DE10397000B4

DE10397000B4 - Verbessertes Massenspektrometer und Massenfilter für das Massenspektrometer

Info

Publication number: DE10397000B4
Application number: DE10397000.2A
Authority: DE
Inventors: Philip Marriott
Original assignee: Thermo Fisher Scientific Inc
Current assignee: Thermo Fisher Scientific Inc
Priority date: 2002-05-13
Filing date: 2003-05-13
Publication date: 2014-08-28
Anticipated expiration: 2023-05-14
Also published as: US20050127283A1; WO2003096376A1; JP2005534140A; GB0311003D0; GB2388705A; GB2388705B; CN100499016C; DE10392635T5; AU2003230017A1; CA2485944A1; DE10392635B4; DE10397008A5; USRE45553E1; GB0210930D0; CN1653582A; US7211788B2; AU2003230017B2; CA2485944C

Abstract

Massenfiltervorrichtung zum Filtern eines Strahls von Ionen, die Masse/Ladungs-Verhältnisse in einem Bereich von Masse/Ladungs-Verhältnissen aufweisen, um Ionen eines gewählten Masse/Ladungs-Verhältnisses in dem Bereich zu transmittieren, umfassend: eine Ionenstrahlquelle (12) zum Emittieren des Ionenstrahls, eine erste und eine zweite Bandpass-Transmissionsmassenfilterstufe (30, 32; 52, 54) in Reihe, um den Ionenstrahl von der Ionenstrahlquelle (12) zu empfangen, ein Vakuumsystem (16, 18, 20, 22; 24; 24, 56), das derart angeordnet ist, dass es sowohl die erste als auch die zweite Bandpass-Transmissionsmassenfilterstufe (30, 32; 52, 54) bei Betriebsdrücken unterhalb 10–3 Torr hält, wobei die erste Bandpass-Transmissionsmassenfilterstufe (30; 52) ein erstes Quadrupolmassenfilter (34) und eine erste Spannungsversorgung zur Versorgung des ersten Quadrupolmassenfilters (34) mit Gleichspannung und Hochfrequenzspannung umfasst, wobei die erste Spannungsversorgung derart ausgestaltet ist, dass sie das erste Quadrupolmassenfilter (34) mit einem Hochfrequenzspannungs-zu-Gleichspannungs-Verhältnis ausstattet, um einen ersten Bandpass so bereitzustellen, dass lediglich Ionen in einem Unterbereich von Masse/Ladungs-Verhältnissen selektiert werden, der das gewählte Masse/Ladungs-Verhältnis enthält, für weitere Transmission zur zweiten Bandpass-Transmissionsmassenfilterstufe (32; 54), und wobei die zweite Bandpass-Transmissionsmassenfilterstufe (32; 54) ein Analysequadrupolmassenfilter (36) und eine zweite Spannungsversorgung zur Versorgung des Analysequadrupolmassenfilters (36) mit Gleichspannung und Hochfrequenzspannung umfasst, wobei die zweite Spannungsversorgung derart ausgestaltet ist, dass sie das Analysequadrupolmassenfilter (36) mit einem Hochfrequenzspannungs-zu-Gleichspannungs-Verhältnis in dem Bereich von –5,963 bis –5,958 ausstattet, um einen zweiten Bandpass bereitzustellen, der enger ist als der erste Bandpass, um lediglich Ionen des gewählten Masse/Ladungs-Verhältnisses zu selektieren.

Description

Technisches Gebiet
Diese Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verbesserung von Betriebseigenschaften von Massenspektrometern.
Die Erfindung wird hierin unter Bezugnahme auf Quadrupol-Massenfilteranordnungen beschrieben, aber sie ist nicht auf solche Vorrichtungen beschränkt.
Hintergrund
Quadrupol- oder Multipol-Massenfilter sind in der Massenspektrometrietechnik bekannt und funktionieren derart, dass Ionen mit einem Masse/Ladungs-Verhältnis, das innerhalb eines stabilen Arbeitsbereichs liegt, transmittiert werden. Die Größe des stabilen Arbeitsbereichs wird neben anderen Faktoren durch die Geometrie von Quadrupolstäben und die Größe von an die Quadrupolstäbe angelegten Gleich- und Hochfrequenz-(HF)-Spannungen (einschließlich der Frequenz der HF-Spannungen) bestimmt. Daher können die transmittierten Ionen einen Bereich eines Masse/Ladungs-Verhältnisses haben, der von der Größe des stabilen Arbeitsbereichs abhängt. Die Transmissionseigenschaften des Filters und folglich der Bereich von Masse/Ladungs-Verhältnissen innerhalb des transmittierten oder gefilterten Ionenstrahls kann durch Verringern der Größe des stabilen Arbeitsbereichs verringert werden. Abgewiesene Ionen werden nicht zum Ausgang bzw. Detektor des Spektrometers transmittiert.
Ein wesentlicher Anteil der abgewiesenen Ionen trifft auf die Quadrupolstäbe, wobei er von den Stäben Material absputtert und/oder auf den Stäben dielektrisches Material ablagert. Eine große Ablagerungsmenge kann über die Zeit hinweg auftreten, insbesondere dann, wenn ein Spektrometer zur Analyse von Partikelmassen innerhalb von Ionenstrahlen mit großer Intensität verwendet wird. Abgelagertes Material kann dazu führen, dass Bereiche der Staboberfläche teilweise oder vollständig isolierend werden oder eine unterschiedliche elektrische Arbeitsfunktion haben. Daher beeinträchtigt das auf den Stäben abgelagerte Material die Eigenschaften des mit den an die Stäbe angelegten Spannungen verbundenen elektrischen Felds. Letztendlich verändert das abgelagerte Material die elektrische Feldstärke in der Nähe der Oberfläche der Stäbe.
Ein weiteres als Raumladungseffekt bekanntes Problem tritt auf, wenn Ionenstrahlen mit relativ großer Intensität analysiert werden. Wenn der Ionenstrahl mit großer Intensität in das Quadrupolmassenfilter eintritt, wird das mit den an die Quadrupolstäbe angelegten Spannungen verbundene elektrische Feld gestört. Diese Feldstörung ist auf das Vorhandensein der geladenen Partikel im Ionenstrahl zurückzuführen. Die elektrischen Feldstörungen treten in der Nähe der Ionen im Strahl auf.
Quadrupolmassenfilter sind durch diese Probleme ernsthaft beeinträchtigt, insbesondere dann, wenn ein Spektrometer mit solchen Filtern bei einer großen Massenauflösung arbeitet. Zur hochauflösenden Massenspektrometrie sind sehr umständliche Erfordernisse für die Präzision, mit der das elektrische Feld aufrechterhalten wird, erforderlich. Ferner treten bei hoher Auflösung die stabilen Trajektorien von Ionen durch das Filter über relativ lange Abstände im Filter hinweg sehr nahe an den Stäben vorbei. Daher treten die Trajektorien sehr nahe an dem abgelagerten dielektrischen Material vorbei, und folglich innerhalb eines Bereichs des elektrischen Felds, das von Störungen beeinträchtigt ist.
