DE112005000720B4

DE112005000720B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Ionenfragmentierung durch Elektroneneinfang

Info

Publication number: DE112005000720B4
Application number: DE112005000720T
Authority: DE
Inventors: Eduard V. Denisov; Gerhard Jung; Alexander Alekseevich Makarov
Original assignee: Thermo Finnigan LLC
Current assignee: Thermo Finnigan LLC
Priority date: 2004-03-30
Filing date: 2005-03-29
Publication date: 2013-11-28
Anticipated expiration: 2025-03-30
Also published as: GB0618953D0; GB2414855A; WO2005096342A3; CA2560753A1; GB2427069A; GB2427069B; CA2560753C; GB0407152D0; US20070138386A1; US7612335B2; WO2005096342A2; DE112005000720T5

Abstract

Verfahren der Erzeugung von Fragment-Ionen durch Elektroneneinfang, umfassend: (a) Leiten von zu fragmentierenden Ionen in eine Fragmentierungskammer (40, 40', 40'', 40''') einer Massenspektrometer-Anordnung; (b) Fangen zumindest einiger der zu fragmentierenden Ionen in zumindest einer Richtung der Fragmentierungskammer (40, 40', 40'', 40''') mittels eines Magnetfelds, wobei ein HF-Feld, welches von einer HF-Spannung mit gepulster Wellenform erzeugt wird, zusammen mit dem Magnetfeld angelegt wird, um das Einfangen der Ionen in der zumindest einen Richtung der Fragmentierungskammer (40, 40', 40'', 40''') zu unterstützen, wobei die Ionen innerhalb eines Volumens V gefangen werden; (c) Erzeugen eines Elektronenstrahls mittels einer Elektronenquelle (60), die von dem Volumen V entfernt angeordnet ist; (d) Bestrahlen der in dem Volumen V gefangenen Ionen mit den durch die Elektronenquelle (60) erzeugten Elektronen in der Gegenwart des Magnetfelds und des HF-Felds, um eine Dissoziation zu veranlassen, wobei die Elektronen von der Elektronenquelle (60) die in dem Volumen V gefangenen Ionen während eines Teils der gepulsten Wellenform der HF-Spannung bestrahlen; und (e) Auswerfen der resultierenden Fragment-Ionen aus der Fragmentierungskammer (40, 40', 40'', 40''') zur anschließenden Analyse an einem von der Fragmentierungskammer (40, 40', 40'', 40''') verschiedenen Ort.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ionenfragmentierung durch Elektroneneinfang.
Massenspektrometrie ist eine gut bekannte Analysetechnik, worin Ionen von Probemolekülen durch eine Anzahl unterschiedlicher Techniken erzeugt werden und dann gemäß ihren Masse-zu-Ladungs-(m/z)-Verhältnissen analysiert werden. Es gibt verschiedene Wege dies zu tun, einschließlich dem Auffangen von Ionen (wie etwa z. B. in der gut bekannten Paul'schen Ionenfalle oder in einer Fourier-Transformations-Ionenzyklotron-Resonanz-(FT-ICR)-Zelle, oder indem man erlaubt, dass die Ionen zu einem Detektor durchfliegen, wie etwa in einer Flugzeit-(TOF)-Vorrichtung.
Eine Technik, welche zum Analysieren größerer Moleküle besonders geeignet ist, ist die Tandem-Massenspektrometrie, worin Ionen eines großen Probemoleküls in kleinere Fragmentionen aufgebrochen werden, zur anschließenden Analyse. Diese Prozedur kann detaillierte Strukturinformation zu den ursprünglichen Probemolekülen liefern.
Es sind verschiedene Techniken bekannt, um eine Dissoziierung der Ausgangsionen zu induzieren. Die häufigste davon ist die kollisionsinduzierte Dissoziierung (CID), worin Gasatome oder -moleküle, wie etwa Argon, Helium oder Stickstoff, dazu verwendet werden, eine Fragmentierung durch Kollisionen mit den Probeionen zu bewirken. Andere Techniken, wie etwa z. B. Infrarot-Photonenstrahlung, sind ebenfalls zum Fragmentieren von Ionen bekannt. Mit solchen Techniken gibt es eine Anzahl von Problemen. Das Auftreten interner Fragmentierung kann die Interpretation verkomplizieren, und normalerweise werden die schwächsten Bindungen in dem Ausgangsion gespalten, so dass die gleichen Massenprodukte zu einer ähnlichen Abundanz führten.
In den letzten Jahren sind Techniken offenbart worden, die das Dissoziieren durch die Verwendung von Elektronen beinhalten. Eine besondere Dissoziationstechnik, die Elektronen beinhaltet, ist als Elektroneneinfang-Dissoziation (ECD) bekannt, und ist z. B. beschrieben in Zubarev R. A., Kelleher N. L., McLafferty F. W., J. Am. Chem. Soc., 1998, 120: 3265–3266; McLafferty F. W., Fridriksson E. K., Horn D. M., Zubarev R. A., Science, 1999, 284: 1289–1290; und Haselmann K. F., Budnik B. A., Olsen J. V., Nielsen M. L., Reis C. A., Clausen H., Johnson A. H. Zubarev R. A., Anal. Chem. 2001, 73: 2998–3005. Hier werden Elektronen niedriger Energie von Ausgangsionen aufgefangen (zumindest doppelt protoniert), was in einer Fragmentierung der Bindung in diesem Ion resultiert, um Fragmentionen zu erzeugen. Im Vergleich zu traditionellen Techniken, wie etwa CID, hat ECD den Hauptvorteil, dass die Spaltung an unterschiedlichen und häufig analytisch hilfreicheren Bindungen erfolgt. Zum Beispiel spaltet, bei der Analyse von Polypeptiden, ECD die N-Cα Rückgratbindungen, Disulfidbindungen und so weiter, wohingegen die traditionellen CID oder Laser-(Photonen)Disationstechniken hauptsächlich die Amid-Rückgratbindungen (d. h. die Peptidbindungen) spalten. Die zwei Techniken (CID oder andere ähnliche Techniken, und ECD), können gemeinsam verwendet werden, um komplementäre Daten zu erzeugen.
ECD ist bislang weitgehend auf FT-ICR beschränkt worden, weil zum erfolgreichen Elektroneneinfang die Elektronen langsam wandern müssen (Energien, die nur etwas größer sind als thermische Energien) und eine relativ lange Verweilzeit in der Nähe der Ionen, von denen sie eingefangen werden, haben müssen. Eine jegliche Zunahme der Elektronenenergie erzeugt eine dramatische Abnahme in dem Einfangquerschnitt. FT-ICR erlaubt, dass Elektronen niedriger Energie in eine aufgefangene Ionenwolke injiziert werden, und zwar wegen des sehr starken Magnetfelds, das durch den supraleitenden Magneten des FT-ICR erzeugt wird; Elektronen driften einfach entlang den Magnetfeldlinien in die Ionenwolke hinein. Eine solche herkömmliche Anordnung ist in der US 2003/0104483 A1 beschrieben, worin ein Faden verwendet wird, um Elektronen in eine Zelle eines FT-ICR-Massenspektrometers abzustrahlen, welche durch Flüssigkeitschromatographie (LC) erzeugte Ionen enthält. In einer alternativen Anordnung, die in der US 2003/183760 A1 gezeigt ist, werden eine Hohlkathode und ein Infrarotlaser gleichzeitig dazu verwendet, traditionelle oder ECD-Fragmentierungen von Ionen in einer FR-ICR-Zelle zu erlauben.
