DE112007002747B4

DE112007002747B4 - Verfahren zum Betreiben einer Mehrfachreflektionsionenfalle

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Publication number: DE112007002747B4
Application number: DE112007002747T
Authority: DE
Inventors: Alexander Makarov; Anastassios Giannakopulos
Original assignee: Thermo Fisher Scientific Bremen GmbH
Current assignee: Thermo Fisher Scientific Bremen GmbH
Priority date: 2006-11-14
Filing date: 2007-11-14
Publication date: 2013-10-10
Anticipated expiration: 2027-11-15
Also published as: GB2455692A; CA2669328A1; US20100059673A1; WO2008059246A2; JP5350264B2; US7999223B2; GB2455692B; CN101611466B; CN101611466A; DE112007002747T5; GB0907431D0; GB0622689D0; WO2008059246A3; JP2010509743A; CA2669328C

Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Ionenfallenanordnung umfassend eine Ionenfalle mit Mehrfachreflektion oder geschlossener Umlaufbahn, welches die Schritte umfasst: (a) Injizieren verschiedener Ionenspezies, die einen übergeordneten Satz von Ionenspezies bilden, in die Ionenfalle und Identifizieren einer Mehrzahl n (≥ 2) von interessierenden Ionenspezies aus dem übergeordneten Satz der in die Ionenfalle injizierten oder darin gebildeten Ionenspezies, wobei jede der identifizierten Spezies entlang einem Weg innerhalb der Ionenfalle isochronen Oszillationen oder Umläufen unterliegt, wobei die Oszillationen oder Umläufe eine Perioden haben, die für das jeweilige Masse-zu-Ladungs-Verhältnis m/zn dieser Spezies charakteristisch ist, und wobei die Periode für jede der n identifizierten Spezies unterschiedlich ist; (b) Umschalten eines Ionengatters, das in oder benachbart der Ionenfalle angeordnet ist, zwischen einem ersten Gatterzustand, in dem Ionen der identifizierten Spezies, die entlang dem Weg entlang der Ionenfalle laufen, entlang einem ersten Ionenweg geleitet werden, und einem zweiten Gatterzustand, in dem Ionen der nicht identifizierten Spezies, die entlang dem Weg innerhalb der Ionenfalle laufen, entlang einem zweiten vom ersten Weg unterschiedlichen Weg geleitet werden; wobei das Ionengatter zu einer Mehrzahl von Zeiten Tx (x = 1, 2, ...) in den ersten Gatterzustand geschaltet wird, wobei ein erster Teilsatz dieser Zeiten Ta (a ≥ 1) durch die charakteristische Periode von Ionen einer ersten der n identifizierten Spezies bestimmt wird, ein zweiter Teilsatz dieser Zeiten Tb (b ≥ 1) sich von dem ersten Teilsatz unterscheidet und durch die unterschiedliche charakteristische Periode von Ionen einer zweiten der n identifizierten Spezies bestimmt wird, und so weiter für jede weitere (n – 2) der n identifizierten Spezies; wodurch die Ionen der identifizierten Spezies von den Ionen der nicht identifizierten Spezies separiert werden.

Description

Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft eine Ladungspartikelfalle, worin Ionen, unter dem Einfluss eines Satzes von Elektroden, mehrfachen Hin- und Herreflektionen unterliegen und/oder einer geschlossenen Umlaufbahn folgen. Die Erfindung betrifft insbesondere auch ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Falle und erlaubt eine hochleistungsfähige Isolation von mehreren Ionenspezies zur nachfolgenden Detektion oder Fragmentierung.
Hintergrund der Erfindung
Gegenwärtig gibt es viele bekannte Anordnungen und Techniken, um zum Zwecke der Massenspektrometrie, geladene Partikel aufzufangen oder zu speichern. In einigen solchen Anordnungen, zum Beispiel 3D-HF-Fallen, linearen Multipol-HF-Fallen und den jüngst entwickelten „Orbitrap”, oszillieren Ionen, die in die Falle injiziert oder darin gebildet wurden, innerhalb der Falle mit einer einfachen harmonischen Bewegung. In diesem Fall können Ionen zur weiteren Übertragung zu anderen Fallen, zur Massenanalyse/Detektion und so weiter ausgewählt werden, indem an die Falle oszillierende Felder angelegt werden. Dies ist so, weil alle Ionen eines gegebenen Masse-zu-Ladungs-Verhältnisses innerhalb der Falle eine eigene Schwingungsfrequenz haben, so dass Ionen eines bestimmten Masse-zu-Ladungs-Verhältnisses durch Anlegen eines zeitveränderlichen Felds an die gesamte Falle aus der Falle hinaus resonant angeregt werden können.
Jedoch unterliegen in anderen Mehrfachreflektionssystemen die Ionen keiner einfachen harmonischen Bewegung. Ein Beispiel einer solchen Falle ist eine elektrostatische Falle mit zwei gegenüberliegenden Reflektoren. In einer solchen Falle laufen Ionen wiederholt durch einen Raum, unter der Wirkung eines Feldes oder von Feldern, und werden durch zumindest zwei Ionenreflektoren reflektiert. Bei diesem Fallentyp wird das Anlegen eines oszillierenden Felds keine Ionen nur eines Masse-zu-Ladungs-Verhältnisses selektieren. Dies ist so, weil Ionen eines Masse-zu-Ladungs-Verhältnisses in der Falle mit einem Bereich von Frequenzkomponenten oszillieren, aber nicht nur mit einer, als wenn sie mit einer einfachen harmonischen Bewegung schwingen würden. Während die Ionen jedes Masse-zu-Ladungs-Verhältnisses eine eindeutige Schwingungsperiode haben, schwingen sie nicht mit einer sinusförmigen Bewegung, und sie können durch sinusartig zeitveränderliche Felder, die einen Bereich von Frequenzen haben, angeregt werden. Aus diesem Grund wird das Anlegen eines sinusförmigen Anregungsfelds mit einer einzigen Frequenz an die Falle Ionen in einem Bereich von Masse-zu-Ladungs-Verhältnissen anregen, und kann nicht dazu benutzt werden, Ionen mit einer hohen Masseauflösung zu selektieren.
Obwohl Ionen von unterschiedlichen Masse-zu-Ladungs-Verhältnissen ähnliche Frequenzkomponenten haben können, werden sie, wie oben erwähnt, nichtsdestoweniger eine eindeutige Schwingungsperiode in der Falle haben. In anderen Worten, Ionen von Masse-zu-Ladungs-Verhältnissen (m/z)₁ werden einen Markierungspunkt in der Falle zur Zeit t₁, t₂, t₃, t₄ ... durchlaufen, wobei (t₂ – t₁) = (t₃ – t₂) = (t₄ – t₃) ..., während Ionen von unterschiedlichen Spezies, die ein Masse-zu-Ladungs-Verhältnis (m/z)₂ haben, die den gleichen Punkt zu den Zeiten t_a, t_b, t_c, t_d ... durchlaufen, wo (t_b + t_a) = (t_c – t_b) = (t_d – t_c) ..., wobei aber (t_b – t_a) nicht gleich (t₂ – t₁) ist.
Daher können durch Anlegen eines Anregungsfelds an ein bestimmtes lokalisiertes Teil der Falle zu einer bestimmten Zeit Ionen eines gegebenen Masse-zu-Ladungs-Verhältnisses angeregt werden. Während es möglich ist, nur die interessierenden Ionen anzuregen (d. h. nur die Ionen mit dem gewünschten Masse-zu-Ladungs-Verhältnis m/z), wird in der Praxis normalerweise der Kehrwert davon verwendet, und das Anregungsfeld wird an alle Ionen angelegt, außer jene mit dem interessierenden Masse-zu-Ladungs-Verhältnis, so dass ungewünschte Ionen aus der Falle weg angeregt werden, oder derart, dass sie mit einer Struktur in der Falle kollidieren und verloren gehen. Durch wiederholtes Abschalten des Anregungsfelds verengt sich jedes Mal, wenn die interessierenden Ionen sich in dem Anregungsbereich befinden, der Masse-zu-Ladungs-Verhältnisbereich von Ionen, die sich in der Falle befinden. Ionen eines einzigen engen Bereichs von Masse-zu-Ladungs-Verhältnissen werden auf diese Weise selektiert. Das Anregungsfeld wird gewöhnlich erzeugt, indem ein Spannungspuls an eine Ablenkelektrode angelegt wird, die in der Nähe des Ionenwegs innerhalb der Falle angeordnet ist.
Eine typische herkömmliche Reflektionsfalle, die ein solches Prinzip anwendet, ist in der US 3 226 543 A beschrieben. Hier laufen positive lonen zwischen zwei positiv gespannten Reflektionselektroden, die eine Reflektionsfalle bilden. An eine der Reflektionselektroden wird die positive Reflektionsvorspannung nur dann angelegt, wenn Ionen eines gewünschten Masse-zu-Ladungs-Verhältnisses diese erreichen, während alle anderen Ionen dann durch den nicht angeregten Reflektor durchtreten, so dass sie verloren gehen. Eine ähnliche Reflektionsfalle ist in der US 6 013 913 A beschrieben: Entgegengesetzte Reflektionselektroden sind vorgesehen, und eine von diesen ist während eines bestimmten Zeitintervalls nicht vorgespannt, um zu erlauben, dass gewünschte Ionen durch den Reflektor hindurchtreten und einen Detektor erreichen. Um in der US 6 013 913 A die Transmission zu verbessern, wird eine elektrostatische Partikelführung zwischen den entgegengesetzten Reflektoren angewendet. Diese Führung erlaubt eine selektive Ejektion von Ionen aus dem Ionenflugweg.
Eine immer höhere Masse-zu-Ladungs-Verhältnis-Auflösung kann unter Verwendung der wiederholten Anregungstechniken erzielt werden, wie oben beschrieben nur unter der Voraussetzung, dass die Ionen isochron oszillieren und für ausreichend lange Zeitdauern in der Falle gehalten werden können. Diese beiden Anforderungen werden gewöhnlich nur durch Zonenoptik-Ungenauigkeiten der Falle beschränkt, um eine Grenze für die nutzbare Zeitdauer setzen – dort wird nichts weiter angestrebt, als das Oszillieren der Ionen fortzusetzen, sobald die Auflösungsgrenze der Falle erreicht worden ist. Zusätzliche Oszillationen setzen die Ionen lediglich weiteren Streuereignissen mit dem Hintergrundgas in der Falle aus. Typischerweise liegt die Zeitgrenze in der Größenordnung von mehreren bis zu mehreren hundert Millisekunden.
Die US 2005/0151076 A1 beschreibt ein Massenspektrometer mit einem Flugraum stromauf von dem Reflektron-Massenanalysator. Der Flugraum wird durch eine Serie von in einer Schleifenform angeordneten Elektroden gebildet, durch welche die Ionen beschleunigt werden. Ablenkelektroden sind an einem Punkt in der Schleifenform angeordnet. Durch diese Ablenkelektroden können die Ionen in den Ring eintreten oder diesen verlassen. Die Ablenkelektroden können dazu benutzt werden, Ionen mit einem bestimmten Masse-zu-Ladungs-Verhältnis zu selektieren. Es werden Ionen einer Ionenspezies akkumuliert.
In einigen herkömmlichen Systemen, wie etwa jenem, das in der US 6 888 130 B1 beschrieben ist, kann die FaIle optional bei Bedarf mit einer relativ niedrigen Masse-zu-Ladungs-Auflösung betrieben werden, und Ionen oberhalb eines kontinuierlichen, aber relativ großen Masse-zu-Ladungs-Verhältnisbereichs werden selektiert und in einer Stufe ausgeworfen, zur weiteren Verarbeitung oder Detektion.
