich wiederholendes Muster durch Potentialhügel getrennter Potentialmulden zu erzeugen. Die Potentialmulden oder Potentialwälle können gemäß weniger bevorzugten Ausführungsformen in unregelmäßigen Intervallen beabstandet sein.
Die Höhe der Potentialhügel (oder die Tiefe der Potentialmulden) ist vorzugsweise so eingerichtet, dass Ionen eingefangen werden, die sich zwischen benachbarten Potentialhügeln oder Potentialmulden befinden, so dass die Ionen in den verschiedenen Potentialmulden oder Einfangbereichen entlang der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/-Ionenfalle 3 eingefangen oder auf andere Weise darin gespeichert werden. Ionen werden daher vorzugsweise entsprechend Ihrem Masse-Ladungs-Verhältnis (oder weniger bevorzugt entsprechend ihrer Ionenbeweglichkeit in der Gasphase) fraktioniert.
Ionen können innerhalb jeder Potentialmulde oder jedes axialen Einfangbereichs oszillieren, gemäß der bevorzugten Ausführungsform können die Ionen jedoch nachfolgend durch Einleiten eines Gases in die Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/Ionenfalle 3 gedämpft werden, sobald einige oder alle axialen Einfangbereiche erzeugt worden sind. Das Dämpfungsgas kann beispielsweise bei einem Druck von wenigstens 10^–3 mbar bereitgestellt werden. Das Einleiten eines Gases in die Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/Ionenfalle 3 führt zu Kollisionen zwischen den Ionen und den Gasmolekülen, so dass Ionen durch solche Kollisionen Energie verlieren. Die Energie der Ionen innerhalb der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/-Ionenfalle 3 wird daher vorzugsweise auf diejenige des Hintergrundgases innerhalb der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/Ionenfalle 3 verringert, so dass die Ionen thermalisiert werden. Wenn die Ionen Energie verlieren, belegen sie gewöhnlich auch die niedrigsten Positionen innerhalb der Potentialmulden und werden daher radial stärker eingesperrt und belegen durchschnittliche Positionen, die sich näher bei der Achse der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/Ionenfalle 3 befinden. Die durch Kollisionen gekühlten Ionen bleiben vorzugsweise in den Potentialmulden oder den axialen Einfangbereichen gespeichert, bis es erwünscht ist, die Ionen entweder zur nachfolgenden Massenanalyse oder für nachfolgende Experimente (beispielsweise Fragmentation) freizugeben.
2 zeigt, wie Ionen mit verschiedenen Masse-Ladungs-Verhältnissen beim ersten Haupt-Betriebsmodus zu dem Zeitpunkt, zu dem axiale Einfangpotentiale an die Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/Ionenfalle 3 angelegt werden, nachdem Ionen, die innerhalb der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/Ionenfalle 3 empfangen worden sind, entsprechend ihrem Masse-Ladungs-Verhältnis getrennt worden sind, entlang der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/Ionenfalle 3 verteilt werden. In dem in 2 dargestellten Beispiel beträgt die Länge L₁ der stromaufwärts gelegenen Ionenführung 2, die den feldfreien Bereich 2 bereitstellt, 150 mm und die Länge L₂ der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/Ionenfalle 3, an die nach einer bestimmten zeitlichen Verzögerung Einfang-Gleichspannungspotentiale angelegt werden, auch 150 mm. Die an die Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/Ionenfalle 3 angelegten Gleichspannungen sind derart, dass gemäß der in Bezug auf 2 beschriebenen Ausführungsform zehn axiale Potentialmulden entlang der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/Ionenfalle 3 gebildet werden. Die axialen Potentialmulden sind in regelmäßigen Intervallen von 15 mm beabstandet, und die Potentialwälle befinden sich 0, 15, 30, 45, 60, 75, 90, 105, 120, 135 und 150 mm vom Eingang.
Es wurde angenommen, dass die Ionenenergie 3 eV beträgt, und es wurde angenommen, dass die Einfangspotentiale entlang der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/Ionenfalle 3 in etwa 315 μs nach dem ersten Eintreten eines Ionenimpulses in den feldfreien Bereich 2 angelegt werden. In dieser Erläuterung umfassen die in der (zehnten) Potentialmulde PW10, die die Potentialmulde ist, die dem Eingang der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/Ionenfalle 3 am nächsten liegt (also in dem Bereich, der 0–15 mm vom Eingang der Ionenfalle 3 entfernt liegt), gesammelten Ionen solche Ionen, die Masse-Ladungs-Verhältnisse im Bereich von 2100–2550 aufweisen. Die in der ersten Potentialmulde PW1, die am weitesten vom Eingang der Ionenführung 3 entfernt ist (also in dem Bereich, der 135–150 mm vom Eingang der Ionenfalle 3 entfernt liegt), gesammelten Ionen umfassen solche Ionen, die Masse-Ladungs-Verhältnisse im Bereich von 640–700 aufweisen. 2 zeigt auch den Bereich der Masse-Ladungs-Verhältnisse der in den anderen Zwischenpotentialmulden PW2–PW9 eingefangenen Ionen.
