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Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren der Massenspektroskopie, insbesondere zur Ausführung von MSn-Experimenten, sowie Massenspektrometer zur Durchführung der Verfahren.
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Tandem-Massenspektroskopie ist eine gut bekannte Technik, durch welche Spurenanalyse und Strukturaufklärung von Proben ausgeführt werden kann. In einem ersten Schritt werden Ausgangsionen einer Masseanalyse/-Filterung unterzogen, um Ionen eines interessierenden Masseladungsverhältnisses auszuwählen, und in einem zweiten Schritt werden diese Ionen, beispielsweise durch Kollision mit einem Gas, wie etwa Argon, fragmentiert. Die resultierenden Fragmentionen werden dann üblicherweise durch Erzeugen eines Massenspektrums einer Massenanalyse unterzogen.
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Verschiedene Anordnungen zum Ausführen einer mehrstufigen Massenanalyse oder MSn wurden vorgeschlagen oder sind kommerziell verfügbar, wie etwa Triple-Quadrupol-Massenspektrometer und Hybrid-Quadrupol-Flugzeit-Massenspektrometer. In dem Triple-Quadrupol wirkt ein erster Quadrupol Q1 als eine erste Stufe der Massenanalyse, indem er Ionen außerhalb eines gewählten Masseladungsverhältnisbereichs ausfiltert. Ein zweiter Quadrupol Q2 ist typischerweise als eine Quadrupol-Ionenführung eingerichtet, angeordnet in einer Gaskollisionszelle. Die Fragmentionen, welche aus den Kollisionen in Q2 entstehen, werden dann durch den dritten Quadrupol Q3, der stromabwärts von Q2 angeordnet ist, einer Massenanalyse unterzogen. In der Hybridanordnung kann der zweite analysierende Quadrupol Q3 durch ein Flugzeit-(TOF)-Massenspektrometer ersetzt werden.
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Die
US 2005/0151076 A1 bezieht sich auf ein Massenspektrometer, das stromauf von dem Massenanalysator einen Flugraum aufweist. Der Flugraum wird durch eine schleifenförmige Serie von Elektroden gebildet, durch welche die Ionen beschleunigt werden. Ablenkelektroden sind an einem Punkt in der Schleifenform angeordnet. Die Ionen können durch diese Ablenkelektroden in den Ring eintreten oder können diesen verlassen.
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In jedem Fall werden separate Analyseeinrichtungen vor und nach der Kollisionszelle eingesetzt. In der
GB 2 400 724 A sind verschiedene Anordnungen beschrieben, wobei eine einzelne Massenfilter-/analyseeinrichtung dazu eingesetzt wird, eine Filterung und eine Analyse in beiden Richtungen auszutragen. Insbesondere wird ein Ionendetektor stromaufwärts der Massenfilter-/analyseeinrichtung positioniert und Ionen treten durch die Massenfilter-/analyseeinrichtung hindurch, um in einer stromabwärts angeordneten Ionenfalle gespeichert zu werden. Die Ionen werden dann aus der stromabwärts angeordneten Falle zurück durch die Massenfilter-/analyseeinrichtung ausgestoßen, bevor sie durch den stromaufwärts angeordneten Ionendetektor erfasst werden. Verschiedene Fragmentierungsprozeduren, welche noch immer eine einzelne Massenfilter-/analyseeinrichtung einsetzen, sind ebenfalls beschrieben, was es erlaubt, MS/MS-Experimente auszuführen.
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Ähnliche Anordnungen sind außerdem in der
WO 2005/001878 A2 (Verentchikov et al.) gezeigt. Ionen werden von einer Quelle zu einer TOF-Analyseeinrichtung geführt, welche als Ionenausfalleinrichtung wirkt, von wo aus die Ionen zu der Fragmentierungszelle ausgestoßen werden. Von hier aus gelangen sie zurück durch die TOF-Analyseeinrichtung und werden erfasst. Für MS
n können die Fragmentionen durch das Spektrometer wiederverwendet werden. Die
US 2004/0245455 A1 (Reinhold) führt eine ähnliche Prozedur für MSn aus, verwendet jedoch eine hochempfindliche Linearfalle anstatt einer TOF-Analyseeinrichtung, um die Ionenauswahl durchzuführen. Die
JP 2001-143654 A betrifft eine Ionenfalle, welche Ionen auf einer kreisförmigen Umlaufbahn ausstößt, um eine Massentrennung gefolgt von einer Erfassung auszuführen. Die
JP 2001-143654 A beschreibt eine Konfiguration, worin Ionen durch eine erste Öffnung aus einer Falle ausgeworfen werden. Diese Ionen werden unmittelbar dazu veranlasst, sich gemäß ihrer Flugzeit zu trennen, wenn sie ihren Weg entlang der ”Achterfigur”-Anordnung beginnen, die in den
1 und
3 gezeigt ist. Diese Anordnung ist mit der Falle integriert. Die separierten Ionen werden dann in der Falle durch eine zweite Öffnung wieder aufgefangen.
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Die vorliegende Erfindung möchte vor diesem Hintergrund verbesserte Verfahren und verbesserte Vorrichtungen für MSn bereitstellen.
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Nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren der Massenspektroskopie nach Anspruch 1 bereitgestellt.
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Nach einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren der Massenspektroskopie nach Anspruch 2 bereitgestellt. Die Schritte des Anspruchs 2 können wahlweise mehrere Male wiederholt werden, um MSn zu ermöglichen.
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Die vorliegende Erfindung verwendet somit eine zyklische Anordnung, in welcher Ionen gefangen werden, optional gekühlt werden, aus einer Austrittsöffnung ausgestoßen und gegebenenfalls zu einem separaten Ort transportiert werden. Diese Ionen (oder eine Untergruppe davon infolge einer externen Verarbeitung, wie etwa einer Fragmentierung, einer Ionenauswahl usw.) werden zu der Ionenspeichervorrichtung zurückgeführt, wo sie über eine zweite, räumlich getrennte Ionentransportöffnung (welche in diesem Fall als eine Einlassöffnung wirkt) wieder in diese Ionenspeichervorrichtung eintreten.
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Diese zyklische Anordnung bietet eine Reihe von Vorteilen gegenüber dem in der vorstehenden Einführung angegebenen Stand der Technik, welcher stattdessen eine „Vor-und-Zurück”-Prozedur über die gleiche Vorrichtung in einer Ionenfalle verwendet. Zunächst wird die Anzahl an zum Speichern und Einführen von Ionen in die Ionenauswahlvorrichtung benötigten Vorrichtungen minimiert (und liegt in der bevorzugten Ausführungsform nur bei eins). Moderne Speicher- und Einführungsvorrichtungen, welche eine sehr hohe Massenauflösung und einen sehr hohen dynamischen Bereich erlauben, sind aufwendig herzustellen und mit hohen Anforderungen an die Steuerung/Regelung verbunden, so dass die Anordnung der vorliegenden Erfindung eine signifikante Kosten- und Steuer-/Regelersparnis gegenüber dem Stand der Technik bietet. Zweitens wird durch die Verwendung der gleichen Ionenspeichervorrichtung zum Injizieren in eine externe Ionenauswahlvorrichtung sowie zum Empfangen von Ionen zurück von dieser die Anzahl an MS-Stufen reduziert. Dies verbessert wiederum die Ionentransporteffizienz, die von der Anzahl an MS-Stufen abhängt.
