DE112012005416T5

DE112012005416T5 - Kollisionszelle für Tandem-Massenspektrometrie

Info

Publication number: DE112012005416T5
Application number: DE201211005416
Authority: DE
Inventors: Alexander Alekseevich Makarov
Original assignee: Thermo Fisher Scientific Bremen GmbH
Current assignee: Thermo Fisher Scientific Bremen GmbH
Priority date: 2011-12-22
Filing date: 2012-12-20
Publication date: 2014-08-28
Anticipated expiration: 2032-12-21
Also published as: WO2013092923A2; GB2511454A; GB2497948A; US9147563B2; US20160020076A1; DE112012005416B4; US20150021472A1; WO2013092923A3; US9685309B2; GB201122179D0; GB201409659D0; GB2511454B

Abstract

Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Tandem-Massenspektrometrie ist offenbart. Vorläuferionen werden fragmentiert, und parallel dazu werden die Fragmente angesammelt, indem ein ankommender Strom an Ionen aus einer Ionenquelle (10) in eine zeitlich getrennte Abfolge von mehreren Vorläuferionen umgewandelt wird, die dann ihrem jeweils eigenen besonderen Kanal einer Kollisionszelle mit mehreren Sektoren (40) zugeordnet werden. Auf diese Weise können dann Vorläuferionenspezies, die ihren eigens zugeordneten Fragmentierungszellkammern (41, 42...43) innerhalb der Fragmentierungszelle (40) zugewiesen sind, eingefangen und von dieser zugeordneten Fragmentierungskammer bei optimalen Energie- und/oder Fragmentierungsbedingungen fragmentiert werden.

Description

Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft eine Kollisionszelle für ein Tandem-Massenspektrometer, ein Tandem-Massenspektrometer, das eine Kollisionszelle umfasst, und ein Verfahren zur Tandem-Massenspektrometrie.
Hintergrund der Erfindung
Tandem-Massenspektrometrie (MS/MS) ist ein bewährtes Verfahren zur Verbesserung des Durchsatzes der Massenanalyse bei einem Massenspektrometer. Traditionell wird ein Vorläufer nach dem anderen ausgewählt, einer Fragmentierung unterzogen und sein Fragment dann im selben oder einem darauffolgenden Massenanalysator analysiert. Bei der Analyse komplexer Gemische (wie sie z. B. für die Proteomik, die Umwelt- und Nahrungsmittelanalyse typisch sind) müssen in einem begrenzten Zeitraum so viele Vorläufer analysiert werden, dass nicht genügend Zeit vorhanden ist, um ein gutes Signal-Rausch-Verhältnis für jeden der Vorläufer zu erzielen. Folglich wurden Tandem-Massenspektrometrie-Verfahren entwickelt. Hierbei wird ein einfallender Ionenstrahl in Pakete gemäß ihrem Masse-zu-Ladung-Verhältnis (m/z) aufgeteilt, und ein Paket wird dann ohne Verlust eines weiteren Pakets oder parallel zu einem weiteren Paket fragmentiert.
Das Aufspalten des Ionenstrahls in Pakete kann mit einer Scanvorrichtung vorgenommen werden, die Ionen aus einem breiten Massenbereich speichert (wie z. B. eine 3D-Ionenfalle: siehe z. B. die WO-A-03/03010 , oder eine lineare Falle mit radialer Injektion, wie z. B. in der US-B-7.157.698 ). Alternativ dazu kann das Aufspalten des Ionenstrahls auch durch die Verwendung eines gepulsten Ionenbeweglichkeitsspektrometers (wie z. B. in der WO-A-00/70335 oder der US-B-6.906.319 offenbart), durch ein lineares Flugzeitmassenspektrometer, wie es in der US-B-5.206.508 gezeigt wird, oder unter Verwendung eines Multi-Reflection-Flugzeitmassenspektrometers (siehe z. B. die WO-A-2004/008481 ) erzielt werden. Als noch eine weitere Alternative kann die Ionenstrahlspaltung entlang einer räumlichen Koordinate erreicht werden, wie sie z. B. in der US-B-7.041.968 und der US-B-7.947.950 offenbart ist.
In jedem Fall folgt auf die erste Stufe der Massenanalyse rasche Fragmentierung, typischerweise in einer Kollisionszelle (vorzugsweise mit einem axialen Gradienten) oder durch einen gepulsten Laser. Die resultierenden Fragmente werden (vorzugsweise durch den Einsatz eines weiteren TOF) in einer viel kürzeren Zeitspanne analysiert als die Scandauer (sogenannte „verschachtelte Zeiten”).
Dieser Ansatz ermöglicht einen Durchsatz ohne Beeinträchtigung der Empfindlichkeit. Bei einem traditionelleren Mehrkanal-MS/MS-Verfahren hingegen wird eine Anzahl von parallelen Massenanalysatoren (typischerweise Ionenfallen) dazu verwendet, je einen Vorläufer auszuwählen. Die resultierenden Fragmente werden dann zu einem individuellen Detektor (z. B. der in der US-B-5.206.506 gezeigten Ionenfallenanordnung oder den Mehrfachfallen aus der US-B-6.762.406 ) ausgerastert. Weitere alternative Anordnungen, wie sie z. B. in der US-B-6.586.727 , der US-B-6.982.414 oder der US-B-7.759.638 gezeigt werden, erfassen sämtliche Fragmente aus allen Vorläufern gleichzeitig in einem Spektrum, das dann anschließend entfaltet wird. Solchen traditionellen Verfahren mangelt es jedoch inhärent am Dynamikbereich, und sie haben Herausforderungen bezüglich der Identifizierungsverlässlichkeit zu bewältigen.
Die stark begrenzte Zeit, die in dem Ansatz der „verschachtelten Zeiten” der obigen Verfahren jedem Fragmentscan zugewiesen ist (typischerweise 10 bis 20 μs), beinhaltet besondere Herausforderungen. Insbesondere kann der Ansatz der „verschachtelten Zeiten”, der das Aufspalten von Ionenpaketen in Zeit oder Raum beinhaltet, inhärent keine Hochleistungsanalyse der erhaltenen Fragmente bereitstellen. Die Scanzeit zu erhöhen würde das analytische Leistungsverhalten der Vorläuferisolierung weiter beeinträchtigen, das ohnedies im Vergleich zu routinemäßiger aktueller MS/MS bereits recht schwach ist. Außerdem ist der Ansatz der „verschachtelten Zeiten” mit zunehmend beliebten „langsamen” Verfahren der Fragmentierung nicht vereinbar, z. B. mit Elektronentransferdissoziation (ETD), die, damit Fragmentierung stattfindet, bis zu einigen zig Millisekunden benötigen. Schließlich hebelt die geringe Transmission des Endstufen-Orthogonalbeschleunigungs-TOF alle durch die Beseitigung von Verlusten bei der Vorläuferauswahl erlangten Vorteile wieder aus.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Probleme mit dem Stand der Technik versucht die vorliegende Erfindung zu bewältigen.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Tandem-Massenspektrometrie wie in Anspruch 1 dargelegt bereitgestellt.
Somit ermöglicht die vorliegende Erfindung in einem ersten Aspekt die Fragmentierung von Vorläuferionen und die Ansammlung der Fragmente parallel dazu durch das Umwandeln eines hereinkommenden Ionenstroms aus einer Ionenquelle in eine zeitlich getrennte Abfolge mehrerer Vorläuferionen, die dann ihrem jeweils eigenen besonderen Kanal einer Kollisionszelle mit mehreren Sektoren zugeordnet werden. Auf diese Weise können dann Vorläuferionenspezies, die ihren eigens zugeordneten Fragmentierungszellkammern innerhalb der Fragmentierungszelle zugewiesen sind, eingefangen und von dieser zugeordneten Fragmentierungskammer bei optimalen Energie- und/oder Fragmentierungsbedingungen fragmentiert werden.