Gemäß einem zweiten Haupt-Betriebsmodus, der mit Bezug auf 3 beschrieben wird, können die Ionen an der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/Ionenfalle 3 ankommen, der ein laufendes Gleichspannungspotential oder eine laufende Gleichspannungspotential-Wellenform überlagert wurde, so dass axiale Einfang-Gleichspannungspotentiale nach einer zeitlichen Verzögerung, nachdem Ionen in die Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/Ionenfalle 3 eingetreten sind, nicht erzeugt werden, sondern vielmehr eine Reihe von Gleichspannungspotentialen an die Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/Ionenfalle 3 angelegt wird, so dass eine Reihe axialer Ioneneinfangbereiche kontinuierlich erzeugt wird und entlang der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/Ionenfalle 3 verschoben wird, wenn Ionen ankommen. Wenn die Ionen am Eingang der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/Ionenfalle 3 ankommen, wird vorzugsweise dafür gesorgt, dass sie mit dem Auftreten einer ersten Potentialmulde PW1a zusammenfallen, die dann in der gleichen Richtung wie die Ionen verschoben wird. Diese Ionen werden daher innerhalb der ersten Potentialmulde PW1a entlang der Wechselspannungs oder HF-Ionenführung/Ionenfalle 3 verschoben. Ionen mit etwas höheren Masse-Ladungs-Verhältnissen (oder weniger bevorzugt etwas niedrigeren Ionenbeweglichkeiten) kommen zu einer etwas späteren Zeit an der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/Ionenfalle 3 an, laufen jedoch noch innerhalb der ersten Potentialmulde PW1a. Nach einem verhältnismäßig kurzen Zeitraum (30 μs) tritt in der Nähe des Eingangs der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/Ionenfalle 3 jedoch ein zweiter (neuer) Potentialhügel oder Potentialwall auf, wodurch ein zweiter axialer Einfangbereich PW2a gebildet wird. Dieser axiale Einfangbereich PW2a bewegt sich auch in der gleichen Richtung wie die Ionen. Es wird daher verhindert, dass Ionen, die ankommen, nachdem der zweite Potentialhügel erzeugt worden ist, innerhalb des ersten axialen Einfangbereichs PW1a gesammelt und eingefangen werden, und sie werden daher innerhalb des zweiten axialen Einfangbereichs PW2a gesammelt und eingefangen. Dritte und weitere Potentialmulden oder axiale Einfangbereiche PW3a–PW10a werden vorzugsweise erzeugt, wenn Ionen weiterhin an der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/Ionenfalle 3 ankommen.
Es wird verständlich sein, dass jede neue Potentialmulde oder jeder neue axiale Einfangbereich daher eine Reihe von Ionen mit einem durchschnittlichen Bereich von Masse-Ladungs-Verhältnissen sammelt, die etwas höher sind als in der vorhergehenden Potentialmulde (oder weniger bevorzugt Ionenbeweglichkeiten, die etwas geringer sind als diejenigen in der vorhergehenden Potentialmulde). Ionen können innerhalb jeder Potentialmulde oder jedes axialen Einfangbereichs oszillieren, ihre Bewegung kann jedoch bevorzugt nachfolgend durch das Einführen eines Gases in die Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/Ionenfalle 3 gedämpft werden.
Die axiale Länge der Potentialmulden, die vorzugsweise entlang der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/Ionenfalle 3 erzeugt werden, kann so geändert werden, dass der Bereich der Masse-Ladungs-Verhältnisse (oder weniger bevorzugt der Ionenbeweglichkeiten), die in jeder Potentialmulde gesammelt werden, nach Wunsch eingerichtet werden kann. 3 zeigt den Bereich der in jedem der axialen Einfangbereiche über den Zeitraum von 300–600 μs, nachdem Ionen zuerst in den feldfreien Bereich 2 eingetreten sind, gesammelten Ionen. Ein neuer Ioneneinfangbereich wird alle 30 μs erzeugt, nachdem 300 μs verstrichen sind. Die axialen Einfangbereiche werden mit einer konstanten Geschwindigkeit verschoben und haben eine konstante axiale Länge. In dem in 3 dargestellten Beispiel betragen die Länge des feldfreien Bereichs L₁ und die Länge der Wechselspannungs- oder HF-Ionenfalle 3 beide 150 mm. Es werden axiale Einfangbereiche mit einer Länge von 15 mm erzeugt. Es wurde angenommen, dass die Ionenenergie in diesem speziellen Beispiel 1 eV betrug. In der ersten Potentialmulde PW1a (während des Zeitraums von 300–330 μs) gesammelte Ionen haben Masse-Ladungs-Verhältnisse im Bereich von 780–920. In der letzten Potentialmulde PW10a (während des Zeitraums von 570–600 μs) gesammelte Ionen haben Masse-Ladungs-Verhältnisse im Bereich von 2790–3100. In dem in 3 dargestellten Beispiel werden weitere Potentialmulden oder axiale Einfangbereiche nach 330 μs, 360 μs, 390 μs, 420 μs, 450 μs, 480 μs, 510 μs, 540 μs und 570 μs erzeugt.
Gemäß einer nachstehend in näheren Einzelheiten beschriebenen besonders bevorzugten Ausführungsform kann die Geschwindigkeit, mit der die axialen Einfangbereiche entlang der Wechselspannungs- oder HF-Ionenfalle 3 verschoben werden, fortschreitend abnehmen, bis sie im Wesentlichen mit der immer weiter abnehmenden Geschwindigkeit der am Eingang der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/Ionenfalle 3 ankommenden Ionen übereinstimmt. Die Ionenbewegung kann durch das Vorhandensein oder die Einführung eines Puffergases in die Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/Ionenfalle 3 gedämpft werden. Unter den richtigen Bedingungen kann dafür gesorgt werden, dass die Geschwindigkeit der Ionen in den axialen Einfangbereichen mit der gleichen Rate wie diejenige der axialen Einfangbereiche abnimmt.
Es wird in der folgenden Analyse angenommen, dass Ionen von einer gepulsten Ionenquelle 1, beispielsweise einer Laserablations- oder MALDI-Ionenquelle, abgegeben werden, oder dass sie von einer Ionenfalle abgegeben werden. Die Ionen laufen dann durch eine Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung 2 mit einem axialen elektrischen Gleichfeld von Null (also einen feldfreien Bereich 2) und treten dann mit einer überlagerten laufenden Gleichspannungswelle oder Gleichspannungs-Wellenform gemäß der bevorzugten Ausführungsform in eine Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/Ionenfalle 3 ein, so dass axiale Einfangbereiche erzeugt werden und dann entlang der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/Ionenfalle 3 verschoben werden. Die Ionenführung 2 mit einem axialen elektrischen Gleichfeld von Null wird vorzugsweise auf einem verhältnismäßig niedrigen Druck (beispielsweise kleiner als 0,0001 mbar) gehalten, und die Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/Ionenfalle 3 gemäß der bevorzugten Ausführungsform wird vorzugsweise auf einem mittleren Druck (beispielsweise zwischen 0,0001 und 100 mbar, vorzugsweise zwischen 0,001 und 10 mbar) gehalten.