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Typischerweise werden Ionen, welche von einer externen Ionenauswahleinrichtung ausgestoßen werden, sehr verschiedene Eigenschaften aufweisen gegenüber denen der Ionen, die aus der Ionenspeichervorrichtung ausgestoßen werden. Durch Laden von Ionen in die Ionenspeichervorrichtung durch eine speziell zugewiesene Ioneneinlassöffnung (der ersten Ionentransportöffnung), insbesondere dann, wenn sie von einer externen Fragmentierungsvorrichtung an der Ionenspeichervorrichtung zurückkehren, kann dieser Prozess in einer gut kontrollierten Art und Weise ausgeführt werden. Dies minimiert Ionenverluste, was wiederum die Ionentransporteffizienz der Vorrichtung verbessert.
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Nach dem zweiten Aspekt der Erfindung befindet sich eine Fragmentierungsvorrichtung außerhalb der Ionenspeichervorrichtung. Es ist dabei denkbar, dass sich die Fragmentierungsvorrichtung zwischen der Ionenauswahlvorrichtung (jedoch außerhalb davon) und der Ionenspeichervorrichtung befindet.
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Eine Ionenquelle kann bereitgestellt werden, um einen kontinuierlichen oder impulsförmigen Strahl von Probenionen zu der Ionenspeichervorrichtung zuzuführen. Die Fragmentierungsvorrichtung könnte sich auch zwischen einer solchen Ionenquelle und der Ionenspeichervorrichtung befinden. In jedem Falle können komplizierte MSn-Experimente parallel ausgeführt werden, indem die Unterteilung (und wahlweise die separate Analyse) von Unterpopulationen von Ionen, entweder direkt von der Ionenquelle oder abgeleitet aus vorhergehenden Zyklen von MS, ermöglicht wird. Dies führt wiederum zu einer Erhöhung des Arbeitszyklus des Instruments und kann gleichermaßen die Erfassungsgrenzen desselben ebenfalls verbessern.
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Wenngleich Ausführungsformen der Erfindung eine Ionenauswahlvorrichtung vom Flugzeit-, Quadrupol-, Magnetsektor-, elektrostatischen Fallen- oder einem anderen Ionenfallentyp verwenden, ist die Erfindung insbesondere für die elektrostatische Falle (EST) geeignet und kann mit Vorteil in Kombination mit dieser verwendet werden. In den letzten Jahren sind Massenspektrometer, welche elektrostatische Fallen (EST) umfassen, zunehmend kommerziell verfügbar geworden. Gegenüber Quadrupol-Massenanalyseeinrichtungen/-filtern weisen EST's eine wesentlich höhere Massengenauigkeit (potenziell Teile pro Million) und gegenüber Quadrupol-Orthogonalbeschleunigung-TOF-Instrumenten weisen sie einen deutlich besseren Arbeitszyklus und dynamischen Bereich auf. Im Rahmen dieser Anmeldung wird eine EST als eine allgemeine Klasse von Ionenoptikvorrichtungen angesehen, wobei bewegte Ionen ihre Bewegungsrichtung zumindest entlang einer Richtung in im Wesentlichen elektrischen Feldern mehrere Male ändern. Wenn diese mehreren Reflexionen innerhalb eines begrenzten Volumens begrenzt sind, sodass die Ionentrajektorien sich um sich selbst wickeln, so ist die entstehende EST als ”geschlossener” Typ bekannt. Beispiele dieses ”geschlossenen” Typs eines Massenspektrometers kann in der
US 3 226 543 A , der
DE 04408489 A sowie
US 5 886 346 A gefunden werden. Alternativ können Ionen mehrere Änderungen in einer Richtung kombinieren mit einer Verschiebung entlang einer anderen Richtung, sodass sich die Ionentrajektorien nicht um sich selbst wickeln. Solche EST's werden typischerweise als ”offener” Typ bezeichnet und Beispiele sind zu finden in
GB 2 080 021 A ,
SU 1 716 922 A ,
SU 1 725 289 A ,
WO 2005/001878 A2 und
US 2005/0103992 A1 ,
2.
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Von den elektrostatischen Fallen sind einige, wie etwa die in
US 6 300 625 A ,
US 2005/0 103 992 A1 und
WO 2005/001878 A2 beschriebenen, von einer externen Ionenquelle gefüllt und stoßen Ionen an einen externen Detektor stromabwärts der EST aus. Andere, wie etwa die Orbitrap, wie sie in
US 5 886 346 A beschrieben ist, verwenden Techniken, wie etwa eine Bildstromerfassung, um Ionen innerhalb der Falle ohne Ausstoß zu erfassen.
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Elektrostatische Fallen können für eine präzise Massenselektion von von außen eingeführten Ionen verwendet werden (wie z. B. beschrieben in
US 6 872 938 A und
US 6 013 913 A ). Hierzu werden durch Anlegen von Wechselspannungen in Resonanz mit Ionenoszillationen in der EST Vorläuferionen ausgewählt. Ferner wird eine Fragmentierung innerhalb der EST durch die Einführung eines Kollisionsgases, Laserimpulse oder in anderer Weise erzielt, und nachfolgende Anregungsschritte sind notwendig, um eine Erfassung der resultierenden Fragmente zu erzielen (in dem Fall der Anordnungen der
US 6 872 938 A und
US 6 013 913 A wird dies durch Bildstromerfassung erreicht).
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Elektrostatische Fallen sind jedoch nicht ohne Schwierigkeiten. Beispielsweise haben die EST's typischerweise anspruchsvolle Ioneneintrittsanforderungen. So beschreiben beispielsweise unsere früheren Patentanmeldungen
WO 02/078046 A2 und
WO 05/124821 A2 die Verwendung einer Linearfalle (LT), um die Kombination von Kriterien zu erreichen, die notwendig ist, um sicherzustellen, dass stark kohärente Pakete in eine EST-Vorrichtung eingegeben werden. Die Notwendigkeit, Ionenpakete von sehr kurzer Zeitdauer (welche jeweils eine große Anzahl an Ionen enthalten) für solche Vorrichtungen mit hoher Leistungsfähigkeit und hoher Masseauflösung zu erzeugen, bedeutet, dass die Richtung optimaler Ionenextraktion in solchen Ioneneinführungsvorrichtungen typischerweise verschieden ist von der Richtung des effizienten Ioneneinfangs.
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Zweitens weisen fortgeschrittene EST's tendenziell strenge Vakuumanforderungen auf, um Ionenverluste zu vermeiden, während die Ionenfallen und Fragmentierungseinrichtungen, an welche sie angeschlossen sein können, typischerweise mit Gas gefüllt sind, sodass typischerweise zwischen solchen Vorrichtungen und der EST eine Druckdifferenz von mindestens 5 Größenordnungen besteht. Um eine Fragmentierung während der Ionenextrahierung zu vermeiden, ist es notwendig, das Produkt von Druck und Gasdicke zu minimieren (typischerweise unterhalb 10–3...10–2 mm·Torr [1 Torr = 133,322 Pa] zu halten), während für einen effizienten Ioneneinfang dieses Produkt maximiert werden muss (sodass es typischerweise 0,2...0,5 mm·Torr überschreitet).
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Wenn die Ionenauswahlvorrichtung vom Flugzeit-, Quadrupol-, Magnetsektor- oder einem anderen Ionenfallentyp, insbesondere eine EST ist, lässt daher die Erfindung die Verwendung einer Ionenspeichervorrichtung mit unterschiedlichen Ioneneinlass- und -auslasskanälen zu, dass dieselbe Ionenspeichervorrichtung Ionen in geeigneter Weise für die Einführung in die Ionenauswahlvorrichtung bereitstellt, jedoch ebenso erlaubt, dass der Strom oder die langen Impulse von Ionen, welche von der Ionenauswahlvorrichtung über die Fragmentierungsvorrichtung zurückkommen, in gut gesteuerter/geregelter Weise zurück in diese erste Ionenspeichervorrichtung geladen werden, und zwar durch die zweite oder – in bestimmten Ausführungsformen – die dritte Ionentransportöffnung.
