DE112007000930T5 - Verfahren zur Ionenhäufigkeitserhöhung in einem Massenspektrometer - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Verbessern der Detektionsgrenzen eines Massenspektrometers, umfassend:
(a) Generieren von Probeionen von einer Ionenquelle;
(b) Speichern der Probeionen in einer ersten Ionenspeichervorrichtung;
(c) Ejizieren der gespeicherten Ionen in eine Ionenselektionsvorrichtung;
(d) Selektieren und Ejizieren von Ionen eines gegebenen Masse-zu-Ladungs-Verhältnisses aus der Ionenselektionsvorrichtung;
(e) Speichern der von der Ionenselektionsvorrichtung ejizierten Ionen in einer zweiten Ionenspeichervorrichtung, ohne diese durch die Ionenselektionsvorrichtung zurückzuleiten;
(f) Wiederholen der vorangehenden Schritte (a) bis (e), um die in der zweiten Ionenspeichervorrichtung gespeicherten Ionen des gewählten Masse-zu-Ladungs-Verhältnisses zu vermehren; und
(g) Überführen der vermehrten Ionen des gewählten Masse-zu-Ladungs-Verhältnisses zurück zur ersten Ionenspeichervorrichtung zur anschließenden Analyse.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Massenspektrometer und ein Massenspektrometrieverfahren, insbesondere zur Durchführung von MSn Experimenten.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Tandemmassenspektrometrie ist eine gut bekannte Technik, mit der Spurenanalyse und strukturelle Untersuchungen von Proben ausgeführt werden können. In einem ersten Schritt werden Ausgangsionenmassen analysiert/gefiltert, um Ionen mit einem interessierenden Masse-zu-Ladungs-Verhältnis auszuwählen, und in einem zweiten Schritt werden diese Ionen zum Beispiel durch Kollision mit einem Gas wie etwa Argon fragmentiert. Die resultierenden Fragmentionen werden dann, gewöhnlich durch die Erzeugung eines Massenspektrums, massenanalysiert.
  • Es sind verschiedene Anordnungen zur Ausführung von Mehrfachstufenmassenanalyse oder MSn vorgeschlagen worden oder sind im Handel verfügbar, wie etwa das Triple-Quadrupol-Massenspekrometer und das Hybrid-Quadrupol-Flugzeitmassenspektrometer. In dem Triple-Quadrupol wirkt ein erstes Quadrupole Q1 als erste Stufe der Massenanalyse durch Ausfiltern von Ionen außerhalb eines gewählten Masse-zu-Ladung-Verhältnis-Bereichs. Ein zweites Quadrupol Q2 ist typischerweise als Quadrupolionenleiter angeordnet, der in einer Gaskollisionszelle angeordnet ist. Die Fragmentionen, die aus den Kollisionen in Q2 resultieren, werden dann durch das dritte Quadrupol Q3 stromab von Q2 massenanalysiert. In der Hybridanordnung kann das zweite Analysator-Quadrupol Q3 durch ein Flugzeit-(TOF)-Massenspektrometer ersetzt werden.
  • In jedem Falle werden separate Analysatoren vor und nach der Kollisionszelle angewendet. In der GB-A-2,400,724 sind verschiedene Anordnungen beschrieben, worin ein einziger Massenfilter/Analysator dazu verwendet wird, eine Filterung und Analyse in beiden Richtungen auszuführen. Insbesondere ist ein Ionendetektor stromauf des Massenfilter/Analysators angeordnet, und die Ionen laufen durch den Massenfilter/Analysator zur Speicherung in einer stromabwärtigen Ionenfalle. Die Ionen werden dann von der stromabwärtigen Falle durch den Massenfilter/Analysator zurück injiziert, bevor sie von dem stromaufwärtigen Ionendetektor detektiert werden. Es sind auch verschiedene Fragmentationsprozeduren, die immer noch einen einzigen Massenfilter/Analysator verwenden, beschrieben, welche ermöglichen, dass MS/MS-Experimente ausgeführt werden.
  • Ähnliche Anordnungen sind auch in WO-A-2004/001878 gezeigt (Verentchikov et al.). Ionen fließen von einer Quelle zu einem TOF-Analysator, der als Ionendetektor wirkt, von wo Ionen zu einer Fragmentationszelle ausgeworfen werden. Von hier laufen sie durch den TOF-Analysator zurück und werden detektiert. Für MSn können die Fragmentionen durch das Spektrometer recycelt werden. Die US-A-2004/00245455 (Reinhold) führt eine ähnliche Prozedur für MSn aus, verwendet aber eine hochempfindliche Linearfalle anstelle eine TOF-Analysators, um die Ionenselektion auszuführen. Die JP-A-2001-143654 befasst sich mit einer Ionenfalle, welche Ionen auf eine Umlaufbahn auswirft, zur Massenabtrennung, gefolgt durch Detektion.
  • Die vorliegende Erfindung strebt gegenüber diesem Hintergrund danach, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung für MSn bereitzustellen.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Verbesserung der Detektionsgrenzen eines Massenspektrometers angegeben, umfassend: (a) Generieren von Probeionen von einer Ionenquelle; (b) Speichern der Probeionen in einer ersten Ionenspeichervorrichtung; (c) Ejizieren der gespeicherten Ionen in eine Ionenselektionsvorrichtung; (d) Selektieren und Ejizieren von Ionen eines gegebenen Masse-zu-Ladungs-Verhältnisses aus der Ionenselektionsvorrichtung; (e) Speichern der von der Ionenselektionsvorrichtung ejizierten Ionen in einer zweiten Ionenspeichervorrichtung, ohne diese durch die Ionenselektionsvorrichtung zurückzuleiten; (f) Wiederholen der vorangehenden Schritte (a) bis (e), um die in der zweiten Ionenspeichervorrichtung gespeicherten Ionen des gewählten Masse-zu-Ladungs-Verhältnisses zu vermehren; und (g) Überführen der vermehrten Ionen des gewählten Masse-zu-Ladungs-Verhältnisses zurück zur ersten Ionenspeichervorrichtung zur anschließenden Analyse.
  • Dieser Zyklus kann optional mehrfach wiederholt werden, um MSn zu erlauben. Die vorliegende Erfindung verwendet somit eine zyklische Anwendung, in der Ionen aufgefangen, optional gekühlt und aus einer Austrittsöffnung ausgeworfen werden. Eine Teilmenge dieser Ionen wird zu der Ionenspeichervorrichtung zurückgeführt. Diese typische Anordung ergibt eine Reihe von Vorteilen gegenüber der in der obigen Einleitung identifizierten Technik, welche stattdessen eine „Vol- und Zurück"-Prozedur über die gleiche Öffnung in der Ionenfalle verwendet. Erstens wird die Anzahl von Vorrichtungen, die zum Speichern und Injizieren von Ionen in den Ionenselektor erforderlich sind, minimiert (und in der bevorzugten Ausführung ist es nur eine). Moderne Speicher- und Injektionsvorrichtungen, die eine sehr hohe Massenauflösung und einen sehr hohen Dynamikbereich ermöglichen, sind teuer herzustellen und erfordern eine derartige Steuerung, dass die Anordnung der vorliegenden Erfindung signifikante Kosten und Steuerungseinsparungen gegenüber der Technik repräsentiert. Zweitens wird, durch die Verwendung derselben (ersten) Ionenspeichervorrichtung zum Injizieren und Rückerhalten von Ionen von einer externen Ionenselektionsvorrichtung, die Anzahl der MS-Stufen reduziert. Dies verbessert wiederum die Ionentransporteffizienz, die von der Anzahl der MS-Stufen abhängig ist. Typischerweise haben Ionen, die von einem externen Ionenselektor ausgeworfen werden, sehr unterschiedliche Charakteristiken gegenüber jenen der Ionen, die von der Ionenspeichervorrichtung ausgeworfen werden. Durch das Laden von Ionen in die Ionenspeichervorrichtung durch einen gesonderten Ioneneinlassdurchgang (erste Ionentransportöffnung), insbesondere bei Rückankunft an der Ionenspeichervorrichtung von einer externen Fragmentationsvorrichtung, kann dieser Prozess in gut gesteuerter oder geregelter Weise ausgeführt werden. Dies minimiert Ionenverluste, was wiederum die Ionentransporteffizienz der Vorrichtung verbessert.
  • Diese Technik erlaubt auch die Verbesserung der Detektionsgrenze des Instruments, wo die Ionen eines gewählten Masse-zu-Ladung-Verhältnisses in der Probe eine geringe Häufigkeit haben. Sobald eine ausreichende Menge dieser wenig häufigen Precursor-Ionen in der zweiten Ionenspeichervorrichtung aufgebaut worden ist, können diese zurück zu der ersten Ionenspeichervorrichtung injiziert werden, um dort aufgefangen zu werden (Umgehen der Ionenselektionsvorrichtung) und können anschließend einer MSn-Analyse unterzogen werden. Obwohl Ionen bevorzugt die erste Ionenspeichervorrichtung durch eine erste Ionentransportöffnung verlassen und dort hinein über eine zweite separate Ionentransportöffnung wieder aufgenommen werden, ist dies diesem Aspekt der Erfindung nicht wesentlich, und das Injizieren und Auffangen durch dieselbe Öffnung ist realisierbar.
  • Optional kann gleichzeitig damit, wenn die wenig häufigen Precursor-Ionen zu der zweiten Ionenspeichervorrichtung bewegt werden, um die Gesamtpopulation dieser bestimmten Precursor-Ionen zu verbessern, die Ionenselektionsvorrichtung die Auswahl anderer gewünschter Precursor- Ionen fortgesetzt halten und diese weiter verfeinern. Bei ausreichend enger Auswahl können diese Precursor-Ionen von der Ionenselektionsvorrichtung injiziert und in einer Fragmentationsvorrichtung fragmentiert werden, um Fragmentionen herzustellen. Diese Fragmentionen können dann zu der ersten Ionenspeichervorrichtung überführt werden, und MSn dieser Fragmentionen können ausgeführt werden, oder sie können gleichermaßen in der zweiten Ionenspeichervorrichtung gespeichert werden, so dass anschließende Zyklen die Anzahl der auf diese Weise gespeicherten Ionen weiter anreichern kann, um wiederum die Detektionsgrenze des Instruments für dieses bestimmte Fragmention zu erhöhen.