Die Auflösung eines Spektrometers ist weiterhin ungefähr proportional zum Quadrat der Zeit, die die Ionen im Filter verbringen. Daher kann eine gewünschte Auflösung lediglich dann erreicht werden, wenn die Ionen ausreichend Zeit im Filter verbringen; je länger sich die Ionen im Filter befinden, desto größer ist die erreichte Auflösung. Es ist üblich, die Ionen auf sehr niedrige Energien (typischerweise 2 eV) abzubremsen, um die Zeit, die sie im Filter verbringen, zu maximieren und folglich die Auflösung des Spektrometers zu erhöhen. Der Raumladungseffekt ist für einen derartig langsamen Ionenstrahl groß und dies verstärkt die mit den aufgrund des Raumladungseffekts gestörten elektrischen Feldern verbundenen Probleme. Daher existiert gegenwärtig ein Kompromiss zwischen dem Raumladungseffekt, der Ionenstrahlenergie und der Spektrometermassenauflösung.
Ein Massenfilter mit einem durch die oben beschriebenen Probleme verursachten gestörten elektrischen Feld kann eine beträchtlich verringerte Massenauflösung oder Transmission aufweisen. Im schlimmsten Fall wird das Spektrometer unbrauchbar. Die Probleme werden über die Zeit hinweg verstärkt, wenn weiteres dielektrisches Material auf den Stäben abgelagert wird. Die Anhäufung von Material tendiert dazu, ungleichförmig zu sein, wobei mehr Material in der Nähe des Eingangs des Filters abgelagert wird, da die meisten Ionen beim Eintritt in das Filter abgewiesen werden. Wenn die Leistungsfähigkeit des Spektrometers unterhalb eine tolerierbare Schwelle fällt, ist es notwendig, das Massenfilter mit beträchtlichen Kosten zu ersetzen oder zu warten.
Die US 3,129,327 A offenbart Hilfselektrodenstäbe, die lediglich durch Wechselspannungen betrieben werden, um die Transmission in einen zweiten Satz von Stäben, der als Massenfilter wirkt, zu verbessern; die Hilfselektroden wirken als Ionenführung.
Die US 4,963,736 A offenbart einen Satz von Stäben, der mit im Wesentlichen keiner Gleichspannung und bei einem erhöhten Druck arbeitet. Daher wirkt das Filter als eine unter Druck stehende Ionenführung, die aufgrund von Kollisionsfokussierung hohe Transmissionseigenschaften besitzt.
Die US 6,140,638 A offenbart ein Massenfilter, das ein erstes als eine Kollisions-/Reaktionszelle wirkendes Massenfilter umfasst, und bezüglich eines zweiten Filters sich bei einem erhöhten Gasdruck befindet. Die offenbarte Vorrichtung setzt sich zum Ziel, isobarische Interferenzen durch Transmission von Ionen durch eine Kollisionszelle zu verringern, um Übergangsionen abzuweisen, die andernfalls isobarische Interferenzen verursachen würden.
Die US 6,340,814 B1 offenbart ein Spektrometer, welches zwei Filter umfasst, die mit ähnlicher Massenauflösung arbeiten, um die Auflösung der gesamten Vorrichtung zu verbessern. Wenn die beiden Filter miteinander gekoppelt werden, wird eine höhere Auflösung im Vergleich zu der Auflösung jedes Filters für sich erreicht.
Die EP 1114437 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entfernen von Ionen von einem Ionenstrahl, um die Gasbelastung an der Kollisionszelle zu verringern, was dazu dient, die Bildung oder Neubildung von unerwünschten Artefaktionen in der Kollisionszelle zu minimieren.
Die EP 0871201 A1 offenbart ein Massenspektrometer, welches eine lineare Ionenfalle-Massenanalysevorrichtung umfasst. Stromaufwärts von der linearen Ionenfalle-Massenanalysevorrichtung befindet sich ein lineares Quadrupol-Massenfilter, welches so betrieben wird, dass es von Ionen mit gewünschten Masse/Ladungs-Verhältnissen stabil passierbar ist, welche daraufhin der Ionenfalle zugeführt werden. Ferner ist ein spezifisches Massenfilter allein dafür vorgesehen, Ionen einer konkreten, zuvor identifizierten Ionenart aus dem Ionenstrahl zu entfernen. Mit Ausnahme der Ionen der zuvor bestimmten Art können alle anderen Ionen das Massenfilter durchlaufen.
In der JP H05-36376 A wird ein Analysequadrupolmassenfilter im zweiten Stabilitätsbereich betrieben. Dieser transmittiert auch unerwünschte Ionen höherer Masse in seinem ersten Stabilitätsbereich. Diese unerwünschten Ionen werden mit einem vorgeschalteten Quadrupolmassenfilter entfernt, der im ersten Stabilitätsbereich arbeitet.
Keines dieser Systeme schlägt eine Lösung für die oben beschriebenen Probleme vor.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die mit dem Stand der Technik einhergehenden Probleme zu verbessern. In ihrer breitesten Form bestehen Ausführungsformen der Erfindung in einem Massenspektrometer, das eine mehrfache Massenfilterstufe aufweist. In einem der Massenfilter wird ein großer Anteil von unerwünschten Ionen aus dem Ionenstrahl entfernt.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Massenfiltervorrichtung gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen.
Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Ansprüchen 2 bis 10 angegeben.
Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Massenspektrometer mit einer solchen Massenfiltervorrichtung.
Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zum Filtern eines Strahls von Ionen gemäß Anspruch 12.
Bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens sind in den Ansprüchen 13 bis 20 angegeben.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung besitzen einen Vorteil darin, dass sie im Vergleich zu herkömmlichen Systemen mit einer hohen Auflösung über sehr viel längere Zeitdauern hinweg arbeiten. Ein Grobfilter entfernt die Mehrzahl von unerwünschten Ionen aus dem Ionenstrahl und ist derart angeordnet, dass es mit einem relativ hohen Bandpass im Vergleich zu einem Feinfilter arbeitet. Daher können die oben beschriebenen mit der herkömmlichen Technik verbundenen Probleme für die Filter reduziert werden, und die Genauigkeit des Filters kann verbessert werden.
Die Betriebsprozeduren für eine Vorrichtung oder ein Verfahren, das die Erfindung verwendet, können bezüglich Vorrichtungen, die Kollisions- oder Reaktionszellen in den Filterstufen des Spektrometers verwenden, beträchtlich vereinfacht werden. Die einzigen Gase, die sehr wahrscheinlich in den Filtern der erfindungsgemäßen Vorrichtungen vorhanden sind, sind sehr geringe Spuren von Restgasen, wie Wasserdampf, CO₂ oder Argon, die zum größten Teil aus der Ionenquelle stammen, im Filter oder Spülgas zurückbleiben. Spuren dieser Gase mit Partialdrücken unterhalb 10^–3 Torr (0,1333 Pa) in einem typischen Filter reichen nicht aus, um eine beliebige signifikante Anzahl von Reaktionen mit den durch das Filter tretenden Ionen zu verursachen.