Es versteht sich, dass die Erfindung gleichermaßen sowohl auf einzelne Ionenspezies (die jeweils separat ihrer eigenen ausgewählten Fragmentierungszellkammer zugewiesen sind), auf einen kontinuierlichen Massenbereich, der eine Untergruppe des breiteren Massenbereichs aus der Ionenquelle ausbildet, als auch sogar auf eine Auswahl mehrerer Ionenspezies aus der Ionenquelle anwendbar ist, die im Vorläufermassenspektrum der Ionen aus der Ionenquelle nicht zueinander benachbart sind. Jede beliebige Kombination aus diesen (d. h. eine einzige Ionenspezies in einer oder manchen der Kammern, ein kontinuierlicher Massenbereich von Vorläufern in einer oder manchen der Kammern und/oder eine weitere, nicht kontinuierliche Vielzahl an Vorläuferionenspezies, die aus der Ionenquelle stammen) kommt ebenfalls infrage. Somit sind M_i und M_j nicht eng im Sinne einer einzigen Ionenspezies auszulegen, sondern als einzelne Ionenspezies mit einem einzigen m/z und/oder eines Bereichs von Vorläuferionenspezies mit verschiedenen m/z.
Die zeitliche Trennung zwischen benachbarten Vorläufern oder Vorläuferbereichen ist kürzer als die anschließende Zeit der Analyse von Fragmenten im Massenanalysator. Somit ist eine Hochauflösungsanalyse von Fragmenten möglich.
Um den Arbeitszyklus zu maximieren, werden Ionen mit verschiedenen Vorläufermassen oder -massenbereichen vorzugsweise fragmentiert und in den jeweiligen, räumlich getrennten Fragmentierungszellkammern zu teilweise überlappenden Zeiten gespeichert. Anders ausgedrückt enthalten in einer ersten bevorzugten Ausführungsform zumindest zwei der Fragmentierungszellkammern während eines Teils des Vorgangs gleichzeitig Vorläufer- und/oder Fragmentionen. Das Verfahren in einer besonderen Ausführungsform umfasst Verfahren zur sequenziellen Leerung der Fragmentierungszelle durch das Leeren einer Ausgangszellkammer und das anschließende aufeinanderfolgende Verschieben des Inhalts der verbleibenden Kammern in die jeweilige nächste Zellkammer, bevor der Vorgang wiederholt wird, um die Ionen nacheinander aus der Ausgangskammer in eine Anordnung vom „Förderertyp” oder vom „Verschiebungstyp” auszustoßen. In einer alternativen Ausführungsform jedoch werden Ionen aus jeder der Fragmentierungszellkammern separat und durch direkte Kommunikation jeder Fragmentierungszellkammer mit dem Massenanalysator ausgestoßen. Anders ausgedrückt kommunizieren die verschiedenen Vorläuferionenspezies und ihre Fragmente in den verschiedenen Fragmentierungszellkammern jeweils direkt mit einem Massenanalysator und verlaufen nicht durch andere Kammern zwischen dem Schritt des Ionenausstoßes aus jeder Kammer und dem Massenanalysestadium.
Die zeitlich getrennten Vorläuferionen gelangen vorzugsweise zu einem nachgeschalteten Ionendeflektor, um die Ionen in die jeweiligen Fragmentierungszellkammern zu lenken. Der Vorgang umfasst vorzugsweise ferner das Anlegen einer pulsförmigen Spannung an den Ionendeflektor, um die Ionen in die jeweiligen Kammern zu lenken.
Vorzugsweise kann die Energie der Vorläuferionen vor dem Eintritt in die Fragmentierungszellkammern eingestellt werden. Darüber hinaus kann gegebenenfalls das differenzielle Pumpen eines Kanals zwischen dem Ionendeflektor und der Fragmentierungszelle stattfinden.
Diverse „traditionelle” und auch „langsame” Fragmentierungsverfahren können, gemeinsam oder getrennt voneinander, innerhalb der Fragmentierungszelle zum Einsatz kommen – d. h., dieselben oder verschiedene Fragmentierungsverfahren können auf verschiedene Fragmentierungszellkammern innerhalb derselben Fragmentierungszelle angewandt werden. Verfahren wie die Elektronentransferdissoziation (ETD) aktivierter Ionen, mehrstufige ETD und dergleichen können zum Einsatz kommen.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Anordnung für ein Tandem-Massenspektrometer wie in Anspruch 13 definiert bereitgestellt. Die Erfindung erstreckt sich auch auf ein Tandem-Massenspektrometer, das eine Ionenquelle, eine erste Stufe der Massenanalyse, eine Fragmentierungszelle mit mehreren Sektoren und einen Ionendeflektor umfasst, um die Kammern der Fragmentierungszelle mit Vorläuferionen mit verschiedenen Masse-zu-Ladung-Verhältnissen zu besetzen, zusammen mit einer nachgeschalteten zweiten Stufe der Massenanalyse. Das Tandem-Massenspektrometer gemäß der vorliegenden Erfindung ist in Anspruch 23 definiert.
Die erste Stufe der Massenanalyse kann eine Ionenfalle, wie z. B. eine lineare Ionenfalle mit radialem oder axialem Ausstoß, ein Flugzeitmassenanalysator, wie z. B. ein Multi-Turn- oder Multi-Reflection-TOF; ein Ionenmobilitätsspektrometer; oder ein Magnetsektoranalysator oder ein sonstiger räumlich dispergierender Analysator sein. Der zweite Massenanalysator kann im Gegensatz dazu ein Hochauflösungsmassenanalysator sein, z. B. ein Orbitalfallenanalysator, wie z. B. der Orbitrap^TM-Massenanalysator, oder ein Flugzeitmassenanalysator, wie z. B. ein Multi-Turn- oder Multi-Reflection-TOF-Analysator, sein.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen somit ein Verfahren und eine Vorrichtung bereit, die ausreichend Zeit zulassen, um Ionen zu fragmentieren, darunter neuere „langsame” Verfahren wie die Elektronentransferdissoziation. Die Mehrkanalanordnung der Fragmentierungszelle ermöglicht ausreichend Zeit zur Hochleistungsanalyse von Fragmentionen.
Diverse weitere bevorzugte Merkmale der vorliegenden Erfindung erschließen sich aus den beiliegenden Ansprüchen und aus der nachfolgenden konkreten Beschreibung mancher bevorzugter Ausführungsformen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung kann auf vielerlei Arten praktisch umgesetzt werden, und manche Ausführungsformen werden im Folgenden lediglich als Beispiele und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren beschrieben, wobei:
1 eine stark schematische Anordnung einer ersten Ausführungsform eines Tandem-Massenspektrometers mit einer Fragmentierungszelle mit mehreren Sektoren gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
2a und 2b eine Front- bzw. Seitenschnittansicht der Fragmentierungszellanordnung aus 1 jeweils detaillierter zeigen;
3 einen stark schematischen Umriss eines Tandem-Massenspektrometers gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, wieder mit einer Fragmentierungszelle mit mehreren Sektoren;
4 eine Seitenschnittansicht der Fragmentierungszelle mit mehreren Sektoren aus 3 detaillierter zeigt; und
5 eine besonders bevorzugte Anordnung einer Fragmentierungszelle mit mehreren Sektoren zeigt, die zur Verwendung mit der Anordnung aus 3 geeignet ist.
Ausführliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
Zunächst auf 1 Bezug nehmend wird ein stark schematisches Blockdiagramm der Komponenten für ein Tandem-Massenspektrometer, das die vorliegende Erfindung verkörpert, gezeigt. Die Ausführungsform in 1 kann hierin als vom „Förderertyp” bezeichnet werden. In der Anordnung in 1 werden Ionen aus einer Ionenquelle 10 in eine erste Stufe der Massenanalyse 20 eingebracht. Die Ionenquelle 10 kann kontinuierlich, quasikontinuierlich (wie z. B. eine Elektrosprayionisierungsquelle) oder pulsierend wie eine MALDI-Quelle sein. In 1 sind die Ionenoptik und diverse weitere Komponenten, die zum Transport von Ionen zwischen verschiedenen Stufen des Tandem-Massenspektrometers notwendig sind, der Klarheit wegen nicht dargestellt, wenngleich diese Fachleuten in jedem Fall vertraut sind.