Der Abstand in Metern von der gepulsten Ionenquelle 1 (oder der Ionenfalle) zu dem Eingang der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/Ionenfalle 3 mit einer laufenden Welle (also die Länge des feldfreien Bereichs 2) beträgt L₁, die Länge der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/Ionenfalle 3 mit einer laufenden Welle beträgt L₂, und der Abstand vom Ausgang der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/Ionenfalle 3 mit einer laufenden Welle zum Zentrum eines Querbeschleunigungs-Flugzeit-Beschleunigungsbereichs stromabwärts der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/-Ionenfalle 3 beträgt L₃. Die Ionen werden vorzugsweise durch eine Spannungsdifferenz V₁ an der Ionenquelle (oder der Ionenfalle) beschleunigt, so dass sie beim Eintreten in den feldfreien Bereich eine Energie E₁ von zeV₁ Elektronenvolt aufweisen. Dementsprechend ist für Ionen mit einem Masse-Ladungs-Verhältnis m/z die Ankunftszeit T₁ (in μs) von am Eingang der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/Ionenfalle 3 mit einer laufenden Welle ankommenden Ionen, nachdem sie in den feldfreien Bereich 2 eingetreten sind, gegeben durch:
Die Geschwindigkeit der aus dem feldfreien Bereich 2 austretenden und in die Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/Ionenfalle 3 eintretenden Ionen ist:
Die Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/Ionenfalle 3 wird vorzugsweise auf einem mittleren Druck gehalten, so dass die Gasdichte ausreicht, um auf die in die Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/Ionenfalle 3 eintretenden Ionen einen viskosen Widerstand auszuüben, und das Gas erscheint für die Ionen daher als ein viskoses Medium und bewirkt das Verlangsamen von ihnen.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform wird dafür gesorgt, dass die Geschwindigkeit v_wave einer laufenden Gleichspannungswelle oder Gleichspannungs-Wellenform, die den die Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/Ionenfalle 3 bildenden Elektroden überlagert ist (also die Geschwindigkeit, mit der die axialen Einfangbereiche entlang der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/Ionenfalle 3 bewegt werden) im Wesentlichen der Geschwindigkeit v der am Eingang der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/-Ionenfalle 3 ankommenden Ionen gleicht. Weil die Geschwindigkeit der am Eingang der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/Ionenfalle 3 ankommenden Ionen umgekehrt proportional zur seit der Abgabe der Ionen von der Ionenquelle 1 (oder der Ionenfalle) verstrichenen Zeit T₁ ist, nimmt die Geschwindigkeit v_wave der laufenden Gleichspannungswelle oder die Geschwindigkeit, mit der die axialen Einfangbereiche verschoben werden, vorzugsweise auch in der gleichen Weise mit der Zeit ab.
Weil die Geschwindigkeit v_wave der laufenden Gleichspannungswelle λ/T beträgt, wobei λ die Wellenlänge (oder die Länge eines axialen Einfangbereichs) ist und T die Zykluszeit der Gleichspannungs-Wellenform ist (oder die Wiederholungsrate, mit der die axialen Einfangbereiche erzeugt werden), ergibt sich, dass sich die Zykluszeit T auch vorzugsweise proportional zur verstrichenen Zeit T₁ ändern sollte, wobei angenommen wird, dass die Wellenlänge (also die Länge der axialen Einfangbereiche) konstant gehalten wird. Damit die Geschwindigkeit der Gleichspannungswelle dementsprechend stets im Wesentlichen der Geschwindigkeit der am Eingang der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/Ionenfalle 3 ankommenden Ionen gleicht, sollte die Zykluszeit T der laufenden Gleichspannungswelle (also die zwischen der Erzeugung axialer Einfangbereiche verstrichene Zeit) vorzugsweise im Wesentlichen linear zunehmen.
Weil die Geschwindigkeit v_wave der laufenden Gleichspannungswelle (oder die Geschwindigkeit, mit der die axialen Einfangbereiche verschoben werden) vorzugsweise stetig abnimmt, kann angenommen werden, dass sich die Ionen schneller bewegen könnten als der axiale Einfangbereich, der verlangsamt wird, und dass die Ionen innerhalb des axialen Einfangbereichs oszillieren könnten. Der viskose Widerstand, der sich aus häufigen Kollisionen mit Gasmolekülen in der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/-Ionenfalle 3 ergibt, verhindert jedoch vorzugsweise, dass die Ionen eine übermäßige Geschwindigkeit erwerben.
Folglich reiten die Ionen gewöhnlich auf der laufenden Gleichspannungswelle (also mit den sich bewegenden axialen Einfangbereichen) oder laufen mit dieser, statt vor der laufenden Gleichspannungswelle vorherzulaufen und innerhalb der Potentialmulden, die entlang der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/Ionenfalle 3 bewegt werden, übermäßige Oszillationen auszuführen.