Die US 6 888 130 B1 bezieht sich auf eine elektrostatische Reflektionsionenfalle. Zum Implementieren von MS/MS werden die Reflektionspotentiale justiert, um die oszillierenden Orbits eines Teilsatzes von Ionen zu verzerren. Durch Betreiben der Ionenfalle bei einer relativ niedrigen Masse-zu-Ladungs-Auflösung werden Ionen über einen durchgehenden aber relativ breiten Masse-zu-Ladungs-Verhältnisbereich in einer Stufe zur weiteren Bearbeitung oder Detektion selektiert und ejiziert. Es werden Ionen eines kontinuierlichen Bereichs von Masse-zu-Ladungs-Verhältnissen akkumuliert.
Herkömmliche Verfahren der Ionenejektion leiden an einem ernsthaften Nachteil darin, dass Ionen nur eines Masse-zu-Ladungs-Verhältnisses (bei hoher Auflösung) oder Ionen eines kontinuierlichen Bereichs von benachbarten Masse-zu-Ladungs-Verhältnissen (bei niedriger Auflösung) zu einer Zeit selektiert werden. Bei hoher Auflösung kann nur eine Ionenspezies während jeder Füllung der Falle selektiert werden, das heißt, dass nur eine Ionenspezies in jeder nutzbaren Zeitperiode analysiert werden kann. Für ein einzelnes MS/MS-Experiment, in dem ein Ausgangsion selektiert werden soll, könnte dies alles sein, was erforderlich ist. Um jedoch ein erweitertes Massenspektrum bei hoher Auflösung oder Mehrfach-MS/MS-Experimente zu erlangen, würde dies eine große Anzahl von Fallenfüllungen erfordern, sowie eine lange verstrichene Zeit. Wenn das zu analysierende Probematerial beschränkt ist, könnte es sein, dass mittels dieses Verfahrens nur ein kleiner Masse-zu-Ladungs-Bereich analysiert werden könnte. Im Falle einer niedrig auflösenden Massendetektion eines Bereichs von benachbarten Masse-zu-Ladungs-Verhältnissen gibt es ein zusätzliches Problem. In der nächsten Stufe der Verarbeitung und der Detektion liegt die Reaktionszeit eines typischen Detektors mit hohem Dynamikbereich (der durch ein Ladungspartikel-Vervielfacher-Detektionssystem wie etwa ein Channeltron oder einen Elektronenvervielfacher mit einem Feld von Dynoden gebildet ist) in der Größenordnung von 1 bis 10 Mikrosekunden. Spezialisierte Detektoren für Flugzeit-Masse-Spektrometer sind zu kürzeren Reaktionszeiten in der Lage, obwohl ihr Dynamikbereich typischerweise viel kleiner ist. Dies wird durch die Tatsache begründet, dass der Spitzenstrom in solchen Detektoren mit jenen in langsameren traditionellen Detektoren vergleichbar ist, während die Dauer des Massenpeaks (und daher die detektierte Gesamtladung) viel kleiner ist. Die typische Pulsbreite eines Pakets von Ionen, das die Mehrfachreflektionsfalle anregt, liegt in der Größenordnung von 20 bis 100 ns. Dies ist mehrere Größenordnungen kürzer als die Reaktionszeit von typischen Detektoren, und begrenzt daher die Auflösung von Ionen mit benachbarten Masse-zu-Ladungs-Verhältnissen mit signifikant unterschiedlichen Abundanzen.
Zusammenfassung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund, und gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung, wird ein Verfahren zum Betreiben einer Ionenfallenanordnung mit Mehrfachreflektion oder geschlossener Umlaufbahn gemäß Anspruch 1, sowie ein Verfahren gemäß Anspruch 22 angegeben.
Mit der Ionenfalle wird jede Vorrichtung, die die Ionen so einschränkt, dass sie den definierten oszillatorischen oder orbitalen Weg folgen, in Betracht gezogen. Somit sollte die Falle betreibbar sein, um Ionen so einzuschränken, dass sie wiederholte Kreisläufe des oszillatorischen oder orbitalen Wegs innerhalb der Falle zurücklegen. Eine angemessene Wahl für die Ionenfalle ist eine elektrostatische Falle, obwohl dem Fachkundigen auch Alternativen ersichtlich werden.
Das Ionengatter kann ein selektiv aktivierbarer Ionendeflektor sein und kann elektrostatische oder elektromagnetische Ablenkung verwenden. Das Ionengatter kann in der Ionenfalle selbst angeordnet sein oder kann der Ionenfalle benachbart sein. Seine Position sollte derart sein, dass es dahingehend wirken kann, Ionen, die entlang dem Weg innerhalb der Ionenfalle laufen, so auszurichten, dass sie entweder dem ersten oder dem zweiten Weg folgen. Einer von diesen Wegen kann einfach eine Fortsetzung entlang dem Weg innerhalb der Ionenfalle sein, das heißt in einem Zustand kann das Ionengatter Ionen von dem Weg innerhalb der Ionenfalle weg ablenken, und im anderen Zustand kann das Ionengatter die nicht abgelenkten Ionen so belassen, dass sie dem Weg innerhalb der Ionenfalle weiterhin folgen.
Durch das Identifizieren von Ionenspezies in der Falle mit unterschiedlichen charakteristischen Perioden, und in Kenntnis dieser Perioden, kann die Ionenfallenanordnung so betrieben werden, dass sie die Ionen der interessierenden Spezies von den nicht Interessierenden separiert, indem das Ionengatter zu geeigneten Zeiten betätigt wird. Zum Beispiel kann das Ionengatter ein elektrostatischer Deflektor sein, der so angeregt wird, dass er Ionen einer nicht interessierenden Spezies ablenkt, wobei das Ionengatter zu bekannten spezifischen Zeiten abgeschaltet wird, wenn sich nur die Ionen der interessierenden Spezies in der Nähe des Ionengatters befinden. Die Ionen der nicht interessierenden Spezies können auf die Wände der elektrostatischen Falle abgelenkt oder aus der Falle ausgeworfen werden. Wenn sie aus der Falle ausgeworfen werden, dann können sie optional in einer externen Speichervorrichtung gespeichert werden, zum Rückinjizieren in die Falle in einem nachfolgenden Zyklus und zur dann anschließenden Analyse. Alternativ können sie zur weiteren Bearbeitung durch andere Vorrichtungen, wie etwa Fragmentierung, verschickt werden.
Das Ionengatter kann allgemein geometrisch zentral in der Falle angeordnet sein, so dass Ionen typischerweise jede „Hälfte” der Falle im Wesentlichen in den gleichen Perioden durchlaufen (jeweils T/2). In diesem Fall ist das Ionengatter so konfiguriert, dass es pro Schwingung zweimal schaltet (da jedes Ion das Ionengatter pro Schwingung zweimal durchläuft). Alternativ kann das Ionengatter versetzt sein, so dass das Ionengatter pro Schwingung zweimal schaltet, aber die Zeit zwischen den zwei Schaltungen für eine gegebene Ionenspezies ungleich ist. Bei anderen Fallenkonstruktionen könnten Ionen das Ionengatter nur einmal pro Oszillation oder Umlaufzyklus durchlaufen.
Weil die Schwingungsperiode der unterschiedlichen Ionenspezies vorab bekannt sind, kann ein Algorithmus dazu benutzt werden, die Separation der Ionen zu optimieren. Um zum Beispiel ein Massenspektrum aufzubauen, wird eine Liste von einzelnen zu selektierenden Ionenspezies gebildet. In Kenntnis der Periode jeder der identifizierten Spezies bei ihren bekannten kinetischen Energien kann dann dazu verwendet werden, mehrere Sätze der zu selektierenden Spezies zu errechnen. In jedem Satz werden Spezies ausgewählt, die derartige Masse-zu-Ladungs-Verhältnisse haben, dass sie zu deutlich unterschiedlichen Zeiten durch das Ionengatter hindurchtreten. Zum Beispiel kann die Periode der Ionen, die in die Falle injiziert oder darin gebildet werden, und die Identifikation, auf dieser Basis, um die identifizierten Spezies am besten in Sätze zu separieren, aus einem Kalibrier-Ionensatz erhalten werden.
Indern man diesen Ansatz nimmt, kann die Ionenspezies innerhalb jedes einen Satzes mit nur einer Füllung der Falle selektiert werden. Statt die verbleibenden Ionen zu verschwenden (in denen einige von Interesse sein werden, aber durch den Algorithmus unterschiedlichen Sätzen zugeordnet werden müssen), werden sie wie oben erläutert extern gespeichert, zur Reinjektion in die Falle und Analyse in nachfolgenden Zyklen.
Obwohl Ionen von unterschiedlichen Masse-zu-Ladungs-Verhältnissen unterschiedliche Perioden haben werden, können nichtsdestoweniger Ionen von zwei oder mehr unterschiedlichen Spezies an dem Ionengatter gelegentlich im Wesentlichen gleichzeitig ankommen, als Folge davon, dass eines der Ionenpakete einer unterschiedlichen Anzahl von Oszillationen unterlag. Wenn zum Beispiel Ionen mit einem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis (m/z)₁ eine Schwingungsperiode T₁ haben, und Ionen mit Masse-zu-Ladungs-Verhältnissen (m/z)₂ eine Schwingungsperiode von T₂ haben, dann werden dort, wo beide Ionenpakete an der gleichen Stelle ab und gleichzeitig starten, an diesem Ort zu einer Zeit koinzidieren, wenn nxT₁ = kxT₂ (wobei zumindest n, k ganze Zahlen sind).
Dies erlaubt eine flexible Ionenejektion und Analyse. Wenn nur eine einzige Ionenspezies zur Analyse ejiziert werden soll, dann kann ein Algorithmus angewendet werden, um eine Zeit zu identifizieren, wo sich Ionen nur dieser spezifisch identifizierten Spezies (und keine anderen) an dem Ionengatter befinden. Wenn jedoch mehrere Ionenspezies gleichzeitig analysiert werden sollen, dann kann der Algorithmus eine Zeit bestimmen, wann beide oder jede dieser Ionenspezies gleichzeitig an dem Ionengatter sind. Auch für eine einzige Spezies sollte der Algorithmus iterativ laufen, d. h. unbenutzte Teile des Massenbereichs werden sobald wie möglich verworfen, um einen Anstieg von Hintergrund- und Interferenzen zu vermeiden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Ionenfallenanordnung gemäß Anspruch 27 angegeben.
Mit der Ionenfalle wird jede Vorrichtung in Betracht gezogen, die die Ionen so einschränkt, dass die Ionen dem definierten oszillatorischen oder orbitalen Weg folgen. Somit sollte die Falle betreibbar sein, um die Ionen so einzuschränken oder zu bündeln, dass sie wiederholte Umläufe des oszillatorischen oder orbitalen Wegs innerhalb der Falle zurücklegen. Eine angemessene Wahl für die Ionenfalle ist eine elektrostatische Falle, obwohl dem Fachkundigen auch Alternativen ersichtlich werden.
Das Ionengatter kann in der Ionenfalle selbst angeordnet sein oder kann der Ionenfalle benachbart sein. Seine Position sollte derart sein, dass es dahingehend wirken kann, Ionen, die entlang dem Weg innerhalb der Falle laufen, so auszurichten, dass sie entweder dem ersten oder zweiten Weg folgen. Einer dieser Wege kann einfach eine Fortsetzung entlang des Wegs innerhalb der Ionenfalle sein, das heißt in einem Zustand kann das Ionengatter Ionen von dem Weg innerhalb der Ionenfalle weg ablenken, und im anderen Zustand kann das Ionengatter die Ionen unabgelenkt belassen, so dass sie dem Weg innerhalb der Ionenfalle weiter folgen.