Die erste Stufe der Massenanalyse 20 kann jene einer Ionenfalle, z. B. einer linearen Ionenfalle mit radialem oder axialem Ausstoß, einem Flugzeit(TOF)-Analysator eines beliebigen bekannten Typs, einschließlich, aber nicht beschränkt auf einen Multi-Turn- und Mehrfachreflexions-TOF, ein Ionenbeweglichkeitsspektrometer eines beliebigen bekannten Typs oder ein räumlich dispergierender Analysator, wie z. B. ein Magnetsektor- oder Flugstreckenanalysator, sein.
Die erste Stufe der Massenanalyse 20 stößt Vorläuferionen aus. Ionen mit verschiedenen Masse-Ladung-Verhältnissen, m/z, gehen aus der ersten Stufe der Massenanalyse zu verschiedenen Zeitpunkten oder nach Flugzeit getrennt stromab der ersten Stufe der Massenanalyse hervor. In beiden Fällen kommen Vorläuferionen mit verschiedenen Masse-zu-Ladung-Verhältnissen an einer Rastervorrichtung 30, wie z. B. einem Ionendeflektor, zu verschiedenen Zeitpunkten an. Die Rastervorrichtung 30 lenkt Vorläuferionen mit den Masse-zu-Ladung-Verhältnissen m₁, m₂...m_N in die jeweils entsprechenden Kammern 1, 2...N einer Fragmentierungszelle 40 ab. Jedes Masse-zu-Ladung-Verhältnis m₁, m₂...m_N steht für eine einzige Ionenspezies mit einem einzigen Masse-zu-Ladung-Verhältnis oder alternativ dazu für einen Bereich von Vorläuferionen mit einem entsprechenden Bereich an Masse-zu-Ladung-Verhältnissen. Verfahren zur Parallelanalyse mehrerer Massenbereiche unter Verwendung der Anordnung aus 1 sind untenstehend zusammengefasst; ein besonders bevorzugter Ansatz zur Analyse eines relativ breiten Massenbereichs von Vorläufern durch Segmentierung in eine Vielzahl von schmaleren Vorläufermassenbereichen und durch gezielte Fragmentierung verschiedener Segmente in mehreren Scanzyklen ist in der gemeinsam anhängigen Anmeldung mit dem Titel „Verfahren zur Tandem-Massenspektrometrie” beschrieben, die am selben Tag wie die vorliegende Anmeldung bei der UKIPO eingereicht wurde und hierin in ihrer Gesamtheit durch Verweis aufgenommen ist.
Die jeweiligen Kollisionszellkammern 1, 2...N werden in 1 als 41, 42...43 bezeichnet. Bei speziell dispergierenden Analysatoren ist die Rastervorrichtung 30 mit dem Massenanalysator 20 in einer einzigen Einheit einstückig ausgebildet.
Ionen treten in die jeweiligen Fragmentierungszellkammern ein und werden dort fragmentiert. Die resultierenden Fragmente und etwaige verbleibende Vorläuferionen werden in der jeweiligen Kammer gespeichert.
Die besonderen, optimalen Fragmentierungsbedingungen (Energiekollisionsgas, Kollisionsverfahren, langsam, wie z. B. ETD, oder schnell, wie z. B. kollisionsinduzierte Dissoziation) können für jede Kollisionszellkammer gemäß dem erwarteten Vorläuferion ausgewählt werden. Die Rastervorrichtung 30 steht unter der Steuerung einer Steuereinheit 60 und kann Informationen aus der Kalibrierung oder der optischen Ionenmodellierung oder auch früheren Massenspektren verwenden, um die Verteilung der verschiedenen Ionenspezies, die zu der Rastervorrichtung 30 gelangen, zu steuern.
Sobald die Ionen in den Fragmentierungszellkammern für den erforderlichen Grad der Fragmentierung ausreichend lange gespeichert wurden, werden die Ionen aus der Fragmentierungszelle 40 in eine zweite Stufe der Massenanalyse 50 ausgestoßen.
In der Ausführungsform der 1 werden Fragmentionen und etwaige verbleibende Vorläuferionen aus jeder der Fragmentierungszellkammern nacheinander über eine einzige Ausgangsöffnung 45 für die Fragmentierungszelle 40 in den Massenanalysator 50 ausgestoßen. Konkret werden das Fragment und die etwaigen verbleibenden Vorläuferionen aus der Fragmentierungszellkammer 41, die dem Massenanalysator 50 am nächsten ist, in jenen Massenanalysator zur Massenanalyse injiziert. Die Kammer 41 kann somit als die Ausgangskammer bezeichnet werden. Es folgt eine kurze Verzögerung (vorzugsweise weniger als 1 bis 5 ms), während die Fragment- und etwaige verbleibende Vorläuferionen aus der zweitnächsten Fragmentierungszellkammer 42 in die Fragmentierungszellkammer 41 verschoben werden, die dem Massenanalysator 50 am nächsten liegt. Dies wird erreicht, indem Versetzungsgleichspannungen an die Elektroden der zweitnächsten Fragmentierungszellkammer 42 angelegt werden.
Ähnliche Versetzungsgleichspannungen werden nacheinander an jede der verbleibenden Fragmentierungszellkammern angelegt, sodass die Ionenpopulationen sich um 1 Fragmentierungszellkammer nach der anderen in Richtung des Massenanalysators 50 verschieben, sobald die vorangegangene Population aus der dem Massenanalysator 50 am nächsten gelegenen Fragmentierungszellkammer ausgestoßen wurde.
Nach der ersten Verschiebung der verschiedenen Fragmentionen aus den Fragmentierungszellkammern 41, 42...43 ist die n-te Fragmentierungszellkammer 43, die am weitesten von dem Massenanalysator 50 entfernt liegt, leer. Es kann dann eine Verschachtelung durchgeführt werden, wobei diese n-te Fragmentierungszellkammer 43 entweder mit derselben Vorläuferspezies, die zuvor in diese Fragmentierungszellkammer 43 injiziert worden ist, oder alternativ dazu mit einer anderen Vorläuferionenspezies befüllt wird. Somit setzt die Ausführungsform der 1 vorzugsweise eine eindimensionale Anordnung der Zellenverschiebung ein. In anderen Ausführungsformen können zweidimensionale Anordnungen angeordnet werden.
Bezugnehmend nunmehr auf 2 wird die Rastervorrichtung 30 und die Fragmentierungszelle 40 aus 1 detaillierter gezeigt. Die Rastervorrichtung 30 ist vorzugsweise ein Paar Deflektorplatten, an die pulsförmige Spannungen angelegt werden. Gegebenenfalls kann die Rastervorrichtung 30 durch eine Energiehebevorrichtung 31 ergänzt werden, die (unter der Steuerung der Steuereinheit 60) synchron mit der Rastervorrichtung 30 gepulst wird und die Ionenergie der Vorläuferionen so einstellt, dass jede Vorläuferionenspezies in ihre jeweilige Fragmentierungszellkammer mit einem Energieoptimum für den erforderlichen Fragmentierungsgrad eintritt. Die Energiehebevorrichtung 31 kann vor oder nach der Rastervorrichtung 30 angeordnet sein. Wenn jedoch die erste Stufe der Massenanalyse 20 ein Flugzeitanalysator ist, dann ist es erstrebenswert, dass sowohl die Rastervorrichtung 30 als auch die Energiehebevorrichtung 31 nahe der Ebene der TOF-Fokussierung angeordnet sind.
Jede der Fragmentierungszellkammern 41...43 besteht vorzugsweise aus einem Nur-HF-Multipol, der mit Kollisionsgas gefüllt ist. Die Kammern fungieren nicht nur zum Fragmentieren von Ionen, sondern auch, um Kollisionsabkühlung der Fragmente zu gewährleisten.