  • In einem zweiten Aspekt kann die vorliegenden Erfindung in einem Verfahren zur Verbesserung der Detektionsgrenze eines Massenspektrometers liegen, umfassend: (a) Generieren von Probeionen von einer Ionenquelle; (b) Speichern der Probeionen in einer ersten Ionenspeichervorrichtung; (c) Ejizieren der gespeicherten Ionen in eine Ionenselektionsvorrichtung; (d) Selektieren und Ejizieren von analytisch interessanten Ionen aus der Ionenselektionsvorrichtung; (e) Fragmentieren der aus der Ionenselektionsvorrichtung ejizierten Ionen in einer Fragmentationsvorrichtung; (f) Speichern von Fragmentionen in einer zweiten Ionenspeichervorrichtung, ohne diese durch die Ionenselektionsvorrichtung zurückzuleiten; (g) Wiederholen der vorangehenden Schritte (a) bis (f), um die in der zweiten Ionenspeichervorrichtung gespeicherten Fragmentionen zu vermehren; und (h) Überführen der vermehrten Fragmentionen zurück zur ersten Ionenspeichervorrichtung zur anschließenden Analyse.
  • Wie oben kann die Ionenejektion aus der ersten Ionenspeichervorrichtung und das Wiedereinfangen der Ionen durch separate Ionentransportöffnungen oder durch ein- und dieselbe erfolgen.
  • Ionen in der ersten Ionenspeichervorrichtung können entweder in einem separaten Massenanalysator massenanalysiert werden, wie etwa einem Orbitrap, wie in der oben genannten US-A-5,886,346 beschrieben, oder sie können stattdessen zurück in die Ionenselektionsvorrichtung injiziert werden, zur dortigen Massenanalyse.
  • Es kann eine Ionenquelle vorgesehen sein, um einen kontinuierlichen oder gepulsten Strom von Probenionen der Ionenspeichervorrichtung zuzuführen. In einer bevorzugten Ausführung kann die optionale Fragmentationsvorrichtung stattdessen zwischen einer solchen Ionenquelle und der Ionenspeichervorrichtung angeordnet sein. In jedem Fall können komplizierte MSn-Experimente parallel ausgeführt werden, indem eine Aufteilung von (und optionale Speparatoranalyse von) Teilpopulationen von Ionen erlaubt werden, entweder direkt von der Ionenquelle oder erhalten von vorigen MS-Zyklen. Dies resultiert wiederum in einer Erhöhung im Tastzyklus des Instruments und kann gleichermaßen auch die Detektionsgrenzen von diesem verbessern.
  • Obwohl bevorzugte Ausführungen der Erfindung jede Ionenselektionsvorrichtung erfinden können, ist sie besonders geeignet und günstig in Kombination mit einer elektrostatischen Falle (EST). In den letzten Jahren sind elektrostatische Fallen (ESTs) erhaltende Massenspektrometer im Handel zunehmend verfügbar geworden. Im Bezug auf Quadrupol-Massenanalysatoren/Filter haben ESTs eine viel höhere Massengenauigkeit (potentiell Teile pro Million), und im Bezug auf Quadrupol-orthogonale Beschleunigungs-TOF-Instrumente, haben sie einen weit überragenden Tastzyklus und Dynamikbereich. Innerhalb des Umfangs dieser Anmeldung wird eine EST als allgemeine Klasse von optischen Ionenvorrichtungen betrachtet, worin sich bewegende Ionen ihre Bewegungsrichtung zumindest entlang einer Richtung mehrere Male in im Wesentlichen elektrostatischen Feldern ändern. Wenn diese Mehrfachreflektionen in ein begrenztes Volumen eingeschränkt werden, so dass die Ionenlaufbahnen sich um sich selbst winden, dann ist die resultierende EST als „geschlossene" Bauart bekannt. Beispiele dieses „geschlossenen" Massenspektrometers finden sich in US-A-3,226,543 , DE-A-04408489 und US-A-5,886,346 . Alternativ könnten Ionen mehrere Änderungen in einer Richtung mit einer Verschiebung entlang einer anderen Richtung kombinieren, so dass die Ionenlaufbahn sich nicht um sich selbst winden. Solche ESTs werden typischerweise als „offene" Bauart bezeichnet, und Beispiele finden sich in GB-A-2,080,021 , SU-A-1,716,922 , SU-A-1,725,289 , WO-A-2005/001878 und US-A-20050103992 , 2.
  • Von den elektrostatischen Fallen werden einige, wie etwa jene, die in US-A-6,300,625 , US-A-2005/0103992 und WO-A-2005/001878 beschrieben sind, von einer externen Ionenquelle befüllt und werfen Ionen zu einem externen Detektor stromab der EST aus. Anders, wie etwa das in US-A-5,886,346 beschriebene Orbitrap, verwenden Techniken, wie etwa Bildstromdetektion zum Detektieren von Ionen innerhalb der Falle ohne diese auszuwerfen.
  • Elektrostatische Fallen können zur präzisen Massenselektion von extern injizierten Ionen verwendet werden, wie zum Beispiel in US-A-6,872,938 und US-A-6,013,913 beschrieben. Hier werden Precursor-Ionen durch Anlegen von Wechselspannung in Resonanz mit Ionenoszillationen in der EST selektiert. Darüber hinaus wird eine Fragmentation innerhalb der EST durch das Einleiten eines Kollisionsgases von Laserpulsen oder anderweitig erreicht, und sind anschließende Erregungsschritte notwendig, um die Detektion der resultierenden Fragmente zu erzielen (im Falle der Anordnungen von US-A-6,872,938 und US-A-6,013,913 erfolgt dies durch Bildstromdetektion).
  • Elektrostatische Fallen sind jedoch nicht ohne Schwierigkeiten. Zum Beispiel haben ESTs typischerweise hohe Anforderungen an die Ioneninjektion. Zum Beispiel beschreiben unsere früheren Patentanmeldungen Nr. WO-B-02/078046 und WO05124821A2 die Verwendung einer Linearfalle (LT) zum Erreichen der Kombination von Kriterien, die erforderlich sind, um sicherzustellen, dass hochkohärente Pakete in eine EST-Vorrichtung injiziert werden. Das Erfordernis, für so leistungsfähige Vorrichtungen mit hoher Massenauflösung sehr kurz dauernde Ionenpakete zu erzeugen (deren jedes eine große Anzahl von Ionen enthält) bedeutet, dass die Richtung der optimalen Ionenextraktion in solchen Ioneninjektionsvorrichtung typischerweise von der effizienten Ionenauffangvorrichtung unterschiedlich ist.
  • Zweitens haben fortgeschrittene ESTs tendenziell stringente Vakuumanforderungen, um Ionenverluste zu vermeiden, wohingegen die Ionenfallen und die Fragmentoren, mit denen sie zusammengeschaltet sind, typischerweise gasgefüllt sind, so dass typischerweise zumindest fünf Größenordnungen einer Druckdifferenz zwischen diesen Vorrichtungen und dem EST vorhanden ist. Um Fragmentation während der Ionenextraktion zu vermeiden, ist es erforderlich, das Produkt des Drucks mit der Gasdicke zu minimieren (um dieses typischerweise unterhalb 10–3....10–2 mm·torr zu halten), während zum effizienten Auffangen von Ionen dieses Produkt maximiert werden muss (dass es typischerweise 0,2....0,5 mm·torr überschreitet).
  • Wenn die Ionenselektionsvorrichtung eine EST ist, gestattet daher, in einer bevorzugten Ausführung der Erfindung, die Verwendung einer Ionenspeichervorrichtung mit unterschiedlichen Ioneneinlass- und -austrittsöffnungen, dass dieselbe Ionenspeichervorrichtung Ionen in geeigneter Weise zum Injizieren in die EST bereitstellt, erlaubt aber nichtsdestoweniger, dass der Strom oder lange Pulse von Ionen, die von der EST über die Fragmentationsvorrichtung zurückkommen, in gut gesteuerter Weise durch die zweite oder, in bestimmten Ausführungen, die dritte Ionentransportöffnung in diese erste Ionenspeichervorrichtung zurückgeladen werden.
  • Es kann jede Form einer elektrostatischen Falle verwendet werden, wenn sie das ist, was die Ionenselektionsvorrichtung darstellt. Eine bestimmte bevorzugte Anordnung beinhaltet eine EST, in der der Ionenstrahlquerschnitt aufgrund des Fokussierungseffekts der Elektroden der EST beschränkt bleibt, da dies die Effizienz der nachfolgenden Ionenejektion aus der EST verbessert. Es kann entweder eine geschlossene oder offene Bauart einer EST verwendet werden. Mehrfache Reflektionen erlauben eine erhöhte Trennung von Ionen von unterschiedlichen Masse-zu-Ladungs-Verhältnissen, so dass ein spezifisches Interessieren des Masse-zu-Ladungs-Verhältnisses optional selektiert werden kann, oder ein einfacher und engerer Bereich von Masse-zu-Ladungs-Verhältnissen, der in die Ionenselektionsvorrichtung injiziert worden ist. Die Selektion könnte durch Ablenkung von ungewöhnlichen Ionen mittels elektrischen Impulsen erfolgen, die an gesonderte Elektroden angelegt werden, bevorzugt in der Ebene des Flugzeitfokus von Ionenspiegeln angeordnet sind. Im Falle einer geschlossenen EST könnte eine Vielzahl von Ablenkungsimpulsen erforderlich sein, um m/z Bereiche der Selektion fortschreitend zu verengen.
