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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität und den Vorteil aus der am 30. April 2014 eingereichten
britischen Patentanmeldung 1407611.1 und der am 30. April 2014 eingereichten
europäischen Patentanmeldung 14166709.7 . Der gesamte Inhalt dieser Anmeldungen wird hier durch Verweis aufgenommen.
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GEBIET DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Massenspektrometrie und insbesondere Massenspektrometer und Verfahren zur Massenspektrometrie.
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HINTERGRUND
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Ein Massenspektrometer weist typischerweise eine Anzahl von in einer Linie zwischen einer Ionenquelle und einem Ionendetektor angeordneten Komponenten auf. Um zu gewährleisten, dass ein breiter Bereich von Ionen wirksam durch das Instrument übertragen werden kann, können geeignete Spannungen angelegt werden, um Ionen entlang der Achse und/oder zum Ausgang dieser Komponenten zu fokussieren.
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Für bestimmte Anwendungen ist es erforderlich, verhältnismäßig hohe Potentialabfälle über oder zwischen verschiedenen Gebieten des Instruments herbeizuführen. Beispielsweise können Ionen in eine gasgefüllte Stoßzelle beschleunigt werden, um eine stoßinduzierte Dissoziation ("CID") auszuführen, indem am Eingang der Stoßzelle ein Potentialabfall herbeigeführt wird. Dieser Potentialabfall bestimmt die Stoß- oder Fragmentationsenergie.
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Wenn in einem solchen Fragmentationsmodus gearbeitet wird, müssen alle der Stoßzelle vorgeschalteten Komponenten den Potentialabfall, d.h. die Stoßenergie, aufrechterhalten oder verfolgen, um einen kontinuierlichen Ionenstrahl durch das Instrument zu übertragen. Der Gesamtpotentialabfall entlang dem Instrument muss daher um einen der Stoßenergie entsprechenden Betrag zunehmen.
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Das Gleiche gilt, wenn ein kontinuierlicher Ionenstrahl durch eine Vorrichtung übertragen wird, die einen großen Potentialabfall erfordert. Beispielsweise wird in einer Driftröhren-Ionenbeweglichkeits-Trennvorrichtung bewirkt, dass Ionen entlang einem Gleichspannungspotentialgradienten entsprechend ihrer Ionenbeweglichkeit getrennt werden. Die der Driftröhre vorgeschalteten und nachgeschalteten Komponenten müssen den Gleichspannungspotentialgradienten verfolgen. Große Potentialabfälle können auch in den Ionenquellen- oder Übertragungsgebieten erforderlich sein, um Ionen mit einem hohen Masse-/Ladungsverhältnis zu übertragen oder eine Desolvatisierung zu unterstützen.
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Bei einigen Instrumentgeometrien kann es viele vorgeschaltete Vorrichtungen geben, die selbst jeweils einen zugeordneten Potentialabfall erfordern können. Weil jede Komponente auf zumindest das gleiche Potential wie die angrenzend nachgeschaltete Komponente angehoben werden muss, gibt es entgegen der Verlaufsrichtung eine kumulative Spannungserhöhung. Die kumulative Wirkung der verschiedenen Fokussierspannungen und Spannungsabfälle führt dazu, dass vorgeschaltete Komponenten bei verhältnismäßig hohen absoluten Potentialen gehalten werden. Dies kann zu möglichen elektrischen Durchschlagsproblemen führen.
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Hohe Potentialabfälle über ein Instrument können auch zu anderen Problemen in der Art des Leistungsversorgungsbereichs, der Sicherheit, zu Spannungsgenauigkeitsproblemen und zu einer komplexen Instrumentensteuerung führen.
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Es ist bekannt, die Trennungseigenschaften einer Ionenbeweglichkeitsvorrichtung durch die Verwendung von Kombinationen laufender Wellen und eines entgegengerichteten axialen Gleichspannungsgradienten zu verbessern, wie beispielsweise in
GB-2409764 (Micromass),
GB-2392304 (Micromass) und
US 2013/0299690 (Shvartsburg) offenbart ist.
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Andere elektrostatische Manipulationen von Ionen innerhalb einer Ionenführung sind in
EP-1271611 (Micromass),
GB-2382920 (Micromass) und
WO2012/150351 (Berdnikov) beschrieben.
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Es ist erwünscht, diese Probleme in Zusammenhang mit dem Herbeiführen einer hohen Potentialdifferenz innerhalb eines Massenspektrometers mit einem kontinuierlichen Strahl abzuschwächen.