FT-ICR Massenspektrometrie ist nichtsdestoweniger typischerweise die teuerste und voluminöseste der gegenwärtigen im Handel erhältlichen massenspektrometrischen Techniken. Versuche, ECD auf andere Formen der Massenspektrometrie auszuweiten, sind aufgrund des grundlegenden Bedarfs nach Elektronen niedriger Energie relativ beschränkt gewesen. Zum Beispiel werden in der US 2002/0175280 A1 Elektronen in eine Paul'sche Ionenfalle injiziert. Da Elektronen, die während des Großteils des Tastzyklus des HF-Felds in die Falle injiziert werden, durch dieses Feld auf unakzeptabel hohe Energien beschleunigt werden, können die Elektronen nur während einer sehr kurzen Zeitdauer während des HF-Zyklus, wo das Elektronenquellenpotential nicht oberhalb des Fallenpotentials liegt, in die Falle eintreten. Andernfalls sind die Elektronen nicht in der Lage, die Potentialbarriere zu überwinden und treten überhaupt nicht in die Falle ein. Diese Probleme sind ein sehr eingeschränkter Tastzyklus, eine schlecht definierte Elektronenenergie (was in einer exzessiven Fragmentierung in der Falle resultiert) und eine verschlechterte analytische Leistung aufgrund der Raumladungseffekte in der Falle.
Die WO 02/078048 A1 offenbart eine Vielzahl von Ausführungen, die danach streben, die ECD in FT-ICR in einer Quadropol-(Paul'schen)-Ionenfalle und in einer nur linearen HF-Multipolanordnung (Dreifachquadropol) zu realisieren. Im Falle der FT-ICR-Vorrichtung in dieser Druckschrift gibt es die Kosten- und Größenprobleme, die oben umrissen sind. Für die Paul'sche Fallenausführung gibt es die Probleme eines vernünftigen Tastzyklus und das Erfordernis, eine übermäßige Beschleunigung der Elektronen zu vermeiden. Im Falle der Dreifachquadrupolanordnung gibt es eine sehr eingeschränkte Verweilzeit von Ionen in der Mehrpolanordnung, so dass sehr hohe Elektronenströme erforderlich sind, wenn irgendeine ECD stattfinden soll. Im Ergebnis treten ernsthafte Raumladungseffekte auf. Die Verweilzeit der eintretenden Ionen in dem Multipol ist auch schwierig zu steuern, was zu einer schlechten Fragmentierungssteuerung führt. Darüber hinaus bedeutet die Multipolanordnung, dass HF-Felder vorhanden sind. Sogar kleine HF-Felder sind in der Lage, Elektronenstrahlen zu destabilisieren, insbesondere dann, wenn es ein ernsthaftes Raumladungsproblem gibt.
Das Problem der Ionenverweilzeit ist in der WO 03/102545 A2 angesprochen. Diese Druckschrift beschreibt, Ionen in einem linearen Multipolionenleiter mittels HF-Feldern aufzufangen. Die Elektronen- oder Positronen-Einfangdissoziierung wird in den Ionenleiterstrukturen ausgeführt, entweder alleine oder in Kombination mit herkömmlichen Ionenfragmentierungsverfahren. Dieses Dokument offenbart die Verwendung eines Magnetfelds, jedoch mit dem Ziel, den axialen Einfang langsamer Elektronen/Positronen zu verbessern, die in den Ionenleiter eingeführt werden. Es wird gesagt, dass die Ionen durch das Magnetfeld nicht beeinflusst werden. Die in diesem Dokument beschriebenen Techniken leiden noch immer an dem Problem der HF-Felder, die zum Einfangen der Ionen verwendet werden, was eine Destabilisierung der Ionen verursacht. Auch ist es erforderlich, einen Kompromiss zwischen der Position des Elektronengenerators und der Ionentransport- und Auffangoptik einzugehen.
Schließlich zeigt die WO 03/103007 A1 eine weitere ECD-Kammer, die zur Verwendung als Stufe z. B. eines Q/TOF-Massenspektrometers dient. In der ECD-Kammer dieser Druckschrift werden Ionen entweder orthogonal oder entgegengesetzt zu Elektronen aus einem Elektronengenerator eingespeist. Jedoch befasst sich die Druckschrift nicht mit der Frage, wie Elektronen oder Ionen in der ECD-Kammer eingeschlossen werden könnten. Die Anordnung der WO 03/103007 A1 unterliegt daher Wechselwirkungszeiten, die zu gering oder zu schlecht steuerbar sind, um eine adäquate Fragmentierung zu erreichen.
Gegenüber dem oben aufgeführten Hintergrund sieht die vorliegende Erfindung ein verbessertes ECD-Verfahren und eine verbesserte ECD-Vorrichtung vor. Ionen werden in einer Speichervorrichtung magnetisch aufgefangen, so dass (unter normalen Umständen) innerhalb der Speichervorrichtung während der Fragmentierung keine HF-Felder zugelassen werden. Obwohl ein HF-Multipol angewendet werden kann, wird in diesem Fall die HF-Spannungsversorgung während der Fragmentierung ausgeschaltet, um während dieser Zeit die Elektronenstabilität beizubehalten.
Ausführungen der vorliegenden Erfindung sorgen für das Einfangen von Ionen in einer Speichervorrichtung, wobei (anders als in den herkömmlichen FT-ICR-Anordnungen) die resultierenden ECD-Fragmente zu dem separaten Massenanalysator weitergeleitet werden, sobald sie erzeugt worden sind, anstatt in der Speichervorrichtung analysiert zu werden. Dies erlaubt, dass die strengen Anforderungen auf Gleichmäßigkeit des Magnetfelds signifikant reduziert werden, was wiederum die Verwendung eines kompakten Permanentmagneten oder von Tesla-Spulen gestattet.
Zusätzlich oder alternativ werden die auftreffenden Ionen von der Elektronenquelle weggehalten, anders in dem oben genannten Stand der Technik von Nicht-FT-ICT, wo die Elektronenquelle dem Ionenflugweg typischerweise so nahe ist, dass ein signifikanter Ionenverlust und sogar eine thermische Zersetzung wahrscheinlich ist.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird daher ein Verfahren der Erzeugung von Fragmentionen durch Elektroneneinfang gemäß Anspruch 1 angegeben.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Massenspektrometer gemäß Anspruch 32 angegeben.
Weitere vorteilhafte Merkmale sind in den abhängigen Ansprüchen aufgeführt.
Die Erfindung kann auf verschiedenen Wegen in die Praxis umgesetzt werden, und nun werden einige bestimmte Ausführungen nur als Beispiel und in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, worin:
1 zeigt ein Massenspektrometer gemäß einer ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung, welches eine Ionenfragmentierungskammer mit einer Elektronenquelle enthält, wobei die Kammer allgemein auf der Spektrometer-Längsachse liegt und das magnetische Einfangen von Ionen verwendet;
2 zeigt ein Massenspektrometer gemäß einer zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung, das eine Ionenfragmentierungskammer mit einer Elektronenquelle enthält, wobei die Kammer außerhalb der Spektrometer-Längsachse liegt und das magnetische Einfangen von Ionen verwendet;
3 zeigt ein Massenspektrometer gemäß einer dritten Ausführung der vorliegenden Erfindung, eine Ionenfragmentierungskammer, die die Spektrometer-Längsachse überspannt und das magnetische Einfangen von Ionen verwendet, wobei aber die Elektronenquelle von der Achse entfernt angebracht ist;
4 zeigt ein Massenspektrometer gemäß einer vierten Ausführung der vorliegenden Erfindung, das eine Ionenfragmentierungskammer enthält, die auf der Längsachse liegt und die magnetisches Einfangen von Ionen verwendet, wobei aber die Elektronenquelle von der Achse entfernt angebracht ist;
5 zeigt ein Massenspektrometer gemäß einer fünften Ausführung der vorliegenden Erfindung, die ähnlich der Ausführung von 1 ist, aber die einen HF-Ionenleiter verwendet, um Ionen in die Fragmentierungskammer zu überführen und um das Auffangen eines weiteren Massenbereichs zu unterstützen; und
6 zeigt ein Massenspektrometer gemäß einer sechsten Ausführung der vorliegenden Erfindung, die der Ausführung von 4 ähnlich ist, die aber einen HF-Ionenleiter verwendet, um Ionen in die Ionenfragmentierungskammer zu überführen und das Auffangen eines erweiterten Massenbereichs zu unterstützen.