Die Ionen werden in eine bestimmte Fragmentierungszellkammer abgelenkt und durchlaufen ein differenziell gepumptes Volumen, das in 2 allgemein mit 35 gekennzeichnet ist, bevor sie in die Eingangsdeflektoren 81...83 der Fragmentierungszelle eintreten. Jede Zellkammer 41...43 weist in dieser Ausführungsform ihren eigenen Eingangsdeflektor auf. Die Eingangsdeflektoren 81...83 richten die Ionenbahn einfallender Ionen eines bestimmten Masse-zu-Ladung-Verhältnisses nach der Achse der Fragmentierungszellkammer aus, in die diese Ionen injiziert werden, und gewährleisten die maximale Aufnahme des Ionenstrahls. Obwohl sie in 2 nicht dargestellt ist, versteht sich, dass die Verlangsamungsoptik auch aufgenommen sein kann, da die Ionenenergie vorteilhafterweise von typischerweise 1 bis 3 keV/Ladung auf 5 bis 150 eV/Ladung reduziert wird.
Bei Eintritt der Fragmentierungszellkammern 41...43 erleben Ionen mehrfache Kollisionen mit Kollisionsgas und fragmentieren. Eine Verlangsamungsspannung zwischen dem Eingangsdeflektor 81...83 und der Eingangsöffnung 41a...43a jeder Fragmentierungszellkammer kann für eine optimale Kollisionsenergie alternativ oder zusätzlich zu der optionalen Energiehebevorrichtung 31 sorgen. Kommen kollisionsfreie Fragmentierungsverfahren zum Einsatz, sollten diese Ionen in die Zellkammern mit Energien unterhalb des Fragmentierungsniveaus eintreten.
Um die Verlangsamung der Ionen zu vereinfachen, indem höhere Energien am Eingang zugelassen werden, und dabei weiterhin Fragmentierung zu vermeiden, könnten Lichtkollisionsgase, wie z. B. Helium oder Wasserstoff, verwendet werden. Fragmente und verbleibende Vorläuferionen werden am äußersten Ende jeder Fragmentierungszellkammer durch eine entsprechende Gleichspannung reflektiert, und diese Ionen verlieren in weiterer Folge an Energie durch Kollisionen, sodass sie sich in der Nähe der Achse jeder Fragmentierungszellkammer konzentrieren.
Das Verschieben von Ionen zwischen den diversen Fragmentierungszellkammern 41...43 erfolgt wie folgt, mit besonderer Bezugnahme auf 2B. Die Mehrpolstäbe 61 und 62 definieren die erste Fragmentierungszellkammer 41, die Stäbe 62 definieren auch die zweite Fragmentierungszellkammer 42 neben den Mehrpolstäben 63. Die Stäbe 63 und 64 definieren die dritte Fragmentierungszellkammer 43, und so weiter.
Der Gleichstrom-Offset auf den Stäben 62, 63... wird relativ zum Gleichstrom-Offset auf den Stäben 61 erhöht. Geeigneterweise beträgt die Potenzialdifferenz 20 bis 30 Volt. Der Offset auf den Stäben 61 wird wiederum relativ zu einem Gleichstrom-Offset auf den Elektroden 71, wie z. B. 5 Volt, erhöht. Die Elektroden 71 bilden einen Teil einer gekrümmten linearen Falle, die weiter unten noch beschrieben wird, die bewirkt, dass ein orthogonaler Ausstoß von Ionen aus der Fragmentierungszelle 40 zugelassen wird.
Jede der Elektroden 61, 62, 63... und 71 weisen an sie während des Vorgangs des Einfangens und Transports angelegte HF-Spannungen auf. Folglich sind die Ionen in der Fragmentierungszellkammer 41 gezwungen, sich zwischen die Elektroden 61 und 71 und in eine gekrümmte lineare Falle 70 zu bewegen, die in 2A am besten zu erkennen ist. Eine solche gekrümmte lineare Falle, die auch eine C-Falle genannt wird, ist z. B. in der WO 2008/081334 beschrieben. Sobald die Ionen aus der Fragmentierungszellkammer 41 in die gekrümmte lineare Falle 70 eingetreten sind, werden sie entlang einer gekrümmten Achse gespeichert und in den Massenanalysator 50 hinausgepulst. Der Vorgang ist in der WO-A-05/124.821 beschrieben. Danach wird der Gleichstrom-Offset auf den Stäben 61 z. B. auf 10 Volt erhöht und der Gleichstrom-Offset auf den Stäben 62 z. B. auf das Erdpotenzial gesenkt. Der Gleichstrom-Offset auf den Stäben 63... wird hoch gehalten (z. B. bei 20 bis 30 Volt), sodass Ionen aus der Fragmentierungszellkammer 42 dann durch das resultierende, quer gerichtete elektrische Feld, das die Potenzialdifferenz erzeugt, in die Fragmentierungszellkammer 41 gedrängt wird. Diese Abfolge wird an der gesamten Parallelanordnung von Ionenfallen, die die N Fragmentierungszellkammern 41...43 darstellen, wiederholt. In anderen Worten wird der Gleichstrom-Offset auf den Stäben 62 erhöht, während der Offset auf dem Stab 63 gesenkt wird, was zu einem Transport des Inhalts der Fragmentierungszellkammer 43 in die Fragmentierungszellkammer 42 etc. führt. Während Ionen aus einer Fragmentierungszellkammer in eine andere transportiert werden, ist die Fragmentierungszellkammer selbst vorzugsweise nicht mit der entsprechenden Vorläuferionenspezies befüllt.
Der Massenanalysator 50 kann vorzugsweise dem Orbitalfallentyp oder dem Flugzeittyp angehören. Beispielsweise kann der Orbitrap-Massenanalysator oder ein Multi-Turn- oder Multi-Reflection-Flugzeitmassenanalysator zum Einsatz kommen. Darüber hinaus kann jede der Fragmentierungszellkammern dafür eingesetzt werden, Fragmente aus mehreren Vorläufern (vorzugsweise mit deutlich unterschiedlichen Masse-zu-Ladung-Verhältnissen) zu speichern, um den Durchsatz zu erhöhen (Multiplexen). Außerdem kann der Transport von Ionen von einer Fragmentierungszellkammer in eine andere mit einer Rohmasseauswahl infolge der angewandten Gleichstromfelder und auch mit weiterer Fragmentierung verbunden sein, um eine weitere Erzeugung von Fragmenten (MS^N, N = 3, 4...) zu bewirken. Dies ermöglicht auch die Durchführung von ETD aktivierter Ionen und mehrstufiger ETD.
3 zeigt eine alternative Ausführungsform eines Tandem-Massenspektrometers mit einer Fragmentierungszelle, die parallel verlaufende Fragmentierungszellkammern aufweist. Wie bei 1 zeigt 3 das Spektrometer in einer stark schematischen Blockform zur einfacheren Erläuterung seines Betriebs. 4 zeigt die neue Fragmentierungszellanordnung aus 3 detaillierter.
In 3 umfasst, wie zu erkennen ist, das Tandem-Massenspektrometer eine Ionenquelle 10 des gepulsten, quasikontinuierlichen oder kontinuierlichen Typs, wie z. B. ein Elektrospray oder eine MALDI-Ionenquelle, ähnlich wie bei der Ausführungsform aus 1. Ionen aus der Ionenquelle treten in die erste Stufe der Massenanalyse 20 ein, die wiederum eine Ionenfalle sein kann, wie z. B. vorzugsweise eine lineare Ionenfalle mit radialem oder axialem Ausstoß, ein Flugzeitanalysator jedes beliebigen bekannten Typs, einschließlich einer Multi-Turn- und/oder einer Multi-Reflection-TOF-Vorrichtung, ein Ionenmobilitätsspektrometer jedes beliebigen bekannten Typs oder ein räumlich dispergierender Analysator, wie z. B. ein Magnetsektoranalysator.
Ionen im ersten Massenanalysator werden so ausgestoßen, dass sie zu einer Rastervorrichtung 30 gelangen, sodass Ionen mit unterschiedlichem Masse-zu-Ladung-Verhältnis zu unterschiedlichen Zeiten ankommen.