Die Erfindung erstreckt sich gemäß Anspruch 32 auf ein Massenspektrometer, das eine solche Ionenfallenanordnung enthält. Das Massenspektrometer kann, zusätzlich zur Ionenfalle, zusätzlich eine oder mehrere einer externen Ionenspeichervorrichtung zum Speichern von Ionen zur Analyse in nachfolgenden Zyklen, und/oder einer Ionendetektionsanordnung, die intern oder extern der Falle sein kann, und/oder einer Ionenquelle zum Erzeugen geladener Partikel, und/oder einer Ionenspeicher- und -injektionsvorrichtung, die zwischen der Ionenquelle und der Falle angeordnet ist, aufweisen. Darüber hinaus könnte diese Erfindung zur Vorläufermassenselektion zur MS/MS- und MSⁿ-Analyse verwendet werden, wobei eine anschließende Fragmentierung und Massenanalyse entweder in einer externen Fragmentationszelle und einem Massenspektrometer ausgeführt wird, oder sogar in einer Vorfalle und/oder in der Ionenfalle mit Mehrfachreflektion oder geschlossenem Orbit.
Interferenzfreie Fragmentierung von mehreren interessierenden Ionenspezies von Interesse könnten implementiert werden, indem jede von diesen sequentiell in die Fragmentationszelle mit einer Separationszeit ejiziert wird, die größer ist als die Verteilungsbreite von Verweilzeiten dieser Spezies und ihrer Fragmente in der Fragmentationszelle. Mehrere interessierende Ionenspezies können in die Fragmentationszelle zusammen ejiziert werden, zur Fragmentierung als Einzelcharge. Alternativ könnte jede der interessierenden Spezies ihre eigene gesonderte Zelle zur Fragmentation und/oder zum Auffangen umgelenkt werden, was eine Reduktion der erforderlichen Separationszeit erlauben würde und auch eine parallel Verarbeitung aller dieser Spezies.
Gemäß einem anderen Aspekt wird ein Verfahren zum Betreiben einer Ionenfalle mit Mehrfachreflektion oder geschlossener Umlaufbahn angegeben, welches die Schritte umfasst: (a) Injizieren einer Mehrzahl von geladenen Partikeln, die einen Bereich von Masse-zu-Ladungs-Verhältnissen aufweisen, in die elektrostatische Falle; (b) Identifizieren, aus innerhalb des injizierten Bereichs, einer Mehrzahl n (≥ 2) von Ionenspezies zur Analyse, wobei jede dieser n identifizeirten Spezies im Wesentlichen isochronen Oszillationen mit einer charakteristischen Schwingungsperiode hinter einem gegebenen Punkt in der Falle unterliegt, der sich von der charakteristischen Schwingungsperiode der anderen identifizierten Spezies hinter diesem Punkt in der Falle unterscheidet, (c) Schalten eines Ionengatters, das an einer Gatterposition angeordnet ist, zwischen einem ersten Gatterzustand, in dem Ionen der identifizierten Spezies, die durch diesen Punkt in der Falle hindurchtreten, entlang einem ersten Ionenweg gelenkt werden, und einem zweiten Gatterzustand, in dem Ionen der nicht identifizierten Spezies, die durch diesen Punkt in der Falle hindurchtreten, entlang einem zweiten anderen Ionenweg gelenkt werden; wobei das Ionengatter mehrere Male, deren jedes sich auf eine unterschiedliche charakteristische Schwingungsfrequenz eines jeweiligen Ions der identifizierten Spezies bezieht, in den ersten Gatterzustand geschaltet wird, um die identifizierten Spezies von den Nicht-Identifizierten zu separieren; und (d) Detektieren der identifizierten Ionenspezies.
Es muss betont werden, dass die vorliegende Erfindung gleichermaßen auf jeden Fallentyp anwendbar ist, in dem geladene Partikel mehreren nicht harmonischen Oszillationen unterliegen. Somit ist die Erfindung insbesondere auf lineare elektrostatische Fallen mit zwei Ionenspiegeln nwendbar (wie sie zum Beispiel in der oben genannten US 3 226 543 A und der US 6 013 913 A beschrieben sind), elektrostatische Sektorfallen mit mehreren Sektoren, wie etwa zum Beispiel in der US 2005/01 51 076 A1 , spiralige elektrostatische Fallen, wie sie etwa SU 1 716 922 A beschrieben sind, entweder Geschlossene (das heißt, der gleiche Weg wird während aufeinanderfolgenden Reflektionen derart durchlaufen, wie etwa dem in US 6 300 625 B1 in Fig. 3 gezeigten Flugweg), oder Offene (das heißt, Ionen folgen ähnlichen, aber nicht exakt überlappenden Wegen, wie in GB 2 080 021 A gezeigt). Sie kann auch auf Fallen angewendet werden, in denen Ionen harmonischen Oszillationen unterliegen, obwohl es auch andere Methoden zum Anregen von Ionen für diese Fallentypen gibt.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus den beigefügten Ansprüchen und der folgenden Beschreibung ersichtlich.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1a zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Massenspektrometers, enthaltend eine elektrostatische Ionenfalle mit Mehrfachreflektion oder geschlossener Umlaufbahn, welche die folgende Erfindung veranschaulicht und einen Ionendeflektor enthält;
1b zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel eines Massenspektrometers, das eine elektrostatische Ionenfalle mit Mehrfachreflektion oder geschlossener Umlaufbahn enthält, die die vorliegende Erfindung veranschaulicht;
2a bis 2d zeigen ein Zeitdiagramm von Pulsen, die auf den Ionendeflektor von 1 angelegt werden, zur selektiven Ejektion von unterschiedlichen Ionenspezies; und
3a, 3b und 3c stellen gemeinsam ein Flussdiagramm dar, das einen Algorithmus zum Aufbau der Zeitsteuerung der in 2a bis 2d gezeigten Pulssequenz veranschaulicht.
Detaillierte Beschreibung einer bevorzugten Ausführung
1a zeigt eine Ausführung eines Massenspektrometers 10 gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Massenspektrometer umfasst eine externe Ionisierungsquelle 20, wie etwa eine Elektrospray-Ionenquelle oder eine MALDI-Ionenquelle, welche einen kontinuierlichen oder gepulsten Strom von geladenen Partikeln erzeugt, die analysiert werden sollen. Die geladenen Partikel laufen durch eine erste Ionenoptik 30 in eine Vorfalle 40. Die Ionen werden in der Vorfalle 40 eingeschränkt, gebündelt, um eine Akkumulation von Ionen von der Ionenquelle 20 zu gestatten, wonach sie über eine zweite Ionenoptik 50 in eine Nur-hf-Injektionsfalle 60 injiziert werden. Die Injektionsfalle 60 kann eine lineare Quadropolfalle, eine lineare Oktopolfalle usw. sein. Jedoch wird in der bevorzugten Ausführung eine gekrümmte lineare Falle, bevorzugt mit hf-Umschaltung, angewendet. Diese Falle erhält Ionen von der Vorfalle 40 durch eine erste Eintrittsöffnung 55, speichert diese in einer gekrümmten linearen Falle und ejiziert sie dann orthogonal durch eine Ionenaustrittsöffnung 65. Die die Ionenaustrittsöffnung 65 verlassenden Ionen laufen durch eine Ionenoptik 70 und werden dann in eine elektrostatische Falle (EST) injiziert, die in 1a allgemein bei 80 gezeigt ist, durch eine Eintrittsöffnung in der EST (in 1a nicht gezeigt). Die Ionen kommen an der elektrostatischen Falle in einer gut definierten kurzen Zeitperiode an. Sobald sie sich in der EST 80 befinden, beginnen die Ionen mit einer oszillatorischen Bwegung innerhalb der Falle 80, zwischen ersten und zweiten Reflektionselektroden 90, 100. die Ionen oszillieren innerhalb der EST 80 entlang der Achse 105 der EST 80, in 1 gezeigt, zwischen den ersten und zweiten Reflektionselektroden 90, 100 hin und her.
Innerhalb der EST 80 ist ein Modulator/Deflektor 110 angeordnet. In 1a ist dieser schematisch so gezeigt, dass er innerhalb der EST 80 entlang dem Weg 105 anzuordnen ist, dem die Ionen folgen, wenn sie innerhalb der EST 80 oszillieren, angenähert mit gleichem Abstand von den zwei Reflektionselektroden 90, 100. Es versteht sich jedoch, dass der Modulator/Deflektor 110 auch anderswo innerhalb oder benachbart der EST 80 angeordnet sein könnte und insbesondere achsversetzt oder auf einem nicht äquidistanten Ort relativ zu den Reflektionselektroden 90, 100. Wo immer er angeordnet ist, sollte der Modulator/Deflektor 110 betreibbar sein, um Ionen abzulenken oder anderweitig zu lenken, wenn sie entlang dem Weg 105 innerhalb der EST 80 oszillieren.
Der Modulator/Deflektor 110 dient zu mehreren Zwecken. Erstens wirkt er als Ionengatter, da er eine selektive Deflektion oder Diversion von Ionen aus dem Oszillationsweg 105 innerhalb der EST 80 erlaubt, gemäß einem Zeitsteuerungsschema, das nachfolgend im näheren Detail in Verbindung mit 2 erläutert wird. Der andere Zweck des Modulators/Deflektors 110 ist es, die Energie von in die EST 80 eintretenden Ionen einzustellen oder zu steuern/zu regeln, wie folgt.
Die Bewegung innerhalb der EST 80 kann auf verschiedenen Wegen induziert werden. Auf einem ersten Weg treten Ionen in die EST 80 durch den EST-Eingang ein, der sich wiederum an einem Punkt befindet, wo die Feldstärke innerhalb der EST 80 ausreichend groß ist, um die oszillatorische Bewegung einzuleiten. Ein Weg, dies zu erreichen, ist es, den Eingang zu der EST 80 an einer Stelle anzuordnen, an der die Feldstärke innerhalb der EST 80 ausreichend groß ist, um die Ionen in eine oszillatorische Bewegung zu versetzen, als Folge des elektrischen Felds, dem die Ionen ausgesetzt sind, wenn sie in die EST 80 eintreten. In einer alternativen Methode werden die Ionen in die EST 80 mit der erforderlichen kinetischen Energie injiziert, so dass sie mit der oszillatorischen Bewegung beginnen, ohne eine weitere Beschleunigung innerhalb der EST 80 durch Anlegen eines elektrischen Beschleunigungsfelds zu erfordern.
In einer noch weiteren Methode werden die Ionen mit kinetischer Energie versehen, sobald sie sich in der EST 80 befinden, durch Anlegen eines Felds unmittelbar, nachdem die Ionen in die EST 80 eingetreten sind. Dies kann zum Beispiel dadurch erreicht werden, dass der Modulator/Deflektor 110 angeregt wird, wie in 1a angegeben.
In jedem Fall ist die durchschnittliche kinetische Energie der Ionen in der EST 80 bekannt.
Von den verschiedenen Ionenspezies, die von der Injektionsfalle 60 in die EST 80 injiziert werden, wird ein Teilsatz von zu analysierenden Spezies identifiziert. In einer Ausführung wird ein spezifischer diskreter Satz von Ionenspezies (zum Beispiel über einen breiten Masse-zu-Ladungs-Verhältnisbereich hinweg) identifiziert – das heißt, es wird eine Mehrzahl von diskreten Ionenspezies ausgewählt. Alternativ können Ober- und Untergrenzen für einen definierten Masse-zu-Ladungs-Verhältnisbereich ausgewählt werden, wobei alle Spezies innerhalb dieses Bereichs selektiert werden. Es wird angenommen, dass dies bis zu einem gewissen Ausmaß auch auf das Gleiche gilt, dass es so oder so erforderlich ist, das spezifische Masse-zu-Ladungs-Verhältnis jeder interessierenden Ionenspezies zu identifizieren. Jedoch kann sich die Art und Weise, in der die Ionen in der EST 80 gehandhabt werden, sobald sie identifiziert sind, ein wenig in Abhängigkeit von der Nähe jeder Ionenspezies zu den anderen in dem selektierten Satz unterscheiden können, im Hinblick auf die Massezahl und/oder in Abhängigkeit von der Ionenzahl.