Zuerst ist in Bezug auf 1 ein hochschematisches Diagramm eines Massenspektrometers gemäß einer ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung gezeigt. Das Massenspektrometer umfasst eine Ionenquelle 10. Die Natur der Ionenquelle bildet keinen Teil der vorliegenden Erfindung und wird im Detail nicht diskutiert. Jedoch versteht es sich, dass verschiedene Typen von Ionenquellen verwendet werden können, wie etwa, aber nicht eingeschränkt auf, Gaschromotographie (GC), Flüssigkeitschromotographie (LC), Atmosphärendruck-Matrix-unterstützte Laserdesorptionsionisierung (MALDI), Kollisions-MALDI, Vakuum-MALDI, APCI- und APPI- und Elektrospray-Ionisierung (ESI). Obwohl in 1 nicht gezeigt, kann die Ionenquelle 10 auch beliebige Übertragungs- oder Auffang-Ionenoptik enthalten.
Stromab der Ionenquelle 10 befindet sich eine Linearfalle (LT) 21, die, wie gut bekannt ist, eine massenselektive radiale oder axiale Ejektion gestattet. Ionen von der Ionenquelle 10 enthalten typischerweise einen Bereich von Masse-zu-Ladung-Verhältnissen, und Ionen mit nur einem einzigen Masse-zu-Ladung-Verhältnissen werden von der Linearfalle 21 durchgelassen.
Stromab der Linearfalle 21 befindet sich eine Fragmentierungskammer 40. Ein Transportmultipol 30 ist zwischen der Linearfalle 21 und der Fragmentierungskammer 40 angeordnet. Die Fragmentierungskammer 40 umfasst eine Frontplatte 41, eine entgegengesetzte Rückplatte 30 und Seitenwände 42. Eine Ioneneintrittsöffnung 44 ist in der Frontplatte 41 der Fragmentierungskammer 40 ausgebildet, um zu erlauben, dass Ionen von der Linearfalle 21 über das Transportmultipol 30 eintreten. Die Ionenfragmentierungskammer 40 enthält auch einen Elektronenemitter 60, der typischerweise eine indirekt geheizte Kathode oder dergleichen ist, die einen kontinuierlichen Elektronenstrahl erzeugt. In der Rückplatte 43 der Fragmentierungskammer 40 befindet sich eine Elektroneneintrittsöffnung 45, die erlaubt, dass von dem Elektronenemitter 60 emittierte Elektronen ins Innere der Fragmentierungskammer 40 eintreten. In der Ausführung von 1 sind der Elektronenemitter und die Elektroneneintrittsöffnung 45 allgemein koaxial zur Ioneneintrittsöffnung 44.
Die Umgebung der Fragmentierungskammer selbst ist ein Permanentmagnet 50. Die Achse des Magnetfelds entlang deren Bohrung ist parallel zur Achse des Transportmultipols 30, das Ionen von der Linearfalle 21 in die Fragmentierungskammer 40 leitet, und auch parallel zur Längsachse der Fragmentierungskammer 40 selbst.
Im Gebrauch laufen Vorläuferinnen, die bevorzugt ein einziges Masse-zu-Ladungsverhältnis haben, isoliert in der Linearfalle 21, und die bevorzugt aus der Linearfalle 21 in die Fragmentierungskammer 40 mit einer Pulslängendauer von 1–2 ms injiziert werden, durch das Transportmultipol 30 und durch die Ioneneintrittsöffnung 44 in der Frontplatte 41 der Fragmentierungskammer 40. Nachdem alle Ionen durch die Ioneneintrittsöffnung 44 hindurchgetreten sind, wird das Potential dieser Öffnung 44 angehoben, und Ionen werden in der axialen Richtung der Kammer 40 durch eine DC-Spannung (Gleichspannung) an den Front- und Rückplatten 41, 43 eingefangen. In der Ausführung von 1 werden Ionen radial innerhalb der Fragmentierungskammer 40 durch das Magnetfeld des Permanentmagneten 50 eingefangen. Sobald Ionen eingefangen sind, werden sie durch Elektronen von dem Elektronenemitter 60 abgestrahlt, wobei die Elektronen durch die Elektroneneintrittstrahlöffnung 45 in der Rückplatte 43 hindurchtreten. Die Elektronen haben Energien, die bevorzugt im Bereich von 0,1 bis 30 eV liegen.
Nach einer Exponierzeit von etwa 5–50 ms hat die Elektroneneinfangdissoziierung stattgefunden, und die resultierenden Fragmentionen und etwaige verbleibenden Vorläuferinnen werden aus der Fragmentierungskammer 40 aus der Ioneneintrittsöffnung 44 ausgeworfen. Insofern ist die Ioneneintrittsöffnung 44 auch die Ionenaustrittsöffnung 44. Dies erfolgt durch Absenken der Spannung an der Frontplatte 41. Der Elektronenemitter 60 kann während dieser Zeitdauer in einem kontinuierlichen Betrieb verbleiben.
Beim Auswerfen aus der Fragmentierungskammer 40 gehen die Fragmentionen durch das Transportmultipol 30 zur Linearfalle 31 zurück. Dann wird eine anschließende Massenanalyse auf gewöhnliche Weise ausgeführt.
Es werden verschiedene Optionen zur Anordnung von 1 in Betracht gezogen. Zum Beispiel können Ionen kollisionsgekühlt werden, indem Kollisionsgas, wie etwa Stickstoff oder Helium, in das Transportmultipol 30 oder die Fragmentierungskammer 40 gelassen werden. Das Transportmultipol 30 kann selbst dazu verwendet werden, durch Anlegen höherer Beschleunigungsspannungen, wie etwa z. B. oberhalb von 30 eV/kDa [1 Da = 1 μ], für eine kollisionsinduzierte Dissoziierung (CID) zu sorgen.
Die Verwendung einer Linearfalle 21 ist gegenüber z. B. einer 3-D Quadrupol-(Paul'schen)-Falle, aufgrund des viel höheren Einfangwirkungsgrads der Linearfalle (bis zu 50–90% der hereinkommenden Ionen im Vergleich zu wenigen Prozent in einer Quadrupolfalle) sowie der höheren Raumladungskapazität bevorzugt.
Es versteht sich, dass die Anordnung von 1 keinen HF-Einfang verwendet. Das Einfangen in der radialen Richtung erfolgt primär durch ein Magnetfeld, d. h. ohne ein solches Magnetfeld wären die Ionen im Wesentlichen unstabil. Während der Fragmentierung werden HF-Felder spezifisch aus der Fragmentierungskammer 40 ausgeschlossen. Dies vermeidet jegliche ungewünschte Beschleunigung der Elektronen (Elektronen niedriger Energie sind eine Vorbedingung für ECD). Ein wichtiger zusätzlicher Vorteil der Verwendung eines Magnetfelds zum radialen Einfangen der Ionen ist, dass es die Probleme von Raumladungseffekten, die den nutzbaren Betrieb einer 3-D Falle bei der Elektroneneinfangissoziierung verhindern, signifikant reduziert.