Falls sich die Ionen in der Zeit δt um eine Strecke δl innerhalb der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/-Ionenfalle 3 bewegen, gilt δl = vδt
Falls die Zeit, zu der die Ionen aus der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/Ionenfalle 3 austreten, T₂ ist, ist die innerhalb der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/Ionenfalle 3 gelaufene Strecke ΔL:
Weil die Länge der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/-Ionenfalle 3 L₂ ist und daher ΔL gleich L₂ gilt, ist:
Die Geschwindigkeit der Ionen v_x, wenn sie aus der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/Ionenfalle 3 austreten, gleicht derjenigen der laufenden Gleichspannungswelle (oder der Geschwindigkeit des axialen Einfangbereichs) zu der Zeit, zu der die Ionen aus der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/Ionenfalle 3 austreten, und sie gleicht wiederum der Geschwindigkeit der am Eingang der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/Ionenfalle 3 empfangenen Ionen, so dass gilt:
Weil die Energie E₁ der in die Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/Ionenfalle 3 eintretenden Ionen E₁ = zeV₁
Ist, und weil E₁ = 1 / 2mv² ist, gilt, falls die Energie der aus der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/Ionenfalle 3 austretenden Ionen E₂ ist. E₂ = 1 / 2mv 2 / x
Es ergibt sich daher bei Betrachtung der vorstehenden Gleichungen, dass wenn die Geschwindigkeit der laufenden Gleichspannungswelle (oder der axialen Einfangbereiche) im Wesentlichen mit der Geschwindigkeit der am Eingang der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/Ionenfalle 3 ankommenden Ionen übereinstimmt, die Energie und die Geschwindigkeit der Ionen innerhalb der axialen Einfangbereiche im Wesentlichen exponentiell mit der entlang der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/Ionenfalle 3 gelaufenen Strecke abnehmen.
Das Gas in der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/-Ionenfalle 3 bewirkt vorzugsweise häufige Ionen-Molekül-Kollisionen, wodurch wiederum bewirkt wird, dass die Ionen in der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/Ionenfalle 3 kinetische Energie verlieren. Beim Vorhandensein eines einsperrenden Felds können daher sowohl die axiale als auch die radiale kinetische Energie verringert. Es wurde gezeigt, dass die axiale und die radiale Energie auch in etwa exponentiell mit der entlang der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung gelaufenen Strecke abnehmen (siehe J. Am. Soc. Mass Spectrom., 1998, 9, S. 569–579). Es wird anhand Computersimulationen geschätzt, dass die kinetische Energien von Ionen sowohl in axialer als auch in radialer Richtung auf etwa 10% ihres Anfangswerts abnehmen, wenn Ionen durch ein Produkt aus dem Stickstoffgasdruck und der Strecke von etwa 0,1 mbar-cm laufen. Weil vorzugsweise dafür gesorgt wird, dass sowohl die Bewegungsgeschwindigkeit der axialen Einfangbereiche als auch die kinetischen Energien der Ionen innerhalb der axialen Einfangbereiche exponentiell mit der Strecke entlang der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/Ionenfalle 3 abnehmen, kann dafür gesorgt werden, dass die exponentielle Abnahmerate, die durch Verlangsamen der Geschwindigkeit des Verschiebens der axialen Einfangbereiche herbeigeführt wird, im Wesentlichen mit der natürlichen Abnahme der kinetischen Energie der Ionen mit der Strecke infolge der Kollisionskühlung der Ionen mit Gasmolekülen innerhalb der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/Ionenfalle 3 übereinstimmt. Es ist daher vorteilhafterweise möglich, dafür zu sorgen, dass die axialen Einfangbereiche fortschreitend mit einer Rate verlangsamt werden, die im Wesentlichen der Kollisionskühlung der Ionen gleicht, so dass verhindert wird, dass Ionen eine zu hohe Energie gewinnen und innerhalb der Ionenführung/Ionenfalle 3 fragmentiert werden.
Wenn die Ionen in die Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/Ionenfalle 3 eintreten, werden sie vorzugsweise so gruppiert, dass jeder axiale Einfangbereich Ionen mit einem begrenzten Bereich von Masse-Ladungs-Verhältnissen (oder weniger bevorzugt Ionenbeweglichkeiten) enthält. Jeder axiale Einfangbereich weist Ionen mit Masse-Ladungs-Verhältnissen auf, die höher sind als jede des vorhergehenden axialen Einfangbereichs (oder weniger bevorzugt niedrigere Ionenbeweglichkeiten als jene des vorhergehenden axialen Einfangbereichs). Nachdem die letzten interessierenden Ionen in die Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/Ionenfalle 3 eingetreten sind, können die axialen Einfangbereiche dann wirksam angehalten werden. Eine weitere Dämpfung der Ionenbewegung kann ausgeführt werden, während die Ionen innerhalb der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/Ionenfalle 3 eingefangen sind, solange der Puffergasdruck in der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/Ionenfalle 3 aufrechterhalten wird. Ionen können dann zur nachfolgenden Analyse oder für nachfolgende Experimente von einem oder mehreren der Ioneneinfangbereiche abgegeben werden.
Sobald Ionen innerhalb der Ionenfalle 3 gespeichert und darin im Wesentlichen zum Stillstand gebracht wurden, können sie dann entweder von dem Ende, zu dem sich die Ionen ursprünglich bewegt haben, oder gemäß einer anderen Ausführungsform von dem Eingang der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/Ionenfalle 3 von der Reihe von Potentialmulden abgegeben werden. Im erstgenannten Fall werden Ionen in zunehmender Ordnung von Masse-Ladungs-Verhältniswerten (oder weniger bevorzugt abnehmender Ionenbeweglichkeiten) abgegeben, wobei mit jenen Ionen begonnen wird, die die kleinsten Masse-Ladungs-Verhältnisse (oder weniger bevorzugt die höchsten Ionenbeweglichkeiten) aufweisen. Im letztgenannten Fall wird die Richtung von einmal eingefangenen Ionen umgekehrt, so dass sie von dem Ende der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/Ionenfalle 3 abgegeben werden, durch das sie eingetreten sind. In diesem Fall werden die Ionen in abnehmender Ordnung des Masse-Ladungs-Verhältnisses (oder weniger bevorzugt zunehmender Ionenbeweglichkeiten) abgegeben, wobei mit den Ionen begonnen wird, die die höchsten Masse-Ladungs-Verhältnisse (oder weniger bevorzugt die niedrigsten Ionenbeweglichkeiten) aufweisen.