Vorrichtungen und Verfahren, die die Erfindung verkörpern, besitzen auch den Vorteil eines weniger problematischen Betriebs, insbesondere bei großen Auflösungen, und im Vergleich zu Spektrometern, die Kollisions- oder Reaktionszellen aufweisen. Das durch Kollisions- oder Reaktionszellen verwendende Vorrichtungen erzeugte Spektrum kann unerwünschte Peaks enthalten, die von Reaktions-Ionen stammen. Die Transmission von Ionen durch die Reaktions-/Kollisionszelle wird durch die Kollisionen oder Reaktionen verringert, und damit wird die Empfindlichkeit der Vorrichtung beeinträchtigt. Die Komplexität für den Betrieb solcher Vorrichtungen ist wegen der zum Betrieb der Reaktions-/Kollisionszellen notwendigen Steuerungen/Regelungen groß. Weiterhin ist es erforderlich, dass die Bedienungsperson hohe Sachkenntnisse in Ionenkollisionschemie besitzt, um sicherzustellen, dass das korrekte Gas verwendet wird, andernfalls tritt die erforderliche Reaktion nicht auf und Spektralergebnisse können irreführend oder nutzlos sein. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung arbeiten bei Drücken, in denen es sehr unwahrscheinlich ist, dass Reaktionen oder Kollisionen in der Filterstufe auftreten.
Wie oben beschrieben wurde, arbeiten die Filter in einem Hochvakuum von 10^–3 Torr oder weniger, bei welchen Drücken die Dichte von Gasmolekülen im Filter sich auf einem solchen Niveau befindet, dass die Wahrscheinlichkeit, dass Reaktionen oder Kollisionen zwischen den Ionen im Strahl und einem beliebigen Restgas im Filter stattfinden, sehr niedrig ist oder praktisch nicht existiert. Dies hat einen weiteren Vorteil darin, dass hohe Transmissionskoeffizienten durch die Filter für die erwünschten Ionen erreicht werden können (und folglich Verbesserungen der Empfindlichkeit des Spektrometers ebenfalls verbessert werden).
Solche Vorteile sind insbesondere erwünscht für hochauflösende Massenspektrometer. Solche Systeme können typischerweise bei 10^–6 Torr arbeiten, bei welchem Druck selbst dann, wenn beliebige Kollisionen und/oder Reaktionen von Ionen mit dem Gas im Filter auftreten, diese praktisch keine Beeinträchtigung für die Ionenstrahlintensität oder der sich ergebenden Spektren haben. Daher können vorteilhafterweise Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bei extrem hoher Auflösung und hohen Strahlintensitäten arbeiten.
Weiterhin kann eine einzige Vakuumpumpe verwendet werden, um das Vakuum in allen Filterstufen aufrechtzuerhalten, wodurch das System weiter vereinfacht wird.
Ein weiterer Vorteil wird durch Entfernen einer Mehrzahl von Ionen aus dem Ionenstrahl in der ersten Filterstufe erreicht, und folglich wird der Strahlstrom in der zweiten Filterstufe verringert. Daher wird die Menge von auf den Elementen der zweiten Filterstufe abgelagertem Material in großem Maße verringert, was es ermöglicht, dass die zweite Filterstufe mit sehr hohen Auflösungen über viel längere Zeitdauern hinweg arbeitet. Die Zeit zwischen Wartungsintervallen kann daher erhöht werden, was die Zeit erhöht, in der das Spektrometer betriebsbereit ist und was die Kosten verringert. Die zweite Filterstufe kann auch bei sehr niedrigen Auflösungen arbeiten, da die elektrischen Feldeigenschaften im Filter im Wesentlichen konstant bleiben, wegen der sehr stark reduzierten Ablagerung von dielektrischem Material im Filter. Der Raumladungseffekt kann mit einem hohen Genauigkeitsgrad berechnet werden und kompensiert werden. Der Raumladungseffekt ist sehr viel niedriger aufgrund des reduzierten Strahlstroms, wodurch die Auflösungen der Vorrichtung weiter verbessert werden.
Beschreibung der Zeichnungen und der bevorzugten Ausführungsformen
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 eine sehr schematische Wiedergabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, und
2 eine sehr schematische Wiedergabe einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
Unter Bezugnahme auf 1 ist ein Massenspektrometer 10 gezeigt, das die vorliegende Erfindung verkörpert. Das Massenspektrometer umfasst eine Ionenstrahlquelle 12 und einen Detektor 14. Zwischen der Ionenquelle und dem Detektor sind jeweils zwei Vakuumkammern 16 und 18 angeordnet. Jede Kammer ist durch jeweilige Vakuumpumpen 20 und 22 auf einem Hochvakuum gehalten. Die Vakuumpumpe 24 wird verwendet, um die Ionenstrahlkammer 12 der Ionenstrahlquelle zu evakuieren, falls erforderlich. Jeweils ein Massenfilter 30 und 32 ist in einer jeweiligen Kammer 16 und 18 angeordnet. Die Filter sind relativ zueinander und zur Ionenstrahlquelle in Reihe angeordnet. Daher tritt der Ionenstrahl zuerst durch das eine Filter und danach durch das andere Filter, bevor er auf den Detektor trifft oder bevor er von einem Ausgang (nicht gezeigt) emittiert wird. Quadrupolstäbe 34 und 36 sind derart angeordnet, dass sie die Ionen in dem jeweils durch die Massenfilter 30 und 32 tretenden Ionenstrahl beeinflussen.
Für die Zwecke dieser Beschreibung wird das am nächsten zur Strahlquellenkammer 12 liegende Filter 30 als ”Schutzfilter” bezeichnet. Das am nächsten zum Detektor 14 liegende Filter 32 wird als ”Analysefilter” bezeichnet.
Das Schutzfilter arbeitet mit einer niedrigeren Auflösung und stellt einen breiteren Stabilitätsbereich als das Analysefilter bereit. Der Stabilitätsbereich des Schutzfilters ist derart eingestellt, dass der größte Teil des Massenspektrums von in das Filter eintretenden Ionen abgewiesen wird. Anders ausgedrückt, wirkt das Schutzfilter derart, dass es den Strahl vorfiltert, bevor dieser in das Analysefilter eintritt.
Ein hoher Anteil von abgewiesenen Ionen trifft auf die Quadrupolstäbe des Schutzfilters und verursacht Ablagerung auf diesen, aber weil das Filter einen relativ breiten Stabilitätsbereich besitzt, verursachen beliebige Störungen des elektrischen Felds, die durch solche Ablagerungen im Filter 30 verursacht werden, keine Abweisung von Ionen in dem erforderlichen Masse/Ladungs-Verhältnis. Daher wird ein großer Betrag von unerwünschtem Material von dem Ionenstrahl entfernt, bevor er in das Analysefilter eintritt, während im Wesentlichen alle Ionen des erforderlichen Masse/Ladungs-Verhältnisses zum Analysefilter transmittiert werden.
Weiterhin kann die hohe Intensität des in das Schutzfilter 30 eintretenden Ionenstrahls das elektrische Feld durch den Raumladungseffekt stören. Der breite Stabilitätsbereich des Schutzfilters arbeitet weiterhin derart, dass im Wesentlichen alle Ionen des erforderlichen Masse/Ladungs-Verhältnisses zum Analysefilter transmittiert werden. Jedoch ist vorteilhafterweise der Raumladungseffekt im Analysefilter 32 aufgrund der reduzierten Ionenstrahlintensität oder des reduzierten Ionenstroms in großem Maße verringert, wobei der Großteil der Ionen des Strahls im Schutzfilter abgewiesen wurde.
Ferner kann das Schutzfilter im Vergleich zum Analysefilter mit höheren Ionenenergien arbeiten. Bevor sie in das Analysefilter eintreten, können die Ionen auf ungefähr 1/5 der Energie, mit der sie das Schutzfilter durchqueren, abgebremst werden. Das Schutzfilter kann derart angeordnet sein, dass es den größten Teil des unerwünschten Ionenstrahlstroms bei der größeren Strahlenergie entfernt.