Eine Systemsteuereinheit 60 steuert die Rastervorrichtung 30, um einfallende Ionen in eine ausgewählte von mehreren Fragmentierungszellkammern 41, 42...43 innerhalb einer Fragmentierungszelle 40 zu lenken. Die Fragmentierungszellkammern 41, 42...43 sind parallel angeordnet, wie aus den 3 und 4 hervorgeht. So können z. B. Ionen mit einem ersten Masse-Ladung-Verhältnis m₁ durch die Rastervorrichtung 30 unter der Steuerung der Steuereinheit 60 zu einer ersten der Fragmentierungszellkammern 41 gelenkt werden. Ionen mit einem zweiten Masse-Ladung-Verhältnis m₂, die an der Rastervorrichtung 30 zu einem anderen Zeitpunkt ankommen als die Ionen mit dem Masse-zu-Ladung-Verhältnis m₁, können zur zweiten Fragmentierungszellkammer 42 gelenkt werden, usw. Es versteht sich natürlich, dass die Reihenfolge des Ankommens von Vorläuferionen an der Rastervorrichtung 30 in keinem Bezug zur physischen Reihenfolge der Fragmentierungszellkammern stehen muss. Es mag zwar praktisch gesehen am einfachsten sein, einfallende Ionen, die an der Rastervorrichtung 30 ankommen, nacheinander in aufeinanderfolgende benachbarte Fragmentierungszellkammern zu rastern, ist das anders ausgedrückt aber keineswegs zwingend, da bei der Anordnung aus 1 und 2 entweder Kalibrierung oder optische Ionenmodellierung oder frühere Massenspektren zum Einsatz kommen können, um es der Steuereinheit 60 entsprechend zu ermöglichen, die Rastervorrichtung 30 so zu steuern, dass sie entsprechende Vorläuferionen in die entsprechenden Fragmentierungszellkammern lenkt.
Sobald Ionen durch die Rastervorrichtung 30 in eine bestimmte Fragmentierungszellkammer 41, 42...43 injiziert wurden, können entsprechende Fragmentierungsbedingungen datenabhängig angewandt werden (d. h. z. B. infolge von Vorscans, Kalibrierung etc.), sodass die Fragmentierung von Ionen in einer bestimmten Fragmentierungszellkammer unter Bedingungen stattfindet, die für die jeweilige Vorläuferionenspezies optimiert sind. Beispielsweise kann die Kollisionsenergie für die jeweilige Ionenspezies auf jene Ionenspezies unter der Steuerung der Steuereinheit 60 abgestimmt werden. Energiehebemittel wie obenstehend im Zusammenhang mit 1 beschrieben können gegebenenfalls auch in der Ausführungsform der 3 eingesetzt werden. Anders als die Anordnungen der 1 und 2 jedoch steht der Ausgang jeder Fragmentierungszellkammer 41, 42...43 in direkter Kommunikation mit einem Ausgabeausgang der Fragmentierungszelle 40. Durch dieses Mittel können Ionen in jeder der Fragmentierungszellkammern unabhängig von den anderen und ohne die Notwendigkeit, Ionen durch eine der anderen Fragmentierungszellkammern laufen zu lassen, durch den Fragmentierungszellionenausgang in einen Massenanalysator 50 der zweiten Stufe ausgestoßen werden. Der (externe) Massenanalysator 50 der zweiten Stufe kann, wie bei der Anordnung der 1 und 2 ein Hochauflösungsmassenanalysator, wie z. B. eine elektrostatische Orbitalfalle, ein Flugzeitmassenspektrometer etc. sein. Der Massenanalysator 50 der zweiten Stufe sammelt und detektiert die Fragmentionen und etwaige verbleibende Vorläuferinnen, die aus den einzelnen Fragmentierungszellkammern innerhalb der Fragmentierungszelle 40 in diesen ausgestoßen werden. Die Ergebnisse der Detektion der ausgestoßenen Ionen durch den Massenanalysator 50 der zweiten Stufe können an die Steuerung 60 zur Nachbearbeitung oder Weiterleitung an einen PC (nicht in 3 dargestellt) gesendet werden.
Die Anordnung aus 3 ermöglicht im Gegensatz zur Anordnung aus 1 den direkten und unabhängigen Transport von Ionen aus jeder Fragmentierungszellkammer zu der zweiten Stufe der Massenanalyse 50, ohne zuvor andere Fragmentierungszellkammern zu durchlaufen. Dies ermöglicht größere Bedienungsfreiheit und eine stärkere Variation der Füllzeiten für Vorläufer mit unterschiedlichen Intensitäten.
Bezugnehmend nunmehr auf 4 wird ein Teil des Tandem-Massenspektrometers aus 3 zwischen der Rastervorrichtung 30 und der zweiten Stufe der Massenanalyse 50 detaillierter dargestellt. Ionen werden durch die Rastervorrichtung 30 in eine ausgewählte der Fragmentierungszellkammern 41, 42...43 durch die jeweiligen Eingangsdeflektoren 81, 82...83 benachbart zu den Eingangsöffnungen 41a, 42a...43a gerastert. Das Volumen zwischen der Rastervorrichtung 30 und den Deflektoren mit mehreren Eingängen 81, 82...83 ist differenziell gepumpt, was allgemein mit der Bezugsnummer 35 angezeigt wird.
In der Anordnung der 3 und 4 treten Ionen aus jeder Fragmentierungszellkammer in der umgekehrten Reihenfolge ihres Eintritts aus. Dieser Vorgang ist am besten unter Bezugnahme auf 4 zu erkennen. Zunächst werden Ionen freigesetzt, indem die Spannung an der Ausgangsöffnung 41b, 42b...43b auf einer bestimmten Fragmentierungszellkammer 41, 42...43 gesenkt wird.
Danach werden die Ionen beschleunigt, indem eine Spannung zwischen der Ausgangsöffnung einer bestimmten Fragmentierungszellkammer 41, 42...43 gesenkt und ihrem Ausgangsdeflektor 91, 92...93 angelegt wird. Ionen verlassen den Ausgangsdeflektor einer bestimmten Fragmentierungszellkammer, wo sie ein zweites, differenziell gepumptes Volumen 95 (4) durchlaufen, während sie vom Ausgangsdeflektor so gelenkt werden, dass sie an einem Ausgangsdeflektor 90 ankommen, der innerhalb oder benachbart der Ausgangsöffnung der Fragmentierungszelle 90 angeordnet ist.
5 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer Fragmentierungszellanordnung im Querschnitt. Die Fragmentierungszellanordnung aus 5 umfasst die Rastervorrichtung 30 der 1 bis 4, ein differenziell gepumptes Volumen 35 zwischen der Rastervorrichtung 30 und der Fragmentierungszelle 40', die durch die gestrichelte Linie angezeigt wird, diverse Stufen des differenziellen Pumpens, die weiter unten beschrieben werden, einen Ausgangsöffnungsdeflektor 90 und eine zweite Stufe der Massenanalyse 50. Die Ausführungsform aus 5 bewältigt mehrere Schwierigkeiten, zunächst jene, die Komplexität der Konstruktion zu reduzieren, wobei die Differenz der Ionenergien, die Vielzahl der Kanäle etc. berücksichtigt wird, zweitens jene, Ionenverluste zu reduzieren, wenn die Vorläuferionen vor der Injektion in die einzelnen Fragmentierungszellkammern auf geringe Energien verlangsamt werden, und drittens jene, eine geeignete Anordnung für das differenzielle Pumpen der Zelle bereitzustellen.