Ionen können beispielsweise von der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/Ionenfalle 3 abgegeben werden, indem der Potentialhügel oder der Potentialwall abgesenkt wird, der die Ionen innerhalb der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/Ionenfalle 3 hält, und indem die Ionen wahlweise in der erforderlichen Richtung herausbeschleunigt werden. Alternativ können Ionen abgegeben werden, indem der axiale Einfangbereich in der erforderlichen Richtung entlang einer Wellenlänge (oder dem Abstand der axialen Einfangbereiche) bewegt wird. Hierdurch werden die Ionen in der Gruppe herausgeschoben, die dem Ausgang (oder dem Eingang) der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/-Ionenfalle 3 am nächsten liegt, und es werden gleichzeitig alle anderen Ionen in ihren jeweiligen Gruppen um eine Wellenlänge (oder um einen Abstand der axialen Einfangbereiche) näher zum Ausgang bewegt.
Die bevorzugte Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/-Ionenfalle 3 ermöglicht sowohl gemäß dem ersten als auch dem zweiten Haupt-Betriebsmodus, dass eine große Anzahl von Ionen aus einer komplexen Mischung von Ionen nachfolgend durch kollisionsinduzierte Fragmentation, beispielsweise in einem Tandem-Massenspektrometer und nachfolgende Massenanalyse der fragmentierten Ionen analysiert wird. Die bevorzugte Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/Ionenfalle 3 ermöglicht zusammen mit vorzugsweise einem stromaufwärts gelegenen feldfreien Bereich 2 oder Driftbereich, dass die Komponenten, entsprechend ihrem Masse-Ladungs-Verhältnis (oder weniger bevorzugt ihrer Ionenbeweglichkeit) in Gruppen getrennt werden oder zumindest teilweise in Gruppen getrennt werden und dann in einer Reihe getrennter Potentialmulden oder axialer Einfangbereiche gespeichert werden. Die Ionen können dann nachfolgend, eine Gruppe zur Zeit, in Gruppen analysiert werden. Gemäß einer Ausführungsform können die aus der bevorzugten Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung/Ionenfalle 3 austretenden Ionen massengefiltert werden, so dass Ionen mit einem präzisen Masse-Ladungs-Verhältnis aus jeder Gruppe zur Fragmentation ausgewählt werden können und die resultierenden Fragmentionen massenanalysiert werden können.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun mit Bezug auf 4 beschrieben. Ein Ionenimpuls bzw. Impuls von Ionen kann von einer Ionenquelle 1 emittiert werden und in einer Wechselspannungs- oder HF-Ioneneinfangvorrichtung 4 gesammelt und gekühlt werden. Die Wechselspannungs- oder HF-Ioneneinfangvorrichtung 4 kann beispielsweise eine segmentierte Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung aufweisen, die in einem Betriebsmodus dadurch, dass sie über ihre Länge mit verschiedenen Gleichspannungspotentialen programmiert werden kann, als eine Ionenfalle wirkt. Wenn sie zum Einfangen von Ionen verwendet wird, kann die Wechselspannungs- oder HF-Ioneneinfangvorrichtung 4 so programmiert werden, dass sie an irgendeinem Punkt entlang ihrer Länge eine axiale Potentialmulde aufweist. Die Wechselspannungs- oder HF-Ioneneinfangvorrichtung 4 kann alternativ einen segmentierten Mehrpol-Stabsatz, eine gestapelten Ringsatz, einen gestapelten Plattensatz in Form einer sandwichförmigen Elektrodenanordnung oder irgendeine Kombination dieser Vorrichtungen aufweisen. Die Wechselspannungs- oder HF-Ioneneinfangvorrichtung 4 kann ein Puffergas zum Kühlen der Ionen verwenden, was dabei hilft, dass die Einfangwirksamkeit der Vorrichtung 4 verbessert wird, während gleichzeitig von der Ionenquelle 1 emittierte energetische Ionen gekühlt werden.
Falls es nur erforderlich ist, eine Massenanalyse der eingefangenen Ionen vorzunehmen, können die Ionen von der Ioneneinfangvorrichtung 4 abgegeben werden und stromabwärts zu einer Ionenführung 5 und weiter stromabwärts zu einem Massenanalysator 6 geleitet werden. Der Massenanalysator 6 kann beispielsweise ein Quadrupol-Massenfilter, eine 2D-(lineare) oder 3D-(Paul)-Quadrupol-Ionenfalle, einen Flugzeit-Massenanalysator, einen FTICR-Massenanalysator oder einen Magnetsektor-Massenanalysator aufweisen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der Massenanalysator einen Querbeschleunigungs-Flugzeit-Massenanalysator auf.