So oder so verwendet, sobald die mehreren Ionenspezies von Interesse identifiziert worden sind, ein Fallencontroller 120, der mit der EST 80 verbunden ist und einen Prozessor enthält, die bekannte Schwingungsperiode jeder der interessierenden Ionenspezies bei ihren bekannten kinetischen Energien, um eine optimierte Separations- und Analyseprozedur zu errechnen. Eine bevorzugte Ausführung eines Algorithmus, dies zu tun, ist nachfolgend im Detail in Verbindung mit den 3a bis 3c beschrieben. Um jedoch ein Verständnis des Hardware-Betriebs zu erlauben, wird nun eine kurze Übersicht angegeben.
In einfachsten Ausführungen, wenn nur eine geringe Zahl von Ionenspezies (zum Beispiel 2 oder 3) aus einer einzigen Füllung der EST 80 analysiert werden soll, ist in der Regel keine Unterteilung der Gesamtzahl der selektierten Ionenspezies erforderlich. Andererseits bestimmt, wo eine größere Anzahl von Ionenspezies analysiert werden soll, der Fallencontroller 120 einen optimalen Teilsatz der interessierenden Ionenspezies basierend auf einer Separation in der Periode der interessierenden Ionen. Wenn zum Beispiel 15 unterschiedliche Ionenspezies analysiert werden sollen, kann der Fallencontroller 120 zum Beispiel 5 dieser 15 Spezies, die stark unterschiedliche Schwingungsperioden haben, derart rasch identifizieren, dass sie innerhalb der EST separiert werden, wenn sie gleichzeitig von der Injektionsfalle 60 injiziert werden. Wie nachfolgend erläutert, können die verbleibenden 10 der 15 identifizierten Spezies in diesem Fall extern der EST 80 zur Reinjektion in nachfolgenden Zyklen gespeichert werden, wobei sie gemäß dem Fallencontroller-Algorithmus wiederum geeignet unterteilt werden.
Zur einfacheren Erläuterung nimmt die folgende Beschreibung an, dass von allen der unterschiedlichen Ionenspezies, die anfänglich in die EST-Injektionsfalle 60 injiziert worden sind, nur drei Spezies letztendlich von Interesse sind. Auch wird die Annahme gemacht, dass jede dieser drei Ionenspezies Ionen enthält, die Oszillationen mit ziemlich unterschiedlichen Oszillationsperioden unterliegen, so dass sie leicht separierbar sind. Nichtsdestoweniger versteht es sich, das gleichermaßen auch kompliziertere und überlappende Sätze von Ionenspezies gemäß der vorliegenden Erfindung berücksichtigt werden können.
Im vorliegenden Beispiel berechnet der Fallencontroller 120, um die drei interessierenden Ionenspezies von den restlichen Ionen zu separieren, die abgelaufenen Zeiten, zu denen jedes der Ionen der interessierenden Spezies in der Nähe des Modulators/Deflektors 110 sein wird. Der Modulator/Deflektor 110 (nach der Injektion und wo erforderlich Beschleunigung in der EST 80) wird in der bevorzugte Ausführung durch den Fallencontroller 120 so angesteuert, dass er jedes der nicht interessierenden Ionenspezies von dem Ionenoszillationsweg 105 weg ablenkt. Jedoch wird für jene Ionen von Spezies, die von Interesse sind, unter der Steuerung des Fallencontrollers 120 der Modulator/Deflektor 110 umgeschaltet, so dass er zu der Zeit abgeschaltet wird, wenn Ionen dieser interessierenden Spezies in seiner Nähe sind. Somit laufen Ionen der interessierenden Spezies entlang dem Weg 105 und werden durch die Reflektoren 90, 100 reflektiert, wohingegen alle anderen Ionen aus diesem Weg 105 abgelenkt/gerichtet werden. Nach einer Anzahl von Oszillationen in der EST 80 oszillieren nur die Ionen der interessierenden Spezies entlang dem Weg 105 hin und zurück, wobei die verbleibenden Ionen von nicht interessierenden Spezies entfernt worden sind.
In der gegenwärtig bevorzugten Ausführung wird der Modulator/Deflektor 110 fortlaufend angeregt, außer zu jenen Zeiten, wo die Ionen von Spezies, die von Interesse sind, in seiner Nähe sind. Wenn man annimmt, dass alle der in die elektrostatische Falle 80 injizierten Ionenspezies vorab bekannt sind, wäre es natürlich auch möglich, die EST 80 andersherum zu betreiben, das heißt so, dass der Modulator/Deflektor 110 immer abgeschaltet ist, außer dann, wenn Ionen aller der nicht interessierenden Spezies in seiner Nähe sind, wenn er angeregt wird, um die nicht interessierenden Ionenspezies aus dem Weg 105 wegzubewegen. Während darüber hinaus das Vorstehende einfach das Anregen und Abschalten des Modulators/Deflektors 110 beschreibt, wäre es gleichermaßen auch möglich, dass der Modulator/Deflektor 110 immer angeregt ist, gleichwohl mit unterschiedlichen Spannungen, so dass die Ionen der interessierenden Spezies entlang einem ersten Weg (der sich von dem Weg unterscheidet, entlang dem sie bei Ankunft an dem Modulator/Deflektor 110 gelaufen sind), abgelenkt oder umgelenkt werden, wobei aber diese Ionen natürlich bewahrt werden, wohingegen die Ionen der nicht interessierenden Spezies entlang einem zweiten Weg abgelenkt werden, so dass sie von den interessierenden Ionenspezies abgetrennt werden.
Benachbarte Ionenpakete können zeitlich von einigen 10 ns bis zu einigen 10 ms abgetrennt werden. Da massengleiche Ionenpakete temporäre Breiten in der Größenordnung von einigen 10 ns haben, wird die Selektion von interessierenden Spezies durch die Reaktion der Elektronik nicht beschränkt, sondern vielmehr durch die physikalischen Dimensionen der zur Isolation verwendeten Vorrichtung, das heißt des Modulators/Deflektors 110. Zum Beispiel hat ein 1000 Da-lonenpaket (ein Da entspricht einer atomaren Masseeinheit u) mit einer 20-ns-Pulsbreite bei einer kinetischen Energie von 10 keV eine räumliche Größe von 0,89 mm. Daher sollte der Modulator/Deflektor 110 idealerweise eine kleinere Abmessung haben, die in der Praxis mit der viel größeren Abmessung des Ionenstrahls in Konflikt tritt.
Auch schließt das Erfordernis der hohen Transmission des Mehrfachdurchlaufsystems die Verwendung von Vorläuferionenselektionsvorrichtungen, das heißt des Modulators/Deflektors 110, die Gitter oder Drähte im Flugweg 105 der Ionen enthalten, aus; obwohl solche Systeme häufig in Tandem-TOF-Anwendungen von Nicht-Mehrfachdurchlaufsystemen verwendet werden. Ein Mehrfachdurchlaufvorläuferionenselektionssystem mit sogar 99% Transmission würde während der massenspektrometrischen Analyse aufgrund des wiederholten Durchlaufs der Ionen durch den Modulator/Deflektor 110 unakzeptabel hohe Verluste mit sich bringen. Aus diesem Grund werden für den Modulator/Deflektor 110 gewöhnlich offene Systeme ohne hineinragende Drähte verwendet, und die Vorläuferionenselektion kommt von den Ablenkplatten in den feldfreien Bereichen oder durch Ein- und ausschalten von elektrostatischen Analysatoren. Alle diese Vorrichtungen haben relativ große Dimensionen in der Größenordnung von einigen 10 mm oder sogar vielen Zentimetern. Im Ergebnis ist eine größere Anzahl von Durchläufen erforderlich, um räumlich benachbarte Ionenpakete zu separieren, und auch dann ist nur eine geringe Auflösung erzielbar.
Es wird vorgeschlagen, dass die niedrig auflösende Vorläuferionenselektion stattfindet, während sich die Ionen innerhalb der EST 80 befinden, unter Verwendung eines Modulators/Deflektors 110, der von dem Ionenstrahl nicht getroffen wird. Auf diese Weise kommen Ionenpakete von Ionen, die zu unterschiedlichen Durchläufen gehören, einander nicht nahe, und im Ergebnis kann ein einfacherer, letztendlicher Ionenselektionsprozess angewendet werden. Die niedrig auflösende Separation innerhalb der EST 80 kann mit einem relativ großen Modulator/Deflektor 110 stattfinden, der die Transmission der Ionen bei mehreren Durchläufen nicht reduziert. Die letztendliche Massenselektion kann zum Beispiel ein Drahtionengatter vom Bradbury-Nielsen-Typ verwenden und kann stattfinden, nachdem die Ionen von der EST 80 entlang dem ersten weg ejiziert worden sind. Dies würde es dem System erlauben, eine höhere Auflösung der Ionenselektion unter Verwendung einer geringeren Anzahl von Durchläufen an der EST 80 zu erzielen. Dies ist insbesondere für die MS/MS-Analyse nützlich, wenn nur eine geringe Anzahl von m/z Fenstern, wie etwa einem oder zwei, für die nachfolgende Fragmentierung selektiert werden sollen. In diesem Fall wird die Separationszeit für die Vorläuferionenselektion verkürzt, die Vakuumanforderungen könnten geringer sein, der Signalverlust ist minimiert und der Tastzyklus wird verbessert.
Immer noch in Bezug auf 1a kann es Fälle geben, wo es wünschenswert ist, die anfangs nicht interessierenden Ionenspezies aufzufangen, zur nachfolgenden Analyse in weiteren Zyklen des Spektrometers. Dies ist insbesondere dann so, wenn der Fallencontroller 120 das Spektrum oder den Satz von identifizierten Spezies von Interesse in Teilsätze unterteilt hat, wie oben erläutert; jene Ionen, die in dem ersten Zyklus separiert worden sind, obwohl nicht von Interesse, werden nach Wunsch zur Analyse in nachfolgenden Zyklen zurückgehalten, um zum Beispiel die Konstruktion eines vollen Massenspektrums zu erlauben. Um dies zu tun, werden, wie in 1a ersichtlich, die Ionen, die in diesem besonderen Zyklus nicht von Interesse sind, aber die zur Analyse in weiteren Zyklen behalten werden sollen, entlang einem Weg 130 zu einer optionalen elektrischen Sektorvorrichtung 140 abgelenkt und verzögert. Dies führt die ejizierten Ionen durch eine weitere Ionenoptik zurück in die Injektionsfalle 60, in die die Ionen durch eine zweite Injektionsfalleneintrittsöffnung 150 injiziert werden. Von dort werden die Ionen in der Injektionsfalle 60 gespeichert, zur anschließenden Ejektion orthogonal durch die Ionenaustrittsöffnung 65 zurück in die elektrostatische Falle 80 zur Analyse in einem nachfolgenden Zyklus. Falls gewünscht, können die Ionen in der Injektionsfalle 60 einer weiteren Verarbeitung unterzogen werden, vor der Rückejektion in die EST 80 (zum Beispiel Fragmentierung).
Sobald die interessierenden Ionenspezies separiert worden sind (das heißt, normalerweise sobald die interessierenden Ionenspezies die einzigen Ionen sind, die in der EST 80 verbleiben), regt der Fallencontroller 120 den Modulator/Deflektor 110 an, wenn diese interessierenden Ionenspezies in seiner Nähe sind, um diese aus dem Oszillationsionenweg 105 weg und zu einem Ionenempfänger 125 hin abzulenken. Dieser Empfänger 125 könnte ein Detektor sein, bevorzugt ein Detektor mit hohem Dynamikbereich, wie etwa einem Elektronenvervielfacher (zum Beispiel ein Channeltron), wobei die Reaktionszeit des Detektors typischerweise weniger als 1 ms, aber gewöhnlich zumindest 100 ns beträgt. Alternativ könnte dieser Empfänger 125 eine externe Fragmentationszelle und/oder ein Massenspektrometer wie etwa ein Orbitrap sein, ein Flugzeit-(TOF)-Fourier-Transformationsionenzyklus-Resonanz(FT-ICR)Massenspektrometer etc. In 1a könnte diese externe Fragmentierung in der Vorfalle 40 stattfinden, mit anschließender Überführung von Fragmentionen in die oder in der Injektionsfalle 60, nach ihrer Injektion in die EST 80, wie oben angemerkt. Eine alternative Anordnung ist in 1b gezeigt. 1b entspricht weitgehend 1a, so dass gleiche Bezugszahlen zur Bezeichnung gleicher Teile verwendet werden. In 1b ist die Fragmentationszelle 160 benachbart dem Ionenweg 105 angeordnet, um Ionen zu empfangen, die von dem Modulator/Deflektor 110 abgelenkt worden sind.