  • Es ist möglich, die Fragmentationsvorrichtung in zwei Arten zu verwenden:
    In einem ersten Modus können Precursor-Ionen in der Fragmentationsvorrichtung in der gewöhnlichen Weise fragmentiert werden, und in einem zweiten Modus können durch Steuerung der Ionenenergie, Precursor-Ionen ohne Fragmentation durch die Fragmentationsvorrichtung hindurchgehen. Dies erlaubt sowohl eine MSn als auch auch eine Ionenhäufigkeitsverbesserung, zusammen oder separat: sobald Ionen von der ersten Ionenspeichervorrichtung in die Ionenselektionsvorrichtung injiziert worden sind, können spezifische wenig häufige Precursor-Ionen steuerbar von der Ionenselektionsvorrichtung ausgeworfen werden und können in der ersten Ionenspeichervorrichtung zurückgespeichert werden, ohne dass sie in der Fragmentationsvorrichtung fragmentiert worden sind. Dies kann erreicht werden, indem diese wenig häufigen Precursor-Ionen durch die Fragmentationsvorrichtung mit Energien hindurch treten, die nicht ausreichen, um eine Fragmentation hervorzurufen. Die Energieverteilung könnte für ein gegebenes m/z reduziert werden, indem gepulste Bremsfelder verwendet werden (die zum Beispiel in einer Lücke zwischen zwei Flachelektroden mit Öffnungen gebildet sind). Wenn Ionen auf dem Rückweg von dem Massenselektor zu der ersten Ionenspeichervorrichtung in ein elektrisches Bremsfeld eintreten, überholen energiehöhere Ionen die Ionen mit geringer Energie und bewegen sich somit zu einer größeren Tiefe in dem Bremsfeld. Nachdem alle Ionen dieses bestimmten m/z in das Bremsfeld eingetreten sind, wird das Feld abgeschaltet. Daher unterliegen Ionen mit anfänglich höherer Energie einem höheren Potentialabfall relativ zum Massepotential als die Ionen mit geringerer Energie, so dass ihre Energien gleichgemacht werden. Durch Anpassung des Potentialanfalls an die Energieverteilung beim Austritt aus dem Massenselekt kann eine signifikante Reduktion der Energieverteilung erreicht werden. Hierdurch kann eine Fragmentation von Ionen vermieden werden, oder alternativ kann die Steuerung der Fragmentation verbessert werden.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Massenspektrometer angegeben, das eine Ionenspeichervorrichtung, die zum Speichern von Ionen angeordnet ist, eine Ionenselektionsvorrichtung sowie eine Fragmentations-/Speichervorrichtung aufweist. Die Ionenselektionsvorrichtung ist angeordnet, um Ionen aufzunehmen, die in der ersten Ionenspeichervorrichtung gespeichert und von dort ausgeworfen werden, und aus diesen empfangenen Ionen eine Teilmenge von Ionen zu selektieren. Die zweite Fragmentations-/Speichervorrichtung ist angeordnet, um zumindest einige der von der Ionenselektionsvorrichtung selektierten Ionen aufzunehmen. Die zweite Fragmentations-/Speichervorrichtung ist dann im Gebrauch so konfiguriert, dass sie von der Ionenselektionsvorrichtung erhaltene Ionen oder deren Produkt zurück zur ersten Ionenspeichervorrichtung leitet, ohne diese durch die Ionenselektionsvorrichtung zurückzuleiten.
  • Die vorliegende Erfindung lässt sich auch in einem Verfahren der Massenspektrometrie finden, welche die Schritte aufweist: in einem ersten Zyklus, Speichern von Probeionen in einer ersten Ionenspeichervorrichtung, wobei die erste Ionenspeichervorrichtung eine Austrittsöffnung und eine räumlich separate Ionentransportöffnung aufweist; Ejizieren der gespeicherten Ionen aus der Austrittsöffnung in eine separate Ionenselektionsvorrichtung; Empfangen zumindest einer der aus der Ionenspeichervorrichtung ejizierten Ionen oder ihrer Derivate zurück durch die Ionentransportöffnung der ersten Speichervorrichtung; und Speichern der empfangenen in der ersten Ionenspeichervorrichtung.
  • Gemäß einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren der Massenspektrometrie angegeben, welches umfasst:
    Speichern von Ionen in einer ersten Ionenspeichervorrichtung; Ejizieren von Ionen aus der ersten Ionenspeichervorrichtung zu einer Ionenselektionsvorrichtung; Selektieren einer Teilmenge von Ionen innerhalb der Ionenselektionsvorrichtung; Ejizieren der Ionen aus der Ionenselektionsvorrichtung; Auffangen zumindest einiger der selektierten Ionen in einer Fragmentationsvorrichtung oder einer zweiten Ionenspeichervorrichtung; und Zurückbringen zumindest einiger der in der Fragmentationsvorrichtung oder der zweiten Ionenspeichervorrichtung gefangenen Ionen oder ihrer Produkte zu der ersten Ionenspeichervorrichtung entlang einem Ionenweg, der die Ionenselektionsvorrichtung umgeht.
  • Gemäß einem noch anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren der Massenspektrometrie angegeben, welches umfasst:
    Akkumulieren von Ionen in einer Ionenfalle; Injizieren der akkumulierten Ionen in eine Ionenselektionsvorrichtung; Selektieren und Ejizieren einer Teilmenge der Ionen in der Ionenselektionsvorrichtung; und Speichern der ausgeworfenen Teilmenge von Ionen direkt zurück in die Ionenfalle, ohne zwischenliegende Ionenspeicherung.
  • Andere bevorzugte Ausführungen und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der vorliegenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführung ersichtlich.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • Die vorliegende Erfindung kann in mehreren Arten in die Praxis umgesetzt werden, und nun wird eine bevorzugte Ausführung nur als Beispiel und in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, worin:
  • 1 zeigt, in Form eines Blockdiagramms, einen Überblick eines Massenspektrometers, das die vorliegende Erfindung verkörpert;
  • 2 zeigt eine bevorzugte Implementierung des Massenspektrometers von 1, das eine elektrostatische Falle und eine separate Fragmentationszelle enthält;
  • 3 zeigt eine schematische Darstellung einer besonders geeigneten Anordnung einer elektrostatischen Falle zur Verwendung mit dem Massenspektrometer von 2;
  • 4 zeigt eine erste alternative Anordnung eines Massenspektrometers, das die vorliegende Erfindung verkörpert;
  • 5 zeigt eine zweite alternative Ausführung eines Massenspektrometers, das die vorliegende Erfindung verkörpert;
  • 6 zeigt eine dritte alternative Ausführung eines Massenspektrometers, das die vorliegende Erfindung verkörpert;
  • 7 zeigt eine vierte alternative Ausführung eines Massenspektrometers, das die vorliegende Erfindung verkörpert;
  • 8 zeigt eine fünfte alternative Ausführung eines Massenspektrometers, das die vorliegende Erfindung verkörpert;
  • 9 zeigt eine Ionenspiegelanordnung zum Verstärken der Energieverteilung von Ionen vor dem Injizieren in die Fragmentationszelle der 1, 2 und 4 bis 8;
  • 10 zeigt eine erste Ausführung einer Ionenbremsanordnung zum Reduzieren der Energieverteilung vor dem Injizieren von Ionen in die Fragmentationszelle der 1, 2 und 4 bis 8;
  • 11 zeigt eine zweite Ausführung einer Ionenbremsanordnung zum Reduzieren der Energieverteilung vor dem injizieren von Ionen in die Fragmentationszelle der 1, 2 und 4 bis 8;
  • 12 zeigt einen Plot der Energieverteilung von Ionen als Funktion der Schaltzeit einer Spannung, die an die Ionenbremsanordnung der 10 und 11 angelegt wird; und
  • 13 zeigt einen Plot der räumlichen Verteilung von Ionen als Funktion der Schaltzeit einer Spannung, die an die Ionenbremsanordnung der 10 und 11 angelegt wird.
  • Detaillierte Beschreibung von bevorzugten Ausführungen
  • Zuerst in Bezug auf 1 ist ein Massenspektrometer 10 im Blockdiagrammformat gezeigt. Das Massenspektrometer 10 umfasst eine Ionenquelle 20 zum Erzeugen von Ionen zur Massenanalyse. Die Ionen von der Ionenquelle 30 werden in die Ionenfalle 30 gelassen, die zum Beispiel ein gasgefülltes HF-Multipol oder ein gekrümmtes Quadropol sein kann, wie zum Beispiel in WO-A-05124821 beschrieben. Die Ionen werden in der Ionenfalle 30 gespeichert, und es kann eine Kollisionskühlung stattfinden, wie zum Beispiel in unserer mitanhängigen Anmeldenummer GB0506287.2 beschrieben, deren Inhalt hierin unter Bezugnahme aufgenommen wird.
  • Die in der Ionenfalle 30 gespeicherten Ionen können dann zu einer Ionenselektionsvorrichtung pulsweise ausgeworfen werden, welche bevorzugt eine elektrostatische Falle 40 ist. Die gepulste Ejektion erzeugt enge Ionenpakete. Diese werden in der elektrostatischen Falle 40 gefangen und unterliegen darin mehrfachen Reflektionen, in einer Weise, die insbesondere in Verbindung mit 3 nachfolgend beschrieben wird. Bei jeder Reflektion oder nach einer bestimmten Anzahl von Reflektionen werden ungewünschte Ionen pulsweise aus der elektrostatischen Falle 40 abgelenkt, zum Beispiel zu einem Detektor 75 oder zu einer Fragmentationszelle 50. Bevorzugt ist der Ionendetektor 75 in der Nähe der Ebene des Flugzeugfokus der Ionenspiegel angeordnet, wo die Dauer der Ionenpakete minimal ist. Somit verbleiben nur die analytisch interessanten Ionen in der elektrostatischen Falle 40. Weitere Reflektionen werden fortgesetzt, um die Separation zwischen benachbarten Massen zu erhöhen, so dass eine weitere Verengung des Selektionsfensters erzielt werden kann. Schließlich sind alle Ionen, die ein Masse-zu-Ladungs-Verhältnis in der Nähe des interessierenden Masse-zu-Ladungs-Verhältnisses m/z haben, eliminiert.
  • Nachdem der Selektionsprozess abgeschlossen ist, werden Ionen aus der elektrostatischen Falle 40 in die Fragmentationszelle 50 überführt, die außerhalb der elektrostatischen Falle 40 ist. Analytisch interessante Ionen, die am Ende der Selektionsprozedur in der elektrostatischen Falle 40 verbleiben, werden mit ausreichender Energie ausgeworfen, um zu erlauben, dass diese innerhalb der Fragmentationszelle 50 fragmentiert werden.
  • Nach der Fragmentation in der Fragmentationszelle werden die Ionenfragmente zurück in die Ionenfalle 30 überführt. Hier werden sie gespeichert, so dass in einem weiteren Zyklus eine nächste MS-Stufe ausgeführt werden kann. Auf diese Weise kann MS/MS oder in der Tat MSn erreicht werden.