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Jede Form einer elektrostatischen Falle kann verwendet werden, wenn diese die Ionenauswahlvorrichtung bildet. Eine besonders bevorzugte Anordnung verwendet eine EST, in welcher der Ionenstrahlquerschnitt aufgrund des fokussierenden Effekts der Elektroden der EST begrenzt bleibt, da dies die Effizienz der nachfolgenden Ionenausgabe aus der EST verbessert. Es könnte entweder eine EST vom offenen oder vom geschlossenen Typ verwendet werden. Mehrere Reflexionen erlauben die Vergrößerung der Separation zwischen Ionen unterschiedlicher Masse-Ladung-Verhältnisse, sodass ein bestimmtes, interessierendes Masse-Ladung-Verhältnis wahlweise ausgewählt werden kann, oder einfach ein schmalerer Bereich von Masse-Ladung-Verhältnissen, als in die Ionenauswahlvorrichtung eingegeben wurde. Die Selektion könnte durch Ablenken unerwünschter Ionen ausgeführt werden, unter Verwendung von elektrischen Impulsen, die an die dazu vorgesehenen Elektroden angelegt werden, die sich vorzugsweise in der Ebene des Flugzeitfokus der Ionenspiegel befinden. In dem Fall einer geschlossenen EST könnte eine Mehrzahl von Ablenkungsimpulsen notwendig sein, um zunehmend schmaler werdende m/z-Auswahlbereiche bereitzustellen.
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Es ist möglich, die Fragmentierungsvorrichtung in zwei Modi zu verwenden: In einem ersten Modus können Vorläuferionen in der Fragmentierungsvorrichtung in der üblichen Weise fragmentiert werden und in einem zweiten Modus können Vorläuferionen durch Steuern/Regeln der Ionenenergie ohne Fragmentierung durch die Fragmentierungsvorrichtung hindurchtreten. Dies erlaubt sowohl eine MSn-Verbesserung als auch eine Verbesserung der Ionenhäufigkeit, und zwar zusammen oder separat: Wenn Ionen von der ersten Ionenspeichervorrichtung in die Ionenauswahlvorrichtung eingegeben werden, so können in kontrollierbarer Weise bestimmte Vorläuferionen niedriger Häufigkeit aus der Ionenauswahlvorrichtung ausgegeben werden und zurück in der ersten Ionenspeichervorrichtung gespeichert werden, ohne dass sie in der Fragmentierungsvorrichtung fragmentiert wurden. Dies kann erreicht werden, indem diese Vorläuferionen niedriger Häufigkeit bei Energien durch die Fragmentierungsvorrichtung geführt werden, die unzureichend sind, um eine Fragmentierung zu bewirken. Energiestreuung könnte für ein gegebenes m/z durch den Einsatz von gepulsten Verzögerungsfeldern (z. B. ausgebildet in einem Zwischenraum zwischen zwei flachen Elektroden mit Öffnungen) reduziert werden. Wenn Ionen auf ihrem Weg zurück von der Massenauswahleinrichtung zu der ersten Ionenspeichervorrichtung in ein elektrisches Verzögerungsfeld eintreten, so überholen Ionen höherer Energie die Ionen niedrigerer Energie und bewegen sich somit bis zu einer größeren Tiefe in das Verzögerungsfeld. Nachdem alle Ionen dieses bestimmten Verhältnisses m/z in das Verzögerungsfeld eingetreten sind, wird das Feld abgeschaltet. Daher erfahren Ionen mit ursprünglich höherer Energie einen höheren Potenzialabfall bezüglich des Erdpotenzials als die Ionen niedrigerer Energie, wodurch ihre Energie angeglichen werden. Durch Anpassen des Potenzialabfalls an die Energiestreuung beim Austritt aus der Massenauswahleinrichtung kann eine signifikante Reduzierung der Energiestreuung erzielt werden. Eine Fragmentierung von Ionen kann auf diese Weise vermieden werden oder alternativ kann die Kontrolle über die Fragmentierung verbessert werden.
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Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Massenspektrometernach Anspruch 17 bereitgestellt. Die Ionenspeichervorrichtung weist eine Ionenaustrittsöffnung auf, um in der Ionenspeichervorrichtung gespeicherte Ionen auszustoßen und weist eine räumlich separate Ionentransportöffnung auf, um Ionen einzufangen, die von der Ionenspeichervorrichtung zurückkehren. Die Ionenauswahlvorrichtung ist diskret und räumlich getrennt von der Ionenspeichervorrichtung, steht jedoch in Austausch mit dieser. Die Ionenauswahlvorrichtung ist außerdem dazu eingerichtet, aus der Ionenspeichervorrichtung ausgestoßene Ionen zu empfangen, um eine Untergruppe dieser Ionen auszuwählen und die ausgewählte Untergruppe auszustoßen, um wenigstens einige dieser Ionen oder Derivate dieser innerhalb der Ionenspeichervorrichtung über die räumlich separate Ionentransportöffnung wieder einzufangen und zu speichern.
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Die Erfindung betrifft in einem vierten Aspekt auch ein Massenspektrometer nach Anspruch 18, umfassend eine externe Ionenfragmentierungsvorrichtung.
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Ionen in der Ionenspeichervorrichtung können entweder in einer separaten Masseanalyseeinrichtung, wie etwa einer Orbitrap, wie sie in der vorstehend angegebenen
US 5 886 346 A beschrieben wurde, analysiert werden oder können stattdessen zurück in die Ionenauswahlvorrichtung für eine dortige Massenanalyse eingeführt werden.
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Andere bevorzugte Ausführungsformen und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der vorliegenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform ersichtlich.
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Die vorliegende Erfindung kann in einer Vielzahl von Arten realisiert werden und eine bevorzugte Ausführungsform wird nun lediglich beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei in den Zeichnungen:
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1 in Blockdiagrammdarstellung einen Überblick über ein Massenspektrometer zum Durchführen des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 eine weitere Implementation des Massenspektrometers der 1 zeigt;
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3 eine schematische Repräsentation einer besonders geeigneten Anordnung einer elektrostatischen Falle für die Verwendung mit dem Massenspektrometer der 2 zeigt;
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4 eine weitere Anordnung eines Massenspektrometers zeigt, mit welchem das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist;
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5 eine weitere Anordnung des Massenspektrometers zeigt, mit welchem das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist;
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6 eine weitere Anordnung eines Massenspektrometers zeigt, mit welchem das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist;
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7 eine weitere Anordnung eines Massenspektrometers zeigt, mit welchem das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist, und
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8 eine weitere Anordnung eines Massenspektrometers zeigt, mit welchem das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist.
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Unter Bezugnahme auf
1 ist ein Massenspektrometer
10 in Blockdiagrammformat gezeigt. Das Massenspektrometer
10 umfasst eine Ionenquelle
20 zum Erzeugen von Ionen, die einer Massenanalyse zu unterziehen sind. Die Ionen aus der Ionenquelle
20 werden in eine Ionenfalle
30 eingeführt, welche beispielsweise ein gasgefüllter HF-Multipol oder ein gekrümmter Quadrupol sein kann, wie sie beispielsweise in der
WO 05/124821 A2 beschrieben sind. Die Ionen werden in der Ionenfalle
30 gespeichert und eine Kollisionskühlung der Ionen kann stattfinden, wie beispielsweise in unserer parallelen Anmeldung Nr.