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KURZFASSUNG
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Gemäß einem Aspekt ist ein Verfahren zur Massenspektrometrie vorgesehen, welches Folgendes umfasst:
Bereitstellen einer ersten Vorrichtung und einer hinter bzw. stromabwärts der ersten Vorrichtung angeordneten zweiten Vorrichtung,
Herbeiführen einer Potentialdifferenz zwischen dem Ausgang der ersten Vorrichtung und dem Eingang der zweiten Vorrichtung,
Verringern des Gesamtpotentialabfalls über die erste und die zweite Vorrichtung durch Anlegen eines entgegengerichteten axialen elektrischen Felds an die erste Vorrichtung und/oder die zweite Vorrichtung und
Treiben von Ionen durch die erste Vorrichtung und/oder die zweite Vorrichtung gegen das entgegengerichtete axiale elektrische Feld.
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Die hier beschriebenen Techniken ermöglichen eine vorteilhafte Verringerung des Gesamtpotentialabfalls entlang einem Massenspektrometer, das eine Potentialdifferenz über seine oder zwischen seinen Komponenten aufweist. Dies wird erreicht, indem die Potentialdifferenz durch Anlegen eines entgegengerichteten axialen elektrischen Felds an eine vorgeschaltete oder nachgeschaltete Komponente des Instruments kompensiert wird. Durch Kompensieren oder Verringern des Potentialabfalls kann die Anforderung, dass irgendwelche andere vorgeschaltete oder nachgeschaltete Komponenten den Potentialabfall verfolgen, verringert werden. Dies kann beispielsweise ermöglichen, dass die absoluten Potentiale von Komponenten vor der Potentialdifferenz verringert werden. Weil der Potentialabfall ferner verhältnismäßig lokalisiert sein kann, können jegliche Komponenten oder Vorrichtungen vor und/oder hinter der Potentialdifferenz selbst dann statisch bleiben, wenn die Potentialdifferenz eingestellt oder herbeigeführt wird. Dies kann es ermöglichen, dass eine größere Potentialdifferenz herbeigeführt wird, ohne dass ein elektrischer Durchschlag auftritt.
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Der Potentialabfall zwischen dem Eingang der ersten Vorrichtung und dem Ausgang der zweiten Vorrichtung kann kleiner sein als die Potentialdifferenz zwischen dem Ausgang der ersten Vorrichtung und dem Eingang der zweiten Vorrichtung.
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Es sei bemerkt, dass, damit das entgegengerichtete axiale Feld die Potentialdifferenz kompensiert, die Potentialdifferenz dem entgegengerichteten Feldgradienten entgegengesetzt sein muss, d.h. eine vorwärts gerichtete Potentialdifferenz sein muss oder ein vorwärts gerichtetes axiales Feld bereitstellen muss.
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Das Verfahren kann das Einstellen des entgegengerichteten axialen Felds zur Einstellung der Potentialdifferenz umfassen. Das heißt, dass das entgegengerichtete axiale Feld, das an die erste und/oder die zweite Vorrichtung angelegt wird, zumindest teilweise die Potentialdifferenz zwischen der ersten und der zweiten Vorrichtung festlegen kann.
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Es ist bekannt, verschiedene Kombination elektrischer Felder an eine Vorrichtung anzulegen, um Ionen aus verschiedenen Gründen in die Vorrichtung einzusperren und/oder darin zu manipulieren. Beispielsweise ist es bekannt, die Trennungseigenschaften einer Ionenbeweglichkeitsvorrichtung durch die Verwendung von Kombinationen laufender Wellen und eines entgegengerichteten axialen Gleichspannungsgradienten zu verbessern, wie beispielsweise in
GB-2409764 (Micromass),
GB-2392304 (Micromass),
US 2013/0299690 (Shvartsburg) offenbart ist. Andere elektrostatische Manipulationen von Ionen innerhalb einer Ionenführung sind in
EP-1271611 (Micromass),
GB-2382920 (Micromass) und
WO 2012/150351 (Berdnikov) beschrieben.
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Es ist jedoch zu verstehen, dass die hier beschriebenen Techniken ein Verfahren zum Verringern von Potentialabfällen betreffen, die sich aus elektrischen Potentialen oder Feldern ergeben, welche an eine Vorrichtung angelegt werden (beispielsweise Ionenbeweglichkeitsspektrometrie-Driftfelder oder -Beschleunigungsfelder), indem ein kompensierendes Feld an eine andere vorgeschaltete oder nachgeschaltete Komponente eines Massenspektrometers angelegt wird. Dies ist in keinem der vorstehend erwähnten Dokumente offenbart.