  • Ein alternatives oder zusätzliches Merkmal der Anordnung von 1 ist, dass aus der elektrostatischen Falle ausgeworfene Ionen (weil sie außerhalb des Selektionsfensters sind) durch die Fragmentationszelle 50 ohne Fragmentation hindurch geleitet werden können. Typischerweise könnte dies dadurch erzielt werden, dass solche Ionen mit relativ niedrigen Energien verzögert oder gebremst werden, so dass sie keine ausreichende Energie zur Fragmentation in der Fragmentationszelle haben. Diese nicht fragmentierten Ionen, die außerhalb des Selektionsfensters des unmittelbaren Interesses in einem gegebenen Zyklus sind, können weiter von der Kollisionszelle 50 zu einer Hilfsionenspeichervorrichtung 60 überführt werden. In nachfolgenden Zyklen (wenn zum Beispiel eine weitere massenspektrometrische Analyse der Fragmentionen wir oben beschrieben, abgeschlossen worden ist), können Ionen, die aus der elektrostatischen Falle 40 in der ersten Instanz zurückgewiesen werden (weil sie außerhalb des Selektionsfensters des vorangehenden Interesses liegen) von der Hilfsionenspeichervorrichtung zur Ionenfalle 30 für separate Analyse überführt werden.
  • Darüber hinaus kann die Hilfsionenspeichervorrichtung 60 dazu benutzt werden, die Anzahl von Ionen mit einem bestimmten Masse-zu-Ladung-Verhältnis zu erhöhen, insbesondere dann, wenn diese Ionen eine relativ geringe Häufigkeit in der zu analysierenden Probe haben. Dies wird erreicht, indem die Fragmentationsvorrichtung in einem Nichtfragmentantionsmodus benutzt und die elektrostatische Falle so eingestellt wird, dass sie nur Ionen eines bestimmten Masse-zu-Ladung-Verhältnisses durchlässt, das von Interesse ist, aber das begrenzte Häufigkeit hat. Diese Ionen werden in der Hilfsionenspeichervorrichtung 60 gespeichert, aber durch zusätzliche Ionen des gleichen Masse-zu-Ladung-Verhältnisses vermehrt, die aus der elektrostatischen Falle 40 selektiert und ausgeworfen werden, mittels ähnlichen Kriterien in nachfolgenden Zyklen. Ionen mehrfacher m/z-Verhältnisse sollen ebenfalls zusammen gespeichert werden, zum Beispiel mittels mehrerer Ejektionen aus der aus der Falle 40 mit unterschiedlichen m/z.
  • Natürlich können entweder die zuvor ungewünschten Precursor-Ionen oder die Precursor-Ionen, die von Interesse sind, die aber eine geringe Häufigkeit in der Probe haben und somit zunächst ihre Anzahl erhöht werden muss, Gegenstand einer nachfolgenden Fragmentation für MSn sein. In diesem Fall könnte die Hilfsionenspeichervorrichtung 60 zuerst ihre Inhalte in die Fragmentationszelle 50 ejizieren, anstatt ihre Inhalte direkt zurück zur Ionenfalle 30 zu überführen.
  • Die Massenanalyse von Ionen kann an verschiedenen Stellen und auf verschiedene Weise stattfinden. Zum Beispiel können in der Ionenfalle gespeicherte Ionen in der elektrostatischen Falle 40 masseanalysiert werden (nähere Details sind unten in Verbindung mit 2 aufgeführt). Zusätzlich oder alternativ kann ein separater Massenanaylsator 70 in Verbindung mit der Ionenfalle 30 vorgesehen sein.
  • Nun ist in 2 eine bevorzugte Ausführung eines Massenspektrometers 10 im näheren Detail gezeigt. Die in 2 gezeigte Ionenquelle 20 ist eine gepulste Laserquelle (bevorzugt eine matrixunterstützte Laserdesorptionsionisationsquelle (MALDI), in der Ionen durch Strahlung von einer gepulsten Laserquelle 22 erzeugt werden). Nichtsdestoweniger könnte gleichermaßen auch eine kontinuierliche Ionenquelle verwendet werden, wie etwa eine Atmosphärendruck-Elektrospray-Quelle.
  • Zwischen der Ionenfalle 30 und der Ionenquelle 20 befindet sich eine Vorfalle 24, die zum Beispiel ein segmentiertes, nur gasgefülltes RF-Multipol sein kann. Sobald die Vorfalle gefüllt ist, werden die Ionen darin in die Ionenfalle 30 überführt, die in der bevorzugten Ausführung ein gasgefülltes Nur-HF-Quadropol ist, über eine Linsenanordnung 26. Die Ionen werden in der Ionenfalle 30 gespeichert, bis die HF abgeschaltet ist und eine Gleichspannung über die Spannung angelegt wird. Diese Technik ist in Detail in unserem mitanhängigen Anmeldungen, veröffentlicht als GB-A-2,415,541 und WO-A-2005/124821 ausgeführt, deren Detail hierin in ihrer Gesamtheit aufgenommen werden.
  • Der angelegte Spannungsgradient beschleunigt die Ionen durch eine Ionenoptik 32, die optional ein Gitter oder eine Elektrode 34 enthalten kann, die zum Sensieren der Ladung angeordnet ist. Das ladungssensierende Gitter 34 gestattet die Schätzung der Ionenanzahl. Es ist wünschenswert, eine Schätzung der Ionenanzahl zu haben, da, wenn zu viele Ionen vorhanden sind, die resultierende Masse verschoben wird, so dass sie schwierig zu kompensieren ist. Wenn somit die Ionenzahl eine vordefinierte Grenze überschreitet (wie mittels des Gitters 34 geschätzt), könne alle Ionen verworfen werden und es kann eine Akkumulation von Ionen in der Vorfalle 34 wiederholt werden, mit einer proportional verringerten Anzahl von Pulsen von dem gepulsten Laser 22 und/oder einer proportional kürzeren Dauer der Akkumulation. Es könnten auch andere Techniken zum Steuern der Anzahl von gefangenen Ionen verwendet werden, wie sie zum Beispiel in der US-A-5,572,022 beschrieben sind.
  • Nach der Beschleunigung durch die Ionenoptik 32 werden die Ionen in kurzen Paketen zwischen 10 und 100 ns Dauer für jedes m/z fokussiert und treten in den Massenselektor 40 ein. Es können verschiedene Formen von Ionenselektionsvorrichtungen verwendet werden, wie sie aus dem Folgenden ersichtlich werden. Wenn die Ionenselektionsvorrichtung zum Beispiel eine elektrostatische Falle ist, sind die spezifischen Details davon für die Erfindung nicht kritisch. Zum Beispiel kann die elektrostatische Falle, wenn sie verwendet wird, geöffnet oder geschlossen werden, mit zwei oder mehr Ionenspiegeln oder elektrischen Sektoren, und mit oder ohne Orbiting. Gegenwärtig ist eine einfache und bevorzugte Ausführung einer elektrostatischen Falle, welche die Ionenselektionsvorrichtung 40 verkörpert, in 3 gezeigt. Diese einfache Anordnung umfasst zwei elektrostatische Spiegel 42, 44 und zwei Modulatoren 46, 48, die entweder Ionen auf einem rekurrenten Weg halten oder diese zur Außenseite dieses Wegs ablenken. Die Spiegel können aus einer kreisförmigen oder einer parallelen Platte gebildet sein. Wenn die Spannungen an den Spiegeln statisch sind, können sie mit sehr hoher Genauigkeit gehalten werden, was für die Stabilität und die Massegenauigkeit der elektrostatischen Falle 40 günstig ist.
  • Die Modulatoren 46, 48 sind typischerweise ein kompaktes Paar von Öffnungen, über die gepulste oder statische Spannung angelegt werden, normalerweise mit Schutzplatten an beiden Seiten zum Steuern von Streufeldern. Für die hochauflösende Selektion von Precursor-Ionen sind Spannungspulse mit Anstiegs- und Abfallseiten von weniger als 10 bis 100 ns (gemessen zwischen 10% und 90% des Peaks) und Amplituden bis zu wenigen 100 V bevorzugt. Bevorzugt sind beide Modulatoren 46 und 48 mit den Ebenen der Flugzeitfokussierung der entsprechenden Spiegel 42, 44 angeordnet, die wiederum bevorzugt nicht notwendigerweise mit der Mitte der elektrostatischen Falle 40 zusammenfallen. Typischerweise werden Ionen durch Bildstromdetektion erfasst (die selbst eine gut bekannte Technik ist und daher nicht weiter beschrieben wird).
  • Wieder zurück zu 2. Nachdem eine ausreichende Anzahl von Reflektionen und Spannungspulsen innerhalb der elektrostatischen Falle 40 stattgefunden hat, verbleibt nur ein schmaler interessierender Massebereich der elektrostatischen Falle 40, um hierdurch die Precursor-Ionen-Selektion abzuschließen. Die ausgewählten Ionen in der EST 40 werden dann auf einem Weg abgelenkt, der sich von ihrem Eingangsweg unterscheidet und der zu der Fragmentationszelle 50 führt, oder alternativ können die Ionen zu dem Detektor 75 laufen. Bevorzugt erfolgt diese Ablenkung zur Fragmentationszelle durch eine Bremslinse 80, die nachfolgend im näheren Detail in Verbindung mit den 9 bis 13 beschrieben ist. Die letztendliche Energie der Kollisionen innerhalb der Kollisionszelle 50 kann durch geeignete Vorspannung des Gleichspannungsoffset an der Fragmentationszelle 50 eingestellt werden.
  • Bevorzugt ist die Fragmentationszelle 50 ein segmentiertes Nur-HF-Multipol mit einem axialen Gleichspannungsfeld, das entlang seinen Segmenten erzeugt wird. Mit einer geeigneten Gasdichte in der Fragmentationszelle (im Detail unten) und Energie (die typischerweise zwischen 30 und 50 V/kDa liegt), werden Ionenfragmente durch die Zelle wieder zur Ionenfalle 30 transportiert. Alternativ oder gleichzeitig könnten die Ionen innerhalb der Fragmentationszelle 50 aufgefangen und dann mittels anderen Typen der Fragmentation fragmentiert werden, wie etwa Ionentransferdissoziation (ETD), Elektronenauffang-Dissoziation (ECD), oberflächeninduzierte Dissoziation (SID), fotoinduzierte Dissoziation (PID), und so weiter.