2 zeigt ein Massenspektrometer gemäß einer zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung. Merkmale, die in den 1 und 2 gemeinsam sind, sind mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet worden.
In 1 werden wieder durch eine Ionenquelle 10 Ionen erzeugt. Von der Ionenquelle 10 stammende Ionen treten in eine erste Massenanalysestufe (nachfolgend als ”ms–1” bezeichnet) 20 ein. Zum Beispiel kann dies wiederum eine Linearfalle oder ein Quadrupolmassenfilter sein. Dies wird angewendet, um eine Selektion des Vorläuferions zu erlauben, d. h. eine Selektion von vorzugsweise eines einzigen interessierenden Masse-zu-Ladungs-Verhältnisses. Anders als die Linearfalle 21 von 1 kann der Massenfilter bevorzugt eine ”Durchflug”-Vorrichtung sein, die Ionen darin nicht auffängt.
Beim Anregen der ms–1 20 treten die Vorläuferinnen des selektierten Masse-zu-Ladung-Verhältnisses in ein Multipol mit gekrümmtem Eingang ein. Dies enthält in der bevorzugten Ausführung eine rechtwinklige Biegung, so dass Vorläuferinnen, die aus der ms–1 20 in einer ersten Richtung austreten, das Multipol 31 mit gekrümmtem Eingang im Wesentlichen mit 90° zur Austrittsrichtung aus dem Massenfilter verlassen.
Beim Austritt aus dem Multipol 31 mit gekrümmtem Eingang treten die Ionen in eine Fragmentierungskammer 40' ein. Diese ist der Fragmentierungskammer 40 von 1 darin ähnlich, dass sie Front- und Rückplatten 41, 43, Seitenwände 42, Öffnungen in den Front- und Rückplatten, die Fragmentierungskammer 40' umgebende Permanentmagneten 50 und einen Elektronenemitter 60 an der Rückseite der Rückplatte 43 enthält. Jedoch hat, im Gegensatz zur Fragmentierungskammer 40 von 1, die Frontplatte 41 zwei separate Öffnungen. Eine erste Öffnung ist eine Ioneneintrittsöffnung 44, die mit dem Ausgang des Multipols 31 mit gekrümmtem Eingang fluchtet. Eine zweite Öffnung ist mit in der Frontplatte 41 mit Abstand von der Ioneneintrittsöffnung 44 angeordnet und stellt eine Ionenaustrittsöffnung 46 dar.
Die in der Rückplatte 43 gebildete Elektroneneintrittsöffnung 45 ist zur in der Frontplatte ausgebildeten Ioneneintrittsöffnung 44 im Allgemeinen koaxial. Somit werden in die Fragmentierungskammer 40' eintretende Ionen durch Elektronen, die entlang einer weitgehend ähnlichen Achse, jedoch in der entgegengesetzten Richtung ankommen, abgestrahlt.
Sobald Fragmente erzeugt worden sind, wie in Verbindung mit 1 beschrieben, wird eine Spannung an eine der Seitenwände, wie etwa die Seitenwand 42 angelegt, um die Fragmentionen mittels Magnetronbewegung von der Achse, die zwischen der Elektroneneintrittsöffnung 45 und der Ionenaustrittsöffnung 44 definiert ist, auf eine zweite Achse, die von dieser ersten Achse in der Kammer 40' radial versetzt ist, zu versetzen. Diese zweite Achse fluchtet mit der Ionenaustrittsöffnung 46 in der Frontplatte 41 der Fragmentierungskammer 40'. Sobald die Fragmentionen über die Fragmentierungskammer 40' versetzt worden sind, wird die Spannung an der Frontplatte 41 reduziert, um zu erlauben, dass die Fragmentionen aus der Fragmentierungskammer 40' ausgeworfen werden.
Mit der Ionenaustrittsöffnung 46 fluchtet ein Multipol 32 mit gekrümmtem Ausgang. Das Multipol 32 mit gekrümmtem Ausgang hat, wie das Multipol mit gekrümmtem Eingang, in sich eine 90° Biegung. Somit verlassen die Fragmentionen die Fragmentierungskammer 40 in einer Richtung, die parallel, aber in entgegengesetzter Richtung zu den Vorläuferinnen ist, die an der Ioneneintrittsöffnung 44 ankommen. Dann werden sie in dem Multipol mit gekrümmtem Ausgang um die Kurve bewegt, so dass sie an einer zweiten Massenanalysestufe (nachfolgend als ”ms–2” benannt) ankommen, die separat von der ms–1 20 ist, aber eine hierzu parallele Achse hat.
Wie in der Ausführung von 1 ist es möglich, entweder einen oder beide der gekrümmten Multipole 31, 32 zur kollisions-induzierten Dissoziierung anzuwenden, durch Anlegen von größeren Beschleunigungsspannungen oberhalb von z. B. 30 eV/kDa.
3 zeigt ein Massenspektrometer gemäß einer dritten Ausführung der vorliegenden Erfindung. Diese dritte Ausführung teilt sich eine Anzahl von Analogien mit der Ausführung von 2, und wiederum sind Merkmale, die den 1, 2 und 3 gemeinsam sind, mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet. Eine Ionenquelle 10 erzeugt Ionen, die von einer ersten Massenanalysestufe (ms–1) 20 empfangen werden. Ionen mit einem einzigen Masse-zu-Ladung-Verhältnis verlassen die ms–1 20 in ein erstes Eingangs-Multipol 31', das, im Gegensatz zur Ausführung in 2, generell gerade ist. In anderen Worten ist der Ausgang von der ms–1 20 mit der Ioneneintrittsöffnung 44 in der Fragmentierungskammer 40'' koaxial.
Die Ioneneintrittsöffnung 44 ist innerhalb einer Frontplatte 41 der Fragmentierungskammer 40'' ausgebildet. Diese Ioneneintrittsöffnung 44 ist wiederum zu einer Ionenaustrittsöffnung innerhalb der Rückplatte 43 der Fragmentierungskammer 40'' koaxial. Auch ist an der Rückplatte 43 eine Elektroneneintrittsöffnung 45 ausgebildet, um das Injizieren von Elektronen von einem Elektronenemitter 60 außerhalb der Rückplatte 43 zu erlauben. Die Elektroneneintrittsöffnung 45 ist mit radialem Abstand von der Ionenaustrittsöffnung 46 an der Rückplatte 43 angeordnet. Daher gibt es eine direkte Sichtlinie zwischen dem Ausgang der ms–1 20, dem Eingangsmultipol 31 und den Ioneneintritts- und Ionenaustrittsöffnungen 44, 46 innerhalb der Fragmentierungskammer 40'' von 3.
Im Gebrauch treten Vorläuferinnen durch die Ioneneintrittsöffnung 44 in die Fragmentierungskammer 40'' ein. Wie zuvor wird die Spannung an der Frontplatte 41 erhöht, um einen Potentialtopf in der axialen Richtung zum axialen Einfangen zu erzeugen. Das radiale Einfangen erfolgt, wieder wie zuvor, durch das Anlegen eines Magnetfelds von dem Permanentmagneten 50. Sobald sie eingefangen sind, werden die Vorläuferinnen in der Fragmentierungskammer 40'' über Magnetronbewegung von der Achse, die zwischen den Ioneneintritts- und Austrittsöffnungen 44, 46 definiert ist, quer hinüber zu einer zweiten Achse, die orthogonal zur Elektroneneintrittsöffnung 45 definiert ist, versetzt. Sobald sie sich auf dieser zweiten Achse befinden, werden die Ionen mit den treffenden Elektronen bestrahlt, und es findet ein dissoziativer Elektroneneinfang statt. Nach einer geeigneten Zeitdauer, wie etwa wieder 1–2 ms, werden die resultierenden Fragmentionen auf die erste Achse zurückversetzt, die zwischen den Ioneneintritts- und Austrittsöffnungen 44, 46 definiert ist. Sobald sie sich dort befinden, kann die Spannung an der Rückplatte 43 reduziert werden, um das Auswerfen der Fragmentionen aus der Ionenaustrittsöffnung 46 zu gestatten.