Falls es alternativ erwünscht ist, eine Anzahl verschiedener Ionen aus der von der Ionenquelle 1 abgegebenen und nachfolgend in der Wechselspannungs- oder HF-Ioneneinfangvorrichtung 4 gesammelten und durch Kollisionen gekühlten Ionenmischung zu fragmentieren und zu analysieren, können die Ionen von der Wechselspannungs- oder HF-Ioneneinfangvorrichtung 4 in einem einzigen Impuls abgegeben und stromabwärts durch eine HF-Quadrupol-Ionenführung 2 geleitet werden. Die HF-Quadrupol-Ionenführung 2 wird vorzugsweise in einem ausschließlichen HF-Modus betrieben, so dass sie als eine Ionenführung und nicht als ein Massenfilter wirkt. Die HF-Quadrupol-Ionenführung 2 wird vorzugsweise bei einem solchen Druck (beispielsweise < 10^–4 mbar) betrieben, dass die HF-Quadrupol-Ionenführung 2 innerhalb der Ionenührung einen feldfreien Bereich 2 bildet. Ionen werden daher zeitlich entsprechend ihrem Masse-Ladungs-Verhältnis getrennt, wenn sie durch die HF-Quadrupol-Ionenführung laufen. Die aus dem feldfreien Bereich 2 innerhalb der HF-Quadrupol-Ionenführung austretenden Ionen werden von einer Ionenfalle 3 empfangen, die entweder nach dem ersten oder dem zweiten Haupt-Betriebsmodus arbeitet. Die Ionen werden vorzugsweise entsprechend ihren Masse-Ladungs-Verhältnissen in Gruppen innerhalb der Ionenfalle 3 gesammelt und gespeichert, wie vorstehend beschrieben wurde. Die Ionenfalle 3 kann beispielsweise mit einer sich fortschreitend verlangsamenden laufenden Gleichspannungswelle versehen werden, wie vorstehend mit Bezug auf den zweiten Haupt-Betriebsmodus der bevorzugten Ionenfalle 3 beschrieben wurde. Die Ionen treten daher in die Ionenfalle 3 ein und werden innerhalb axialer Einfangbereiche empfangen, die vom Ausgang der Ionenfalle 3 fortbewegt werden. Potentialwälle werden daher wiederholt um den Eingangsbereich der Ionenfalle 3 herum erzeugt, so dass weitere Ioneneinfangbereiche erzeugt werden, die in ähnlicher Weise vom Eingang der Ionenfalle 3 fortbewegt werden, jedoch mit immer geringerer Geschwindigkeit, um der abnehmenden Geschwindigkeit der an der Ionenfalle 3 ankommenden Ionen zu entsprechen. Die axialen Einfangbereiche werden vorzugsweise zum Halten oder zum Stillstand gebracht.
Die Ionen können dann in umgekehrter Reihenfolge von der Reihe von Potentialmulden in der bevorzugten Ionenfalle 3 abgegeben werden, so dass Ionen mit den höchsten Masse-Ladungs-Verhältnissen, die als letztes in die Ionenfalle 3 eintreten und daher in den axialen Einfangbereichen gespeichert werden, die dem Eingang der Ionenfalle 3 am nächsten liegen, die ersten Ionen sein können, die von der bevorzugten Ionenfalle 3 abgegeben werden. Die Ionen in einer ersten Gruppe werden vorzugsweise von der bevorzugten Ionenfalle 3 abgegeben und durch die HF-Quadrupol-Ionenführung 2 zurück ausgestoßen, und sie laufen vorzugsweise in die Wechselspannungs- oder HF-Ioneneinfangvorrichtung 4 und durch diese hindurch. Die HF-Quadrupol-Ionenführung 2 kann entweder im nicht auflösenden Modus (also im ausschließlichen HF-Modus) betrieben werden, so dass alle von einem axialen Einfangbereich innerhalb der bevorzugten Ionenfalle 3 abgegebenen Ionen übertragen werden. Alternativ kann die HF-Quadrupol-Ionenführung 2 im auflösenden (also massefilternden) Betriebsmodus betrieben werden, um nur die Ionen durchzulassen, die einen spezifischen oder einen begrenzten Bereich von Masse-Ladungs-Verhältnissen aufweisen, und Ionen mit anderen Masse-Ladungs-Verhältnissen abzuschwächen.
Von der HF-Quadrupol-Ionenführung 2 durchgelassene und in der Wechselspannungs- oder HF-Ioneneinfangvorrichtung 4 empfangene Ionen können durch Kollisionsaktivierung mit einem Puffergas innerhalb der Wechselspannungs- oder HF-Ioneneinfangvorrichtung 4 fragmentiert werden. Die Fragmentionen können dann vorzugsweise in der Wechselspannungs- oder HF-Ioneneinfangvorrichtung 4 eingefangen und nachfolgend abgegeben und stromabwärts durch eine optionale weitere Ionenführung 5 geführt werden, bevor sie zu einem stromabwärts der Wechselspannungs- oder HF-Ioneneinfangvorrichtung 4 angeordneten Massenanalysator 6 und wahlweise einer weiteren Ionenführung 5 geführt werden.
Die Prozedur des Abgebens bzw. der Abgabe von Ionen von der Ionenfalle 3 und des optionalen Fragmentierens einiger oder aller in einer Gruppe von Ionen von einem axialen Einfangbereich innerhalb der bevorzugten Ionenfalle 3 abgegebenen Ausgangsionen kann mehrere Male wiederholt werden, bis alle gewünschten Ionen fragmentiert oder massenanalysiert worden sind. Die bevorzugte Ionenfalle 3 kann daher als eine Fraktionssammelvorrichtung zum Fraktionieren von Ionen nach ihren Masse-Ladungs-Verhältnissen betrieben werden. Die in Bezug auf 4 dargestellte und beschriebene Ausführungsform ermöglicht das Ausführen vieler verschiedener Fragmentationen und Massenanalysen anhand der ursprünglichen Ionenmischung und ermöglicht das Erhalten eines hohen Tastgrads, insbesondere wenn das Massenspektrometer in einem MS/MS-Modus betrieben wird.