Weiterhin ist die Transmission von Ionen durch das Schutzfilter wegen der hohen Ionenenergie relativ hoch. In einer bevorzugten Ausführungsform entfernt das Schutzfilter typischerweise 99,9% des Ionenstroms. Anders ausgedrückt, werden 0,1% der Ionen im Ionenstrahl durch das Schutzfilter transmittiert. Noch bevorzugter arbeitet das Schutzfilter mit einem 0,01%-Transmissionsfaktor für Anwendungen mit sehr hoher Auflösung. Als Ergebnis wird der Raumladungseffekt und die Ablagerung von unerwünschtem Material am Analysefilter um einen Faktor in der Größenordnung von 99,99% verringert. Ausführungsformen der Erfindung sind insbesondere dort wirksam, wo Ionenströme von 100 nA oder größer vorhanden sind und wo eine Auflösung von 0,1 atomaren Masseneinheiten (u) erforderlich ist. Bei sehr hoher Auflösung (d. h. in der Größenordnung von 0,02 u) sind Ausführungsformen der Erfindung extrem wirksam.
Das Analysefilter wird derart eingestellt, dass es mit ausreichender Auflösung für jede Anwendung arbeitet. Diese Auflösung kann typischerweise zwischen 1 u bis Bruchteilen eines u über den gewählten Masse/Ladungs-Verhältnisbereich liegen. Die Breite des Bandpasses des Analysefilters bestimmt die Auflösung des Massenspektrometers.
Unter Bezugnahme auf 2 ist eine zweite Ausführungsform gezeigt. Hier umfasst das Massenspektrometer 50 ebenfalls eine Ionenstrahlquelle 12 und eine Quellenvakuumpumpe 24, falls erforderlich. Jedoch ist bei dieser Ausführungsform das Schutzfilter 52 eng mit dem Analysemassenfilter 54 gekoppelt Daher sind beide Filter in einer einzigen Vakuumkammer 56 angeordnet. Diese Anordnung stellt eine verbesserte Transmission im Vergleich mit der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform bereit, bei der das Schutzfilter von dem Analysefilter getrennt ist.
Weitere Ausführungsformen der Vorrichtung können zusätzliche Filter oder dgl. innerhalb des Vakuumkammersystems umfassen. Diese zusätzlichen Komponenten können insbesondere nützlich sein, wenn MS-MS-Experimente durchgeführt werden. Ferner können zusätzliche Multipolstrukturen in dem Instrument enthalten sein, welche Kollisions-/Reaktionszellen oder Ionenführungen umfassen. Lediglich durch Wechselspannungen betriebene Hilfselektroden können ebenso enthalten sein, um die Transmission zu verbessern. Es kann erwünscht sein, diese zusätzlichen Komponenten zwischen dem Schutzfilter und dem Analysefilter anzuordnen.
Außer Quadrupolen können andere Multipolanordnungen verwendet werden, um Ionen außerhalb eines Masse/Ladungs-Verhältnisses aus den Ionenstrahlen zu filtern, und vorzugsweise können das Analysefilter und das Schutzfilter dieselbe Stabkonfiguration aufweisen, aber sie müssen nicht notwendigerweise dieselbe Stablänge aufweisen. Wenn Auflösungen unterhalb 1 u erforderlich sind, ist es bevorzugt, die Stäbe in einer Quadrupolanordnung anzuordnen.
Die gegenüberliegenden Stäbe der Filter (in einer Quadrupolkonfiguration) sind um einen Abstand 2 r₀ beabstandet. Vorzugsweise ist r₀ für sowohl das Schutzfilter als auch das Analysefilter gleich und liegt zwischen 1 mm und 15 mm, oder insbesondere zwischen 4 mm und 8 mm. Die Länge der Schutzfilterstäbe L1 sollte zwischen 1- und 80-mal r₀ liegen, aber vorzugsweise zwischen 2- und 6-mal r₀. Die Stablänge des Analysefilters, L2, liegt vorzugsweise zwischen 20- bis 80-mal r₀. Für Anwendungen mit hoher Auflösung kann ein Kompromiss zwischen der Stablänge (um die Zeit, die die Ionen im Filter verbringen, zu maximieren) und Herstellungstoleranzen gemacht werden, die begrenzen, bis zu welcher Länge die Stäbe mit zu einer gegebenen Genauigkeit hergestellt werden können. Am Prioritätstag dieser Anmeldung war ein optimale Länge für L2 250 mm, wobei r₀ = 6 mm war. Die Herstellungsverfahren für Filterstäbe können sich mit der Zeit verbessern, und die obere Grenze von 80 r₀ für die Stablänge sollte nicht beschränkend sein.
Typischerweise braucht die Länge der Kammer, die das Schutzfilter enthält, lediglich wenige Prozent länger sein als die Filterstäbe, obwohl sie länger sein kann, um zusätzliche Komponenten aufzunehmen.
Vorzugsweise wird die Gleichspannungsvorspannung (Polvorspannung), die an alle Stäbe des Schutzfilters angelegt wird, unabhängig von der Polspannung der Analysefilterstäbe gesteuert/geregelt. Auf diese Weise kann die kinetische Energie der Ionen in jedem Filter unabhängig voneinander gesteuert/geregelt werden, aus den zuvor beschriebenen Gründen.
Es ist auch bevorzugt, das Schutzfilter über einen Hochfrequenz(HF)-Koppler, beispielsweise Kondensatoren, mit der Stromversorgung des Analysefilters zu verbinden. Daher weist das Schutzfilter dieselbe Hochfrequenzspannung wie das Analysefilter auf, wodurch das Erfordernis für zusätzliche Stromversorgungen verringert wird und folglich die Gesamtkosten des Instruments verringert werden. In dieser bevorzugten Ausführungsform wird an das Schutzfilter ein unterschiedliches Gleichspannungspotential an die Stäbe angelegt im Vergleich zu dem Gleichspannungspotential des Analysefilters, da das Schutzfilter bei einer unterschiedlichen Auflösung arbeitet. Im Fall des Schutzfilters erfordern die Gleichspannungspotentiale eine relativ geringe Genauigkeit, da sie an ein Massenfilter mit niedriger Auflösung angelegt werden.
Die Auflösung des Filters kann durch Variieren des Hochzfrequenzspannungs(HF)-zu-Gleichspannungs(DC)-Verhältnisses gesteuert/geregelt werden. Für sehr hohe Auflösung sollte das Hochfrequenzspannungs-zu-Gleichspannungs-Verhältnis zwischen –5,963 und –5,958 liegen. Das Verhältnis für das Schutzfilter sollte zwischen –5,983 und –6,00 liegen. (Die Spannungen werden unter Verwendung bekannter Gleichungen berechnet, etwa Gleichung 2.19 und 2.20 in P. H. Dawson, ”Quadrupole Mass Spectrometry and its Applications”, veröffentlicht von Elsevier, 1976, wo beispielsweise unter der Annahme, dass die transmittierten Ionen eine u = 115 aufweisen, r₀ = 6,0 mm, V_HF = –1205,44 V, V_DC = 202,24 V und die HF-Betriebsfrequenz = 2,0 MHz ist, ein Hochfrequenzspannungs-zu-Gleichspannungs-Verhältnis von –5,96 angegeben ist.)