Im Detail kommen, weiterhin unter Bezugnahme auf 5, Vorläuferionen an der Rastervorrichtung 30 an und werden von dieser in Richtung der einen oder anderen der mehreren Fragmentierungszellkammern 41, 42...43 abgelenkt. Jede dieser Fragmentierungszellkammern weist Eingangsöffnungsdeflektoren 81, 82, 83 auf, um die Bewegungsrichtung der einfallenden Ionen aus der Rastervorrichtung einzustellen und diese in die entsprechenden Fragmentierungszellkammern zu führen. Jede Fragmentierungszellkammer ist selbst einstückig konstruiert. Diese einstückige Konstruktion der Fragmentierungszellkammern bewältigt das erste der obenstehend erwähnten Probleme, nämlich, wie die Fragmentierungszellkammern zu konstruieren sind, um den unterschiedlichen Ionenenergien, den vielen Kanälen etc. Rechnung zu tragen. Wie aus 5 hervorgeht, ist jede Fragmentierungszellkammer aus HF-Elektroden zusammengesetzt, die als Teile einer Platte mit mehreren Öffnungen ausgeführt sind. Anders ausgedrückt sind die mehreren Fragmentierungszellkammern aus horizontal gestapelten Platten mit mehreren Öffnungen ausgebildet, wobei jede horizontal gestapelte Platte eine Öffnung aufweist, die mit den anderen ausgerichtet ist und so die Längsachsen der diversen Fragmentierungszellkammern bildet. Die Deflektoren an den Eingangsöffnungen, 81, 82, 83, und auch die Endelektroden sind mit verschiedenen Gleichspannungen für die verschiedenen Kanäle (Fragmentierungszellkammern) versehen, und diese sind als Leiterplatten („Printed Circuit Boards”, PCB) mit einzelnen, jedem Kanal bereitgestellten Leitern ausgeführt. Die Teile der Fragmentierungszellanordnung aus 5, die die Eingangsdeflektoren und die Endelektroden darstellen, sind als 120 bzw. 130 markiert.
Um das Problem von Verlusten während der Verlangsamung von Vorläuferionen zu geringen Energien zu bewältigen, wird eine Einzellinse 100 in jede der Fragmentierungszellkammern eingebaut. Eine geeignete Linse wurde z. B. von O'Connor et al., J. Am. Soc. Mass Spectrom. 2, S. 322–335 (1991), beschrieben.
Die Probleme mit dem differenziellen Pumpen der Fragmentierungszelle lassen sich mithilfe der Erzeugung länglicher Bereiche von Druckgradienten mit Seitenverhältnissen von mehr als etwa 10 bis 50 zwischen Kanallänge und eingeschriebenem Durchmesser bewältigen. Besteht die Zelle aus einer Abfolge von N Öffnungen mit Spalten dazwischen, beträgt das Seitenverhältnis („Aspect Ratio”, AR) etwa N.
Beispielsweise könnte bei einem System mit 50 Fragmentierungszellkammern, die jeweils einen Innendurchmesser (ID) von 4 mm aufweisen, der Druck von P_c = 3·10^–3 mbar in der mit Stickstoff gefüllten Fragmentierungszelle 40' auf einen Druck P_p = 6·10^–4 mbar in den in 5 mit 101 und 102 gekennzeichneten Volumina reduziert werden, wobei AR = 20 wäre (die in 5 mit 111 und 112 gekennzeichneten Abschnitte) und die Pumpgeschwindigkeit in den Volumina 101 und 102 aus 5 insgesamt 40 Liter pro Sekunde betrüge. Der Druck kann dann auf P_f = 5·10^–5 mbar in den in 5 mit 35 und 94 markierten Volumina reduziert werden, wobei ein weiteres AR = 20 wäre (die in 5 mit 113 und 114 gekennzeichneten Abschnitte) und die Pumpgeschwindigkeit in diesen Volumina insgesamt 100 Liter pro Sekunde betrüge.
Zusätzlich zu dem herkömmlichen Molekülfluss gibt es auch das Ausströmen von Ionen über der direkten Sichtlinie von einer Druckregion in die andere, das zu einer zusätzlichen Zunahme des Drucks führt, zu bedenken. Jedoch ist bei AR > 10 und einem Druckabfall von weniger als dem 10-fachen diese Wirkung vernachlässigbar. Die Regionen 111 bis 114 aus 5 jedoch könnten auch als gekrümmte statt als gerade Abschnitte ausgeführt sein, sodass die Sichtlinie aus der Hochdruckregion dann blockiert ist.
Es ist erstrebenswert, dass Ionen bereits zu Beginn des obenstehend beschriebenen Druckgradienten verlangsamt sind, und es ist auch zu bevorzugen, dass der Gleichstromgradient entlang der Gesamtlänge der Fragmentierungszelle angelegt wird. Auf der Ausgangsseite sind Ionen bereits durch Kollision gekühlt, sodass sie auf der Achse der Fragmentierungszellkammer konzentriert sind und durch ein viel kleineres Loch gelangen können (z. B. ein Loch mit einem Innendurchmesser von 2 mm). Dadurch kann die Länge der Region 114 reduziert werden.
Es versteht sich, dass diverse Modifikationen der vorangegangenen bevorzugten Ausführungsformen infrage kommen. Beispielsweise könnte in der Ausführungsform aus 3 jede der Fragmentierungszellkammern einen eigenen Massenanalysator bilden, wie z. B. eine lineare Ionenfalle mit axialem oder radialem Ausstoß (bevorzugt mit geradlinigem Typ). In diesem Fall werden Ionen mithilfe einer zusätzlichen resonanten Anregung ausgestoßen, die vorzugsweise im rechten Winkel zur Ebene der Zeichnungen angewandt wird.
Darüber hinaus könnten in jeder der obenstehend beschriebenen Ausführungsformen während des Einfangens in den Fragmentierungszellkammern Ionen Elektronentransferdissoziation (ETD), Elektroneneinfangdissoziation („Electron Capture Dissoziation”, ECD), Elektronenionisierungsdissoziation (EID) oder sonstigen Ionen-Ionen-, Ionen-Molekül-, Ionen-Photonen (z. B. Bestrahlung mit Lasern)-Reaktionen, Dissoziation metastabiler Atome und dergleichen unterzogen werden. Anionen zur ETD könnten entweder vom anderen Ende der Fragmentierungszelle aus oder durch dieselbe erste Stufe der Massenanalyse 20 und die Rastervorrichtung 30 eingebracht werden.
Außerdem versteht sich, dass viele verschiedene Systeme zum Ioneneinfang und zur Fragmentierung innerhalb der mehreren parallel verlaufenden Fragmentierungszellkammern in Betracht gezogen sind. In einer Ausführungsform kann z. B. die Steuereinheit 60 die Rastervorrichtung 30 so steuern, dass sie direkte Vorläuferionen einer einzigen Ionenspezies/eines einzigen Masse-zu-Ladung-Verhältnisses in eine entsprechende, gesonderte der mehreren Fragmentierungszellkammern lenkt. Innerhalb jeder Kammer kann, wie besprochen, jedes Ion unter für die jeweilige Ionenspezies und den jeweiligen Ladungszustand in der jeweiligen Fragmentierungszellkammer optimalen Bedingungen fragmentiert werden oder auch nicht. Insbesondere kann es zwar sein, dass jede (einzelne) Ionenspezies in jeder Fragmentierungszellkammer 41...43 fragmentiert wird (wenngleich optimalerweise unter verschiedenen Fragmentierungsbedingungen), jedoch werden in anderen Ausführungsformen manche, aber nicht alle der Ionenspezies in der Fragmentierungszelle 40 fragmentiert. Was daher aus den Kammern ausgestoßen wird (entweder unter Verwendung des Fördererausstoßsystems aus den 1 und 2 oder unter Verwendung des Verfahrens des individuellen Ausstoßes, das bei den Anordnungen der 3 bis 5 zum Einsatz kommt), kann ein Gemisch aus sowohl unfragmentierten Vorläuferionen aus manchen der Kammern und den Fragmenten von Vorläuferionen aus anderen Kammern sein.