WO 2006/103445 A2 beschrieben ist, deren Inhalte hierin durch Bezugnahme eingeschlossen ist.
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In der Ionenfalle 30 gespeicherte Ionen können dann mittels Impulsen zu einer Ionenauswahlvorrichtung hin ausgestoßen werden, welche vorzugsweise eine elektrostatische Falle 40 ist. Der Impulsausstoß erzeugt schmale Ionenpakete. Diese werden in der elektrostatischen Falle 40 eingefangen und werden mehreren Reflexionen darin in einer in Verbindung insbesondere mit 3 nachfolgend zu beschreibenden Weise unterzogen. Bei jeder Reflexion oder nach einer bestimmten Anzahl von Reflexionen werden unerwünschte Ionen durch Impulse aus der elektrostatischen Falle 40 hinausgelenkt, beispielsweise zu einem Detektor 75 oder zu einer Fragmentierungszelle 50. Vorzugsweise befindet sich der Ionendetektor 75 nahe an der Ebene des Flugzeitfokus der Ionenspiegel, wobei die Dauer der Ionenpakete sich an einem Minimum befindet. Somit werden nur Ionen von analytischem Interesse in der elektrostatischen Falle 40 gelassen. Weitere Reflexionen werden fortgesetzt, um die Separation zwischen benachbarten Massen zu steigern, sodass eine weitere Verschmälerung des Auswahlfensters erreicht werden kann. Schließlich werden alle Ionen, welche ein Masse-Ladung-Verhältnis in der Nachbarschaft des interessierenden Masse-Ladung-Verhältnisses m/z aufweisen, eliminiert.
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Nachdem der Auswahlprozess abgeschlossen ist, werden Ionen aus der elektrostatischen Falle 40 in die Fragmentierungszelle 50 übertragen, welche sich außerhalb der elektrostatischen Falle 40 befindet. Ionen von analytischem Interesse, welche in der elektrostatischen Falle 40 am Ende der Auswahlprozedur verbleiben, werden mit ausreichender Energie ausgestoßen, um ihnen zu erlauben, in der Fragmentierungszelle 50 zu fragmentieren.
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Im Anschluss an die Fragmentierung in der Fragmentierungszelle werden Ionenfragmente zurück in die Ionenfalle 30 übertragen. Hier werden sie gespeichert, sodass in einem weiteren Zyklus eine nächste Stufe von MS ausgeführt werden kann. In dieser Weise kann MS/MS oder tatsächlich MSn erzielt werden.
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Ein alternatives oder zusätzliches Merkmal der Anordnung der 1 liegt darin, dass von der elektrostatischen Falle ausgestoßene Ionen (da sie außerhalb des Auswahlfensters liegen) durch die Fragmentierungszelle 50 ohne Fragmentierung hindurchgeführt werden können. Typischerweise könnte dies dadurch erzielt werden, dass solche Ionen auf eine relativ niedrige Energie verzögert werden, sodass sie nicht ausreichend Energie haben, um in der Fragmentierungszelle fragmentiert zu werden. Diese unfragmentierten Ionen, welche sich außerhalb des Auswahlfensters von mittlerem Interesse in einem gegebenen Zyklus befinden, können von der Kollisionszelle 50 weiter zu einer nebengeordneten Ionenspeichervorrichtung 60. In anschließenden Zyklen (wenn beispielsweise weitere Massenspektroskopieanalyse der Fragmentionen, wie vorstehend beschrieben, abgeschlossen wurden) können die aus der elektrostatischen Falle 40 in der ersten Phase zurückgewiesenen Ionen (da sie sich außerhalb des Auswahlfensters des vorherigen Interesses befinden) von der nebengeordneten Ionenspeichervorrichtung 60 zu der Ionenfalle 30 für eine separate Analyse übertragen werden.
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Ferner kann die nebengeordnete Ionenspeichervorrichtung 60 dafür verwendet werden, die Anzahl an Ionen eines bestimmten Masse-Ladung-Verhältnisses zu vergrößern, insbesondere dann, wenn diese Ionen eine relativ niedrige Häufigkeit in der zu analysierenden Probe aufweisen. Dies wird dadurch erreicht, dass die Fragmentierungsvorrichtung in dem Nichtfragmentierungsmodus verwendet wird und die elektrostatische Falle dazu eingestellt wird, nur Ionen eines bestimmten Masse-Ladung-Verhältnisses, welches von Interesse, jedoch von begrenzter Häufigkeit ist, durchtreten zu lassen. Diese Ionen werden in der nebengeordneten Ionenspeichervorrichtung 60 gespeichert, werden jedoch durch zusätzliche Ionen dieses gleichen, gewählten Masse-Ladung-Verhältnisses vermehrt, welche von der elektrostatischen Falle ausgewählt und ausgestoßen wurden, und zwar unter Verwendung ähnlicher Kriterien in nachfolgenden Zyklen. Ionen mehrerer m/z Verhältnisse könnten ebenfalls zusammen gespeichert werden, z. B. durch die Verwendung verschiedener Ausstöße aus der Falle 40 mit unterschiedlichem m/z.
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Selbstverständlich können entweder die zuvor unerwünschten Vorläuferionen oder diejenigen Vorläuferionen, welche von Interesse sind, jedoch in der Probe eine niedrige Häufigkeit aufweisen und somit zuerst vermehrt werden müssen, der anschließenden Fragmentierung für MSn unterzogen werden. In diesem Fall könnte die nebengeordnete Ionenspeichervorrichtung 60 zuerst ihre Inhalte in die Fragmentierungszelle 50 ausstoßen, anstatt dass sie ihre Inhalte direkt zurück zu der Ionenfalle 30 überträgt.
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Die Massenanalyse von Ionen kann an verschiedenen Orten und in verschiedener Weise stattfinden. Beispielsweise können in der Ionenfalle gespeicherte Ionen in der elektrostatischen Falle 40 einer Massenanalyse unterzogen werden (mehr Details davon sind nachfolgend im Zusammenhang mit 2 ausgeführt). Zusätzlich oder alternativ kann eine separate Massenanalyseeinrichtung 70 in Verbindung mit der Ionenfalle 30 vorgesehen sein.
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Es wird sich nun 2 zugewandt, in welcher eine bevorzugte Ausführungsform eines Massenspektrometers 10 detaillierter gezeigt ist. Die in 2 gezeigte Ionenquelle 20 ist eine Impulslaserquelle (vorzugsweise eine Matrix-unterstützte Laserdesorption-Ionisation-(MALDI)-Quelle, in welcher Ionen durch Einstrahlung von einer Impulslaserquelle 22 erzeugt werden). Es könnte jedoch gleichermaßen eine kontinuierliche Ionenquelle, wie etwa eine Umgebungsdruck-Elektrosprühquelle, eingesetzt werden.
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Zwischen der Ionenfalle
30 und der Ionenquelle
20 ist eine Vorfalle
24 vorgesehen, welche beispielsweise ein segmentierter, gasgefüllter Nur-HF-Multipol (”RF-only”) ist. Wenn die Vorfalle gefüllt ist, so werden darin enthaltene Ionen über eine Linsenanordnung
26 in die Ionenfalle
30 übertragen, welche in der bevorzugten Ausführungsform ein gasgefüllter, linearer Nur-HF-Quadrupol ist. Die Ionen werden in der Ionenfalle
30 gespeichert, bis das HF abgeschaltet wird und eine Gleichspannung über die Stäbe angelegt wird. Diese Technik ist im Detail in unseren parallelen Anmeldungen, veröffentlicht als
GB 2 415 541 A und
WO 2005/124821 A2 dargelegt, deren Details in ihrer Gesamtheit hierin eingeschlossen sind.