Die Einschränkungen der Reaktionszeit des Empfängers 125 können jedoch, gemäß bevorzugten Aspekten der vorliegenden Erfindung, bequem überwunden werden, indem sichergestellt wird, dass der Fallencontroller 120 jede separate Ionenspezies sequentiell zum Empfänger 125 ablenkt, mit einem Zeitabstand zwischen jeder Spezies, der gleich oder größer als die Reaktionszeit des Empfängers 125 ist. In anderen Worten, in dem obigen Beispiel, wo es drei interessierende Ionenspezies gibt und diese drei Ionenspezies in der EST 80 gemäß der obigen Technik separiert worden sind, kann eine erste dieser selektierten Ionenspezies mit einem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis (m/z₁) zur Zeit t₁ zum Ionenempfänger 125 umgelenkt werden, wobei eine zweite dieser drei selektierten Ionenspezies mit einem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis (m/z₂) bis zu einer Zeit t₂ nicht zu dem Ionenempfänger 125 umgelenkt wird, wobei t₂ – t₁ größer oder gleich der Empfängerreaktionszeit ist. Es versteht sich natürlich, dass innerhalb der Toleranzen der EST 80 die Ionen der interessierenden Spezies entlang dem Weg 105 mehrere weiter hin und zurück oszillieren dürfen, wohingegen eine dieser Ionenspezies detektiert wird.
Die Verwendung eines langsameren Detektors als Detektor 125 erlaubt es, den Dynamikbereich der detektierten Intensität stark zu vergrößern. Sie erlaubt auch die Verwendung von heutigen Detektionssystemen von Quadrupol- oder von Ionenfalleninstrumenten. Diese Systeme sind also signifikant billiger als typische Datensysteme für schnellere Detektoren (zum Beispiel Flugzeit). Die Vergrößerung des Dynamikbereichs der Detektion macht es möglich, detektorbezogene Schwankungen und Sättigungseffekte zu reduzieren, und macht es somit möglich, eine quantitative Analyse auszuführen. Normalerweise wird eine solche Analyse mittels Triple-Quadropol-Massenspektrometern ausgeführt, häufig unter Verwendung eines ähnlichen Moleküls als internem Kalibrierungsmittel. Die vorgeschlagene Erfindung erlaubt die Speicherung von Paaren des Analyten und des internen Kalibirierungsmittels für jede der interessierenden Spezies, und die anschließende Detektion von diesen allen in einem einzigen Analysezyklus, wie oben gezeigt. Ein wichtiger Vorteil ist, dass sowohl der Analyt als auch sein Kalibrierungsmittel in die Injektionsfalle 60 und die EST 80 gleichzeitig eintreten, um hierdurch den Einfluss von intermittierenden Ionenquellenschwankungen zu reduzieren.
Alle Betriebsmodi von Triple-Quadrupolen werden mittels des vorgeschlagenen Verfahrens möglich gemacht.

a) Vorlaufscan. Ein nahezu kontinuierliches Spektrum über einen gewünschten Massebereich kann in kleinen Abschnitten erfasst werden. N mehrere m/z-Fenster werden in jedem Zyklus selektiert und zu dem Empfänger 125 gerichtet. Zum Beispiel könnte N zwischen 20 und 40 liegen. Im nächsten Zyklus werden diese m/z-Fenster-Werte in dem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis (zum Beispiel um 0,1%) inkrementiert, und die Intensitäten für die neuen Fenster erfasst. Der Prozess wird wiederholt, bis der interessierende Massebereich abgedeckt ist, und ein nahezu kontinuierliches Spektrum aus einer Kombination der Daten aus jedem Zyklus gebildet werden kann.
b) Produktscan. Für jedes zur Fragmentierung selektierte M/Z werden mehrere M/Z-Fenster (zum Beispiel M = 20 bis 40) in jedem Zyklus nach Fragmenten selektiert und zu dem Empfänger 125 gerichtet. Diese M/Z-Fenster werden von Zyklus zu Zyklus gestuft, wie oben beschrieben.
c) Neutralverlust-Scan. Für jedes zur Fragmentierung selektierte m/z wird nur das oder die m/z Fenster entsprechend dem/(den) interessierenden Neutralverlust(en) zur Selektion detektiert.

Für die Fälle a) und b) ist die Verbesserung des Tastzyklus N in Bezug auf ein herkömmliches Abtastinstrument. Bei einer Wiederholrate von etwa 1000 Hz läge die äquivalente Abtastgeschwindigkeit bei 1000·N m/z-Fenster pro Sekunde. Bei einem m/z-Fenster kann zum Beispiel 0,1 Da und N = 20 entspricht dies 2000 Da/s (ein Da entspricht einer atomaren Masseeinheit u) für ein hochauflösendes Spektrum.
Ein weiterer Vorteil von Aspekten der vorliegenden Erfindung ist, dass es nicht notwendig ist, Ionen unterschiedlicher interessierender Spezies einzeln zu extrahieren und zu detektieren. Der Fallencontroller 120 ist in der Lage zu berechnen, wann, trotz der unterschiedlichen Oszillationsperioden, Ionen von zwei unterschiedlichen interessierenden Spezies nichtsdestoweniger an dem Modulator/Deflektor 110 zusammenfallen, weil jede seit der Injektion in die EST 80 unterschiedlichen Oszillationszahlen unterzogen worden ist. Somit können zwei oder mehr interessierende Ionenspezies gleichzeitig zur Detektion ejiziert werden. Unter anderem könnte dies zur Analyse von mehrfach geladenen Zuständen des gleichen Analyten (zum Beispiel eines Proteins) verwendet werden, um das Signalrausch-Verhältnis zu verbessern. Dies wird unten wiederum im näheren Detail in Verbindung mit den 3a bis 3c erläutert.
Wenn man sich nun zu 2d wendet, so ist dort ein zusammengesetztes Zeitdiagramm schematisch gezeigt, welches den Anregungswellenverlauf anzeigt, der durch den Fallencontroller 120 an den Modulator/Deflektor 110 angelegt wird, wobei drei Ionenspezies m/z₁, m/z₂ und m/z₃ identifiziert und zur nachfolgenden Analyse selektiert werden. Die 2a, 2b und 2c zeigen das Zeitdiagramm für Anregungsimpulse zu dem Modulator/Deflektor 110 jeweils für die Fälle, wo nur Ionen von m/z₁, m/z₂ oder m/z₃ zur Analyse selektiert werden. Wie unten im näheren Detail erläutert wird, ist das zusammengesetzte Zeitdiagramm von 2d die Summe der 2a, 2b und 2c.
Ionen von verschiedenen Ionenspezies werden in die EST 80 injiziert. Die drei interessierenden Ionenspezies m/z₁, m/z₂ und m/z₃ werden identifiziert, zur Separation von den verbleibenden nicht gewünschten Ionenspezies. Der Fallencontroller 120 kann die Zeiten berechnen, zu denen jede der drei Ionenspezies m/z₁, m/z₂ und m/z₃ den Modulator/Deflektor 110 durchläuft, weil jede dieser Ionenspezies separat eine gesonderte Oszillationsperiode hat. Wie in 2a gezeigt, haben zum Beispiel Ionen einer ersten Spezies mit einem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis m/z₁ eine Oszillationsperiode von t₁ (das heißt Ionen dieser Spezies durchlaufen den Modulator/Deflektor 110 zu den Zeiten T' + t₁, T' + 2t₂, T' + 3t₁). Wie in 2b gezeigt, haben andererseits die Ionen einer zweiten Ionenspezies m/z₂ eine Oszillationsperiode t₂, so dass die Ionen dieser Spezies zu den Zeiten T'' + t₂, T'' + 2t₂, T'' + 3t₂ etc. den Modulator/Deflektor 110 durchlaufen. Wie schließlich in 2c gezeigt, durchlaufen Ionen der dritten Ionenspezies m/z₂ den Modulator/Deflektor 110 mit einer Oszillationsperiode t₃, das heißt zu den Zeiten T''' + t₃, T''' + 2t₃, T''' + 3t₃ etc. Als Konsequenz dieser unterschiedlichen Schwingungsperioden der drei Ionenspezies t₁, t₂ und t₃ versteht es sich natürlich, dass diese unterschiedlichen Ionenspezies den Modulator/Deflektor 110, über eine Ionenseparationsperiode P hinweg, unterschiedlich oft durchlaufen (siehe 2d). In den Ausführungsbeispielen durchlaufen die Ionen des ersten Masse-zu-Ladungs-Verhältnisses m/z₁ über die Zeit P hinweg den Modulator/Deflektor 110 fünf Mal, wohingegen die Ionen der Spezies m/z₂ sieben Mal dem Modulator/Deflektor 110 durchlaufen (2b) und die Ionen der dritten Ionenspezies m/z₃ ihn zehn Mal durchlaufen (2c).
Wie oben erläutert, ist es bevorzugt, obwohl nicht essentiell, dass der Modulator/Deflektor 110 normalerweise angeregt wird, während der Modulator/Deflektor 110 nur dann abgeschaltet wird, wenn die Ionen der drei gewählten Ionenspezies in seiner Nähe sind. Wenn man die 2a, 2b und 2c mit 2d vergleicht (wo jedes der Zeitdiagramme eine gemeinsame Zeitachsenskala und einen gemeinsamen Startpunkt hat), wird ersichtlich, dass der Modulator/Deflektor 110 abgeschaltet wird, kurz bevor die Ionen der dritten Ionenspezies, die ein Masse-zu-Ladungs-Verhältnis m/z₃ haben, in der Nähe dieses Modulators/Deflektors 110 ankommen. Die Ionen der zweiten Spezies m/z₂ haben eine etwas längere Oszillationsdauer t₂, aber sind, während der ersten der in den 2a bis 2d gezeigten Oszillation, den Ionen der dritten Spezies ausreichend nahe, so dass der Modulator/Deflektor 110 abgeschaltet bleibt. Ähnlich ist bei den ersten Spezies mit einem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis m/z₁, die eine noch längere Oszillationsperiode t₁ haben, wobei diese Ionen an dem Modulator/Deflektor 110 unmittelbar nach den Ionen der zweiten Ionenspezies in der ersten Oszillation ankommen, wie in den 2a bis 2d gezeigt. Somit bleibt der Modulator/Deflektor 110 abgeschaltet, um zu erlauben, dass die Ionen der ersten Spezies entlang dem Weg 105 kontinuierlich durchlaufen (1a).
Sobald die Ionen der ersten Ionenspezies den Modulator/Deflektor 110 durchlaufen haben, wird er wieder angeschaltet, so dass Ionen von irgendwelchen anderen Ionenspezies als den drei Ionenspezies m/z₁, m/z₂ oder m/z₃ aus dem Ionenweg 105 hinausgelenkt werden, zur Entfernung aus der EST 80 oder zum Verwerfen, wie oben erläutert.
Nach einer weiteren Zeitperiode wird der Modulator/Deflektor 110 einmal mehr abgeschaltet, da der Fallencontroller 120 berechnet hat, dass Ionen des dritten Masse-zu-Ladungs-Verhältnisses m/z₃ wieder an dem Modulator/Deflektor 110 ankommen werden (2c). Jedoch sind hierbei die Ionen der ersten und zweiten Masse-zu-Ladungs-Verhältnisse bereits von den Ionen des dritten Masse-zu-Ladungs-Verhältnisses ausreichend getrennt, so dass der Modulator/Deflektor 110 etwas später wieder eingeschaltet wird, bevor Ionen der zweiten Spezies ankommen.