In diesem Fall kann der Vorgang über mehrere Scanzyklen für denselben oder zumindest einander überlappende Massenbereiche aus der Ionenquelle wiederholt werden, wobei aber verschiedene Fragmentierungssysteme auf die verschiedenen Rasterzyklen angewandt werden. Im Zyklus 1 zum Beispiel könnten bei 50 Fragmentierungszellkammern die Kammern Nummer 1, 2, 5, 9 und 32 die spezifischen Vorläuferionen m₁, m₂, m₅, m₉ bzw. m₃₂ erhalten (unter der Steuerung der Steuereinheit 60 und der Rastervorrichtung 30), dann aber diese Vorläuferionen mit den Massen m₁, m₂, m₅, m₉ bzw. m₃₂ in den jeweiligen Kammern speichern und sie anschließend ohne Fragmentierung in den Massananalysator 50 ausstoßen. Die verbleibenden Kammern können die Ionen mit den Massen m₃, m₄, m_6-8, m_10-31 und m_33-50 fragmentieren. In einem zweiten Zyklus der Anordnung kann z. B. eine andere Untergruppe von Kammern dieselbe oder eine andere Gruppe von Vorläuferionen fragmentieren (z. B. könnten im Scanzyklus 2 stattdessen die Vorläuferionen mit den Massen m_19-24 und m₃₆ die Fragmentierungszelle 40 ohne Fragmentierung durchlaufen dürfen). Ebenso oder stattdessen können in verschiedenen Zyklen verschiedene Fragmentierungsbedingungen angewandt werden.
Durch das Heranziehen dieses Mehrzyklenansatzes und die Verwendung verschiedener Fragmentierungsparameter von Zyklus zu Zyklus ist es möglich, Gemische von Fragment- und Vorläuferionen im Massenanalysator zu entfalten und zu dekodieren und somit gesonderte Fragment- und Vorläuferspektren zu erhalten, ohne diese auf separate Weise erstellen zu müssen. In diesem Sinne genügt ein einziger Zyklus, besonders wenn die Identität des Analyten bekannt oder vermutet wird und/oder durch umsichtiges Auswählen der Kammern und der darin enthaltenen Vorläufermassen.
Zwar wurde zudem die Erfindung obenstehend im Sinne der Einfachheit und Klarheit der Erläuterung im Kontext einer einzigen Vorläuferspezies mit einem einzigen Masse-zu-Ladung-Verhältnis innerhalb jeder Fragmentierungszellkammer beschrieben, aber die Erfindung ist keineswegs darauf beschränkt. Beispielsweise können die Steuereinheit 60 und die Rastervorrichtung 30 zusammen so konfiguriert sein, dass die Vorläuferionen aus der Ionenquelle, die einen relativ breiten Massenbereich aufweisen, in eine Vielzahl von Segmenten geteilt werden, von denen manche oder alle mehrere Vorläuferionen über einen relativ schmaleren Massenbereich enthalten, die eine Untergruppe des breiten Massenbereichs bilden (wobei manche nur eine einzige Ionenspezies enthalten). Es versteht sich somit, dass der Hinweis auf eine „Masse” oder ein „Masse-zu-Ladung-Verhältnis” sowohl eine einzige Ionenspezies mit einer einzigen Masse/einem einzigen Masse-zu-Ladung-Verhältnis bedeuten soll als auch einen Massenbereich, der zwei oder mehrere verschiedene Ionenspezies und/oder zwei oder mehrere verschiedene Masse-zu-Ladung-Verhältnisse enthält (ob diese verschiedenen Masse-zu-Ladung-Verhältnisse nun während der Analyse unterschieden werden oder nicht, falls sie ein sehr ähnliches m/z aufweisen).
Die Verfahren zur Parallelverarbeitung solcher Segmente, die mehrere Vorläuferspezies enthalten, sowie eine ausführlichere Erläuterung mancher beispielhafter Dekodierungsstrategien, wobei mehrere Zyklen mit unterschiedlichen Fragmentierungssystemen in Fragmentierungszellkammern zum Einsatz kommen, sind in der obenstehend erwähnten gemeinsam anhängigen Anmeldung mit dem Titel „Verfahren zur Tandem-Massenspektrometrie” dargelegt, die am selben Tag wie die vorliegende Anmeldung bei der UKIPO eingereicht wurde.

Claims

Verfahren der Tandem-Massenspektrometrie, das Folgendes umfasst: das Erzeugen von zu analysierenden Ionen aus einer Ionenquelle; das Trennen der erzeugten Ionen in eine Abfolge von Vorläuferionen, die zeitlich voneinander gemäß ihrem Masse-zu-Ladung-Verhältnis getrennt sind; das Richten von Ionen mit einem Masse-zu-Ladung-Verhältnis M_i zu einem Zeitpunkt t_i in eine i-te einer Vielzahl von N räumlich getrennten Fragmentierungszellkammern, die in einer Fragmentierungszelle parallel zueinander angeordnet sind; das Fragmentieren von Ionen in der i-ten Kammer; das Richten von Ionen mit einem Masse-zu-Ladung-Verhältnis M_j zu einem Zeitpunkt t_j in eine j-te der Vielzahl von N räumlich getrennten parallelen Fragmentierungszellkammern; das Fragmentieren von Ionen in der j-ten Kammer; das Ausstoßen von Fragmentionen und etwaigen verbleibenden Vorläuferionen aus jeder der Fragmentierungszellkammern in einen Massenanalysator; und das Analysieren von Ionen aus jeder Kammer in dem Massenanalysator.
Verfahren nach Anspruch 1, worin Ionen mit zumindest zwei verschiedenen Massen M_i, M_j fragmentiert und jeweils in einer der räumlich getrennten Fragmentierungszellkammern zu teilweise überlappenden Zeiten gespeichert werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin der Schritt des Ausstoßens der Fragmentionen und der verbleibenden Vorläuferionen Folgendes umfasst: (a) das Ausstoßen von Ionen, die Vorläufer mit der Masse M_N enthalten und/oder daraus fragmentiert sind, aus einer N-ten der Kammern in den Massenanalysator in einem ersten Durchgang; (b) den Transport von Ionen, die Vorläufer mit der Masse M_(N-1) enthalten und/oder daraus fragmentiert sind, aus einer (N – 1)-ten Kammer in die N-te Kammer in einem anschließenden Durchgang, sobald die N-te Kammer leer ist; (c) das Ausstoßen der Ionen, die Vorläufer mit der Masse M_(N-1) enthalten und/oder daraus fragmentiert sind und die nunmehr in der N-ten „Kammer” sind, in den Massenanalysator in einem weiteren anschließenden Durchgang.
Verfahren nach Anspruch 3, worin N > 2 ist und der Schritt des Ausstoßens der Fragmentionen und der verbleibenden Vorläuferionen Folgendes umfasst: (a) das Ausstoßen von Ionen, die Vorläufer von Massenanalyse enthalten und/oder daraus fragmentiert sind, aus der N-ten Kammer in den Massenanalysator; (b) das Verschieben von Ionen aus einer (N – 1)-ten Kammer in die N-te Kammer, dann das Verschieben von Ionen aus der (N – 2)-ten Kammer in die (N – 1)-te Kammer und so weiter in (N – 1) anschließenden Durchgängen, bis der Inhalt der ersten Kammer in die zweite Kammer verschoben wurde; und (c) das Wiederholen der Schritte (a) und (b), um den Inhalt jeder der N Kammern über die N-te Kammer in den Massenanalysator zu befördern.
Verfahren nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, das ferner Folgendes umfasst: das Einfangen von Ionen, die aus der N-ten Kammer ausgestoßen wurden, in einer HF-Speichervorrichtung und deren orthogonales Ausstoßen in Richtung des Massenanalysators.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin der Schritt des Ausstoßens der Fragmentionen und der verbleibenden Vorläuferionen in den Massenanalysator Folgendes umfasst: das Ausstoßen von Ionen aus jeder der N Fragmentierungszellkammern in eine andere Richtung als in Richtung einer anderen Zellkammer, sodass die Ionen aus jeder Kammer beim Massenanalysator ankommen, ohne zuvor eine der anderen Kammern zu durchlaufen.
Verfahren nach Anspruch 6, das ferner das Bremsen von Vorläuferionen unter Verwendung einer Einzellinse umfasst.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, das ferner das Einsetzen eines Ionendeflektors zum Richten von Ionen mit der Masse M_i in die i-te der Fragmentierungszellkammern und zum Richten von Ionen mit der Masse M_j in die j-te der Fragmentierungszellkammern umfasst.