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Der angelegte Spannungsgradient beschleunigt Ionen durch Ionenoptikeinrichtungen
32, welche optional ein Gitter oder eine Elektrode
34 enthalten kann, die dafür eingerichtet ist, Ladung zu messen. Das Ladungsmessgitter
34 erlaubt die Abschätzung der Anzahl von Ionen. Es ist wünschenswert, eine Abschätzung der Anzahl an Ionen zu erhalten, da im Falle, dass zu viele Ionen vorhanden sind, die entstehende Massenverschiebung schwierig zu kompensieren sein könnte. Wenn daher die Ionenzahl eine vorbestimmte Grenze überschreitet (abgeschätzt unter Verwendung des Gitters
34), so können alle Ionen verworfen werden und eine Akkumulation von Ionen in der Vorfalle
24 kann wiederholt werden, mit einer proportional verringerten Anzahl von Impulsen von dem Impulslaser
22 und/oder einer proportional kürzeren Dauer der Akkumulation. Andere Techniken zur Steuerung/Regelung der Anzahl an eingefangenen Ionen könnten eingesetzt werden, wie etwa die beispielsweise in
US 5 572 022 A beschriebenen.
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Nach der Beschleunigung durch die Ionenoptikeinrichtungen 32 werden die Ionen in kurzen Paketen zwischen 10 und 100 ns Länge für jedes m/z fokussiert und treten in die Massenauswahleinrichtung 40 ein. Verschiedene Formen von Ionenauswahlvorrichtungen können eingesetzt werden, wie aus dem Folgenden ersichtlich wird. Wenn die Ionenauswahlvorrichtung beispielsweise eine elektrostatische Falle ist, so sind die spezifischen Details dieser für die Erfindung nicht von entscheidender Bedeutung. Beispielsweise kann die elektrostatische Falle, falls sie verwendet wird, offen oder geschlossen sein, mit zwei oder mehreren Ionenspiegeln oder elektrischen Sektoren und mit oder ohne Umlauf. Eine zur Zeit einfache und bevorzugte Anordnung einer elektrostatischen Falle, welche die Ionenauswahlvorrichtung 40 bildet, ist in 3 gezeigt. Diese einfache Anordnung umfasst zwei elektrostatische Spiegel 42, 44 und zwei Modulatoren 46, 48, welche Ionen entweder auf einem wiederkehrenden Pfad halten oder diese außerhalb dieses Pfads ablenken. Die Spiegel können entweder von einer kreisförmigen oder einer parallelen Platte gebildet werden. Wenn die Spannungen an den Spiegeln statisch sind, so können sie mit sehr hoher Genauigkeit gehalten werden, was für Stabilität und Massengenauigkeit innerhalb der elektrostatischen Falle 40 von Vorteil ist.
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Die Modulatoren 46, 48 sind typischerweise ein kompaktes Paar von Öffnungen, über welche gepulste oder statische Spannungen angelegt sind, im Normalfall mit Schutzplatten auf beiden Seiten, um Randeinschnürungsfelder zu steuern/zu regeln. Spannungsimpulse mit Anstiegs- und Abfallzeiten von weniger als 10–100 ns (gemessen zwischen 10% und 90% des Spitzenwerts) und Amplituden bis zu wenigen hundert Volt sind für die hochauflösende Auswahl von Vorläuferionen bevorzugt. Vorzugsweise befinden sich beide Modulatoren 46 und 48 in den Ebenen der Flugzeitfokussierung der entsprechenden Spiegel 42, 44, welche wiederum vorzugsweise, jedoch nicht notwendigerweise, mit dem Zentrum der elektrostatischen Falle 40 zusammenfallen. Typischerweise werden Ionen durch Bildstromerfassung detektiert (welche an sich eine gut bekannte Technik ist und daher nicht weiter beschrieben wird).
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Es wird nun zu 2 zurückgekehrt. Nach einer ausreichenden Anzahl von Reflexionen und Spannungsimpulsen innerhalb der elektrostatischen Falle 40 verbleibt nur ein schmaler interessierender Massenbereich in der elektrostatischen Falle 40, sodass die Vorläuferionenauswahl abgeschlossen ist. Ausgewählte Ionen in der EST 40 werden dann auf einen Pfad abgelenkt, der verschieden ist von ihrem Eintrittspfad und welcher zu der Fragmentierungszelle 50 führt, oder die Ionen können alternativ zu dem Detektor 75 geführt werden. Vorzugsweise wird diese Ablenkung zu der Fragmentierungszelle durch eine Ionenverzögerungsanordnung 80 ausgeführt, welche nachfolgend in weiterem Detail in Verbindung mit 9 bis 13 beschrieben wird. Die letztendliche Energie der Kollisionen innerhalb der Fragmentierungszelle 50 kann durch geeignete Vorspannung des Gleichspannungs-Offset an der Fragmentierungszelle 50 eingestellt werden.
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Vorzugsweise ist die Fragmentierungszelle 50 ein segmentierter Nur-HF-Multipol mit axialem Gleichspannungsfeld, das entlang seiner Segmente erzeugt wird. Bei geeigneter Gasdichte in der Fragmentierungszelle (Details nachfolgend) und Energie (welche typischerweise zwischen 30 und 50 V/kDa [atomare Masseneinheit 1u = 1 Da] liegt), werden Ionenfragmente durch die Zelle wieder zu der Ionenfalle 30 hin transportiert. Alternativ oder gleichzeitig könnten Ionen innerhalb der Fragmentierungszelle 50 gefangen werden und könnten dann unter Verwendung anderer Typen von Fragmentierung fragmentiert werden, wie etwa durch Elektronenübertragungsdissoziation (Electron Transfer Dissociation, ETD), Elektroneneinfangdissoziation (Electron Capture Dissociation, ECD), oberflächeninduzierte Dissoziation (Surface-induced Dissociation, SID), photoinduzierte Dissoziation (Photo-induced Dissociation, PID) usw.
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Wenn die Ionen wieder in der Ionenfalle 30 gespeichert sind, so sind sie für eine weitere Übertragung zu der elektrostatischen Falle 40 hin für eine weitere Stufe von MSn oder zur elektrostatischen Falle 40 für eine dortige Massenanalyse oder alternativ zu der Massenanalyseeinrichtung 70, welche ein Flugzeit(TOF)-Massenspektrometer oder eine HF-Ionenfalle oder ein FT ICR oder, wie in 2 gezeigt, ein Orbitrap-Massenspektrometer sein kann, bereit. Vorzugsweise weist die Massenanalyseeinrichtung 70 ihre eigenen automatischen Verstärkungssteuer/regel-(AGC)-Möglichkeiten auf, um die Raumladung zu begrenzen oder zu regulieren. In der Ausführungsform der 2 wird dies durch ein Elektrometergitter 90 am Eingang der Orbitrap 70 ausgeführt.