Nach einigen wenigen Oszillationen bedeuten jedoch die signifikant unterschiedlichen Schwingungsperioden der Ionen der unterschiedlichen interessierenden Spezies, dass Ionen von einer Spezies sich mit Ionen einer anderen der Spezies fangen, wegen des Abschlusses einer unterschiedlichen Anzahl von Oszillationen. Somit kann man am in 2d markierten Punkt X erkennen, dass die Ionen der zweiten und dritten Spezies angenähert gleichzeitig beide an dem Modulator/Deflektor 110 angekommen sind, obwohl die Ionen der dritten Spezies in der EST eine Runde mehr zurückgelegt haben als die Ionen der zweiten Spezies.
Sobald eine ausreichende Zeit abgelaufen ist, so dass die drei gewünschten Ionenspezies von den restlichen abgetrennt worden sind (das heißt in der bevorzugten Ausführung, wo alle außer den drei Ionenspezies m/z₁, m/z₂ und m/z₃ aus der EST 80 entfernt worden sind), kann der Fallencontroller 120 veranlassen, dass eine andere Spannung an den Modulator/Deflektor 110 angelegt wird, um Ionen von einer oder mehreren der interessierenden Spezies aus dem Ionenweg 105 zu dem Empfänger 125 umzulenken. Wie in 2d gezeigt, veranlasst, zur Zeit Y, der Fallencontroller 120, dass an den Modulator/Deflektor 110 eine Spannung mit der entgegengesetzten Polarität zu jener angelegt wird, die normalerweise angelegt wird, um die ungewünschten Ionenspezies zu entfernen. Diese lenkt nur Ionen der dritten Ionenspezies m/z₃ aus dem Ionenweg 105 zu dem Empfänger 125 um.
Nichtsdestoweniger versteht sich aus dem Vorstehenden, dass durch angemessene Auswahl der Zeit, zu der der Modulator/Deflektor 110 mit dieser entgegengesetzt polarisierten Spannung angeschaltet wird, es möglich ist, mehr als eine Ionenspezies gleichzeitig zu ejizieren. Wenn zum Beispiel, anstatt den Modulator/Deflektor 110 zur in 2d gezeigten Zeit X abzuschalten, eine entgegengesetzt polarisierte Spannung, wie sie etwa zur Zeit Y gezeigt ist, über eine längere Zeitspanne an den Modulator/Deflektor 110 angelegt würde, dann würden die Ionen beider zweiten und dritten Ionenspezies gleichzeitig aus dem Ionenweg 105 zu dem Ionenempfänger 125 ejiziert. Da die Schwingungsperiode aller interessierender Ionen bekannt ist, ist der Fallencontroller 120 in der Lage, vorab eine Zeit zu berechnen, wann Ionen von einer, einigen oder allen interessierenden Ionenspezies in jeglicher Kombination an dem Modulator/Deflektor 110 im Wesentlichen zusammenfallen.
Ein weiterer sich ergebender Vorteil der oben erläuterten Technik ist, dass sie die Umlenkung von interessierenden Ionenspezies an dem Ionenempfänger 125 zu jeder Zeit gestattet, nach der Trennung der interessierenden Ionen von den nicht interessierenden Ionen. Insbesondere erlaubt dies, dass die interessierenden Ionenspezies, gemäß den oben beschriebenen Techniken, zu dem Ionenempfänger 125 umgelenkt werden, um zu gestatten, dass der Ionenempfänger 125 die Ionen entsprechend ihrer Reaktionszeit richtig erfasst, bevor Ionen einer anderen interessierenden Spezies zu ihm hin gelenkt werden. In anderen Worten, die Zeit zwischen dem Ejizieren von zum Beispiel der Ionen der dritten interessierenden Ionenspezies m/z₃ und der anschließenden Zeit der Ejektion der Ionen der zweiten Spezies m/z₂ kann so ausgewählt werden, dass sie größer ist als die Reaktionszeit des Empfängers 125. Wenn zum Beispiel der Empfänger 125 ein Elektronenvervielfacher ist, könnte diese Zeit in der Größenordnung von 10 Mikrosekunden liegen. Somit kann, durch Kenntnis der Zeiten, zu denen unterschiedliche interessierende Ionenspezies den Modulator/Deflektor 110 durchlaufen, der Fallencontroller 120 die Ionenejektionsstrategie berechnen, die sicherstellt, dass jedes der interessierenden Ionenspezies zu dem Ionenempfänger 125 gelenkt wird, zur separaten Detektion mit Zeitintervallen, die größer sind als die Reaktionszeit des Ionenempfängers 125.
Wenn man sich nun den 3a bis 3c zuwendet, ist ein Flussdiagramm gezeigt, das eine bevorzugte Ausführung eines Algorithmus darstellt, der eine mehrfache Ionenisolation und -detektion gestattet.
In Schritt 300 ist ein Verwender oder eine datenabhängige Software in der Lage, eine List von Ionenspezies zu definieren, die innerhalb der EST 80 isoliert werden sollen. Diese Liste aller möglicher Ionen, die isoliert werden könnten, wird typischerweise durch den Bereich von Masse-zu-Ladungs-Verhältnissen eingeschränkt, die in einer einzigen Füllung in die EST 80 injiziert werden können, oder alternativ den Massebereich von Ionen, die durch Ionisierung innerhalb der EST 80 gebildet werden. Anstatt die Liste von Ionenspezies, die isoliert werden können, einzuschränken, das heißt, das „Menü” von Ionenspezies gemäß dem, was in der EST 80 zur Verfügung steht, könnte jedoch, als weitere Erweiterung, der Fallencontroller 120 stattdessen den Rest des Massenspektrometers 10 ansteuern, um den Massebereich von Ionen zu definieren, die in die EST 80 injiziert werden sollen (oder darin gebildet werden sollen), als Resultat der vom Verwender zur Analyse ausgewählten Ionen.
Sobald eine Liste von interessierenden Ionenspezies vom Benutzer identifiziert worden ist, berechnet in Schritt 310 der Fallencontroller 120 die Flugzeit als Funktion der Anzahl von Reflektionen, K, des Masse-zu-Ladungs-Verhältnisses jeder identifizierten Ionenspezies, und zusätzlichen Variablen W, wie etwa zum Beispiel der in die Falle injizierten Ionen. Mathematisch kann man dies ausdrücken als TOF (K, m/z, W). Der Fallencontroller berechnet auch die Spreizung in den Flugzeiten jeder identifizierten Ionenspezies, mathematisch ausgedrückt als ΔTOF (K, m/z, W). In beiden Fällen können die Werte TOF und ΔTOF unter Verwendung von Kalibrierungs-/theoretischen Daten erhalten werden, wie oben beschrieben worden ist. Dann wird in Schritt 320 die minimale Anzahl von Reflektionen K_min berechnet, in Abhängigkeit von der erforderlichen Auflösung R. Wiederum kann dies mathematisch ausgedrückt werden als K_min (R, m/z, W).
Die gesamte Erfassungsdauer T wird dann in „Chargen” jeweils mit der Breite dT unterteilt. Die Breite jeder Charge dT wird auf die Schaltseite des Modulators/Deflektors 110 bezogen und kann zum Beispiel auf der Basis der Ansteigszeit von 10 bis 90% der Spitzenablenkspannung bestimmt werden. Wie in Schritt 330 gezeigt, wird jede Charge mit einem Nullwert initiiert (die Bedeutung des Flagwerts wird unten weiter erläutert).
In Schritt 340 von 3A ist eine erste Wiederholungsschleife 340 gezeigt.
Der Fallencontroller 120 durchläuft diese Schleife für jeden Wert von K von 1 bis i, und für jedes Masse-zu-Ladungs-Verhältnis der gewählten Ionenspezies (m/z₁ bis m/z_j). In jedem Fall, wenn TOF (K, m/z, W) +/–ΔTOF (K, m/z, W) in eine der n Zeitchargen fällt, dann wird dieser Zeitcharge ein Wert von 1 zugeordnet, wenn das Flag in dieser Charge zu dieser Zeit vorab Null ist, und wenn das Chargenflag bereits auf 1 gesetzt ist (weil die Zeitcharge bereits von Null auf 1 gesetzt worden ist, weil ein anderes TOF (K, m/z, W) +/–ΔTOF (K, m/z, W) in diese Charge fällt, dann wird das Chargenflag auf 2 weitergeschaltet. Wenn jedoch das Chargenflag bereits auf 2 gesetzt worden ist, wird darüber hinaus nicht weitergeschaltet. Das Vorhandensein eines Flags 2 in einer bestimmten Zeitcharge bezeichnet eine Interferenz zwischen zwei Ionenspezies, das heißt gibt an, wo zwei unterschiedliche Ionenspezies zu einer bestimmten Zeit am Modulator/Deflektor 110 zusammenfallen würden.
Sobald die Schleife 340 beendet worden ist, werden die Chargenflagdaten in Schritt 350 (3b) nachverarbeitet, um schlecht aufgelöste Peaks zu korrigieren. Wenn zum Beispiel zwei unterschiedliche Nicht-Null-Werte (das heißt 1 oder 2) aufeinanderfolgen oder sie durch nur eine Null voneinander getrennt sind, dann wird in diesem Fall allen Zeitchargen innerhalb dieses Bereichs schlechter Auflösung ein Flag von 2 zugeordnet.
In Schritt 360 wird eine zweite Schleife initiiert. Für jede vom Verwender gewählte Ionenspezies (m/z₁ bis m/z_j) und für alle K cvon einem Minimalwert K_min bis zu K_i wird der Schwerpunkt TOF (K, m/z, W) berechnet, bis zur Zeit T (der Erfassungsdauer). In Schritt 370 ordnet dann der Fallencontroller 120 jedem m/z eine entsprechende Zeitcharge dT zu, wenn diese Charge einen Wert von 1 hat.
Dann wird durch den Fallencontroller 120 eine letzte Bearbeitungsschleife 380 initiiert. Allgemein ausgedrückt, hat diese Bearbeitungsschleife zum Ziel, einen optimierten Teilsatz der Liste aller zu isolierenden Ionenspezies zu identifizieren, mit Schwingungsperioden (oder irgendeinem anderen Parameter), die in Anpassung an die Auflösung des Empfängers 125 (oder einer weiteren Stufe der Ionenverarbeitung) ausreichend voneinander getrennt sind. Zum Beispiel könnte es sein, dass sich nicht alle Spezies, an deren Messung der Verwender interessiert ist, in der Lage sein können, innerhalb der Auffangzeit T ausreichend trennen lassen, um zwischen diesen einen ausreichenden Zeitabstand zu bekommen. Diese Bearbeitungsschleife 380 bestimmt, welche Spezies ausreichend abgetrennt werden kann, und somit welche innerhalb einer Füllung der EST 80 gemessen werden kann. Natürlich können, wie oben beschrieben, beliebige Ionen, welche von jener Spezies sind, die der Benutzer letztlich zu analysieren wünscht, abgetrennt und anderswo gespeichert werden, zur Rückinjektion in die EST 80 in nachfolgenden Zyklen. Somit kann die Bearbeitungsschleife 380 die Gruppe von zum Beispiel 20 interessierenden Ionenspezies in vier Teilsätze von fünf Ionenspezies unterteilen, wobei jeder der Teilsätze maximal separierte Schwingungsperioden der Ionen darin aufweist. Es muss verdeutlicht werden, dass die Anzahl der Ionenspezies in jedem Teilsatz, die Anzahl der Teilsätze usw. insgesamt eine Sache der konstruktiven Auswahl ist, die von solchen Parametern abhängig ist, aber darauf nicht beschränkt ist, wie etwa die Auflösung des Massenspektrometers 10, die akzeptablen Gesamtbearbeitungszeiten des Ions, die Probenabundanz usw.