Ein Ausgangsmultipol 32' ist bevorzugt mit der Ionenaustrittsöffnung 46 ausgerichtet, so dass die Fragmentionen durch das Ausgangsmultipol 32' von der Ionenaustrittsöffnung 46 zu einem Massenanalysator 70 stromab der Fragmentierungskammer 40'' geleitet werden.
Eine vierte Ausführung der vorliegenden Erfindung ist in 4 gezeigt. Eine Ionenquelle 10 erzeugt Ionen, die durch eine erste Massenanalysestufe (ms–1) 20 hindurchtreten, wie zuvor in den ersten drei Ausführungen beschrieben, so dass Vorläuferinnen mit einem einzigen Masse-zu-Ladung-Verhältnis die ms–1 20 verlassen. Diese laufen durch ein gerades Eingangsmultipol 31' und in eine Fragmentierungskammer 40'''.
Die Fragmentierungskammer 40''' umfasst Front- und Rückplatten 41, 43 jeweils mit Ioneneintritts- und Ionenaustrittsöffnungen 44, 46. Sowohl die Ioneneintrittsöffnung 44 als auch die Ionenaustrittsöffnung 44, 46 sind zueinander und auch zu dem Eingangsmultipol 31' und der ms–1 20 koaxial. Die Fragmentierungskammer 40''' umfasst auch einen Elektronenemitter 60 und Permanentmagneten 50.
In der Ausführung von 4 ist der Elektronenemitter 60 (in Bezug auf die Nettoionenströmungsrichtung) stromab der Ionenaustrittsöffnung 44 der Fragmentierungskammer 40''' angeordnet. Der Elektronenemitter 60 ist auch mit einem spitzen Winkel zu einer Achse angeordnet, die zwischen den Ioneneintritts- und Ionenaustrittsöffnungen 44, 46 definiert ist. Im Gebrauch werden Elektronen von dem Elektronenemitter 60 zur Ionenaustrittsöffnung hin zurückemittiert. Die Elektronen fliegen in eine Richtung los, die eine Komponente in der radialen Richtung der Fragmentierungskammer 40''' sowie eine Komponente in der axialen Richtung, die zwischen der Ioneneintritts- und Austrittsöffnungen 44, 46 definiert ist, haben, sondern auch in einer ”Stromauf”-Richtung in Bezug auf die Nettoströmungsrichtung der Ionen durch das Massenspektrometer von 4. Die durch den Permanentmagneten 50 erzeugten Magnetfeldlinien bewirken, dass der Elektronenstrahl gekrümmt wird, wenn er durch die Ionenaustrittsöffnung 46 zur Ioneneintrittsöffnung 44 zurückläuft, so dass die Elektronen im Wesentlichen keine radiale Komponente zu der Zeit haben, zu der sie die Mitte der Fragmentierungskammer 40''' erreichen. In der Ausführung von 4 ist daher eine Verlagerung der Ionen in der Fragmentierungskammer 40''' erforderlich.
Stromab der Austrittsöffnung 46 (es versteht sich, dass diese auch eine Elektroneneintrittsöffnung ist) befindet sich ein Ausgangsmultipol 32'. Um ein Streuen des Elektronenstrahls 60 zu vermeiden, muss die Spannung an dem Ausgangsmultipol 32' ausgeschaltet werden, während die Elektronen in die Fragmentierungskammer 40''' eintreten. Sobald Fragmente erzeugt worden sind, können an das Ausgangsmultipol 32' noch einmal Spannungen angelegt werden, einhergehend mit einer Minderung der Spannung an der Rückplatte 43, um zu erlauben, dass Fragmentionen aus der Fragmentierungskammer 40''' in das Ausgangsmultipol 32' und von dort in einen Massenanalysator 70 treten.
5 zeigt ein Massenspektrometer gemäß einer fünften Ausführung der vorliegenden Erfindung. Die Ausführung von 5 ist der Ausführung von 1 strukturell sehr ähnlich und wird daher nicht im Detail beschrieben. Die Seitenwände 42 der Fragmentierungskammer 40 von 5 verwenden stattdessen einen langgestreckten Satz von Elektroden 48, wie etwa ein Speichermultipol. Eine HF-Spannungsversorgung (nicht gezeigt) führt dem Speichermultipol 48 eine HF-Spannung zu, so dass Ionen in der radialen Richtung der Fragmentierungskammer 40 mittels HF eingefangen werden, anstatt mit einem Magnetfeld. Während der Fragmentierung wird das HF-Feld für die meiste Zeit im Wesentlichen ausgeschaltet, so dass die Elektronen im Mittel keiner signifikanten Beschleunigung unterliegen.
Zusätzliche HF-Felder (insbesondere solche, die mittels Hexapol- oder Octapolvorrichtungen oder mittels eines Satzes von Öffnungen erzeugt werden) können die Speicherung von Ionen mit hoher Masse unterstützen, durch Vergrößern des Magnetfelds, das einen beschränkten Effekt auf Ionen hoher Masse hat, auf größere Radien. Das Nettoergebnis des HF-Felds ist das gleiche wie bei Verwendung eines größeren Permanentmagneten. Gleichzeitig werden Fragmente niedriger Masse durch das Magnetfeld in der Nähe der Achse gehalten, so dass das Abschneiden niedriger Masse in HF-Feldern (ein bekannter Effekt) nicht zu einem Ionenauswurf dieser Ionen niedriger Masse führt. Eine solche Erweiterung des Massenbereichs sowohl aufwärts als auch abwärts ist auf elektronenbasierender Dissoziierung besonders wichtig, weil während dieser Elektronendissoziation gebildete Fragmente tendenziell einen niedrigeren Ladungszustand haben als ihr ursprüngliches Vorläuferion, so dass das m/z des Fragments auch viel höher sein könnte als das m/z des Vorläuferions.
Auch möglich ist es, einen HF-Spannungs-Wellenverlauf anzuwenden, der gepulst ist, und wo der Tastzyklus dieses Wellenverlaufs relativ niedrig ist. Zum Beispiel könnte ein 400 kHz-Wellenverlauf verwendet werden, mit Pulsen mit einer Dauer von 250 ns und mit einer 2000 ns(2 μs)-Lücke dazwischen. Die Elektronen treten in das Volumen, das zwischen den Front- und Rückplatten definiert ist, und das Speichermultipol 48 über den gesamten Zyklus des HF-Felds ein. Während die Spannungspulse vorhanden sind, bleiben jedoch die Elektronen nicht auf der Achse des Speichermultipols 48, sondern werden stattdessen auf die Pole selbst gedrängt. Dies ist der Grund, warum eine relativ lange Dauer zwischen den Pulsen gewünscht ist, da während dieser Dauer die Elektronen unter den Ionen auf der Achse verbleiben, um eine Elektroneneinfangdissoziierung zu erlauben.