  • Sobald die Ionen in der Ionenfalle 30 wieder gespeichert worden sind, sind zur Weiterleitung zu der elektrostatischen Falle 40 für eine weitere Stufe von MSn bereit, oder zur elektrostatischen Falle 40 zur dortigen Masseanalyse, oder alternativ zum Massenanalysator 70, der ein Flugzeit-(TOF)-Massenspektrometer sein kann, oder einer HF-Ionenfalle oder FT ICR oder, wie in 2, einem Orbitrap-Massenspektrometer. Bevorzugt hat der Massenanalysator 70 seine eigenen Automatisch-Verstärkungs-Steuerungs-Einrichtungen (AGC), um die Raumladung zu begrenzen oder zu regulieren. In der Ausführung von 2 erfolgt dies durch ein Elektrometergitter 90 am Eingang zum Orbitrap 70.
  • Ein optionaler Detektor 75 kann an einem der Austrittswege von der elektrostatischen Falle 40 angeordnet sein. Dieser kann für mehrere Zwecke verwendet werden. Zum Beispiel kann der Detektor zur akuraten Steuerung der Anzahl von Ionen während einer Vorabtast (Prescan) verwendet werden (das heißt automatische Verstärkungssteuerung), mit Ionen, die direkt von der Ionenfalle 30 ankommen. Zusätzlich oder alternativ können solche Ionen, die außerhalb des interessierenden Massefensters liegen (in anderen Worten, ungewünschte Ionen von der Ionenquelle, zumindest in diesem Zyklus der Massenanalyse) mittels des Detektors detektiert werden. Als weitere Alternative kann der gewählte Massebereich in der elektrostatischen Falle 40, nach mehreren Reflektionen in der EST wie oben beschrieben, mit hoher Auflösung detektiert werden. Eine noch weitere Modifikation kann die Detektion von schweren einfach geladenen Molekülen beinhalten, wie etwa von Proteinen, Polymeren und DNA mit geeigneten Nachbeschleunigungsstufen. Nur als Beispiel kann der Detektor ein Elektronenvervielfacher sein oder eine Mikrokanal-Mikrosphären-Platte, die eine einzige Ionenempfindlichkeit hat und zum Detektieren von schwachen Signalen verwendet werden kann. Alternativ kann der Detektor ein Kollektor sein und kann somit sehr starke Signale messen (potenziell mehr als 104 Ionen in einem Peak). Es könnte mehr als ein Detektor verwendet werden mit Modulatoren, die die Ionenpakete zum einen oder anderen leiten, gemäß Spektralinformation, die zum Beispiel von einem vorherigen Erfassungszyklus erhalten wird.
  • 4 stellt eine Anordnung dar, die im Wesentlichen ähnlich zur 2 ist, obwohl mit einigen spezifischen Unterschieden. Insofern bezeichnen gleiche Bezugszahlen Teile, die mit den Anordnungen der 2 und 4 gemeinsam sind. Die Anordnung von 4 umfasst wieder eine Ionenquelle 20, die einer Vorfalle Ionen zuführt, die in der Ausführung von 4 eine Hilfsionenspeichervorrichtung 60 ist. Stromab dieser Vorfallen/Hiilfsionenspeichervorrichtung 60 befindet sich eine Ionenfalle 30 (die in der bevorzugten Ausführung eine gekrümmte Falle ist), sowie eine Fragmentationszelle 50. Im Gegensatz zur Anordnung von 2 lokalisiert die Anordnung von 4 die Fragmentationszelle zwischen der Ionenfalle 30 und der Hilfsionenspeichervorrichtung 60, das heißt an der „Quellen-"Seite der Ionenfalle, anstatt zwischen der Ionenfalle und der elektrostatischen Falle, wie sie in 2 angeordnet ist.
  • Beim Gebrauch werden Ionen in der Ionenfalle 30 aufgebaut und dann orthogonal aus dieser durch Ionenoptik 32 zu elektrostatischen Falle 40 ausgeworfen. Ein erster Modulator/Reflektor 100 stromab der Ionenoptik 32 lenkt die Ionen von der Ionenfalle 30 in die EST 40. Die Ionen werden entlang der Achse der EST 40 reflektiert, und nach der Ionenselektion dort, werden sie zurück zur Ionenfalle 30 ejiziert. Um die Leitung der Ionen in diesem Prozess zu unterstützen, kann ein optionaler elektrischer Sektor (wie etwa ein torroidförmiger oder zylindrischer Kondensator) 110 verwendet werden. Eine Verzögerungslinse ist zwischen dem elektrischen Sektor 110 und dem Rücklaufweg in die Ionenfalle 30 angeordnet. Die Verzögerung kann gepulste elektrische Felder beinhalten, wie oben beschrieben.
  • Aufgrund des niedrigen Drucks in der Ionenfalle 30 fliegen Ionen, die an dieser Falle 30 wieder ankommen, dort hindurch und zerlegen sich in der Fragmentationszelle 50, die zwischen dieser Ionenfalle 30 und der Hilfsionenspeichervorrichtung 60 angeordnet ist (das heißt an der Ionenquellenseite der Ionenfalle 30). Die Fragmente werden dann in der Ionenfalle 30 aufgefangen.
  • Wie bei 2 wird ein Orbitrap-Massenanalysator 70 verwendet, um eine akurate Massenanalyse der Ionen, die aus der Ionenfalle 30 ausgeworfen werden, bei jeder gewählten MSn-Stufe zu erlauben. Der Massenanalysator 70 ist stromab der Ionenfalle angeordnet (das heißt, an der gleichen Seite der Ionenfalle wie die EST 40), und ein zweiter Deflektor 120 „schleust" Ionen entweder zur EST 40 über den ersten Deflektor 100 oder in den Massenanalysator 70.
  • Die anderen in 4 gezeigten Komponenten sind nur HF-Transport-Multipole, die als Schnittstellen zwischen den verschiedenen Stufen der Anordnung wirken können, wie die sich für den Fachkundigen gut versteht. Zwischen der Ionenfalle 30 und der Fragmentationszelle 50 kann auch eine Ionenbremsanordnung angeordnet sein (siehe 9 bis 13, unten).
  • 5 zeigt eine weitere alternative Anordnung zu der in 2 und 4 Gezeigten, und ähnliche Komponenten sind wieder mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet. Die Anordnung von 5 ist ähnlich jener von 2 darin, dass Ionen von einer Ionenquelle 20 erzeugt werden und dann durch eine Vorfalle und eine Hilfsionenspeichervorrichtung 60 (oder daran vorbei) zu laden, bevor sie in einer Ionenfalle 30 gespeichert werden. Die Ionen werden orthogonal von der Ionenfalle 30 ausgeworfen, durch eine Ionenoptik 32, und werden dann durch einen ersten Modulator/Deflektor 100 auf die Achse einer EST 40 abgelenkt, wie bei 4.
  • Jedoch können im Gegensatz zu 4 als Alternative zur Ionenselektion in der EST 40, Ionen durch den Modulator/Deflektor 100 in einen elektrischen Sektor 110 umgelenkt werden, und von dort in eine Fragmentationszelle 50 über eine Ionenverzögerungs- oder -bremsanordnung 80. Somit ist (im Gegensatz zu 4) die Fragmentationszelle 50 nicht an der Quellenseite der Ionenfalle 30 angeordnet. Nach dem Auswerfen von der Fragmentationszelle 50 laufen die Ionen durch ein gekrümmtes Transport-Multipol 130 und dann ein lineares Nur-HF-Transport-Multipol 140 zurück in die Ionenfalle 30. Es ist wieder ein Orbitrap oder ein anderer Massenanalysator 40 vorgesehen, um eine genaue Massenanalyse bei jeder MSn-Stufe zu gestatten.
  • 6 zeigt eine noch weitere alternative Anordnung, die im Konzept im Wesentlichen identisch zu der Anordnung von 2 ist, außer, dass die EST keine Falle vom „geschlossenen" Typ ist, wie in 3 dargestellt, sondern stattdessen vom offenen Typ ist, wie in den Druckschriften beschrieben, die oben in der Einleitung aufgeführt sind.
  • Insbesondere umfasst das Massenspektrometer von 6 eine Ionenquelle 20, die eine Ionenzufuhr zu einer Vorfalle/Hilfsionenspeichervorrichtung 60 liefert (es ist auch eine weitere Ionenoptik gezeigt, aber in 6 nicht bezeichnet). Stromab der Vorfalle/Hilfsionenspeichervorrichtung 60 befindet sich eine weitere Ionenspeichervorrichtung, die in der Anordnung von 6 noch einmal eine gekrümmte Ionenfalle 30 ist. Ionen werden von der gekrümmten Falle 30 in einer orthogonalen Richtung durch eine Ionenoptik 32 zu einer EST 40' ausgeworfen, wo die Ionen Mehrfachrefluktionen unterliegen. Ein Modulator/Deflektor 100' ist zum „Ausgang" der EST 40' hin angeordnet und dieser gestattet, dass Ionen entweder in einen Detektor 150 oder zu einer Fragmentationszelle 50 über einen elektrischen Sektor 110 und eine Ionenverzögerungsanordnung 80 umgelenkt werden. Vor hier können die Ionen noch einmal zurück in die Ionenfalle 30 injiziert werden, wiederum durch eine Eintrittsöffnung, die sich von der Austrittsöffnung unterscheidet, durch die die Ionen auf ihrem Weg zur EST 40' laufen. Die Anordnung von 6 enthält auch eine zugeordnete Ionenoptik, die aber in dieser Figur zugunsten der Klarheit nicht gezeigt ist.
  • In einer Alternative kann die EST 40' von 6 parallele Spiegel verwenden (siehe zum Beispiel WO-A-2005/001878 ), oder längliche elektrische Sektoren (siehe zum Beispiel US-A-2005/0103992 ). Es könnten auch kompliziertere Formen von Trajektoren oder EST-Ionenoptiken verwendet werden.
  • 7 zeigt eine noch weitere Anordnung eines Massenspektrometers gemäß den Aspekten der vorliegenden Erfindung. Wie bei 4 umfasst das Spektrometer eine Ionenquelle 20, die Ionen einer Vorfalle zuführt, die, wie in der Ausführung von 4, eine Hilfsionenspeichervorrichtung 60 ist. Strom ab dieser Vorfalle/Hilfsionenspeichervorrichtung 60 befindet sich eine Ionenfalle 30 (die in der bevorzugten Ausführung eine gekrümmte Falle ist) sowie eine Fragmentationszelle 50. Die Fragmentationszelle 50 könnte an jeder Seite der Ionenfalle 30 angeordnet sein, obwohl in der Ausführung von 7 die Fragmentationszelle 50 zwischen der Ionenquelle 20 und der Ionenfalle 30 gezeigt ist. Wie bei den vorherigen Ausführungen ist eine Ionenverzögerungsanordnung 80 vorzugsweise zwischen der Ionenfalle 30 und der Fragmentationszelle 50 angeordnet.