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Ein optionaler Detektor 75 kann in einem der Austrittswege von der elektrostatischen Falle 40 angeordnet werden. Dies kann für eine Reihe von Zwecken verwendet werden. Zum Beispiel kann der Detektor für eine genaue Steuerung/Regelung der Anzahl an Ionen während einer Vorabtastung eingesetzt werden (d. h. eine automatische Verstärkungssteuerung/regelung), mit Ionen, die direkt von der Ionenfalle 30 ankommen. Zusätzlich oder alternativ können die Ionen außerhalb des interessierenden Massefensters (mit anderen Worten unerwünschte Ionen von der Ionenquelle, wenigstens in dem Zyklus der Massenanalyse) unter Verwendung des Detektors erfasst werden. Als weitere Alternative kann der ausgewählte Massenbereich in der elektrostatischen Falle 40 mit hoher Auflösung erfasst werden, und zwar in der Folge von mehreren Reflexionen in der EST, wie vorstehend beschrieben. Noch eine weitere Modifikation kann die Erfassung von schweren, einfach geladenen Molekülen, wie etwa Proteine, Polymere und DNA's mit geeigneten Nachbeschleunigungsstufen enthalten. Lediglich beispielhaft kann der Detektor ein Elektronenvervielfacher oder eine Mikrokanal-/Mikrokugelplatte sein, welche einfache Ionenempfindlichkeit aufweist und für die Erfassung von schwachen Signalen verwendet werden kann. Alternativ kann der Detektor ein Kollektor sein und kann somit sehr starke Signale (potenziell mehr als 104 Ionen in einem Spitzenwert) messen. Mehr als ein Detektor könnte eingesetzt werden, wobei Modulatoren die Ionenpakete nach Maßgabe der Spektralinformation, welche beispielsweise aus dem vorherigen Aufnahmezyklus erhalten wurde, zu dem einen oder zu dem anderen lenken.
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4 illustriert eine Anordnung, welche im Wesentlichen ähnlich der Anordnung der 2 ist, wenngleich einige bestimmte Unterschiede vorhanden sind. An sich bezeichnen gleiche Bezugszeichen Teile, die den Anordnungen der 2 und 4 gemeinsam sind.
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Die Anordnung der 4 umfasst wiederum eine Ionenquelle 20, welche Ionen einer Vorfalle zuführt, welche in der Ausführungsform der 4 eine nebengeordnete Ionenspeichervorrichtung 60 ist. Stromabwärts dieser Vorfalle bzw. nebengeordneten Ionenspeichervorrichtung 60 sind eine Ionenfalle 30 (welche in der bevorzugten Ausführungsform eine gekrümmte Falle ist) und eine Fragmentierungszelle 50 angeordnet. Im Gegensatz zur Anordnung der 2 ordnet die Anordnung der 4 jedoch die Fragmentierungszelle zwischen der Ionenfalle 30 und der nebengeordneten Ionenspeichervorrichtung 60 an, d. h. auf der ”Quelle”-Seite der Ionenfalle, anstatt zwischen der Ionenfalle und der elektrostatischen Falle gemäß der Position in 2.
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In Verwendung sammeln sich Ionen in der Ionenfalle 30 an und werden dann in orthogonaler Richtung aus dieser durch Ionenoptikeinrichtungen 32 zu einer elektrostatischen Falle 40 ausgestoßen. Ein erster Modulator/Ablenker 100 stromabwärts der Ionenoptikvorrichtungen 32 lenkt die Ionen von der Ionenfalle 30 in die EST 40. Ionen werden entlang der Achse der EST 40 reflektiert und nach der dortigen Ionenauswahl werden sie zurück in die Ionenfalle 30 ausgestoßen. Um die Ionenführung in diesem Prozess zu unterstützen, kann ein optionaler elektrischer Sektor (wie etwa ein torusförmiger oder zylindrischer Kondensator) 110 eingesetzt werden. Eine Verzögerungslinse befindet sich zwischen dem elektrischen Sektor 110 und dem Rückführpfad in die Ionenfalle 30. Eine Verzögerung kann impulsförmige elektrische Felder verwenden, wie vorstehend beschrieben.
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Aufgrund des niedrigen Drucks in der Ionenfalle 30 fliegen Ionen, welche an dieser Falle 30 wieder ankommen, durch diese hindurch und fragmentieren in der Fragmentierungszelle 50, welche sich zwischen dieser Ionenfalle 30 und der nebengeordneten Ionenspeichervorrichtung 60 befindet (d. h. auf der Ionenquellenseite der Ionenfalle 30). Die Fragmente werden dann in der Ionenfalle 30 gefangen.
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Wie in 2 wird eine Orbitrap-Massenanalyseeinrichtung 70 eingesetzt, um eine genaue Massenanalyse von aus der Ionenfalle 30 bei irgendeiner gewählten Stufe von MSn ausgestoßenen Ionen zu erlauben. Die Massenanalyseeinrichtung 70 befindet sich stromabwärts der Ionenfalle (d. h. auf der gleichen Seite der Ionenfalle wie die EST 40), und eine zweite Ablenkeinrichtung 120 leitet (”gates”) Ionen entweder zu der EST 40 über die erste Ablenkeinrichtung 100 oder in die Massenanalyseeinrichtung 70.
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Andere in 4 gezeigte Bauteile sind Nur-HF-Transportmultipol, welche als Schnittstelle zwischen den verschiedenen Stufen der Anordnung dienen, wie der Fachmann gut verstehen wird. Zwischen der Ionenfalle 30 und der Fragmentierungszelle 50 kann sich auch eine Ionenverzögerungsanordnung befinden.
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5 zeigt eine weitere alternative Anordnung zu der in 2 und 4 und gleiche Komponenten sind wieder mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Die Anordnung der 5 ist dahingehend ähnlich der der 2, dass Ionen durch eine Ionenquelle 20 erzeugt werden und dann durch eine Vorfalle und eine nebengeordnete Ionenspeichervorrichtung 60 hindurchtreten (oder diese umgehen), bevor sie in einer Ionenfalle 30 gespeichert werden. Ionen werden orthogonal aus der Ionenfalle 30 ausgestoßen, und zwar durch Ionenoptikvorrichtungen 32, und werden durch einen ersten Modulator/Ablenkeinrichtung 100 auf die Achse einer EST 40 abgelenkt, wie in 4.
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Im Gegensatz zu 4 können jedoch als Alternative zur Ionenauswahl in der EST 40 Ionen stattdessen durch den Modulator/Ablenkeinrichtung 100 in einen elektrischen Sektor 110 abgelenkt werden und von dort über eine Ionenverzögerungsanordnung 80 in eine Fragmentierungszelle 50. Somit befindet sich (im Gegensatz zu 4) die Fragmentierungszelle 50 nicht auf der Quellenseite der Ionenfalle 30. Nach dem Ausstoß aus der Fragmentierungszelle 50 treten die Ionen durch einen gekrümmten Transportmultipol 130 und anschließend einen linearen Nur-HF-Transportmultipol 140 zurück in die Ionenfalle 30. Eine Orbitrap oder eine andere Massenanalyseeinrichtung 70 ist wiederum vorgesehen, um eine genaue Massenanalyse in jeder Stufe der MSn zu erlauben.
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6 zeigt noch eine weitere alternative Anordnung, welche im Konzept im Wesentlichen identisch mit der Anordnung der 2 ist, mit der Ausnahme, dass die EST 40 nicht vom in 3 illustrierten ”geschlossenen” Fallentyp ist, jedoch stattdessen vom offenen Typ ist, wie er in den in der vorstehenden Einleitung angegebenen Dokumenten beschrieben ist.