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Die erste und die zweite Vorrichtung können in einer Linie zwischen einer oder mehreren vorgeschalteten Komponenten in der Art einer Ionenquelle und einer oder mehreren nachgeschalteten Komponenten in der Art eines Ionendetektors angeordnet werden. Das heißt, dass Ionen sequenziell von einer vorgeschalteten Ionenquelle durch die erste und die zweite Vorrichtung zu einem nachgeschalteten Ionendetektor laufen können. Die erste und die zweite Vorrichtung können aneinander angrenzen, dies ist jedoch nicht unbedingt erforderlich.
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Die Techniken können an einem mit einem kontinuierlichen Strahl arbeitenden Massenspektrometer ausgeführt werden.
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Ein entgegengerichtetes axiales elektrisches Feld ist ein der Weiterleitung von Ionen entgegengesetztes Feld, d.h. der Potentialgradient steigt in Verlaufsrichtung an, um eine Rückstellkraft bereitzustellen, die dazu neigt, Ionen zum Eingang der Vorrichtung zurückzuführen.
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Entsprechend ist ein vorwärts gerichtetes axiales Feld ein Feld, das dazu neigt, Ionen zum Ausgang der Vorrichtung zu beschleunigen. Es sei bemerkt, dass das entgegengerichtete axiale Feld und die Mittel zum Treiben von Ionen gegen das entgegengerichtete axiale Feld nicht über die gesamte erste und/oder zweite Vorrichtung angewendet zu werden brauchen und sich über einen oder mehrere Unterabschnitte der ersten und/oder der zweiten Vorrichtung erstrecken können.
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Beim Verfahren können Ionen durch die Potentialdifferenz in eine Fragmentations- oder Reaktionsvorrichtung beschleunigt werden.
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Die Potentialdifferenz kann die Stoßenergie in die Fragmentations- oder Reaktionsvorrichtung eintretender Ionen bestimmen.
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Die zweite Vorrichtung kann eine Fragmentations- oder Reaktionsvorrichtung umfassen.
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Die Fragmentations- oder Reaktionsvorrichtung kann eine gasgefüllte Stoßzelle umfassen. Die Potentialdifferenz kann demgemäß dafür eingerichtet werden, eine stoßinduzierte Dissoziation von Ionen zu induzieren.
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Beim Verfahren kann die Stoßenergie in die Fragmentations- oder Reaktionsvorrichtung eintretender Ionen durch Einstellen des entgegengerichteten axialen elektrischen Felds gesteuert werden.
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Es sei bemerkt, dass die hier beschriebenen Techniken eine Änderung oder die Herbeiführung einer Stoßenergie ermöglichen (beispielsweise kann das Instrument zwischen Fragmentations- und Nicht-Fragmentations-Betriebsmodi umgeschaltet werden), ohne dass jegliche Vorrichtungen oder Komponenten vor und/oder hinter der Potentialdifferenz die Stoßenergie verfolgen müssten. Das heißt, dass die anderen Vorrichtungen sowohl während des Fragmentations- als auch des Nicht-Fragmentationsmodus statisch beim gleichen Potential gehalten werden können.
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Beim Verfahren kann ein kontinuierlicher Ionenstrahl der ersten Vorrichtung und der zweiten Vorrichtung bereitgestellt werden. Es wird jedoch auch erwogen, dass Ionen als ein oder mehrere diskrete Ionenpakete gepulst bereitgestellt und sequenziell durch das Instrument (d.h. durch die erste und die zweite Vorrichtung) hindurchgeführt werden können.
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Das Treiben von Ionen durch die erste Vorrichtung und/oder die zweite Vorrichtung gegen das entgegengerichtete axiale elektrische Feld kann Folgendes umfassen:
- (i) Anlegen einer oder mehrerer transienter Gleichspannungen oder Gleichspannungspotentiale oder einer oder mehrerer Gleichspannungs- oder -potentialwellenformen an mehrere axiale Segmente, welche die erste und/oder die zweite Vorrichtung bilden, und/oder
- (i) Anlegen einer oder mehrerer Wechsel- oder HF-Spannungen oder -potentiale oder einer oder mehrerer Wechsel- oder HF-Spannungs- oder -potentialwellenformen an mehrere axiale Segmente, welche die erste und/oder die zweite Vorrichtung bilden.
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Alternativ/zusätzlich können beim Verfahren Ionen unter Verwendung einer Gasströmung durch die erste Vorrichtung und/oder die zweite Vorrichtung getrieben werden.