  • Im Gebrauch treten Ionen in die Ionenfalle 30 über eine Ioneneintrittsöffnung 28 ein und werden in der Ionenfalle 30 akkumuliert. Dann werden sie orthogonal durch eine Austrittsöffnung 29 ausgeworfen, die von der Eintrittsöffnung 28 separat ist, zu einer elektrostatischen Falle 40. In der in 7 gezeigten Anordnung ist die Austrittsöffnung in Richtung allgemein senkrecht zur Ionenauswurfrichtung länglich (das heißt, die Austrittsöffnung 29 ist schlitzartig). Die Ionenposition innerhalb der Falle 30 wird derart gesteuert, dass die Ionen durch eine Seite (der linken Seite in 7) der Austrittsöffnung 29 austreten. Die Steuerung der Position der Ionen innerhalb der Ionenfalle kann auf unterschiedliche Weisen erreicht werden, wie etwa durch Anlegen von unterschiedlichen Spannungen an Elektroden (nicht gezeigt) an den Enden der Ionenfalle 30. In einer bestimmten Ausführung können Ionen in einer kompakten zylindrischen Verteilung von der Mitte der Ionenfalle 30 ausgeworfen werden, während sie wieder aufgefangen werden, als viel längere zylindrische Verteilung (infolge der Divergenz und von Abberation innerhalb des Systems) mit einem viel größeren Winkel.
  • Modifizierte Ionenoptiken 32' sind stromab des Ausgangfs von der Ionenfalle 30 angeordnet, und stromab davon lenkt ein erster Modulator/Deflektor 100'' die Ionen zu der EST 40. Ionen werden entlang der Achse der EST 40 reflektiert. Als Alternative zum Ausrichten der Ionen von der Ionenfalle 30 in die EST 40 können stattdessen die Ionen von einem Deflektor 100' stromab der Ionenoptik 32' in einen Orbitrap-Massenanalysator 70 oder dergleichen umgelenkt werden.
  • In der Ausführung von 7 arbeitet die Ionenfalle 30 sowohl als Bremse als auch als Ionenselektor. Das Extraktions-(Gleichspannungs-)Potential über der Ionenfalle 30 wird ausgeschaltet, und das Trapping-(hf)-Potential wird an dem exakten Punkt eingeschaltet, an dem interessierende Ionen in der Ionenfalle 30 zur Ruhe kommen, nachdem sie von der EST 40 zurückgekommen sind. Zum Injizieren in und Auswerfen aus der EST 40 werden die Spannungen an dem Spiegel innerhalb der EST 40 (3), die den Linsen am Nächsten ist, gepulst ausgeschaltet. Nachdem interessierende Ionen in der Ionenfalle 30 aufgefangen worden sind, werden sie zu der Fragmentationszelle 50 hin beschleunigt, an jeder Seite der Ionenfalle 30, wo Fragmentionen erzeugt werden, und dann gefangen werden. Danach können die Fragmentionen noch einmal zur Ionenfalle 30 überführt werden.
  • Durch das Auswerfen der Ionen von einer ersten Seite eines länglichen Schlitzes und Wiederauffangen an oder zu einer zweiten Seite dieses Schlitzes hin, ist der Auswurfweg von der Ionenfalle 30 nicht parallel zum Wiederauffangweg in diese Falle 30. Dies wiederum kann erlauben, dass die Ionen in die EST 40 mit einem Winkel relativ zur Längsachse dieser EST 40 injiziert werden, wie in den Ausführungen der 4 und 5 gezeigt.
  • Obwohl in 7 eine einzige schlitzartige Austrittsöffnung 29 gezeigt ist, mit Ionen, die diese zu einer ersten Seite dieses Schlitzes verlassen, aber von der EST von der anderen Seite dieses Schlitzen wieder aufgenommen werden, können natürlich alternativ auch zwei (oder mehr) separate, aber allgemein benachbarte Transportöffnungen verwendet werden (die dann in Richtung orthogonal zur Laufrichtung der Ionen durch diese hindurch länglich sein können, aber nicht brauchen) mit Ionen, die über eine erste dieser Transportöffnungen austreten, aber in die Ionenfalle 30 über eine benachbarte Transportöffnung zurückkehren.
  • In der Tat könnte nicht nur die schlitzartige Austrittsöffnung von 7 in separate Transportöffnungen unterteilt werden, die in einer allgemein orthogonalen Richtung zur Laufrichtung der Ionen während des Ejizierens und Injizierens beabstandet sind, sondern es könnte auch die gekrümmte Ionenfallle 30 von 7 selbst in separate Segmente unterteilt werden. Eine solche Anordnung ist in 8 gezeigt.
  • Die Anordnung von 8 ist jener von 7 sehr ähnlich, darin, dass das Spektrometer eine Ionenquelle 20 aufweist, die Ionen einer Vorfalle zuführt, die eine Hilfsionenspeichervorrichtung ist. Stromab dieser Vorfallen/Hilfsionenspeichervorrichtung 60 befindet sich eine Ionenfalle 30' (die unten weiter beschrieben wird) sowie eine Fragmentationszelle 50. Wie bei der Anordnung von 7 könnte die Fragmentationszelle 50 in 8 auch an jeder Seite der Ionenfalle 30' angeordnet sein, obwohl in der Ausführung von 8 die Fragmentationszelle 50 zwischen der Ionenquelle 20 und der Ionenfalle 30' gezeigt ist, wobei die Ionenfalle 30' und die Fragmentationszelle 50 durch eine optische Ionenverzögerungsanordnung 80 separiert sind.
  • Stromab der Ionenfalle 30 befindet sich ein erster Modulator/Deflektor 100''', der die Ionen von einer achsversetzten Richtung in die EST 40 leitet. Ionen werden entlang der Achse der EST 40 reflektiert. Um die Ionen von der EST 40 zurück zur Ionenfalle 30 auszuwerfen, wird ein zweiter Modulator/Deflektor 100'' in der EST 40 verwendet. Als Alternative dazu, die Ionen von der Ionenfalle 30 in die EST 40 zu lenken, können stattdessen die Ionen auch von dem Deflektor 100''' in einen Orbitrap-Massenanalysator 70 oder dergleichen umgelenkt werden.
  • Die gekrümmte Ionenfalle 30' umfasst in der Ausführung von 8 drei aneinandergrenzende Segmente 36, 37, 38. Die ersten und dritten Segmente 36, 38 haben jeweils eine Ionentransportöffnung, so dass die von der Ionenfalle 30' ausgeworfenen Ionen über die erste Transportöffnung im ersten Segment 36 in die EST 40 ausgeworfen werden, aber über eine zweite räumlich separate Transportöffnung in dem dritten Segment 38 in die Ionenfalle 30' zurückgeleitet werden. Um dies zu erreichen, kann die gleiche HF-Spannung an jedes Segment der Ionenfalle 30' angelegt werden (so dass in diesem Sinne die Ionenfalle 30' als Einzelfalle wirkt, trotz der mehreren Fallensektionen 36, 37, 38), aber mit unterschiedlichen Gleichspannungsoffsets, die an jeden Abschnitt angelegt werden, so dass die Ionen nicht zentral in der Achsrichtung der gekrümmten Ionenfalle 30' verteilt werden. Im Gebrauch werden die Ionen in der Ionenfalle 30' gespeichert. Durch geeignete Einstellung der Gleichspannung, die an die Ionenfallensegmente 36, 37, 38 angelegt wird, werden die Ionen dazu gebracht, die Ionenfalle 30' über das erste Segment 36 zu verlassen, zur achsversetzten Injektion in die EST 40. Die Ionen kehren zur Ionenfalle 30' zurück und treten über die Öffnung in das dritte Segment 38 ein.
  • Indem die Gleichspannung an den ersten und zweiten Segmenten 36 und 37 auf einer geringeren Amplitude gehalten wird als die an das dritte Segment 38 angelegte Gleichspannung, wenn die Ionen von der EST 40 wieder aufgefangen werden, können die Ionen entlang der gekrümmten Achse der Ionenfalle 30' beschleunigt werden (zum Beispiel um 30 bis 50 ev/kDa), so dass sie einer Fragmentation unterliegen. Auf diese Weise ist die Ionenfalle 30' sowohl als Falle als auch als Fragmentationsvorrichtung betreibbar.
  • Die resultierenden Fragmentionen werden dann gekühlt und in das erste Segment 36 gequetscht, indem die Offsetgleichspannung an den zweiten und dritten Segmenten 37, 38 relativ zur Spannung am ersten Segment 36 erhöht wird.
  • Für den optimalen Betrieb erfordern die Fragmentationsvorrichtungen insbesondere, dass die Energieverteilung der dort hinein injizierten Ionen gut in einem Bereich von etwa 10 bis 20 eV geregelt und dort gehalten wird, da höhere Energien nur in Fragmenten niedrigerer Masse resultieren, wohingegen niedrigere Energien eine geringe Fragmentation erzeugen. Viele existierende Massenspektrometeranordnungen, sowie die neuartigen Anordnungen, die hier in den Ausführungen der 1 bis 7 beschrieben sind, resultieren andererseits in einer Energieverteilung von Ionen, die an einer Fragmentationszelle weit außerhalb des gewünschten engen Bereichs ankommt. Zum Beispiel können sich in der Anordnung der 1 bis 7 die Ionen in der Energie in der Ionenfalle 30, 30' aufgrund der räumlichen Verteilung oder Streuung in dieser Falle, aufgrund von Raumladungseffekten (zum Beispiel der Coulomb-Ausdehnung während Mehrfachreflektionen) in der EST 40 und aufgrund des akkumulierten Effekts von Aberrationen in dem System verteilen oder streuen.
  • Infolgedessen ist irgendeine Form der Energiekompensation erwünscht. Die 9 bis 11 zeigen einige bestimmte, aber schematische Beispiele von Teilen in einer Ionenverzögerungsanordnung 80 zum Erreichen dieses Ziels, und die 12 und 13 zeigen eine Energieverteilungsreduktion und eine räumliche Verteilung für eine Vielzahl von unterschiedlichen Parametern, die auf solche Ionenverzögerungsanordnungen angewendet werden.