Die Filterkammern arbeiten vorzugsweise bei demselben Druck und unterhalb von 10^–3 mbar und noch bevorzugt unterhalb von 10^–5 mbar.
In einer anderen Ausführungsform kann ein Hilfsstabsystem, ähnlich dem in US 3,129,327 A offenbarten System, verwendet werden, um die Transmission in das Schutzfilter zu verbessern.
Ausführungsformen dieser Erfindung unterscheiden sich von anderen Systemen, da das Schutzfilter Ionen transmittiert, die im Wesentlichen dasselbe Masse/Ladungs-Verhältnis aufweisen wie diejenigen, die durch das Analysefilter transmittiert werden. Früher wurde für andere Vorrichtungen vorgeschlagen, dass diese durch Auswählen eines Mutterions im ersten Filter arbeiten, wobei Tochterionen eines unterschiedlichen Masse/Ladungs-Verhältnisses durch das zweite Filter transmittiert werden.
In den bevorzugten Ausführungsformen bestimmt das Analysefilter die Auflösung des Spektrometers. Ein Spektrum des Ionenstrahls kann durch Abtasten des Bandpasses des Filters über den gewünschten Bereich von Masse/Ladungs-Verhältnissen hinweg erzeugt werden. Es ist bevorzugt, beide Filter gleichzeitig abzutasten, um das Spektrum zu erzeugen. Die Abtastung kann eine glatte Abtastung über einen Bereich von Masse/Ladungs-Verhältnissen hinweg sein oder eine Sprungabtastung, bei der die Transmissionscharakteristiken beider Filter von einem Transmissionspeak zu einem anderen in Stufen bewegt werden. Die Sprungabtastung kann insbesondere nützlich sein, wenn Bereiche des Spektrums für den Endverbraucher uninteressant sind.
Da es wahrscheinlich ist, dass die Transmissionsprofile beider Filter nicht gleichförmig sind (d. h. die Transmission kein zylinderförmiges Profil aufweist), ist es wichtig, sowohl das Schutzfilter als auch das Analysefilter gemeinsam abzutasten. Auf diese Weise kann jede beliebige wesentliche Modulation des Spektrums minimiert werden. In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Transmissionsprofile des Filters über den gewünschten Bereich von Masse/Ladungs-Verhältnissen hinweg durch Abtasten der Stromversorgung für die Filter abgetastet.
Das Hochfrequenzspannungs-zu-Gleichspannungs-Verhältnis bestimmt die Bandpassbreite der Massenfilter und daher wird an das Analysefilter ein im Vergleich zum Schutzfilter unterschiedliches Hochfrequenzspannungs-zu-Gleichspannungs-Verhältnis angelegt. Eine Veränderung der Amplitude der Stabspannung verändert die durch das Filter transmittierten Masse/Ladungs-Verhältnisse. Daher wird die Versorgung des Analysefilters in ihrer Amplitude erhöht, um eine Abtastung durch einen Masse/Ladungsbereich zu erreichen, aber das Hochfrequenzspannungs-zu-Gleichspannungs-Verhältnis bleibt während des Anstiegs der Amplitude konstant. Wenn die Hochfrequenzspannungsversorgung des Schutzfilters mit dem Analysefilter gekoppelt ist (wie oben beschrieben), dann wird die Hochfrequenzspannungssignalstärke des Schutzfilters ebenfalls moduliert. Daher sollte die separate Gleichspannungsversorgung des Schutzfilters derart moduliert sein, dass sie das Schutzfilter durch den Masse/Ladungsbereich abtastet, während sein Hochfrequenzspannungs-zu-Gleichspannungs-Verhältnis konstant bleibt. Die Gleichspannungsversorgung des Schutzfilters wird unter Verwendung einer separaten Abtasteinrichtung rampenförmig hochgefahren, da das Schutzfilter in der bevorzugten Ausführungsform eine getrennte Gleichspannungsversorgung besitzt. Auf diese Weise werden die Transmissionseigenschaften beider Filter durch den interessierenden Masse/Ladungsbereich hindurch abgetastet, ohne relativ zueinander bewegt zu werden (d. h. die Rate, mit der. die Filter über das Masse/Ladungs-Verhältnis abgetastet werden, ist für beide Filter im Wesentlichen gleich).
Wenn die Filtertransmissionsprofile bekannt sind, kann es erwünscht sein, das Analysefilter lediglich durch den Bereich hindurch abzutasten, der durch das Schutzfilter transmittiert wird, insbesondere dann, wenn der Spektrumbereich innerhalb des Bandpasses des Schutzfilters liegt. Jedoch sollte ein Kompensationsfaktor zum erfassten Spektrum addiert werden, um das nicht gleichförmige Transmissionsprofil zu kompensieren. Wenn der Spektralbereich breiter ist als der Bandpass des Schutzfilters, kann es erforderlich sein, beide Filter abzutasten. In diesem Fall kann das Schutzfilter mit grober Auflösung abgetastet werden, während das Analysefilter mit feiner Auflösung abgetastet wird, um das Spektrum zu erzeugen.
Der Detektor und die Abtaststeuerung/-regelung werden vorzugsweise durch einen Computer gesteuert/geregelt, wodurch ermöglicht wird, dass das Aufnehmen des Spektrums automatisiert wird. Geeignete Detektoren und Abtaststeuer/-regelmittel sind bekannt.
Obwohl 1 und 2 zeigen, dass die Filter auf einer gemeinsamen Achse liegen, kann es erwünscht sein, das Analysefilter nicht auf der Achse des Schutzfilters anzuordnen. Als Ergebnis ergäbe sich ein außerhalb einer Sichtlinie liegender Weg vom Schutzfilter zum Detektor durch das Analysefilter. Dies besitzt den Vorteil, dass eine Hintergrundzählrate des Detektors verringert wird. Solch eine Hintergrundzählrate kann ein Ergebnis von neutralen Spezies sein, die durch das Filtersystem hindurchtreten. Natürlich versteht es sich für den Fachmann, dass neutrale Spezies nicht durch das Quadrupolfeld des Filters beeinträchtigt werden und daher geradlinig durch das Filter treten. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, um die Achse des Schutzfilters und des Analysefilters gegeneinander zu verlagern, einschließlich der Anordnung einer unterschiedlichen ionenoptischen Vorrichtung zwischen den beiden Filtern. Eine alternative Anordnung wäre es, die Achse des Schutzfilters derart anzuordnen, dass sie die Achse des Analysefilters in einem bestimmten Winkel und im Wesentlichen am Eingang der Analysefilterstufe schneidet.
Weitere Ausführungsformen innerhalb des Rahmens der Erfindung erschließen sich dem Fachmann. Beispielsweise kann es erwünscht sein, zwei oder mehr Analysefilter oder Schutzfilter zu haben, um die Leistungseigenschaften eines Massenspektrometers weiter zu verbessern. Auch könnten andere Komponenten in Reihe und zwischen dem Schutzfilter und dem Analysefilter angeordnet sein; die beiden Massenfilter müssen nicht nebeneinander liegen. Selbstverständlich ist diese Erfindung nicht auf Quadrupol-Massenfilterkonfigurationen beschränkt. Andere Filterkonfigurationen können in Ausführungsformen innerhalb des Rahmens dieser Erfindung verwendet werden.
Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung sind auch die folgenden Erfindungsaspekte offenbart:
Ein Erfindungsaspekt betrifft eine Massenfiltervorrichtung zum Filtern eines Strahls von Ionen, die Masse/Ladungs-Verhältnisse in einem Bereich von Masse/Ladungs-Verhältnissen aufweisen, um Ionen eines gewählten Masse/Ladungs-Verhältnisses in dem Bereich zu transmittieren, umfassend eine Ionenstrahlquelle zum Emittieren des Ionenstrahls, eine erste und eine zweite Massenfilterstufe in Reihe, um den Strahl von der Strahlquelle zu empfangen, und ein Vakuumsystem zum Halten wenigstens der zweiten Filterstufe bei einem Betriebsdruck unterhalb von 10^–3 Torr, wobei das Vakuumsystem derart angeordnet ist, dass es sowohl die erste als auch die zweite Filterstufe bei Betriebsdrücken unterhalb 10^–3 Torr hält, wobei die erste Massenfilterstufe derart angeordnet ist, dass sie lediglich Ionen in einem Unterbereich von Masse/Ladungs-Verhältnissen transmittiert, der das gewählte Masse/Ladungs-Verhältnis enthält, und wobei das zweite Massenfilter derart angeordnet ist, dass es lediglich Ionen des gewählten Masse/Ladungs-Verhältnisses transmittiert.
Die erste Massenfilterstufe kann derart angeordnet sein, dass sie eine breitere Bandpasscharakteristik im Vergleich zur zweiten Massenfilterstufe aufweist.
Gemäß einer Ausführungsform des vorstehend genannten Erfindungsaspektes umfassen die Ionen innerhalb des Unterbereichs 1% oder weniger der Ionen innerhalb des Strahls oder gar 0,01% oder weniger der Ionen innerhalb des Strahls.
Jede Filterstufe kann einen Multipolanalysator umfassen, wobei jede Filterstufe z. B Stäbe in einer Quadrupolanordnung umfassen kann.
Gemäß einer Ausgestaltung des vorstehend genannten Erfindungsaspektes umfasst die Vorrichtung eine Gleichspannungs- und eine Wechselspannungsversorgung, um eine Betriebsspannung an die Stäbe jeder Filterstufe anzulegen.
Gemäß einer Ausgestaltung des vorstehend genannten Erfindungsaspektes ist eine Wechselspannungsversorgung mit einer der Filterstufen verbunden und eine andere Filterstufe elektrisch mit der einen Filterstufe durch einen Hochfrequenzkoppler verbunden ist.
Die Vorrichtung kann ferner umfassen eine Abtasteinrichtung zum Steuern/Regeln wenigstens der zweiten Filterstufe derart, dass das Masse/Ladungs-Verhältnis von transmittierten Ionen über einen abgetasteten Bereich abgetastet wird, um ein Massenspektrum zu erzeugen, wobei die Abtasteinrichtung derart angeordnet sein kann, dass sie auch die erste Filterstufe derart steuert/regelt, dass ein Mittelpunkt des Unterbereichs von durch die erste Filterstufe transmittierten Masse/Ladungs-Verhältnissen im Wesentlichen dem durch die zweite Filterstufe transmittierten Masse/Ladungs-Verhältnis folgt.
Die erste Filterstufe kann außerhalb der Achse der zweiten Filterstufe angeordnet sein, wobei die Längsachse der ersten Filterstufe derart angeordnet sein kann, dass sie die Längsachse der zweiten Filterstufe im Wesentlichen am der ersten Filterstufe am nächsten liegenden Ende der zweiten Filterstufe schneidet.
Ein Massenspektrometer mit einer Massenfiltervorrichtung nach dem vorstehend genannten Erfindungsaspekt ist ebenfalls Gegenstand der Anmeldungsoffenbarung.
Ein weiterer Erfindungsaspekt ist ein Verfahren zum Filtern eines Strahls von Ionen, die Masse/Ladungs-Verhältnisse innerhalb eines Bereichs von Masse/Ladungs-Verhältnissen aufweisen, um Ionen eines gewählten Masse/Ladungs-Verhältnisses in dem Bereich zu transmittieren, wobei das Verfahren umfasst:
Emittieren des Ionenstrahls von einer Strahlquelle in eine erste Massenfilterstufe, Transmittieren lediglich solcher Ionen, die einen Unterbereich von Masse/Ladungs-Verhältnissen aufweisen, der das gewählte Masse/Ladungs-Verhältnis enthält, durch die erste Massenfilterstufe und Transmittieren lediglich solcher Ionen, die das gewählte Masse/Ladungs-Verhältnis aufweisen, durch eine in Reihe mit dem ersten Massenfilter angeordnete zweite Massenfilterstufe, wobei die erste und die zweite Filterstufe bei Drücken unterhalb 10^–3 Torr arbeiten.
Ein weiterer Erfindungsaspekt ist ein Verfahren zur Erzeugung eines Massenspektrums aus einem Ionenstrahl, der Masse/Ladungs-Verhältnisse innerhalb eines Bereichs von Masse/Ladungs-Verhältnissen aufweist, umfassend: Emittieren des Ionenstrahls aus einer Strahlquelle in eine erste Massenfilterstufe, Transmittieren lediglich solcher Ionen, die einen Unterbereich von Masse/Ladungs-Verhältnissen aufweisen, der ein gewähltes Masse/Ladungs-Verhältnis enthält, durch das erste Massenfilter, Transmittieren lediglich solcher Ionen, die das gewählte Masse/Ladungs-Verhältnis aufweisen, durch ein in Reihe mit dem ersten Massenfilter angeordnetes zweites Massenfilter zu einem Detektor, um beliebige Ionen zu erfassen, die das gewählte Masse/Ladungs-Verhältnis aufweisen, Steuern/Regeln der wenigstens zweiten Massenfilterstufe derart, dass das Masse/Ladungs-Verhältnis von transmittierten Ionen über einen abgetasteten Bereich abgestastet wird, und Erfassen der Anzahl von Ionen, die durch die zweite Filterstufe bei jedem beliebigen gegebenen Masse/Ladungs-Verhältnis transmittiert werden, um ein Massenspektrum zu erzeugen, wobei die erste und die zweite Filterstufe bei Drücken unterhalb 10^–3 Torr arbeiten, wobei das Verfahren ferner umfassen kann: Steuern/Regeln des Masse/Ladungs-Verhältnisses von durch die erste Filterstufe transmittierten Ionen derart, dass ein Mittelpunkt des Unterbereichs von Masse/Ladungs-Verhältnissen, die durch die erste Filterstufe transmittiert werden, im Wesentlichen dem Masse/Ladungs-Verhältnis folgt, das durch die zweite Filterstufe transmittiert wird.
Die Ionen innerhalb des Unterbereichs können 1% oder weniger der Ionen innerhalb des Strahls oder gar 0,01% oder wengier der Ionen innerhalb des Strahls umfassen.
Jede Filterstufe kann gemäß den genannten weiteren Erfindungsaspekten ein Multipolmassenfilter umfassen, wobei eine Gleichspannungs- und eine Wechselspannungs-Betriebsspannung an das Filter angelegt wird.
Ferner kann eine Wechselspannung an eine Filterstufe angelegt werden, und eine andere Filterstufe elektrisch mit der ersten Filterstufe durch einen Hochfrequenzkoppler gekoppelt sein.