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Genauer gesagt umfasst das Massenspektrometer der 6 eine Ionenquelle 20, welche eine Zuführung von Ionen zu einer Vorfalle bzw. einem nebengeordneten Ionenspeicher 60 bereitstellt (weitere Ionenoptikvorrichtungen sind in 6 aufgezeigt, jedoch nicht bezeichnet). Stromabwärts der Vorfalle bzw. der nebengeordneten Ionenspeichervorrichtung 60 ist eine weitere Ionenspeichervorrichtung, welche in der Anordnung der 6 wiederum eine gekrümmte Ionenfalle 30 ist. Ionen werden aus der gekrümmten Falle 30 durch Ionenoptikvorrichtungen 32 in einer orthogonalen Richtung zu einer EST 40' hin ausgestoßen, wo die Ionen mehrere Reflexionen erfahren. Ein Modulator/Ablenkreinrichtung 100' befindet sich in Richtung des ”Exit” der EST 40' und dies erlaubt es den Ionen, entweder in einen Detektor 150 oder über einen elektrischen Sektor 110 und eine Ionenverzögerungsanordnung 80 in eine Fragmentierungszelle 50 abgelenkt zu werden. Von hier aus können Ionen erneut zurück in die Ionenfalle 30 eingegeben werden, und zwar erneut durch eine Eingangsöffnung, welche verschieden ist von der Austrittsöffnung, durch welche die Ionen auf ihrem Weg zu der EST 40' hindurchgetreten sind. Die Anordnung der 6 umfasst außerdem zugeordnete Ionenoptikvorrichtungen, dies ist aus Gründen der Klarheit in dieser Figur jedoch nicht gezeigt.
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In einer Alternative kann die EST
40' der
6 parallele Spiegel (siehe z. B.
WO 2005/001878 A2 ) oder längliche elektrische Sektoren (siehe z. B.
US 2005/0103992 A1 ) einsetzen. Kompliziertere Formen oder Trajektoren oder optische EST-Ioneneinrichtungen könnten verwendet werden.
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7 zeigt noch ein weiteres Massenspektrometer, mit welchem das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist. Wie in 4 umfasst das Spektrometer eine Ionenquelle 20, welche Ionen einer Vorfalle zuführt, welche, wie in der Ausführungsform der 4, eine nebengeordnete Ionenspeichervorrichtung 60 ist. Stromabwärts dieser Vorfalle bzw. nebengeordneten Ionenspeichervorrichtung 60 ist eine Ionenfalle 30 (welche in der bevorzugten Ausführungsform eine gekrümmte Falle ist) und eine Fragmentierungszelle 50. Die Fragmentierungszelle 50 könnte sich auf beiden Seiten der Ionenfalle 30 befinden, wenngleich in der Ausführungsform der 7 die Fragmentierungszelle 50 zwischen der Ionenquelle 20 und der Ionenfalle 30 gezeigt ist. Wie in den vorherigen Ausführungsformen befindet sich eine Ionenverzögerungsanordnung 80 vorzugsweise zwischen der Ionenfalle 30 und der Fragmentierungszelle 50.
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Bei der Verwendung treten Ionen über eine Ioneneintrittsöffnung 28 in die Ionenfalle 30 ein und werden in der Ionenfalle 30 akkumuliert. Sie werden dann durch eine Austrittsöffnung 29, welche von der Eintrittsöffnung 28 separat ist, orthogonal zu einer elektrostatischen Falle 40 ausgestoßen. In der in 7 gezeigten Anordnung ist die Austrittsöffnung in einer zur Richtung des Ionenausstoßes im Wesentlichen senkrechten Richtung länglich ausgebildet (d. h. die Austrittsöffnung 29 ist schlitzartig). Die Ionenposition innerhalb der Falle 30 wird so gesteuert/geregelt, dass die Ionen durch eine Seite (die linke Seite in 7) der Austrittsöffnung 29 austreten. Die Steuerung/Regelung der Position der Ionen innerhalb der Ionenfalle kann durch eine Vielzahl von Arten erreicht werden, wie etwa durch Anlagen von abweichenden Spannungen an Elektroden (nicht gezeigt) an den Enden der Ionenfalle 30. In einer speziellen Ausführungsform können Ionen in einer kompakten zylindrischen Verteilung von der Mitte der Ionenfalle 30 aus ausgestoßen werden, während sie als eine wesentlich längere zylindrische Verteilung (als Ergebnis von Divergenz und Abberationen innerhalb des Systems) einer wesentlich größeren Winkelgröße wieder eingefangen werden.
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Modifizierte Ionenoptikvorrichtungen 32' befinden sich stromabwärts des Austritts aus der Ionenfalle 30 und stromabwärts davon lenkt ein erster Modulator/Ablenkeinrichtung 100'' die Ionen in die EST 40. Ionen werden entlang der Achse der EST 40 reflektiert. Als eine Alternative zu der Führung der Ionen von der Ionenfalle 30 in die EST 40 können die Ionen stattdessen durch eine Ablenkeinrichtung 100'' stromabwärts der Ionenoptikvorrichtungen 32' in eine Orbitrap-Massenanalyseeinrichtung 70 oder dgl. abgelenkt werden.
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In der Ausführungsform der 7 arbeitet die Ionenfalle 30 sowohl als Verzögerungseinrichtung als auch als eine Ionenauswahleinrichtung. Das (Gleichspannungs-)Extraktionspotenzial über der Ionenfalle 30 wird abgeschaltet und das (HF-)Einfangpotenzial wird eingeschaltet, und zwar exakt an dem Zeitpunkt, an welchem interessierende Ionen nach ihrer Rückkehr von der EST 40 in der Ionenfalle 30 zur Ruhe kommen. Für einen Eintritt und einen Ausstoß aus der EST 40 werden die Spannungen an dem Spiegel innerhalb der EST 40 (3), welcher am nächsten an den Linsen liegt, impulsförmig abgeschaltet. Nachdem interessierende Ionen in der Ionenfalle 30 eingefangen wurden, werden sie zu der Fragmentierungszelle 50 auf einer/jeder Seite der Ionenfalle 30 hin beschleunigt, wobei Fragmentionen erzeugt und dann eingefangen werden. Im Anschluss daran können die Fragmentionen erneut zu der Ionenfalle 30 übertragen werden.
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Wenn Ionen von einer ersten Seite eines länglichen Schlitzes aus ausgestoßen werden und an oder in Richtung einer zweiten Seite eines solchen Schlitzes wieder eingefangen werden, so ist der Pfad des Ausstoßes aus einer solchen Ionenfalle 30 nicht parallel zum Pfad des erneuten Einfangens in diese Falle 30. Dies wiederum kann die Einführung der Ionen in die EST 40 bei einem Winkel relativ zur Längsachse dieser EST 40 erlauben, wie in den Ausführungsformen der 4 und 5 gezeigt ist.
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Wenngleich eine einzelne, schlitzartige Austrittsöffnung 29 in 7 gezeigt ist, wobei Ionen aus dieser zu einer ersten Seite dieses Schlitzes hin austreten, jedoch von der EST 40 über die andere Seite dieses Schlitzes zurückempfangen werden, könnten selbstverständlich zwei (oder mehrere) separate, jedoch allgemein benachbarte Transportöffnungen (welche dann in der Richtung orthogonal zur Flugrichtung der durch diese laufenden Ionen länglich sein könnten oder auch nicht) stattdessen verwendet werden, wobei Ionen über eine erste dieser Transportöffnungen austreten, jedoch über eine benachbarte Transportöffnung in die Ionenfalle 30 wieder eintreten.
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Tatsächlich könnte die schlitzartige Austrittsöffnung 29 der 7 nicht nur in separate Transportöffnungen unterteilt werden, die in einer zur Flugrichtung der Ionen während Ausstoß und Eintritt im Wesentlichen orthogonalen Richtung in Abständen voneinander angeordnet sind, sondern die gekrümmte Ionenfalle 30 der 7 könnte selbst in separate Segmente unterteilt werden. Eine solche Anordnung ist in 8 gezeigt.