  • Um einen geeigneten Wert der Energiekompensation zu erreichen, unter Verwendung einiger der oben beschriebenen Ausführungen, ist es wünschenswert, die Ionenenergiestreuung zu vergrößern. In anderen Worten, die Strahlendicke für einen hypothetischen monoenergetischen Ionenstrahl ist bevorzugt kleiner als die Separation zweier solcher hypothetischer monoenergetischer Ionenstrahlen um die gewünschte Energiedifferenz von 10 bis 20 eV, wie oben erläutert. Obwohl der Grad der Energieverteilung oder -streuung natürlich durch physikalische Trennung der Fragmenationszelle 50 von der Ionenfalle 30 oder EST 40 mit ausreichendem Abstand erreicht werden könnte (so dass die Ionen seitlich verteilt werden können), ist eine solche Anordnung nicht bevorzugt, da sie die Gesamtgröße des Massenspektrometers erhöht, zusätzliches Pumpen erfordert usw.
  • Stattdessen ist es bevorzugt, eine bestimmte Anordnung einzubauen, um eine beliebige Energieverteilung zu erlauben, ohne den Abstand zwischen der Fragmentationszelle und der Komponente des Massenspektrometers stromauf davon (Ionenfalle 30 oder EST 40) unmäßig zu vergrößern. 9 zeigt eine geeignete Vorrichtung. In 9 ist eine Ionenspiegelanordnung 200 gezeigt, die ein optionales Teil der hochschematisch repräsentierten Ionenverzögerungsanordnung 80 der 2 bis 7 bildet. Die Ionenspiegelanordnung 200 umfasst ein Array oder Feld von Elektroden 210, die in einer flachen Spiegelelektrode 220 enden. Ionen werden in die Ionenspiegelanordnung von der EST 40 injiziert und werden durch die flache Spiegelelektrode 220 reflektiert, was in einer vergrößerten Verteilung oder Streuung der Ionen resultiert, um die Zeit, mit der sie wieder aus der Ionenspiegelanordnung austreten und an der Fragmentationszelle 50 ankommen. Ein alternativer Ansatz zum Einbauen der Energieverteilung ist in 11 gezeigt und wird unten weiter beschrieben.
  • Sobald der Grad der Energieverteilung, zum Beispiel mit der Ionenspiegelanordnung 200 von 9, erhöht worden ist, werden als nächstes die Ionen verzögert. Allgemein gesagt, wird dies durch Anlegen einer gepulsten Gleichspannung an eine Verzögerungselektrodenanordnung erreicht, wie etwa jener, die in 10 dargestellt und mit 250 bezeichnet ist. Die Verzögerungselektrodenanordnung 250 von 10 umfasst ein Feld von Elektroden mit einer Eingangselektrode 260 und einer Ausgangselektrode 270, zwischen eine Massenelektrode 280 eingefügt ist. Bevozugt sind die Eingangs- und Ausgangselektroden mit Differenzpumpabschnitten kombiniert, um den Druck allmählich zwischen der (stromaufwärtigen) Ionenspiegelanordnung 200 mit relativ niedrigem Druck, der Verzögerungselektrodenanordnung 250 mit einem zwischenliegenden Druck und dem relativ höheren Druck, der von der (stromabwärtigen) Fragmentationszelle 50 benötigt wird, zu reduzieren. Nur als Beispiel kann die Ionenspiegelanordnung 200 bei einem Druck von etwa 10–8 mBar liegen, wobei die Verzögerungselektrodenanordnung 250 eine niedrigere Druckgrenze von etwa 10–5 mBar haben kann, ansteigen auf etwa 10–4 mBar über Differenzpumpen, mit einem Druck im Bereich von 10–3 bis 10–2 mBar oder so in der Fragmentationszelle 50. Zum Pumpen zwischen dem Ausgang der Verzögerungselektrodenanordnung 250 und der Fragmentationszelle 50 könnte ein zusätzliches Nur-HF-Multipol wie etwa am meisten bevorzugt eine Oktapol-HF-Vorrichtung verwendet werden. Diese ist in 11 zur nachfolgenden Beschreibung gezeigt.
  • Um die Verzögerung zu erreichen, werden die Gleichspannungen an einer oder beiden der Linsen 260, 270 geschaltet. Die Zeit, zu der dies stattfindet, ist von dem spezifischen Masse-zu-Ladungs-Verhältnis der interessierenden Ionen abhängig. Insbesondere wenn Ionen in elektrisches Verzögerungsfeld eintreten, überholen die energiehöheren Ionen die Ionen mit niedriger Energie und bewegen sich somit zu einer größeren Tiefe in das Bremsfeld. Nachdem alle Ionen dieses bestimmten m/z in das Bremsfeld eingetreten sind, wird das Feld abgeschaltet. Daher unterliegen die Ionen mit anfänglich höherer Energie einem höheren Potentialabfall relativ zum Massepotential als die Ionen mit niedrigerer Energie, so dass ihre Energien gleichgemacht werden. Durch Anpassung des Potentialabfalls an die Energieverteilung beim Austritt aus dem Massenselektor kann eine signifikante Reduktion der Energieverteilung oder -streuung erreicht werden.
  • Es versteht sich, dass diese Technik eine Energiekompensation für Ionen mit einem bestimmten Bereich von Masse-zu-Ladungs-Verhältnissen gestattet, und nicht für einen unendlich weiten Bereich von unterschiedlichen Masse-zu-Ladungs-Verhältnissen. Dies ist so, weil in einer endlichen Verzögerungslinsenanordnung nur Ionen mit einem bestimmten Bereich von Masse-zu-Ladungs-Verhältnissen einem Verzögerungsbetrag unterliegen, der an ihre Energieverteilung oder -steuerung angepasst werden kann. Beliebige Ionen mit weit unterschiedlichen Masse-zu-Ladungs-Verhältnissen zu dem ausgewählten werden natürlich entweder außerhalb der Bremslinse sein, wenn sie geschaltet werden, oder werden gleichermaßen einem Verzögerungsgrad unterliegen, aber, bei stark unterschiedlichem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis, wird der Verzögerungsbetrag nicht mit der anfänglichen Energieverteilung ausgeglichen, das heißt, der Verzögerungs- und Eindringweg von energiehöheren Ionen wird dann nicht an den Verzögerungs- und Eingringweg von Ionen niedriger Energie angepasst. Jedoch wird der Fachkundige mit dieser Aussage leicht verstehen, dass dies das Einleiten von Ionen weit unterschiedlicher Masse-zu-Ladungs-Verhältnisse in die Ionenverzögerungsanordnung 80 nicht verhindert, sondern nur, dass nur Ionen eines bestimmten Bereichs von Masse-zu-Ladungs-Verhältnissen von Interesse dem geeigenten Grad der Energiekompensation unterliegen, um diese für die Fragmentationszelle 50 richtig vorzubereiten. Somit können die Ionen entweder stromauf der Ionenverzögerungsanordnung 80 gefiltert werden (so dass nur Ionen eines einzigen interessierenden Masse-zu-Ladungs-Verhältnisses in einem gegebenen Zyklus des Massenspektrometers darin eintreten) oder alternativ kann ein Massenfilter stromab der Ionenverzögerungsanordnung 80 verwendet werden. In der Tat ist es sogar möglich, die Fragmentationszelle 50 selbst dazu zu benutzen, Ionen zu verwerfen, die nicht das interessierende Masse-zu-Ladungs-Verhältnis haben und die geeignet energiekompensiert worden sind.
  • 11 zeigt eine alternative Anordnung zum Verzögern von Ionen und auch zum optischen Defokussieren derselben. Hier erfolgt die Defokussierung innerhalb der EST 40 (von der nur ein Teil in 11 gezeigt ist) durch Pulsieren der Gleichspannung an einem der elektrostatischen Spiegel 42, 44 (3) dann, wenn Ionen eines interessierenden Masse-zu-Ladungs-Verhältnisses sich in der Nähe dieses elektrostatischen Spiegeles 42, 44 befinden (wegen der Art und Weise, in der die EST 40 arbeitet, ist die Zeit bekannt, zu der Ionen eines bestimmten m/z an den elektrostatischen Spiegeln 42, 44 ankommen). Das Anliegen eines geeigneten Pulses an diesen elektrostatischen Spiegel 42 oder 44 resultiert darin, dass der Spiegel 42, 44 einen defokussierenden statt einen fokussierenden Effekt auf diese Ionen hat.
  • Sobald sie defokussiert sind, können die Ionen aus der EST ausgeworfen werden, durch Anlegen eines geeigneten Ablenkfelds an den Deflektor 100/100'/100''. Die defokussierten Ionen laufen dann zu einer Verzögerungselektrodenanordnung 300, die die Ionen des gewählten m/z verzögert, wie oben in Verbindung mit 10 erläutert, durch Anpassung der verteilten Anfangsenergie auf den Potentialabfall über das elektrische Feld, das durch die Verzögerungselektrodenanordnung 300 definiert ist.
  • Schließlich verlassen die Ionen die Verzögerungselektrodenanordnung 300 durch End-Elektroden 310 und laufen durch eine Austrittsöffnung 320 in eine Oktopol-Nur-HF-Vorrichtung 330, um für die gewünschte Pumpwirkung zu sorgen, wie oben beschrieben.
  • Die 12 und 13 zeigen Plots der Energieverteilung und der räumlichen Verteilung von Ionen eines bestimmten Masse-zu-Ladungs-Verhältnisses jeweils als Funktion der Schaltzeit der Gleichspannung, die an diese Ionenverzögerungsvorrichtungen angelegt wird.
  • Aus 12 ist ersichtlich, dass die Reduktion in der Energiestreuung, die durch eine Ausführung der vorliegenden Erfindung erreicht wird, so groß wie ein Faktor 20 sein kann, was einen Strahl mit einer Streuung von +/– 50 eV auf einen solchen von +/– 2,4 eV reduzieren kann. Eine längere Schaltzeit erzeugt eine kleinere räumliche Punktgröße, aber eine größere Endenergiestreuung mit dem bestimmten Verzögerungssystem, das hier beschrieben ist. Das Beispiel ist hier angegeben, um aufzuzeigen, dass andere Strahlencharakteristika als die Energiestreuung berücksichtigt werden müssen, nicht um zu unterstellen, dass eine Verzögerung für eine optimale Endenergiestreuung oder -verteilung immer eine Erhöhung der räumlichen Verteilung des letztendlichen Strahls erzeugt.