Eine Abtasteinrichtung kann vorgesehen sein, welche die Wechselspannungs- und Gleichspannungsamplituden über einen Spannungsbereich steuert/regelt, wobei die Wechselspannungs-zu-Gleichspannungsverhältniskonstante im Wesentlichen konstant gehalten wird.
Bei den Verfahren nach den vorstehend genannten Erfindungsaspekten kann ein Vakuumsystem wenigstens die zweite Stufe bei einem Betriebsdruck unterhalb 10^–3 Torr halten und sowohl die erste als auch die zweite Stufe bei einem Betriebsdruck unterhalb 10^–3 Torr halten.
Weiterer Erfindungsaspekt ist ein Verfahren zum Filtern von Ionen mit einem gegebenen Masse/Ladungs-Verhältnis aus einem Strahl von Ionen, der ein Feld von Masse/Ladungs-Verhältnissen aufweist, in einem Massenspektrometer, umfassend: eine Ionenstrahlquelle zum Emittieren des Ionenstrahls, einen Detektor bzw. einen Ausgang zum Erfassen bzw. zum Transmittieren der gefilterten Ionen, und eine Mehrzahl von Massenfiltern, die in Reihe zwischen der Strahlquelle und dem Detektor bzw. Ausgang angeordnet sind, wobei die Filter dieselben Betriebsdrücke bei oder niedriger als 10^–3 Torr aufweisen, wobei das Verfahren umfasst: Emittieren des Ionenstrahls von einer Strahlquelle in ein erstes Massenfilter, Transmittieren lediglich solcher Ionen, die einen Bereich von Masse/Ladungs-Verhältnissen aufweisen, der das Masse/Ladungs-Verhältnis der gefilterten Ionen von einem ersten Massenfilter enthält, und Transmittieren lediglich der gefilterten Ionen von einem zweiten Massenfilter, das zwischen dem ersten Massenfilter und dem Detektor bzw. Ausgang angeordnet ist.
Weiterer Erfindungsaspekt ist ein Verfahren zur Verbesserung der Auflösung eines Massenspektrometers, umfassend: Emittieren eines Ionenstrahls von einer Strahlquelle in eine erste und eine zweite Massenfilterstufe in Reihe, wobei die Ionen im Strahl Masse/Ladungs-Verhältnisse innerhalb eines Bereichs von Masse/Ladungs-Verhältnissen aufweisen, Transmittieren lediglich solcher Ionen, die einen Unterbereich von Masse/Ladungs-Verhältnissen aufweisen, der ein gewähltes Masse/Ladungs-Verhältnis enthält, durch die erste Massenfilterstufe, Empfangen lediglich von Ionen in dem Unterbereich bei der zweiten Filterstufe, Transmittieren durch eine zweite Massenfilterstufe lediglicher solcher Ionen, die das gewählte Masse/Ladungs-Verhältnis aufweisen, wobei die zweite Filterstufe mit einem verringerten Ionenstrahlstrom arbeiten kann.
Weiterer Erfindungsaspekt ist ein Verfahren zur Reduzierung der Ablagerung von Material an Multipolelementen eines primären auflösenden Filters eines Massenspektrometers, umfassend: Emittieren eines Ionenstrahls von einer Strahlquelle in eine erste Massenfilterstufe, wobei die Ionen in dem Strahl Masse/Ladungs-Verhältnisse innerhalb eines Bereichs von Masse/Ladungs-Verhältnissen aufweisen, Transmittieren lediglich solcher Ionen, die einen Unterbereich von Masse/Ladungs-Verhältnissen aufweisen, der ein gewähltes Masse/Ladungs-Verhältnis enthält, durch die erste Massenfilterstufe, Empfangen lediglich von Ionen in dem Unterbereich bei einer zweiten Filterstufe in Reihe mit der ersten Filterstufe, wobei die zweite Filterstufe das primäre auflösende Filter bildet, und Transmittieren durch die zweite Filterstufe lediglich solcher Ionen, die ein gewähltes Masse/Ladungs-Verhältnis innerhalb des Unterbereichs aufweisen, wodurch die Anzahl von in dem primären auflösenden Filter abgewiesenen Ionen verringert wird.
Bei den letztgenannten drei Erfindungsaspekten können die Ionen innerhalb des Unterbereichs 1% oder weniger der Ionen des Strahls oder gar 0,01% oder weniger der Ionen in dem Strahl umfassen.
Ferner kann vorgesehen sein, dass die erste und die zweite Filterstufe bei Drücken unterhalb 10^–3 Torr arbeiten.

Claims

Massenfiltervorrichtung zum Filtern eines Strahls von Ionen, die Masse/Ladungs-Verhältnisse in einem Bereich von Masse/Ladungs-Verhältnissen aufweisen, um Ionen eines gewählten Masse/Ladungs-Verhältnisses in dem Bereich zu transmittieren, umfassend: eine Ionenstrahlquelle (12) zum Emittieren des Ionenstrahls, eine erste und eine zweite Bandpass-Transmissionsmassenfilterstufe (30, 32; 52, 54) in Reihe, um den Ionenstrahl von der Ionenstrahlquelle (12) zu empfangen, ein Vakuumsystem (16, 18, 20, 22; 24; 24, 56), das derart angeordnet ist, dass es sowohl die erste als auch die zweite Bandpass-Transmissionsmassenfilterstufe (30, 32; 52, 54) bei Betriebsdrücken unterhalb 10^–3 Torr hält, wobei die erste Bandpass-Transmissionsmassenfilterstufe (30; 52) ein erstes Quadrupolmassenfilter (34) und eine erste Spannungsversorgung zur Versorgung des ersten Quadrupolmassenfilters (34) mit Gleichspannung und Hochfrequenzspannung umfasst, wobei die erste Spannungsversorgung derart ausgestaltet ist, dass sie das erste Quadrupolmassenfilter (34) mit einem Hochfrequenzspannungs-zu-Gleichspannungs-Verhältnis ausstattet, um einen ersten Bandpass so bereitzustellen, dass lediglich Ionen in einem Unterbereich von Masse/Ladungs-Verhältnissen selektiert werden, der das gewählte Masse/Ladungs-Verhältnis enthält, für weitere Transmission zur zweiten Bandpass-Transmissionsmassenfilterstufe (32; 54), und wobei die zweite Bandpass-Transmissionsmassenfilterstufe (32; 54) ein Analysequadrupolmassenfilter (36) und eine zweite Spannungsversorgung zur Versorgung des Analysequadrupolmassenfilters (36) mit Gleichspannung und Hochfrequenzspannung umfasst, wobei die zweite Spannungsversorgung derart ausgestaltet ist, dass sie das Analysequadrupolmassenfilter (36) mit einem Hochfrequenzspannungs-zu-Gleichspannungs-Verhältnis in dem Bereich von –5,963 bis –5,958 ausstattet, um einen zweiten Bandpass bereitzustellen, der enger ist als der erste Bandpass, um lediglich Ionen des gewählten Masse/Ladungs-Verhältnisses zu selektieren.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste Spannungsversorgung derart ausgestaltet ist, dass sie das erste Quadrupolmassenfilter (34) mit einem Hochfrequenzspannungs-zu-Gleichspannungs-Verhältnis in dem Bereich von –5,983 bis –6,00 ausstattet.