Wenn man im näheren Detail auf die Prozessschleife 380 blickt, sieht man in 3B, dass jede Zeitcharge derart bearbeitet wird, dass eine Zeitchargensequenz identifiziert wird, worin, falls möglich, zumindest eine Zeitcharge für jede Ionenspezies, deren Flag auf 1 gesetzt ist, von allen anderen Zeitchargen, deren Flag gleich 1 ist, durch einen Betrag dT_det separiert wird, der die Zeitauflösung des Detektors ist und der viel größer sein könnte als die Breite jeder Zeitcharge. Es ist unwahrscheinlich, dass sich alle vom Verwender ausgewählten Spezies zeitlich ausreichend separieren lassen, wobei in diesem Fall mittels dieses Verfahrens so viel wie möglich gefunden werden. Sobald die Ejektionszeitchargen für die erfolgreichen Spezies bekannt sind, werden alle anderen das Flag 1 enthaltenden Chargen auf Flag 2 gesetzt, um die Ionen weiter durchzulassen, zur späteren Ejektion derselben auf den Detektor. Es könnte notwendig werden, verschiedene unterschiedliche Kombinationen auszuprobieren, um die Anzahl von Ionen zu maximieren, die innerhalb des Teilsatzes der Gesamtliste der interessierenden Ionen detektiert werden können. Wenn bestimmt wird, dass keine der Kombinationen erlaubt, zumindest eines der Ionenspezies aus der vom Verwender eingegebenen Liste zu detektieren, dann werden diese Spezies zur späteren Abfrage in nachfolgenden Zyklen belassen.
Schließlich wird, sobald die Bearbeitungsschleife 380 abgeschlossen worden ist und die optimierte Gruppierung der Ionenspezies identifiziert worden ist, diese letzte Sequenz dazu benutzt, die Triggersequenz zu erzeugen (wie etwa jene, die in 2d gezeigt ist), welche den Modulator/Deflektor 110 auslöst. Insbesondere wird eine Null in der letzten Sequenz das ablenken auf einen Strahlenabsorber (Abfall), der in 1 nicht gezeigt ist, auslösen. Eine „1” löst die Ablenkung auf den Empfänger 125 aus. Schließlich bedeutet eine „2”, dass keine Ablenkung stattfinden sollte, das heißt das Ion ohne Ablenkung durchgelassen werden sollte.
Als Alternative könnte natürlich eine Ablenkung auf den Empfänger 125 durch einen zweiten Modulator/Deflektor 110 erfolgen (in 1a nicht gezeigt). In diesem Fall könnten die oben identifizierten Signale in zwei Sequenzen von Triggern aufgeteilt werden, deren jede nur Nullen und 1en aufweist.
Obwohl eine spezifische Ausführung der vorliegenden Erfindung beschrieben worden ist, versteht es sich, dass vom Fachkundigen zahlreiche Modifikationen und Verbesserungen in Betracht gezogen werden könnten.

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Ionenfallenanordnung umfassend eine Ionenfalle mit Mehrfachreflektion oder geschlossener Umlaufbahn, welches die Schritte umfasst: (a) Injizieren verschiedener Ionenspezies, die einen übergeordneten Satz von Ionenspezies bilden, in die Ionenfalle und Identifizieren einer Mehrzahl n (≥ 2) von interessierenden Ionenspezies aus dem übergeordneten Satz der in die Ionenfalle injizierten oder darin gebildeten Ionenspezies, wobei jede der identifizierten Spezies entlang einem Weg innerhalb der Ionenfalle isochronen Oszillationen oder Umläufen unterliegt, wobei die Oszillationen oder Umläufe eine Perioden haben, die für das jeweilige Masse-zu-Ladungs-Verhältnis m/z_n dieser Spezies charakteristisch ist, und wobei die Periode für jede der n identifizierten Spezies unterschiedlich ist; (b) Umschalten eines Ionengatters, das in oder benachbart der Ionenfalle angeordnet ist, zwischen einem ersten Gatterzustand, in dem Ionen der identifizierten Spezies, die entlang dem Weg entlang der Ionenfalle laufen, entlang einem ersten Ionenweg geleitet werden, und einem zweiten Gatterzustand, in dem Ionen der nicht identifizierten Spezies, die entlang dem Weg innerhalb der Ionenfalle laufen, entlang einem zweiten vom ersten Weg unterschiedlichen Weg geleitet werden; wobei das Ionengatter zu einer Mehrzahl von Zeiten T_x (x = 1, 2, ...) in den ersten Gatterzustand geschaltet wird, wobei ein erster Teilsatz dieser Zeiten T_a (a ≥ 1) durch die charakteristische Periode von Ionen einer ersten der n identifizierten Spezies bestimmt wird, ein zweiter Teilsatz dieser Zeiten T_b (b ≥ 1) sich von dem ersten Teilsatz unterscheidet und durch die unterschiedliche charakteristische Periode von Ionen einer zweiten der n identifizierten Spezies bestimmt wird, und so weiter für jede weitere (n – 2) der n identifizierten Spezies; wodurch die Ionen der identifizierten Spezies von den Ionen der nicht identifizierten Spezies separiert werden.
Das Verfahren nach Anspruch 1, worin das Ionengatter ein selektiv aktivierbarer Ionendeflektor ist, wobei Schritt (b) des Umschaltens des Ionengatters umfasst, den Deflektor zu den Zeiten T_x zu deaktivieren, um den ersten Gatterzustand zu erzeugen, in dem die Ionen der identifizierten Spezies entlang dem ersten Ionenweg geleitet werden, der in einer nicht abgelenkten Richtung relativ zur Ankunftsrichtung an dem Deflektor ist, und den Deflektor zu anderen Zeiten zu aktivieren, um den zweiten Gatterzustand zu erzeugen, in dem die Ionen der nicht identifizierten Ionenspezies entlang dem zweiten Ionenweg geleitet werden, der von dem ersten Ionenweg weg abgelenkt ist.
Das Verfahren nach Anspruch 1, worin das Ionengatter ein selektiv aktivierbarer Ionendeflektor ist, wobei der Schritt (b) des Umschaltens des Ionengatters umfasst, den Deflektor zu den Zeiten T_x zu aktivieren, um den ersten Gatterzustand zu erzeugen, in dem die Ionen der identifizierten Spezies entlang dem ersten Ionenweg geleitet werden, und den Deflektor zu anderen Zeiten zu deaktivieren, um den zweiten Gatterzustand zu erzeugen, in dem Ionen der nicht identifizierten Spezies entlang dem zweiten Ionenweg geleitet werden, der in einer nicht abgelenkten Richtung relativ zur Ankunftsrichtung an dem Deflektor ist, und wobei der erste Ionenweg von dem zweiten Ionenweg weg abgelenkt ist.
Das Verfahren nach Anspruch 2, das ferner umfasst, die Ionen, die entlang dem zweiten Weg gelenkt werden, aus der Falle auszuwerfen.
Das Verfahren nach Anspruch 2 oder Anspruch 4, wobei die Ionen, die entlang dem zweiten Ionenweg gelenkt werden, verworfen werden.
Das Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Ionen fortlaufend verworfen werden.
Das Verfahren nach Anspruch 2 oder Anspruch 4, das ferner umfasst, zumindest einige der Ionen, die entlang dem zweiten Ionenweg gelenkt werden, aufzufangen.
Das Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Schritt des Auffangens zumindest einiger der Ionen umfasst, diese Ionen in einer Ionenspeichervorrichtung zu speichern, die sich außerhalb der Ionenfalle befindet.
Das Verfahren nach Anspruch 8, das ferner in einem zweiten Analysezyklus umfasst: (c) Wiedereinführen zumindest einiger der Ionen, die außerhalb der Ionenfalle gespeichert sind und die nicht vorher die identifizierten Ionenspezies waren, in die Ionenfalle und Identifizieren einer neuen Mehrzahl n (≥ 2) von interessierenden Ionenspezies; und (d) Wiederholen von Schritt (b) in Bezug auf die neuen identifizierten Ionen, die von der externen Speichervorrichtung in die Ionenfalle wiedereingeführt wurden.
Das Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Schritt a) des Identifizierens einer Mehrzahl n von interessierenden Ionenspezies umfasst: (e) Selektieren einer Mehrzahl p (> n) von Ionenspezies zur Analyse aus dem übergeordneten Satz von Ionenspezies; und (f) Identifizieren aus dieser Mehrzahl p von Ionenspezies eines Teilsatzes von n Ionenspezies zur Bearbeitung in dem ersten Analysezyklus; und wobei Schritt b) des Separierens umfasst: (g) Separieren der Ionen der n identifizierten Spezies von den Ionen der restlichen (p – n) Spezies; und wobei Schritt (c) des Wiedereinführens umfasst: (h) Wiedereinführen von Ionen der (p – n) Spezies zur Analyse in einem oder mehreren nachfolgenden Zyklen in die Ionenfalle.
Das Verfahren nach Anspruch 10, worin der Schritt (f) des Identifizierens des Teilsatzes von n Ionenspezies umfasst, unter Verwendung eines Ionenseparationsoptimierungskriteriums den Teilsatz von n Ionenspezies zu selektieren, wobei das Ionenseparationsoptimierungskriterium auf dem Separationsbetrag zwischen den charakteristischen Perioden der unterschiedlichen Ionen in der gewählten Mehrzahl p von Ionenspezies basiert, wobei das Ionenseparationsoptimierungskriterium danach strebt, die Separation in Ionenoszillation oder Umlaufperioden der Ionen der n identifizierten Ionenspezies zu maximieren.
Das Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, das ferner umfasst, die identifizierten Ionenspezies zu detektieren.
Das Verfahren nach Anspruch 12, das ferner umfasst, die Ionen der identifizierten Ionenspezies zu einem Ionenempfänger wie etwa einem Ionendetektor zu lenken, sobald sie zumindest teilweise von den nicht identifizierten Ionenspezies separiert worden sind.
Das Verfahren nach Anspruch 13 in Verbindung mit Anspruch 2, wobei der Schritt des Lenkens der Ionen der identifizierten Ionenspezies zu einem Ionenempfänger umfasst, das Ionengatter in einen dritten Gatterzustand zu einer Zeit zu schalten, zu der Ionen zumindest einer der identifizierten Spezies sich in der Nähe des Ionengatters befinden, wobei der dritte Gatterzustand bewirkt, dass die Ionen zu dem Ionenempfänger gelenkt werden.
Das Verfahren nach Anspruch 14, wobei, trotz der gesonderten charakteristischen Periode jeder der n identifizierten Ionenspezies zwei oder mehr der Ionenspezies gleichzeitig an dem Ionengatter ankommen, als Folge davon, dass die Ionen jeder der gesonderten Ionenspezies unterschiedlichen Anzahlen von Oszillationen der Ionenfalle unterliegen, wobei das Verfahren ferner umfasst: (j) Bestimmen einer Zeit, wenn m (≥ 2, aber ≤ n) der n identifizierten Ionenspezies an dem Ionengatter gleichzeitig ankommen, basierend auf den charakteristischen Perioden dieser identifizierten Ionen; und (k) Schalten des Ionengatters in den dritten Gatterzustand zu der Zeit, wenn bestimmt wird, dass jede der m identifizierten Ionenspezies in der Nähe des Ionengatters sind, um jede der m identifizierten Ionenspezies gleichzeitig zu dem Ionenempfänger zu lenken.
Das Verfahren nach Anspruch 15, das ferner umfasst: Ausführen der Schritte (j) und (k) in Bezug auf die m identifizierten Spezies während eines ersten Zeitintervalls; und Wiederholen der Schritte (j) und (k) in Bezug auf weitere p (≥ 2) der n identifizierten Spezies während eines zweiten Zeitintervalls im Anschluss an das erste Zeitintervall.