In der Ausführung von 5 kann ein typischer Innenkreisradius des Speichermultipols 48 4 mm betragen. Die HF-Spannung kann 200–300 V Null bis Spitze betragen.
Die in 6 gezeigte letzte Ausführung ist der Ausführung von 4 analog, verwendet aber, wie bei der Ausführung von 5, HF-Multipole 48 an der Stelle von Seitenwänden 42. In den Ausführungen sowohl von 5 als auch 6 bilden die Permanentmagnete 50 noch immer die primäre Quelle des Ioneneinfangs gegenüber dem Großteil des Bereichs m/z von Fragmentionen. Nur die oberen 10–30% des Bereichs haben ein zu hohes Masse-zu-Ladungs-Verhältnis zum effektiven Magnetfeld-Einfang.
Magnetisches Einfangen allein hat bestimmte Vorteile, nicht zuletzt, dass beim Fehlen etwaiger HF-Felder die Elektronen nicht beschleunigt oder gestreut werden, sondern stattdessen den Magnetfeldlinien folgen und mit geringeren Energien in die Ionenwolke driften sollten, die in der Fragmentierungskammer 40 eingefangen ist. Das maximale m/z, das eingefangen werden kann, ist von der Magnetfeldstärke des verwendeten Permanentmagneten abhängig. Mit modernen Permanentmagneten kann ein Massebereich bis zu etwa 2000–4000 Dalton [1 Da = 1 u] gespeichert werden. Natürlich könnten durch Verwendung von supraleitenden Magneten größere Massebereiche gespeichert werden, aber dies hat eine insgesamt sehr teure Fragmentierungskammer zur Folge.
Die Verwendung eines Hilfs-HF-Felds erlaubt nicht nur, dass viel höhere Massebereiche eingefangen werden (wie oben erläutert), sondern bedeutet, dass zu bestimmten Zeiten die Möglichkeit des Streuens und/oder der Beschleunigung von Elektronen vorhanden ist.
Während eine Anzahl bestimmter Ausführungen beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese nur als Beispiel dienen und dass verschiedene Modifikationen in Betracht gezogen werden könnten. Zum Beispiel könnte die Fragmentierungskammer 40 aus einer Quadrupol-Ionenfalle, einer Linearmultipol-Ionenfalle mit massenselektivem axialem Auswurf, einer Linearmultipol-Ionenfalle mit massenselektivem radialem Auswurf, einen FT-ICR-Massenspektrometer, einer Ionentunnelfalle, die eine Mehrzahl von mit AC-Stromversorgung verbundene Öffnungen aufweist, oder anderen Vorrichtungen gebildet sein.
Es können weitere Aktivierungsverfahren angewendet werden, um die Elektronenfragmentierung zu unterstützen. Zum Beispiel könnte ein Kollisions- oder Reaktionsgas der Fragmentierungskammer 40 zugefügt werden. Gespeicherte Ionen können durch gepulste oder kontinuierliche Laserstrahlung abgestrahlt werden. Die Fragmentierungskammer 40 oder ein Teil davon kann erhitzt werden. Als eine noch weitere Alternative können Ionen entgegengesetzter Polarität zu jener der interessierenden Ionen von einer zusätzlichen Ionenquelle eingeführt oder mit der Fragmentierungskammer 40 erzeugt werden.
Während die vorstehenden bevorzugten Ausführungen im Hinblick auf Elektroneneinfangdissoziierung (ECD) beschrieben worden sind, ist es darüber hinaus als die früheste Publikation in diesem Gebiet bekannt geworden, dass Elektronen auch andere Typen von Fragmentierung bewirken können. Zum Beispiel könnte eine ”heiße” Elektroneneinfangdissoziation bei höheren Elektronenenergien auftreten, und es könnte eine Elektronen-Ablösungsdissoziation für negative Ionen auftreten. Dementsprechend versteht es sich auch, dass die vorliegende Erfindung nicht auf ECD beschränkt ist, und dass jede Form von Dissoziation, die Elektronen beinhaltet, so zu betrachten ist, dass sie in den Umfang dieser Erfindung fällt.
Jede von ms–1 20 oder ms–2 70 könnte eine sein von: ein Quadrupolionenmobilitätsanalysator, eine Quadrupolionenfalle, eine Linearionenfalle, ein Flugzeitmassenspektrometer, ein FT-ICR-Massenspektrometer, ein sogenanntes Orbitrap, wie z. B. in WO 02/078046 A2 beschrieben, oder irgendeine Kombination davon. Anstelle von Permanentmagneten können auch Tesla-Spulen verwendet werden. Anstelle einer indirekt geheizten Kathode kann ein Starkstromelektronenemitter verwendet werden, oder ein Array von Elektronen-emittierenden Kathoden (einschließlich jenen, die als integrierte Schaltung hergestellt sind), oder es könnte irgendeine andere Elektronen-emittierende Vorrichtung in Betracht gezogen werden.

Claims

Verfahren der Erzeugung von Fragment-Ionen durch Elektroneneinfang, umfassend: (a) Leiten von zu fragmentierenden Ionen in eine Fragmentierungskammer (40, 40', 40'', 40''') einer Massenspektrometer-Anordnung; (b) Fangen zumindest einiger der zu fragmentierenden Ionen in zumindest einer Richtung der Fragmentierungskammer (40, 40', 40'', 40''') mittels eines Magnetfelds, wobei ein HF-Feld, welches von einer HF-Spannung mit gepulster Wellenform erzeugt wird, zusammen mit dem Magnetfeld angelegt wird, um das Einfangen der Ionen in der zumindest einen Richtung der Fragmentierungskammer (40, 40', 40'', 40''') zu unterstützen, wobei die Ionen innerhalb eines Volumens V gefangen werden; (c) Erzeugen eines Elektronenstrahls mittels einer Elektronenquelle (60), die von dem Volumen V entfernt angeordnet ist; (d) Bestrahlen der in dem Volumen V gefangenen Ionen mit den durch die Elektronenquelle (60) erzeugten Elektronen in der Gegenwart des Magnetfelds und des HF-Felds, um eine Dissoziation zu veranlassen, wobei die Elektronen von der Elektronenquelle (60) die in dem Volumen V gefangenen Ionen während eines Teils der gepulsten Wellenform der HF-Spannung bestrahlen; und (e) Auswerfen der resultierenden Fragment-Ionen aus der Fragmentierungskammer (40, 40', 40'', 40''') zur anschließenden Analyse an einem von der Fragmentierungskammer (40, 40', 40'', 40''') verschiedenen Ort.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Magnetfeld von einem oder mehreren Permanentmagneten (50), die der Fragmentierungskammer (40, 40', 40'', 40''') benachbart sind, bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei mittels des Magnetfelds auch die Elektronen in das Volumen V fokussiert werden, um die Dissoziation zu veranlassen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das HF-Feld über dem Volumen V anliegt, um das Einfangen eines Teils des Bereichs von Masse-zu-Ladungs-Verhältnissen der Fragment-Ionen zu unterstützen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 4, wobei das HF-Feld mit einem nicht gleichmäßigen Feldprofil angelegt wird, so dass die Feldstärke zu der Mitte des Volumens V hin niedriger ist als die Feldstärke zu den Enden dieses Volumens V hin.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das nicht gleichmäßige Feldprofil des HF-Felds derart ist, dass es eine nicht existente Komponente in einer linearen Richtung, in radialen Koordinaten, aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Höhe der an jede einer Mehrzahl von HF erzeugenden Elektroden (48) während des Teils der gepulsten Wellenform der HF-Spannung angelegten Spannung ähnlich ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Elektronen kontinuierlich in die Fragmentierungskammer (40, 40', 40'', 40''') eintreten, jedoch nur während des Teils der gepulsten Wellenform der HF-Spannung das Volumen V bestrahlen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das vor dem Schritt (a) des Leitens von zu fragmentierenden Ionen in die Fragmentierungskammer (40, 40', 40'', 40''') ferner den Schritt umfasst, Ionen in einer ersten Ionenfallenvorrichtung (21) zu speichern, woraus sie zu der Fragmentierungskammer (40, 40', 40'', 40''') geleitet werden.