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Spannungsversorgung derart ausgestaltet ist, dass Gleich- und Hochfrequenzspannungen am ersten Quadrupolmassenfilter (34) angelegt werden, so dass die Ionen innerhalb des Unterbereichs 1% oder weniger der Ionen innerhalb des Ionenstrahls umfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die erste Spannungsversorgung derart ausgestaltet ist, dass Gleich- und Hochfrequenzspannungen am ersten Quadrupolmassenfilter (34) angelegt werden, so dass die Ionen innerhalb des Unterbereichs 0,01% oder weniger der Ionen innerhalb des Ionenstrahls umfassen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Hochfrequenzspannungsversorgung von der ersten und der zweiten Spannungsversorgung durch eine einzige Hochfrequenzspannungsversorgung bereitgestellt ist, die mit einer der Bandpass-Transmissionsmassenfilterstufen verbunden ist, und die andere Bandpass-Transmissionsmassenfilterstufe elektrisch mit der einen Bandpass-Transmissionsmassenfilterstufe durch einen Hochfrequenzkoppler verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Abtasteinrichtung zum Steuern wenigstens der zweiten Bandpass-Transmissionsmassenfilterstufe (32; 54) derart, dass das Masse/Ladungs-Verhältnis von transmittierten Ionen über einen Abtastbereich abgetastet wird, um ein Massenspektrum zu erzeugen.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Abtasteinrichtung derart angeordnet ist, dass sie auch die erste Bandpass-Transmissionsmassenfilterstufe (30; 52) derart steuert, dass der Mittelpunkt des Unterbereichs von durch die erste Bandpass-Transmissionsmassenfilterstufe (30; 52) selektierten Masse/Ladungs-Verhältnissen im Wesentlichen dem durch die zweite Bandpass-Transmissionsmassenfilterstufe (32; 54) selektierten Masse/Ladungs-Verhältnis folgt.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, wenn rückbezogen auf Anspruch 5, wobei die Abtasteinrichtung derart eingerichtet ist, dass sie die Hochfrequenz- und Gleichspannungsamplituden über einen Spannungsbereich steuert, wobei das Verhältnis Hochfrequenzspannung:Gleichspannung konstant gehalten wird.
Vorrichtung nach einem vorangehenden Anspruch, wobei die erste Bandpass-Transmissionsmassenfilterstufe (30; 52) außerhalb der Achse der zweiten Bandpass-Transmissionsmassenfilterstufe (32; 54) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Achse der ersten Bandpass-Transmissionsmassenfilterstufe (30; 52) derart angeordnet ist, dass sie die Achse der zweiten Bandpass-Transmissionsmassenfilterstufe (32; 54) an dem der ersten Bandpass-Transmissionsmassenfilterstufe (30; 52) am nächsten liegenden Ende der zweiten Bandpass-Transmissionsmassenfilterstufe (32; 54) schneidet.
Massenspektrometer (10; 50) umfassend eine Massenfiltervorrichtung nach einem vorangehenden Anspruch.
Verfahren zum Filtern eines Strahls von Ionen, die Masse/Ladungs-Verhältnisse innerhalb eines Bereichs von Masse/Ladungs-Verhältnissen aufweisen, um Ionen eines gewählten Masse/Ladungs-Verhältnisses in dem Bereich zu transmittieren, wobei das Verfahren umfasst: Emittieren des Ionenstrahls von einer Ionenstrahlquelle (12) in eine erste Bandpass-Transmissionsmassenfilterstufe (30; 52), die ein erstes Quadrupolmassenfilter (34) umfasst; Anlegen von Gleich- und Hochfrequenzspannungen an das erste Quadrupolmassenfilter (34), um das erste Quadrupolmassenfilter (34) mit einem Hochfrequenzspannungs-zu-Gleichspannungs-Verhältnis auszustatten, um einen ersten Bandpass so bereitzustellen, dass lediglich solche Ionen, die einen Unterbereich von Masse/Ladungs-Verhältnissen aufweisen, der das gewählte Masse/Ladungs-Verhältnis enthält, an der ersten Bandpass-Transmissionsmassenfilterstufe (30; 52) für weitere Transmission zu einer zweiten Bandpass-Transmissionsmassenfilterstufe (32; 54) selektiert werden, die ein Analysequadrupolmassenfilter (36) umfasst; Anlegen von Gleich- und Hochfrequenzspannungen an das Analysequadrupolmassenfilter (36), um das Analysequadrupolmassenfilter (36) mit einem Hochfrequenzspannungs-zu-Gleichspannungs-Verhältnis in dem Bereich von –5,963 bis –5,958 auszustatten, um einen zweiten Bandpass bereitzustellen, welcher enger ist als der erste Bandpass, um lediglich solche Ionen, die das gewählte Masse/Ladungs-Verhältnis aufweisen, an der in Reihe mit dem ersten Quadrupolmassenfilter (34) angeordneten zweiten Bandpass-Transmissionsmassenfilterstufe (32; 54) zu selektieren.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die erste Spannungsversorgung derart betrieben wird, dass sie das erste Quadrupolmassenfilter (34) mit einem Hochfrequenzspannungs-zu-Gleichspannungs-Verhältnis in dem Bereich von –5,983 bis –6,00 ausstattet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, wobei die erste und die zweite Bandpass-Transmissionsmassenfilterstufe (30, 32; 52, 54) bei Drücken unterhalb 10^–3 Torr arbeiten.
Verfahren nach Anspruch 12 bis 14, wobei die Gleich- und Hochfrequenzspannungen an das erste Quadrupolmassenfilter (34) derart angelegt werden, dass die Ionen innerhalb des Unterbereichs 1% oder weniger der Ionen innerhalb des Ionenstrahls umfassen.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Gleich- und Hochfrequenzspannungen an das erste Quadrupolmassenfilter (34) derart angelegt werden, dass die Ionen innerhalb des Unterbereichs 0,01% oder weniger der Ionen innerhalb des Ionenstrahls umfassen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei eine Hochfrequenzspannung an eine der Bandpass-Transmissionsmassenfilterstufen angelegt wird, und die andere Bandpass-Transmissionsmassenfilterstufe elektrisch mit der ersten Bandpass-Transmissionsmassenfilterstufe durch einen Hochfrequenzkoppler gekoppelt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei eine Abtasteinrichtung die Hochfrequenz- und Gleichspannungsamplituden über einen Spannungsbereich steuert, und wobei das Verhältnis Hochfrequenzspannung:Gleichspannung konstant gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 14 zur Erzeugung eines Massenspektrums aus dem Ionenstrahl, ferner umfassend: Steuern der zweiten Bandpass-Transmissionsmassenfilterstufe (32; 54) derart, dass das Masse/Ladungs-Verhältnis von selektierten Ionen über einen Abtast-Bereich abgetastet wird, und Erfassen der Anzahl von Ionen, die durch die zweite Bandpass-Transmissionsmassenfilterstufe (32; 54) bei jedem Masse/Ladungs-Verhältnis transmittiert werden, mit einem Detektor (14), um ein Massenspektrum zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Abtasten des Masse/Ladungs-Verhältnisses eine Sprungabtastung umfasst, bei der die Transmissionscharakteristiken beider Bandpass-Transmissionsmassenfilterstufen (30; 32; 52; 54) in Stufen geändert werden.