  • Es könnten auch andere Konstruktionen der Verzögerungslinse, die mit anderen energiedefokussierten Strahlen verwendet wird, eine noch größere Reduktion der Energieverstreuung erzeugen. Fachkundige werden realisieren, dass es als Folge davon viele potentielle Anwendungen für die Erfindung gibt. Die Verwendung, auf die die Erfindung besonders gerichtet war, war jene, die Ausbeutung und den Typ der Fragmentionen, die in dem Fragmentationsprozess erzeugt werden, zu verbessern. Wie zuvor erwähnt, sind zur effizienten Fragmentierung von Ausgangsionen 10 bis 20 eV Ionenenergien erforderlich, und natürlich wird eine große Anzahl von Ionen in einem Strahl mit +/– 50 eV Energiestreuung gut außerhalb dieses Bereichs liegen. Ionen mit einer zu hohen Energie fragmentieren überwiegend zu Fragmenten niedriger Masse, was die Identifikation des Ausgangsions schwierig machen kann, wohingegen eine höherer Anteil von Ionen mit niedriger Energie überhaupt nicht fragmentiert. Ohne Energiekompensation würde ein Ausgangsionenstrahl mit einer +/– 50 eV-Energiestreuung, der zu einer Fragmentationszelle gerichtet ist, entweder eine hohe Häufigkeit von Fragmenten niedriger Masse erzeugen, wenn man den gesamten Strahl in die Fragmentationszelle eintreten lässt, oder, wenn man nur Ionen mit höchstens 20 eV Energie eintreten lässt (zum Beispiel durch Verwendung einer Potentialbarriere vor dem Eintritt), würde ein Großteil der Ionen verloren gehen, und der Prozess würde höchst ineffizient werden. Die Ineffizienz würde von der Energieverteilung der Ionen in dem Strahl abhängen, wobei vielleicht 90% des Strahls aufgrund der ungenügenden Ionenenergie verloren geht oder sich nicht fragmentieren lässt.
  • Durch die Anwendung der vorstehenden Technik kann hierdurch eine Fragmentation von Ionen in der Fragmentationszelle vermieden werden, wenn es gewünscht ist, die Ionen in einem gegebenen Zyklus des Massenspektrometers ungestört durch die Fragmentationszelle 50 hindurchzuleiten (oder sie dort zu speichern). Alternativ kann die Steuerung der Fragmentation verbessert werden, wenn es gewünscht ist, MS/MS oder MSn Experimente auszuführen.
  • Andere Anwendungen für die beschriebene Ionenverzögerungstechnik finden sich in anderen Ionenverarbeitungstechniken. Viele Ionenoptikvorrichtungen können nur mit solchen Ionen gut funktionieren, die Energien innerhalb eines begrenzten Energiebereichs haben. Beispiele enthalten elektrostatische Linsen, worin chromatische Aberrationen eine Defokussierung verursachen, HF-Multipole oder Quadrupol-Massenfilter, in denen die Anzahl von HF-Zyklen, denen die Ionen unterliegen, wenn sie die endliche Länge der Vorrichtung durchlaufen, eine Funktion der Ionenenergie ist, und magnetische Optiken, die sowohl Masse als auch Energie streuen. Reflektoren sind typischerweise so ausgestaltet, dass sie für eine Energiefokussierung sorgen, um für einen Bereich von Ionenstrahlen Energien zu kompensieren, aber gewöhnlich existieren Energieabberationen höherer Ordnung, und ein energiekompensierter Strahl, die er durch die vorliegende Erfindung erzeugt wird, wird den Defokussierungseffekt dieser Aberrationen reduzieren. Wiederum werden Fachkundige erkennen, dass diese nur eine Auswahl möglicher Anwendungen für die beschriebene Technik sind.
  • Wenn man nun zu den Anordnungen der 2 und 4 bis 8 zurückkehrt, ist, allgemein gesagt, ein effizienter Betrieb der in diesen Figuren jeweils gezeigten gasgefüllten Einheit von der optimalen Auswahl von Kollisionsbedingungen abhängig und ist durch die Kollisionsdicke P·D charakterisiert, 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 von Kollisionsgasen. In der gegenwärtig bevorzugten Ausführung ist es erwünscht, dass die folgenden Bedingungen annähert erfüllt werden:
    In der Vorfalle 24 ist es erwünscht, dass P·D > 0,05 mm·Torr, ist aber bevorzugt < 0,2 mm·Torr. Zum Fangen von Ionen können mehrere Durchläufe verwendet werden, wie in unserer mitanhängigen Patentanmeldung Nr. GB 05062872 beschrieben.
  • Die Ionenfalle 30 hat bevorzugt einen P·D-Bereich zwischen 0,02 und 0,1 mm·Torr, und diese Vorrichtung könnte auch mehrere Durchläufe extensiv verwenden.
  • Die Fragmentationszelle 50 (die kollisionsinduzierte Dissoziation, CID, verwendet) hat eine Kollisionsdicke P·D > 0,5 mm·Torr und bevorzugt oberhalb 1 mm·torr.
  • Für jede verwendete Hilfsionenspeichervorrichtung 60 ist die Kollisionsdicke P·D bevorzugt zwischen 0,02 und 0,2 mm·Torr. Hingegen ist es erwünscht, dass die elektrostatische Falle 40 auf einem sehr hohen Vakuum gehalten wird, bevorzugt bei oder besser als 10–8 Torr.
  • Die typischen Analysezeiten in der Anordnung der 2 sind wie folgt:
    Speicherung in der Vorfalle 24: typisch 1 bis 100 ms; Überführung in die gekrümmte Falle 30: typisch 3–10 ms;
    Analyse in der EST 40: typisch 1 bis 10 ms, um eine Selektionsmassenauflösung oberhalb von 10.000 zu erzeugen;
    Fragmentation in der Fragmentationszelle 50, gefolgt durch Ionenrücküberfürhung in die gekrümmte Falle 30: typisch 5–20 ms;
    Transfer durch die Fragmentationszelle 50 in eine zweite Ionenspeichervorrichtung 60, falls verwendet, ohne Fragmentation: typisch 5–10 ms; und
    Analyse im Massenanalysator 70 vom Orbitrap-Typ: typisch 50–2.000 ms.
  • Allgemein sollte die Dauer eines Pulses für Ionen des gleichen m/z gut unterhalb 1 ms liegen, bevorzugt unter 10 Mikrosekunden, wohingegen ein besonders bevorzugtes Regime Ionenpulsen kürzer als 0,5 Mikrosekunden entspricht (für m/z zwischen etwa 400 und 2.000). In alternativen Ansätzen und für andere m/z sollte die räumliche Länge des emittierten Pulses gut unterhalb von 10 m liegen, und bevorzugt unterhalb 50 mm, während ein besonders bevorzugtes Regime Ionenpulsen kürzer als 5–10 mm entspricht. Es ist besonders erwünscht, Pulse kürzer als 5 bis 10 mm zu verwenden, wenn Orbitrap und Multireflektions-TOF-Analysatoren verwendet werden.
  • Obwohl eine spezifische Ausführung beschrieben worden ist, wird der fachkundige Leser leicht erkennen, dass verschiedene Modifikationen in Betracht gezogen werden könnten.
  • Zusammenfassung
  • Verfahren zum Verbessern der Detektionsgrenzen eines Massenspektrometers durch: Generieren von Probeionen von einer Ionenquelle; Speichern der Probeionen in einer ersten Ionenspeichervorrichtung; Ejizieren der gespeicherten Ionen in eine Ionenselektionsvorrichtung; Selektieren und Ejizieren von Ionen eines gegebenen Masse-zu-Ladungs-Verhältnisses aus der Ionenselektionsvorrichtung; Speichern der von der Ionenselektionsvorrichtung ejizierten Ionen in einer zweiten Ionenspeichervorrichtung, ohne diese durch die Ionenselektionsvorrichtung zurückzuleiten; Wiederholen der vorangehenden Schritte, um die in der zweiten Ionenspeichervorrichtung gespeicherten Ionen des gewählten Masse-zu-Ladungs-Verhältnisses zu vermehren; und Überführen der vermehrten Ionen des gewählten Masse-zu-Ladungs-Verhältnisses zurück zur ersten Ionenspeichervorrichtung zur anschließenden Analyse.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Claims (2)

  1. Verfahren zum Verbessern der Detektionsgrenzen eines Massenspektrometers, umfassend: (a) Generieren von Probeionen von einer Ionenquelle; (b) Speichern der Probeionen in einer ersten Ionenspeichervorrichtung; (c) Ejizieren der gespeicherten Ionen in eine Ionenselektionsvorrichtung; (d) Selektieren und Ejizieren von Ionen eines gegebenen Masse-zu-Ladungs-Verhältnisses aus der Ionenselektionsvorrichtung; (e) Speichern der von der Ionenselektionsvorrichtung ejizierten Ionen in einer zweiten Ionenspeichervorrichtung, ohne diese durch die Ionenselektionsvorrichtung zurückzuleiten; (f) Wiederholen der vorangehenden Schritte (a) bis (e), um die in der zweiten Ionenspeichervorrichtung gespeicherten Ionen des gewählten Masse-zu-Ladungs-Verhältnisses zu vermehren; und (g) Überführen der vermehrten Ionen des gewählten Masse-zu-Ladungs-Verhältnisses zurück zur ersten Ionenspeichervorrichtung zur anschließenden Analyse.
  2. Verfahren zum Verbessern der Detektionsgrenzen eines Massenspektrometers, umfassend: (a) Generieren von Probeionen von einer Ionenquelle; (b) Speichern der Probeionen in einer ersten Ionenspeichervorrichtung; (c) Ejizieren der gespeicherten Ionen in eine Ionenselektionsvorrichtung; (d) Selektieren und Ejizieren von analytisch interessanten Ionen aus der Ionenselektionsvorrichtung; (e) Fragmentieren der aus der Ionenselektionsvorrichtung ejizierten Ionen in einer Fragmentationsvorrichtung; (f) Speichern von Fragmentionen in einer zweiten Ionenspeichervorrichtung, ohne diese durch die Ionenselektionsvorrichtung zurückzuleiten; (g) Wiederholen der vorangehenden Schritte (a) bis (f), um die in der zweiten Ionenspeichervorrichtung gespeicherten Fragmentionen zu vermehren; und (h) Überführen der vermehrten Fragmentionen zurück zur ersten Ionenspeichervorrichtung zur anschließenden Analyse.
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