Claims

Verfahren zur Massenspektrometrie, welches die folgenden Schritte aufweist: Bereitstellen einer Ionenfalle, die mehrere Elektroden aufweist, wobei die Ionenfalle einen Eingang zum Empfangen von Ionen und einen Ausgang, aus dem Ionen austreten, aufweist; Zeitliches oder räumliches Dispergieren von Ionen stromaufwärts der Ionenfalle entsprechend ihres Masse-Ladungs-Verhältnisses oder ihrer Beweglichkeit in der Gasphase; Einführen der Ionen in die Ionenfalle zu einer ersten Zeit t₁, wobei im Bereich zwischen dem Eingang und dem Ausgang der Ionenfalle entlang der Ionenfalle keine Gleichspannungspotentiale an die Elektroden angelegt werden, so dass keine axialen Einfangbereiche gebildet werden; und Anlegen von Gleichspannungspotentialen an wenigstens einige der Elektroden in der Region zwischen dem Eingang und dem Ausgang der Ionenfalle zu einer zweiten, späteren Zeit t₂, zu der wenigstens einige Ionen von dem Eingang wenigstens 50% der axialen Länge der Ionenfalle zu dem Ausgang gelaufen sind, um hierdurch mehrere axiale Einfangbereiche entlang wenigstens eines Abschnitts der Länge der Ionenfalle zu bilden, so dass die Ionen entsprechend ihres Masse-Ladungs-Verhältnisses in Gruppen gesammelt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Gleichspannungspotentiale zu einer Zeit t₂ 300–400 μs nach t₁ angelegt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem zum zeitlichen oder räumlichen Dispergieren der Ionen eine Vorrichtung verwendet wird, die stromaufwärts der Ionenfalle angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei ein feldfreier Bereich und ferner Mittel zum Anlegen einer konstanten Potentialdifferenz verwendet werden, um Ionen zu beschleunigen, so dass sie die gleiche kinetische Energie aufweisen, bevor sie in den feldfreien Bereich überführt werden, so dass sie entsprechend ihrem Masse-Ladungs-Verhältnis dispergiert werden.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der feldfreie Bereich innerhalb einer Ionenführung bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei eine Ionenführung verwendet wird, die aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: (i) einem Quadrupol-Stabsatz, (ii) einem Hexapol-Stabsatz, (iii) einem Oktopol-Stabsatz oder einem Stabsatz höherer Ordnung, (iv) einer Ionentunnel-Ionenführung mit mehreren Elektroden, in denen sich Öffnungen befinden, von denen Ionen durchgelassen werden, wobei die Öffnungen im Wesentlichen die gleiche Größe aufweisen, (v) einer Ionentrichter-Ionenführung mit mehreren Elektroden, die Öffnungen aufweisen, von denen Ionen durchgelassen werden, wobei die Öffnungen zunehmend kleiner oder größer werden, und (vi) einem segmentierten Stabsatz.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, bei dem der feldfreie Bereich auf einem Druck kleiner oder gleich 10^–4 mbar gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei ein stromaufwärts der Ionenfalle angeordneter Driftbereich und ferner Mittel zum Halten des Driftbereichs auf einem Druck größer als 10^–3 mbar verwendet werden, so dass ein viskoser Widerstand auf Ionen ausgeübt wird, die durch den Driftbereich laufen, so dass Ionen im Driftbereich entsprechend ihrer Ionenbeweglichkeit dispergiert werden.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Driftbereich innerhalb einer Ionenführung bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei eine Ionenführung verwendet wird, die aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: (i) einem Quadrupol-Stabsatz, (ii) einem Hexapol-Stabsatz, (iii) einem Oktopol-Stabsatz oder einem Stabsatz höherer Ordnung, (iv) einer Ionentunnel-Ionenführung mit mehreren Elektroden, in denen sich Öffnungen befinden, von denen Ionen durchgelassen werden, wobei die Öffnungen im Wesentlichen die gleiche Größe aufweisen, (v) einer Ionentrichter-Ionenführung mit mehreren Elektroden, die Öffnungen aufweisen, von denen Ionen durchgelassen werden, wobei die Öffnungen zunehmend kleiner oder größer werden, und (vi) einem segmentierten Stabsatz.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Gleichspannungspotentiale so angelegt werden, dass zu einem Zeitpunkt die mehreren axialen Einfangbereiche zum Eingang hin bewegt werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Gleichspannungspotentiale so angelegt werden, dass zu einem Zeitpunkt die mehreren axialen Einfangbereiche zum Ausgang hin bewegt werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Gleichspannungspotentiale so verändert werden, dass sie einen Potentialwall zwischen zwei oder mehr axialen Einfangbereichen entfernen, so dass die zwei oder mehreren Einfangbereiche einen einzigen Einfangbereich bilden, oder einen Potentialwall zwischen zwei oder mehr axialen Einfangbereichen absenken, so dass wenigstens einige Ionen zwischen den zwei oder mehr axialen Einfangbereichen beweglich sind.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem ein axialer Spannungsgradient entlang wenigstens einem Abschnitt der Länge der Ionenfalle gehalten und der axiale Spannungsgradient zeitlich geändert wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Ionenfalle mit einer auf einem ersten Referenzpotential gehaltenen ersten Elektrode, einer auf einem zweiten Referenzpotential gehaltenen zweiten Elektrode und einer auf einem dritten Referenzpotential gehaltenen dritten Elektrode verwendet wird, wobei: zu einer Zeit T₁ eine erste Gleichspannung an die erste Elektrode angelegt wird, so dass die erste Elektrode auf einem ersten Potential oberhalb oder unterhalb des ersten Referenzpotentials gehalten wird, zu einer späteren Zeit T₂ eine zweite Gleichspannung an die zweite Elektrode angelegt wird, so dass die zweite Elektrode auf einem zweiten Potential oberhalb oder unterhalb des zweiten Referenzpotentials gehalten wird, und zu einer späteren Zeit T₃ eine dritte Gleichspannung an die dritte Elektrode angelegt wird, so dass die dritte Elektrode auf einem dritten Potential oberhalb oder unterhalb des dritten Referenzpotentials gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei: zu der Zeit T₁ die zweite Elektrode auf dem zweiten Referenzpotential und die dritte Elektrode auf dem dritten Referenzpotential gehalten wird, zu der Zeit T₂ an die erste Elektrode nicht mehr die erste Gleichspannung angelegt wird, so dass die erste Elektrode auf das erste Referenzpotential zurückgeführt wird und die dritte Elektrode auf dem dritten Referenzpotential liegt, und zu der Zeit T₃ an die zweite Elektrode nicht mehr die zweite Gleichspannung angelegt wird, so dass die zweite Elektrode auf das zweite Referenzpotential zurückgeführt wird und die erste Elektrode auf dem ersten Referenzpotential liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 oder 16, wobei das erste, das zweite und das dritte Referenzpotential gleich sind und/oder die erste, die zweite und die dritte Gleichspannung gleich sind und/oder das erste, das zweite und das dritte Potential gleich sind.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Ionenfalle mit 3 oder mehr Segmenten verwendet wird, wobei jedes Segment eine oder mehrere Elektroden aufweist und wobei die Elektroden in einem Segment auf dem gleichen Gleichspannungspotential gehalten werden.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei mehrere Segmente auf dem gleichen Gleichspannungspotential gehalten werden.
Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, wobei jedes Segment auf dem gleichen Gleichspannungspotential wie das nachfolgende n-te Segment gehalten wird, wobei n ≥ 2 ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ferner ein elektrisches Wechsel- oder HF-Feld angelegt wird, um Ionen radial in der Ionenfalle einzusperren.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Ionenfalle auf einem Druck zwischen 0,001 mbar und 10 mbar gehalten wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine oder mehrere transiente Gleichspannungen oder eine oder mehrere transiente Gleichspannungs-Wellenformen fortschreitend an die Elektroden angelegt werden, welche die Ionenfalle bilden, so dass Ionen entlang der Ionenfalle gedrängt werden.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei eine oder mehrere transiente Gleichspannungen oder eine oder mehrere transiente Gleichspannungs-Wellenformen an einer ersten axialen Position entlang der Ionenfalle an die Elektroden und anschließend an zweiten und dann dritten unterschiedlichen axialen Positionen entlang der Ionenfalle angelegt werden.
Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, wobei die eine oder die mehreren transienten Gleichspannungen angelegt werden, um zu erzeugen: (i) einen Potentialhügel oder Potentialwall, (ii) eine Potentialmulde, (iii) mehrere Potentialhügel oder Potentialwälle, (iv) mehrere Potentialmulden, (v) eine Kombination aus einem Potentialhügel oder einem Potentialwall und einer Potentialmulde oder (vi) eine Kombination aus mehreren Potentialhügeln oder Potentialwällen und mehreren Potentialmulden.
Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, wobei eine oder mehrere transiente Gleichspannungs-Wellenformen angelegt werden, die eine sich wiederholende Wellenform einschließen.
Verfahren nach Anspruch 26, wobei die eine oder die mehreren transienten Gleichspannungs-Wellenformen eine Rechteckwelle einschließen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 27, wobei die Amplitude der einen oder der mehreren transienten Gleichspannungen oder der einen oder der mehreren transienten Gleichspannungs-Wellenformen entweder (i) zeitlich konstant bleibt, (ii) zeitlich zunimmt, (iii) zeitlich zunimmt und dann abnimmt, (iv) zeitlich abnimmt oder (v) zeitlich abnimmt und dann zunimmt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 28, wobei die eine oder die mehreren transienten Gleichspannungen oder die eine oder die mehreren transienten Gleichspannungs-Wellenformen wiederholt erzeugt und an die die Ionenfalle bildenden Elektroden angelegt werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Ionenfalle verwendet wird, die aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: (i) einem Ionentrichter mit mehreren Elektroden, in denen sich Öffnungen befinden, von denen Ionen durchgelassen werden, wobei der Durchmesser der Öffnungen fortschreitend kleiner oder größer wird, (ii) einem Ionentunnel mit mehreren Elektroden, in denen sich Öffnungen befinden, von denen Ionen durchgelassen werden, wobei der Durchmesser der Öffnungen im Wesentlichen konstant ist, und (iii) einem Plattenstapel, einer Ringelektrode oder einer Drahtschleifenelektrode.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Ionenfalle mit mehreren Elektroden verwendet wird, wobei jede Elektrode eine Öffnung aufweist, von der Ionen durchgelassen werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei wenigstens einige Elektroden mit einer kreisförmige Öffnung verwendet werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei nur Elektroden mit einer einzigen Öffnung verwendet werden, von der Ionen durchgelassen werden.
Verfahren nach Anspruch 31, 32 oder 33, wobei der Durchmesser der Öffnungen von wenigstens 50% der zur Bildung der Ionenfalle verwendeten Elektroden kleiner oder gleich 10 mm ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei wenigstens 50% der zur Bildung der Ionenfalle verwendeten Elektroden Öffnungen aufweisen, die die gleiche Größe oder Fläche haben.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 29, wobei eine Ionenfalle mit einem segmentierten Stabsatz verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Dicke von wenigstens 50% der verwendeten Elektroden kleiner oder gleich 3 mm ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Ionenfalle mit einer Länge von 10–20 cm verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei wenigstens 10% der Elektroden sowohl an eine Gleichspannungsversorgung als auch an eine Wechselspannungsversorgung oder HF-Spannungsversorgung angeschlossen werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem ferner an axial benachbarte Elektroden Wechsel- oder HF-Spannungen angelegt werden, die eine Phasendifferenz von 180° aufweisen.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem ferner eine oder mehrere Wechsel- oder HF-Spannungswellenformen an wenigstens einige der Elektroden angelegt werden, so dass Ionen entlang wenigstens einem Abschnitt der Länge der Ionenfalle gedrängt werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine komplexe Ionenmischung in die Ionenfalle aufgenommen wird und von der Ionenfalle fraktioniert wird, wobei wenigstens einige der Fraktionen in getrennten axialen Einfangbereichen gespeichert werden.