Verfahren nach Anspruch 9, das nach dem Schritt (e) des Auswerfens der Fragment-Ionen aus der Fragmentierungskammer (40, 40', 40'', 40''') ferner umfasst, die resultierenden Fragment-Ionen in der ersten Ionenfallenvorrichtung (21) aufzunehmen und zu fangen.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei als die erste Ionenfallenvorrichtung (21) eine multipolare Linearfalle verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die von der ersten Ionenfallenvorrichtung (21) eintreffenden Ionen durch eine Ioneneinlassöffnung (44) in die Fragmentierungskammer (40, 40', 40'', 40''') geleitet werden.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Elektronen durch eine Elektroneneintrittsöffnung (45) innerhalb der Fragmentierungskammer (40, 40', 40'', 40''') geleitet werden, wobei die Elektroneneintrittsöffnung (45) gegenüber der Ioneneinlassöffnung (44) ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend das Erzeugen einer Mehrzahl von zu fragmentierenden Ionen durch eine Ionenquelle (10) stromauf der Fragmentierungskammer (40, 40', 40'', 40''').
Verfahren nach Anspruch 14, wenn von Anspruch 11 abhängig, wobei die multipolare Linearfalle (21) zwischen der Ionenquelle (10) und der Fragmentierungskammer (40, 40', 40'', 40''') angeordnet ist und das Verfahren ferner umfasst, die Ionen von der Ionenquelle (10) in der multipolaren Linearfalle (21) gemäß ihrem Masse-zu-Ladungsverhältnis zu filtern, um den Bereich von Masse-zu-Ladungsverhältnissen der zu der Fragmentierungskammer (40, 40', 40'', 40''') geleiteten Ionen in Bezug auf den Bereich von Masse-zu-Ladungsverhältnissen der durch die Ionenquelle (10) erzeugten Ionen zu reduzieren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner umfassend das Leiten der Ionen in eine Ioneneintrittsöffnung (44) der Fragmentierungskammer (40, 40', 40'', 40''') und das Auswerfen der resultierenden Fragment-Ionen aus einer separaten Ionenaustrittsöffnung (46) der Fragmentierungskammer (40, 40', 40'', 40''').
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die resultierenden Fragment-Ionen durch die der Ioneneintrittsöffnung (44) an einer gemeinsamen Seite (41) der Fragmentierungskammer (40, 40', 40'', 40''') benachbart ausgebildeten Ionenaustrittsöffnung (46) geleitet werden.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Elektronen durch eine auch innerhalb der Fragmentierungskammer (40, 40', 40'', 40''') ausgebildete Elektroneneintrittsöffnung (45) geleitet werden, wobei die Elektroneneintrittsöffnung (45) der gemeinsamen Seite (41) der Fragmentierungskammer (40, 40', 40'', 40'''), die die Ioneneintrittsöffnung (44) und die Ionenaustrittsöffnung (46) enthält, gegenüberliegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, ferner umfassend: – Erzeugen von zu fragmentierenden Ionen mit einer Ionenquelle (10); – Massenfiltern der von der Ionenquelle (10) erzeugten Ionen in einer ersten Massenanalysatorstufe (20), um den Bereich von Masse-zu-Ladungsverhältnissen der von der Ionenquelle (10) erzeugten Ionen, die zu der Fragmentierungskammer (40, 40', 40'', 40''') geleitet werden, zu reduzieren; – Ablenken der Masse-gefilterten Ionen zwischen der ersten Massenalaysatorstufe (20) und der Fragmentierungskammer (40, 40', 40'', 40'''), so dass sich die Nettolaufrichtung der die erste Massenanalysatorstufe (20) verlassenden Ionen von ihrer Nettolaufrichtung bei Ankunft an der Fragmentierungskammer (40, 40', 40'', 40''') unterscheidet; und – Umlenken der Fragment-Ionen nach dem Auswerfen aus der Fragmentierungskammer (40, 40', 40'', 40''') derart, dass sich die Nettolaufrichtung der die Fragmentierungskammer (40, 40', 40'', 40''') verlassenden Ionen von ihrer Nettolaufrichtung stromab davon unterscheidet.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei die Fragment-Ionen nach dem Auswerfen aus der Fragmentierungskammer (40, 40', 40'', 40''') zu einer zweiten Massenanalysatorstufe (70) geleitet werden.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei die Nettolaufrichtung der die erste Massenanalysatorstufe (20) verlassenden Ionen um etwa 90° bis zur Ankunft an der Fragmentierungskammer (40, 40', 40'', 40''') umgelenkt wird; und wobei die Nettolaufrichtung der die Fragmentierungskammer (40, 40', 40'', 40''') verlassenden Ionen bis zur Ankunft bei der zweiten Massenanalysatorstufe (70) um etwa 90° umgelenkt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 oder Anspruch 16, wobei die Ionen durch eine Ioneneintrittsöffnung (44) geleitet werden; und die resultierenden Fragment-Ionen durch eine Ionenaustrittsöffnung (46) geleitet werden, wobei die Ioneneinlassöffnung (44) und die Ionenauslassöffnung (46) an entgegengesetzten Seiten der Fragmentierungskammer (40, 40', 40'', 40''') ausgebildet sind.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei zwischen der Ioneneintrittsöffnung (44) und der Ionenaustrittsöffnung (46) eine direkte Sichtlinie vorhanden ist und das Verfahren ferner umfasst, die in die Fragmentierungskammer (40, 40', 40'', 40''') geleiteten Ionen vor dem Bestrahlen mit den Elektronen in dem Elektronenstrahl aus der Sichtlinie abzulenken.
Verfahren nach Anspruch 23, ferner umfassend das Ablenken der aus der Bestrahlung durch die Elektronen resultierenden Fragment-Ionen zurück in Richtung der Ionenaustrittsöffnung (46).
Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 24, ferner umfassend: – Erzeugen von zu fragmentierenden Ionen mit einer Ionenquelle (10); und – Massenfiltern der durch die Ionenquelle (10) erzeugten Ionen in einer ersten Massenanalysatorstufe (20), um den Bereich von Masse-zu-Ladungsverhältnissen der von der Ionenquelle (10) erzeugten Ionen, die zu der Fragmentierungskammer (40, 40', 40'', 40''') geleitet werden, zu reduzieren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 25, wobei die Fragment-Ionen nach dem Auswerfen aus der Fragmentierungskammer (40, 40', 40'', 40''') zu einer zweiten Massenanalysatorstufe (70) geleitet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 26, wobei die Elektronen durch die Ionenaustrittsöffnung (46) oder die Ioneneintrittsöffnung (44) der Fragmentierungskammer (40, 40', 40'', 40''') geleitet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend das Hinzufügen eines oder mehrerer Kollisionsgase oder eines oder mehrere Reaktionsgase in die Fragmentierungskammer (40, 40', 40'', 40'''), um die Dissoziation der eingefangenen Ionen zu unterstützen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 27, ferner umfassend das Bestrahlen der eingefangenen Ionen mit gepulstem oder kontinuierlichem Laserlicht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 27, ferner umfassend das Heizen zumindest eines Teils der Fragmentierungskammer (40, 40', 40'', 40''').