Verfahren nach Anspruch 8, das ferner das Anlegen einer pulsierenden Spannung an den Ionendeflektor zum Richten der Ionen auf die jeweiligen Fragmentierungszellkammern umfasst.
Verfahren nach Anspruch 9, das ferner das Einstellen der Energie der Vorläuferionen vor dem Eintritt in die Fragmentierungszellkammern umfasst.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, das ferner das differenzielle Pumpen eines Kanals zwischen den Ionendeflektor und die Fragmentierungszelle umfasst.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, das ferner das Fragmentieren der Vorläuferionen unter Anwendung von einem oder mehreren der folgenden umfasst: Kollisionsfragmentierung, aktivierte Ionenelektronentransferdissoziation (ETD); mehrstufige ETD, Elektroneneinfangdissoziation (ECD), Elektronenionisierungsdissoziation (EID), Ionen-Ionen-, Ionen-Molekül-, Ionen-Photonen-Reaktionen und/oder Dissoziation metastabiler Atome.
Anordnung für ein Tandem-Massenspektrometer, die Folgendes umfasst: eine Fragmentierungszelle, die eine Vielzahl von N räumlich getrennten, parallel zueinander angeordneten Fragmentierungszellkammern enthält, wobei jede Fragmentierungszellkammer einen jeweiligen Ioneneingang zur selektiven Aufnahme von stromauf der Fragmentierungszelle einlangender Ionen aufweist; wobei die Fragmentierungszelle ferner zumindest einen Ionenausgang zum Ausstoßen der eingelangten Ionen und/oder ihrer Fragmente aus der Fragmentierungszelle umfasst; wobei die Anordnung außerdem Folgendes aufweist: eine Steuereinheit, die so konfiguriert ist, dass sie die Parameter der N Kammern steuert, sodass bei Verwendung Ionen, die in eine i-te der N Kammern eintreten, andere Fragmentierungsbedingungen vorfinden als Ionen, die in eine j-te der Zellen eintreten (i ≠ j; i ≤ N, j ≤ N).
Anordnung nach Anspruch 13, worin Fragmentierungszelle ferner eine Vielzahl N von Ioneneingangsöffnungen umfasst, deren jede in Kommunikation mit dem Ioneneingang einer jeweiligen Fragmentierungszellkammer steht.
Anordnung nach Anspruch 14, worin jede Ioneneingangsöffnung der Fragmentierungszelle einen Eingangsdeflektor zum Richten von einfallenden Ionen auf die jeweilige Fragmentierungszellkammer umfasst.
Anordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, worin jede Kammer einen Nur-HF-Multipol umfasst.
Anordnung nach Anspruch 16, worin die Fragmentierungszelle ferner einen Gaseingangsanschluss zur Versorgung der Kammern mit Kollisionsgas umfasst.
Anordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, worin die Fragmentierungszelle ferner eine lineare Falle umfasst, die so angeordnet ist, dass sie (a) Ionen aus einer i-ten der Fragmentierungszellkammern aufnimmt, (b) Ionen entlang einer gekrümmten Längsachse der gekrümmten linearen Falle speichert, und (c) Ionen orthogonal zu dieser gekrümmten Längsachse in Richtung eines Massenanalysators ausstößt.
Anordnung nach Anspruch 18, worin jede der N Kammern eine Ionenausgangsöffnung umfasst und worin eine i-te Kammerionenausgangsöffnung mit dem Ioneneingang einer (i + 1)-ten Kammer kommuniziert, mit der Maßgabe, dass die Ionenausgangsöffnung der N-ten Kammer mit dem Eingang der linearen Falle kommuniziert.
Anordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 18, worin jede der N Kammern eine Ionenausgangsöffnung in Kommunikation mit einer Ausgangsöffnung der Fragmentierungszelle umfasst.
Anordnung nach Anspruch 20, worin die Fragmentierungszelle eine Vielzahl N von Ausgangsöffnungen umfasst, deren jede in Kommunikation mit einer jeweiligen der N Ausgangsöffnungen jeder Fragmentierungszellkammer steht.
Anordnung nach Anspruch 20 oder Anspruch 21, die ferner eine Einzellinse innerhalb jedes Kammereingangs umfasst.
Tandem-Massenspektrometer, das Folgendes umfasst: eine Ionenquelle zur Erzeugung von zu analysierenden Ionen; einen ersten Massenanalysator, der so konfiguriert ist, dass er die von der Ionenquelle erzeugten Ionen in eine Abfolge von Vorläuferionen trennt, die jeweils gemäß ihrem Masse-zu-Ladung-Verhältnis M_i (i = 1...R) getrennt sind, sodass sie zu unterschiedlichen Zeitpunkten t_i aus der ersten Stufe der Massenanalyse heraustreten; eine Anordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 21; einen Ionendeflektor unter der Steuerung der Steuereinheit und positioniert zwischen dem ersten Massenanalysator und der Fragmentierungszelle, wobei der Ionendeflektor so konfiguriert ist, dass er Ionen einer i-ten Masse M_i, die zu einem Zeitpunkt t_i am Ionendeflektor einlangen, von dem ersten Massenanalysator weg in Richtung der Fragmentierungszelle zwecks Fang und Fragmentierung durch eine i-te Fragmentierungszellkammer ablenkt und Ionen einer j-ten Masse M_j (j = 1...R; j ≠ i), die zu einem Zeitpunkt t_j am Ionendeflektor einlangen, von dem ersten Massenanalysator weg zu einem Zeitpunkt in Richtung der Fragmentierungszelle zwecks Fang und Fragmentierung durch eine j-te Fragmentierungszellkammer ablenkt; und einen zweiten Massenanalysator, der der Fragmentierungszelle nachgeschaltet und so angepasst ist, dass er von dem zumindest einen Ionenausgang der Fragmentierungszelle ausgestoßene Ionen analysiert.
Tandem-Massenspektrometer nach Anspruch 23, worin die Ionenquelle eine gepulste, kontinuierliche oder quasikontinuierliche Ionenquelle ist.
Tandem-Massenspektrometer nach Anspruch 23 oder 24. worin der erste Massenanalysator eines von Folgendem ist: (a) einer Ionenfalle; (b) einem Flugzeit-(„Time-of-Flight-”, TOF-)Massenanalysator; (c) einem Ionenmobilitätsspektrometer; oder (d) einem räumlich dispergierenden Analysator, wie z. B. einem Flugstrecken- oder Magnetsektoranalysator.
Tandem-Massenspektrometer nach Anspruch 25, worin der erste Massenanalysator einer von einer linearen Ionenfalle mit radialem oder axialem Ausstoß; ein Multi-Turn- oder ein Multi-Reflection-TOF-Analysator oder ein Magnetsektoranalysator ist.
Tandem-Massenspektrometer nach einem der Ansprüche 23 bis 26, worin der zweite Massenanalysator eines von einem Orbitalfallenanalysator oder einem Flugzeitanalysator, wie z. B. ein Multi-Turn- oder ein Multi-Reflection-TOF-Analysator, ist.
Tandem-Massenspektrometer nach einem der Ansprüche 23 bis 27, worin der Ionendeflektor erste und zweite Deflektorplatten umfasst und worin ferner die Steuereinheit so angeordnet ist, dass sie pulsierende Spannungen zum Anlegen an diese Deflektorplatten verursacht.
Tandem-Massenspektrometer nach Anspruch 28, das ferner einen Energieerhöher umfasst, der so angeordnet ist, dass er die Energie von Ionen einstellt, sodass diese in die Fragmentierungszellkammer, auf die die Ionen gerichtet sind, mit einer für den erforderlichen Grad der Fragmentierung dieser Ionen optimalen Energie eintreten.
Tandem-Massenspektrometer nach Anspruch 29, worin die Steuereinheit so konfiguriert ist, dass sie verursacht, dass die Deflektorplatten und der Energieerhöher synchron mit einer Spannung pulsieren.
Tandem-Massenspektrometer nach einem der Ansprüche 23 bis 30, das ferner ein Pumpmittel zum unterschiedlichen Pumpen eines Volumens zwischen den Ionendeflektor und die Fragmentierungszelle umfasst.