Das Verfahren nach Anspruch 15, das ferner umfasst: Ausführen der Schritte (j) und (k) in Bezug auf die m identifizierten Spezies während eines ersten Zeitintervalls; und Identifizieren einer Zeit während eines zweiten Zeitintervalls im Anschluss an das erste Zeitintervall, die auf derjenigen charakteristischen Periode der identifizierten Ionenspezies beruht, zu der eine einzelne der n identifizierten Ionenspezies, die nicht eine der m identifizierten Ionenspezies ist, in der Nähe des Ionengatters ist; Schalten des Ionengatters in den dritten Gatterzustand während des zweiten Zeitintervalls, wenn die Ionen dieser einzelnen Ionenspezies in der Nähe des Ionengatters sind, um nur diese Ionen zu dem Ionenempfänger zu lenken.
Das Verfahren nach Anspruch 17, das ferner umfasst: (l) identifizieren einer Zeit, basierend auf den charakteristischen Perioden der identifizierten Ionenspezies, worin nur eine gewählte der n identifizierten Spezies in der Nähe des Ionengatters ist; und (m) Schalten des Ionengatters in den dritten Gatterzustand, wenn die Ionen dieser gewählten einen der n Spezies in der Nähe des Ionengatters sind, um diese Ionen zu dem Ionenempfänger hinzulenken.
Das Verfahren nach Anspruch 18, das ferner umfasst: Ausführen der Schritte (l) und (m) in Bezug auf die einzelne identifizierte Ionenspezies während eines ersten Zeitintervalls; Wiederholen der Schritte (l) und (m) in einem zweiten Zeitintervall im Anschluss an das erste Zeitintervall und im Bezug auf eine andere der n identifizierten Spezies.
Das Verfahren nach Anspruch 19, das ferner umfasst: Ausführen der Schritte (l) und (m) in Bezug auf die einzelne identifizierte Ionenspezies während eines ersten Zeitintervalls; Bestimmen einer Zeit während eines zweiten Zeitintervalls im Anschluss an das erste Zeitintervall, während der m (≥ 2; m ≤ n) der n identifizierten Ionenspezies an dem Ort des Ionengatters gleichzeitig ankommen werden, basierend auf den charakteristischen Perioden der n identifizierten Ionen; und Schalten des Ionengatters in den dritten Gatterzustand zu der Zeit, zu der bestimmt wird, dass jede der m identifizierten Ionenspezies in der Nähe des Ionengatters sind, um jede der m identifizierten Ionenspezies gleichzeitig zu dem Ionenempfänger zu lenken.
Das Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst, zumindest einige der Ionen der identifizierten Spezies zu fragmentieren oder zumindest einige der Ionen der nicht identifizierten Spezies zu fragmentieren, und in einem zweiten Analysezyklus (c) Wiedereinführen zumindest einiger der fragmentierten Ionen in die Ionenfalle und Identifizieren einer neuen Mehrzahl n (≥ 2) von interessierenden Ionenspezies; und (d) Wiederholen von Schritt (b) in Bezug auf diese Ionen.
Verfahren zum Erfassen eines kontinuierlichen oder nahezu kontinuierlichen Massenspektrums über einen gewünschten m/z-Bereich, der eine Mehrzahl von interessierenden Ionenspezies enthält, durch Betreiben einer Ionenfallenanordnung umfassend eine Ionenfalle mit Mehrfachreflektion oder geschlossener Umlaufbahn, welches die Schritte umfasst: (a) Injizieren verschiedener Ionenspezies, die einen übergeordneten Satz von Ionenspezies bilden, in die Ionenfalle und Identifizieren von n (≥ 2) Ionenspezies aus dem übergeordneten Satz der in die Ionenfalle injizierten oder darin gebildeten Ionenspezies, wobei jede der identifizierten Spezies entlang einem Weg innerhalb der Ionenfalle isochronen Oszillationen oder Umläufen unterliegt, wobei die Oszillationen oder Umläufen eine Periode haben, die für das jeweilige Masse-zu-Ladungs-Verhältnisses m/z_n dieser Spezies charakteristisch ist, und wobei die Periode für jede der n identifizierten Spezies unterschiedlich ist; (b) Umschalten eines Ionengatters, das in oder benachbart der Ionenfalle angeordnet ist, zwischen einem ersten Gatterzustand, in dem Ionen der identifizierten Spezies, die entlang dem Weg entlang der Ionenfalle laufen, entlang einem ersten Ionenweg geleitet werden, und einem zweiten Gatterzustand, in dem Ionen der nicht identifizierten Spezies, die entlang dem Weg innerhalb der Ionenfalle laufen, entlang einem zweiten vom ersten Weg unterschiedlichen Weg geleitet werden zur weiteren Speicherung oder zum Verwerfen; wobei das Ionengatter zu einer Mehrzahl von Zeiten T_x (x = 1, 2, ...) in den ersten Gatterzustand geschaltet wird, wobei ein erster Teilsatz dieser Zeiten T_a (a ≥ 1) durch die charakteristische Periode von Ionen einer ersten der n identifizierten interessierenden Spezies bestimmt wird, ein zweiter Teilsatz dieser Zeiten T_b (b ≥ 1) sich von dem ersten Teilsatz unterscheidet und durch die unterschiedliche charakteristische Periode von Ionen einer zweiten der n identifizierten Spezies bestimmt wird, und so weiter für jede weitere (n – 2) der n identifizierten Spezies; Wiederholen der Schritte (a) und (b) für einen zweiten übergeordneten Satz von Ionenspezies, die in die Ionenfalle injiziert oder darin gebildet sind, um hierdurch p (≥ 2) Ionenspezies zu identifizieren, die sich von den im ersten übergeordneten Satz identifizierten n Ionenspezies unterscheiden im Bezug auf Änderungen der Gatterzeiten T_a und T_b; und optional Wiederholen der Schritte (a) und (b) für weitere übergeordnete Sätze von Ionenspezies, bis alle interessierenden Ionenspezies aus den übergeordneten Sätzen von Ionenspezies innerhalb der Ionenfalle identifiziert worden sind.
Das Verfahren nach Anspruch 22, wobei eine maximale Anzahl von Oszillationen oder Umläufen spezifiziert wird, und wobei Ionen aus jedem übergeordneten Satz gemäß dem Kriterium identifiziert werden, ob sie von Ionenspezies mit benachbarten m/z_n aufgelöst werden.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 22 oder 23, wobei die Ionen der identifizierten Spezies jedes übergeordneten Satzes entlang dem ersten Weg zu einer Detektionsvorrichtung gelenkt werden.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 24, wobei jeder übergeordnete Satz von Ionenspezies von einer Ionenquelle in die Ionenfalle injiziert wird.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 24, wobei Ionen der nicht identifizierten Spezies entlang dem zweiten Weg zur weiteren Speicherung gelenkt werden und anschließend als der nächste übergeordnete Satz von Ionenspezies in die Ionenfalle wiedereingeführt werden.
Ionenfallenanordnung, umfassend eine Ionenfalle mit Mehrfachreflektion oder geschlossener Umlaufbahn, umfassend: eine Ionenfalle; eine Elektrodenanordnung, die ein Ionengatter enthält, das in oder benachbart der Ionenfalle angeordnet ist, wobei das Ionengatter schaltbar ist zwischen einem ersten Gatterzustand, in dem Ionen, wenn sie einem Weg innerhalb der Ionenfalle folgen, entlang einem ersten Ionenweg geleitet werden, und einem zweiten Gatterzustand, in dem Ionen, wenn sie einem Weg innerhalb der Ionenfalle folgen, entlang einem zweiten Ionenweg geleitet werden; und einen Systemcontroller, der angeordnet ist, um innerhalb eines übergeordneten Satzes von Ionenspezies, die in die Ionenfalle eingeführt oder darin gebildet wurden, eine Mehrzahl n (≥ 2) von interessierenden Ionenspezies zu identifizieren, wobei jede der n identifizierten Ionenspezies isochronen Oszillationen oder Umläufen entlang dem Weg innerhalb der Ionenfalle unterliegt wobei die Oszillationen oder Umläufe eine Periode haben, die für das jeweilige Masse-zu-Ladungs-Verhältnis m/z_n dieser Spezies charakteristisch ist, und wobei die Periode für jede der n identifizierten Spezies unterschiedlich ist, wobei der Systemcontroller ferner angeordnet ist, um das Ionengatter zu einer Mehrzahl von Zeiten T_x in den ersten Gatterzustand zu schalten, wobei ein erster Teilsatz dieser Zeiten T_a (a ≥ 1) durch die charakteristische Periode von Ionen einer ersten der n identifizierten Spezies bestimmt wird, ein zweiter Teilsatz dieser Zeiten T_b (b ≥ 1) sich von dem ersten Teilsatz unterscheidet und durch die unterschiedliche charakteristische Periode von Ionen einer zweiten der n identifizierten Ionen bestimmt wird, und so weiter für jede weitere (n – 2) der n identifizierten Spezies; wodurch die Ionen der identifizierten Spezies von den Ionen der nicht identifizierten Spezies separiert werden.
Die Ionenfallenanordnung nach Anspruch 27, wobei der Systemcontroller angeordnet ist, um das Ionengatter so anzusteuern, dass die Ionen der n identifizierten Ionenspezies entlang dem ersten Ionenweg zu einem Teil der Elektrodenanordnung geleitet werden, was wiederum bewirkt, dass die Ionen der n identifizierten Ionenspezies ihre oszillatorische oder Umlaufbewegung innerhalb der Ionenfalle beibehalten, wogegen Ionen der nicht identifizierten Spezies entlang dem zweiten Ionenweg zu einem Ionenoptiksystem geleitet werden, was verhindert, dass diese Ionen der nicht identifizierten Spezies ihre oszillatorische oder Umlaufbewegung in der Ionenfalle beibehalten.
Die Ionenfallenanordnung nach Anspruch 28, wobei das Ionengatter angeordnet ist, um zu bewirken, dass den Ionen der nicht identifizierten Spezies, die entlang dem zweiten Weg geleitet werden, erlaubt wird, die Ionenfalle zu verlassen oder auf einen Teil der Ionenfalle aufzutreffen, so dass sie verloren gehen.
Die Ionenfallenanordnung nach einem der Ansprüche 27 bis 29, wobei das Ionengatter eine Erregungselektrode und eine Stromversorgung dafür aufweist, und wobei der Systemcontroller angeordnet ist, um zu bewirken, dass die Stromversorgung das Ionengatter selektiv anregt, um es in den zweiten Gatterzustand zu versetzen, in dem die nicht identifizierten Ionen entlang dem zweiten Ionenweg geleitet werden.
Die Ionenfallenanordnung nach Anspruch 30, wobei der Systemcontroller angeordnet ist, um zu bewirken, dass die Stromversorgung die Erregungselektrode abschaltet, wenn die Ionen der n identifizierten Spezies in der Nähe des Ionengatters sind, um den Durchgang dieser n Ionenspezies durch das Ionengatter ohne Anregung zu erlauben.
Massenspektrometer, das die Ionenfallenanordnung nach einem der Ansprüche 27 bis 31 in Kombination mit einer Ionendetektionsanordnung aufweist, wobei der Systemcontroller angeordnet ist, um das Ionengatter in einen Ionendetektionszustand zu schalten, nachdem die n identifizierten Ionenspezies von den nicht identifizierten separiert worden sind, und zwar zu einer Zeit, wenn durch den Systemcontroller bestimmt wird, dass m der n Spezies der gefangenen Ionen in der Nähe des Ionengatters sein werden (m ≥ 1; wobei, wenn das Ionengatter im Ionendetektionszustand ist, die m Ionenspezies in der Nähe des Ionengatters zu der Ionendetektionsanordnung zur dortigen Detektion gelenkt werden.
Das Massenspektrometer nach Anspruch 32, wobei die Ionendetektionsanordnung außerhalb der Ionenfalle angeordnet ist.
Das Massenspektrometer nach Anspruch 32, wobei die Ionendetektionsanordnung innerhalb oder benachbart der Elektrodenanordnung der Ionenfalle angeordnet ist.
Das Massenspektrometer nach einem der Ansprüche 32 bis 34, das ferner eine Ionenquelle zum Erzeugen von Ionen aufweist.