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Die Anordnung der 8 ist dahingehend sehr ähnlich der der 7, dass das Sepktrometer eine Ionenquelle 20 umfasst, welche Ionen einer Vorfalle zuführt, die eine nebengeordnete Ionenspeichervorrichtung 60 ist. Stromabwärts dieser Vorfalle bzw. dieser nebengeordneten Ionenspeichervorrichtung 60 ist eine Ionenfalle 30' (nachfolgend im Detail zu beschreiben) und eine Fragmentierungszelle 50. Wie bei der Anordnung der 7 könnte die Fragmentierungszelle 50 in 8 auf jeder Seite der Ionenfalle 30' angeordnet sein, wenngleich in der Ausführungsform der 8 die Fragmentierungszelle 50 zwischen der Ionenquelle 20 und der Ionenfalle 30' gezeigt ist, wobei die Ionenfalle 30' und die Fragmentierungszelle 50 durch eine optische Ionenverzögerungsanordnung 80 getrennt sind.
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Stromabwärts der Ionenfalle 30 befindet sich ein erster Modulator/Ablenkungseinrichtung 100''', welche die Ionen in die EST 40 von einer nicht axialen Richtung her einführt. Ionen werden entlang der Achse der EST 40 reflektiert. Um die Ionen aus der EST 40 zurück in die Ionenfalle 30 auszugeben, wird ein zweiter Modulator/Ablenkungseinrichtung 100''' in der EST 40 verwendet. Als eine Alternative zu der Führung der Ionen von der Ionenfalle 30 in die EST 40 können die Ionen stattdessen durch die Ablenkungseinrichtung 100''' in eine Orbitrap-Massenanalyseeinrichtung 70 oder dgl. abgelenkt werden.
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Die gekrümmte Ionenfalle 30' umfasst in der Ausführungsform der 8 drei miteinander verbundene Segmente 36, 37, 38. Das erste und das dritte Segment 36, 38 weisen jeweils eine Ionentransportöffnung auf, sodass Ionen über die erste Transportöffnung in dem ersten Segment 36 aus der Ionenfalle 30' in die EST 40 ausgestoßen werden, jedoch über eine zweite, räumlich getrennte Transportöffnung in dem dritten Segment 38 zurück in der Ionenfalle 30' empfangen werden. Um dies zu erreichen, kann dieselbe HF-Spannung an jedes Segment der Ionenfalle 30' angelegt werden (sodass in diesem Sinne die Ionenfalle 30 als eine einzelne Falle wirkt, obwohl die einzelnen Fallenabschnitte 36, 37, 38 vorhanden sind), wobei jedoch an jeden Abschnitt unterschiedliche Gleichspannung-Offsets angelegt werden, sodass die Ionen nicht zentral in der axialen Richtung der gekrümmten Ionenfalle 30' verteilt werden. Bei der Verwendung werden Ionen der Ionenfalle 30 gespeichert. Durch geeignete Einstellung der an die Ionenfallensegmente 36, 37, 38 angelegten Gleichspannung wird bewirkt, dass Ionen die Ionenfalle 30' über das erste Segment 36 verlassen, um außerhalb der Achse in die EST 40 eingegeben zu werden. Die Ionen kehren zu der Ionenfalle 30' zurück und treten über die Öffnung in das dritte Segment 38 ein.
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Durch Beibehaltung der Gleichspannung an dem ersten und dem zweiten Segment 36 und 37 bei einer niedrigeren Amplitude als der an das dritte Segment 38 angelegten Gleichspannung können die Ionen, wenn sie von der EST 40 aus wieder eingefangen werden, entlang der gekrümmten Achse der Ionenfalle 30' beschleunigt werden (z. B. durch 30–50 eV/kDa), sodass sie einer Fragmentierung unterzogen werden. Auf diese Weise kann die Ionenfalle 30' sowohl als eine Falle als auch als eine Fragmentierungsvorrichtung arbeiten.
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Die resultierenden Fragmentionen werden dann in dem ersten Segment 36 gekühlt und verdichtet, indem der Gleichspannungs-Offset an dem zweiten und dem dritten Segment 37, 38 relativ zur Spannung am ersten Segment 36 erhöht wird.
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Es wird nun zurückgekehrt zu den Anordnungen der
2 und
4 bis
8. Allgemein ausgedrückt hängt der effektive Betrieb einer jeden der in diesen Figuren gezeigten, gasgefüllten Einheiten von einer optimalen Auswahl der Kollisionsbedingungen ab und ist gekennzeichnet durch die Kollisionsdicke P·D, wobei P der Gasdruck ist und D die von den Ionen durchquerte Gasdicke ist (typischerweise ist D die Länge der Einheit). Stickstoff, Helium oder Argon sind Beispiele für Kollisionsgase. In der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform ist es wünschenswert, dass die folgenden Bedingungen annähernd erreicht werden:
In der Vorfalle
24 ist es erwünscht, dass P·D > 0,05 mm·Torr, jedoch vorzugsweise < 0,2 mm·Torr. Mehrere Durchläufe können zum Einfangen von Ionen verwendet werden, wie in unserer parallelen Patentanmeldung Nr.
WO 2006/103445 A2 beschrieben ist.
Die Ionenfalle
30 weist vorzugsweise einen P·D-Bereich zwischen 0,02 und 0,1 mm·Torr auf und diese Vorrichtung könnte ebenfalls im starken Maße mehrere Durchläufe verwenden.
Die Fragmentierungszelle
50 (welche kollisionsinduzierte Dissoziation, CID verwendet), weist eine Kollisionsdicke von P·D > 0,5 mm·Torr, vorzugsweise mehr als 1 mm·Torr, auf.
Für jegliche verwendete nebengeordnete Ionenspeichervorrichtung
60 liegt die Kollisionsdicke P·D vorzugsweise zwischen 0,02 und 0,2 mm·Torr. Im Gegensatz dazu ist es wünschenswert, dass die elektrostatische Falle
40 bei einem hohen Vakuum gehalten wird, vorzugsweise bei einem Vakuum von 10
–8 Torr oder besser.
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Die typischen Analysezeiten in der Anordnung der 2 sind wie folgt:
Speicherung in der Vorfalle 24: typischerweise 1–100 ms; Übertragung in die gekrümmte Falle 30: typischerweise 3–10 ms;
Analyse der EST 40: typischerweise 1–10 ms, um eine Auswahlmassenauflösung im Ausmaß von 10.000 bereitzustellen;
Fragmentierung in der Fragmentierungszelle 50, gefolgt von einer Ionenrückübertragung in die gekrümmte Falle 30: typischerweise 5–20 ms;
Übertragung durch die Fragmentierungszelle 50 in eine zweite Ionenspeichervorrichtung 60, falls verwendet, ohne Fragmentierung: typischerweise 5–10 ms; und
Analyse in einer Massenanalyseeinrichtung 70 vom Typ Orbitrap: typischerweise 50–2.000 ms.
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Im Allgemeinen sollte die Dauer eines Impulses für Ionen desselben m/z-Verhältnisses gut unterhalb von 1 ms liegen, vorzugsweise unterhalb 10 Mikrosekunden, wobei ein höchst bevorzugtes System Ionenimpulsen entspricht, die kürzer sind als 0,5 Mikrosekunden (für ein m/z zwischen ungefähr 400 und 2.000). Anders ausgedrückt bzw. für alternative Bedingungen und für andere m/z sollte die räumliche Länge der ausgestoßenen Impulse gut unterhalb von 10 Metern liegen und vorzugsweise unterhalb von 50 mm liegen, wobei eine höchst bevorzugte Möglichkeit Ionenimpulsen kürzer als 5–10 mm entspricht. Es ist insbesondere wünschenswert, Impulse zu verwenden, die kürzer sind als 5–10 mm, wenn eine Orbitrap und Mehrfachreflexion-Flugzeitanalyseeinrichtungen eingesetzt werden.