Verfahren nach Anspruch 14, ferner umfassend das Einführen von Ionen mit einer Polarität, die der Polarität der von der Ionenquelle (10) erhaltenen Ionen entgegengesetzt ist, in die Fragmentierungskammer (40, 40', 40'', 40''').
Massenspektrometer, umfassend: – eine Ionenquelle (10) zum Erzeugen von Ionen von zu analysierenden Molekülen; – eine Fragmentierungskammer (40, 40', 40'', 40''') stromab der Ionenquelle (10), wobei die Fragmentierungskammer (40, 40', 40'', 40''') eine Ioneneintrittsöffnung (44) zum Empfangen von Ionen von der Ionenquelle (10), eine Ionenaustrittsöffnung (46) zum Auswerfen von Ionen aus der Fragmentierungskammer (40, 40', 40'', 40''') und eine Mehrzahl langgestreckter Elektroden (48) umfasst, wobei die Fragmentierungskammer (40, 40', 40'', 40''') dazu eingerichtet ist, die durch die Ioneneintrittsöffnung (44) eingetretenen Ionen innerhalb eines Volumens V einzufangen; – einen Magneten (50) zum Erzeugen eines Magnetfelds zum Einfangen von Ionen in zumindest einer Richtung der Fragmentierungskammer (40, 40', 40'', 40'''); – einen HF-Spannungsgenerator, der dazu eingerichtet ist, eine HF-Spannung mit gepulster Wellenform zu erzeugen, um ein hochfrequentes elektromagnetisches Feld bereitzustellen, welches das Einfangen von Ionen in der zumindest einen Richtung der Fragmentierungskammer (40, 40', 40'', 40''') unterstützt; – eine Elektronenquelle (60), die zum Erzeugen von Elektronen zum Leiten in die Fragmentierungskammer (40, 40', 40'', 40''') eingerichtet ist, wobei die Elektronen von der Elektronenquelle (60) zu dem Volumen V hin geleitet werden, um die in dem Volumen V eingefangenen Ionen in der Gegenwart des von dem Magneten (50) erzeugten Magnetfelds während eines Teils der gepulsten Wellenform der HF-Spannung zu bestrahlen, um eine Dissoziation zu veranlassen; und – einen Massenanalysator (21, 70), der dazu eingerichtet ist, die aus der Austrittsöffnung (46) ausgeworfenen resultierenden Fragment-Ionen zu empfangen.
Massenspektrometer nach Anspruch 32, ferner umfassend eine erste Massenanalysatorstufe (20) zwischen der Ionenquelle (10) und der Fragmentierungskammer (40, 40', 40'', 40''') zum selektiven Entfernen von Ionen, die von der Ionenquelle (10) kommen, gemäß ihrem Masse-zu-Ladungsverhältnis vor der Weiterleitung der restlichen Ionen in der Richtung der Fragmentierungskammer (40, 40', 40'', 40''').
Massenspektrometer nach Anspruch 32, wobei der Massenanalysator (21) ferner dazu eingerichtet ist, von der Ionenquelle (10) erzeugte Ionen zu empfangen und diese Ionen vor dem Auswerfen zu der Fragmentierungskammer (40, 40', 40'', 40''') gemäß ihrem Masse-zu-Ladungsverhältnis zu filtern; und wobei der selbe Massenanalysator (21) dazu eingerichtet ist, die Fragment-Ionen zu empfangen, sobald sie aus der Fragmentierungskammer (40, 40', 40'', 40''') ausgeworfen worden sind.
Massenspektrometer nach Anspruch 34, wobei der Massenanalysator (21) eine multipolare Linearfalle ist.
Massenspektrometer nach einem der Ansprüche 32 bis 35, wobei die Ioneneintrittsöffnung (44) und die Ionenaustrittsöffnung (46) zusammenfallen.
Massenspektrometer nach Anspruch 33, wobei die Fragmentierungskammer (40, 40', 40'', 40''') eine erste Seite (41) und eine entgegengesetzte zweite Seite (43) aufweist, wobei die Ioneneintrittsöffnung (44) und die Ionenaustrittsöffnung (46) jeweils in der ersten Seite (41) ausgebildet sind, und wobei die Fragmentierungskammer (40, 40', 40'', 40''') ferner eine Elektroneneintrittsöffnung (45) umfasst, die in der entgegengesetzten zweiten Seite (43) ausgebildet ist.
Massenspektrometer nach Anspruch 37, ferner umfassend einen ersten Ionenleiter (31), der dazu eingerichtet ist, eine Änderung in der Nettolaufrichtung von Ionen zu veranlassen, wenn diese von der ersten Massenanalysatorstufe (20) zu der Ioneneintrittsöffnung (44) der Fragmentierungskammer (40, 40', 40'', 40''') laufen.
Massenspektrometer nach Anspruch 38, ferner umfassend einen zweiten Ionenleiter (32), der dazu eingerichtet ist, eine Änderung der Nettolaufrichtung von Ionen zu veranlassen, wenn diese von der Ionenaustrittsöffnung (46) der Fragmentierungskammer (40, 40', 40'', 40''') zu dem Massenanalysator (70) laufen.
Massenspektrometer nach Anspruch 39, wobei der erste Ionenleiter (31) und der zweite Ionenleiter (32) gekrümmt oder gebogen sind.
Massenspektrometer nach Anspruch 40, wobei der erste Ionenleiter (31) und der zweite Ionenleiter (32) jeweils eine etwa 90°-Änderung in der Nettoionenlaufrichtung veranlassen, so dass die Laufrichtung der die erste Massenanalysatorstufe (20) verlassenden Ionen parallel zur Laufrichtung der in den Massenanalysator (70) eintretenden Ionen ist.
Massenspektrometer nach Anspruch 32, wobei sich die Ioneneintrittsöffnung (44) und die Ionenaustrittsöffnung (46) jeweils in einer Sichtlinie zueinander befinden, welche eine Ionendurchlassachse definiert, und wobei die Elektronenquelle (60) von dieser Ionendurchlassachse versetzt und außerhalb der Fragmentierungskammer (40, 40', 40'', 40''') angeordnet ist, wobei die Elektronen von der Elektronenquelle (60) entlang den von dem Magneten (50) erzeugten Magnetflusslinien abgelenkt werden, so dass sie zum Bestrahlen der in dem Volumen V gefangenen Ionen durch die Ioneneintrittsöffnung (44) oder die Ionenaustrittsöffnung (46) und auf der Ionendurchlassachse innerhalb der Fragmentierungskammer (40, 40', 40'', 40''') laufen.
Massenspektrometer nach Anspruch 32, wobei der Magnet (50) dazu eingerichtet ist, auch für eine Elektronenfokussierung zu sorgen.
Massenspektrometer nach Anspruch 32, wobei der HF-Spannungsgenerator dazu eingerichtet ist, eine HF-Spannung mit ähnlicher Höhe an jede der Mehrzahl langgestreckter Elektroden (48) anzulegen.
Massenspektrometer nach Anspruch 32, wobei die Elektronenquelle (60) dazu eingerichtet ist, einen kontinuierlichen Elektronenstrahl zu erzeugen.
Massenspektrometer nach Anspruch 32, wobei die Mehrzahl langgestreckter Elektroden (48) mehr als vier Elektroden umfasst.
Massenspektrometer nach Anspruch 32, wobei die Mehrzahl langgestreckter Elektroden (48) eine Mehrzahl von Öffnungen enthalten, wobei jede Öffnung eine Aussparung definiert, die zumindest doppelt so groß ist wie der Abstand zwischen benachbarten Öffnungen.