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Die erste oder die zweite Vorrichtung kann typischerweise in axialer Richtung segmentiert sein, so dass unabhängige transiente Gleichspannungen oder -potentiale an jedes Segment angelegt werden können. Die transienten Gleichspannungen oder -potentiale können eine laufende Welle erzeugen, welche sich in axialer Richtung bewegt und Ionen gegen das entgegengerichtete axiale elektrische Feld entlang der Vorrichtung vorantreibt. Die transienten Gleichspannungen oder -potentiale können zusätzlich zum entgegengerichteten axialen elektrischen Feld einer radial einschränkenden Wechsel- oder HF-Spannung überlagert werden. Die axial segmentierte Vorrichtung kann einen Multipol-Stabsatz oder einen gestapelten Ringsatz umfassen.
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Die Verwendung einer oder mehrerer transienter Gleichspannungen oder -potentiale oder einer oder mehrerer Gleichspannungs- oder -potentialwellenformen zum Vortreiben von Ionen gegen ein entgegengerichtetes axiales elektrisches Feld ist beispielsweise in
US-6791078 (Micromass),
US-6914241 (Micromass) und
US 2009/0014641 (Micromass) beschrieben. In diesen Dokumenten wird das entgegengerichtete axiale elektrische Feld jedoch nicht verwendet, um einen Potentialabfall entlang dem Instrument zu kompensieren oder zu verringern.
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Das entgegengerichtete axiale elektrische Feld kann ein lineares oder ein nicht lineares elektrisches Feld umfassen oder zeitlich gepulst sein.
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Beim Verfahren können ferner Ionen ohne eine Ionenbeweglichkeitstrennung gegen das entgegengerichtete axiale elektrische Feld durch die erste Vorrichtung und/oder die zweite Vorrichtung getrieben werden.
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Gemäß einem anderen Aspekt ist ein Massenspektrometer vorgesehen, welches Folgendes umfasst:
eine erste Vorrichtung,
eine zweite Vorrichtung, die hinter bzw. stromabwärts der ersten Vorrichtung angeordnet ist, wobei bei der Verwendung eine Potentialdifferenz zwischen dem Ausgang der ersten Vorrichtung und dem Eingang der zweiten Vorrichtung herbeigeführt wird,
ein Steuersystem, das dafür eingerichtet und ausgelegt ist, Folgendes auszuführen:
(i) ein entgegengerichtetes axiales elektrisches Feld an die erste Vorrichtung und/oder die zweite Vorrichtung anzulegen, so dass der Gesamtpotentialabfall über die erste und die zweite Vorrichtung verringert wird, und
eine Vorrichtung zum Treiben von Ionen durch die erste Vorrichtung und/oder die zweite Vorrichtung gegen das entgegengerichtete axiale elektrische Feld.
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Ein Massenspektrometer gemäß diesem Aspekt kann beliebige der vorstehend mit Bezug auf den ersten Aspekt beschriebenen Merkmale enthalten oder dafür eingerichtet und ausgelegt sein, diese auszuführen.
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Die zweite Vorrichtung kann eine Reaktions- oder Fragmentationsvorrichtung umfassen.
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Das Steuersystem kann ferner dafür eingerichtet und ausgelegt sein, die Stoßenergie innerhalb der Reaktions- oder Fragmentationsvorrichtung durch Einstellen des entgegengerichteten axialen elektrischen Felds zu steuern.
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Das Massenspektrometer kann in einem Fragmentations- und einem Nicht-Fragmentationsmodus betreibbar sein. Das Steuersystem kann dafür eingerichtet und ausgelegt sein, durch Einstellen der Potentialdifferenz und/oder des entgegengerichteten axialen Felds, das an die erste und/oder die zweite Vorrichtung angelegt ist, zwischen dem Fragmentations- und dem Nicht-Fragmentationsmodus umzuschalten. Beliebige andere Komponenten oder Vorrichtungen vor und/oder hinter der Potentialdifferenz können sowohl im Fragmentations- als auch im Nicht-Fragmentationsmodus auf demselben Potential (d.h. statisch) gehalten werden.
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Die Vorrichtung zum Treiben von Ionen gegen das entgegengerichtete axiale elektrische Feld durch die erste Vorrichtung und/oder die zweite Vorrichtung kann dafür einge
- (i) Anlegen einer oder mehrerer transienter Gleichspannungen oder Gleichspannungspotentiale oder einer oder mehrerer Gleichspannungs- oder -potentialwellenformen an mehrere axiale Segmente, welche die erste und/oder die zweite Vorrichtung bilden, und/oder
- (ii) Anlegen einer oder mehrerer Wechsel- oder HF-Spannungen oder -potentiale oder einer oder mehrerer Wechsel- oder HF-Spannungs- oder -potentialwellenformen an mehrere axiale Segmente, welche die erste und/oder die zweite Vorrichtung bilden.
richtet und ausgelegt sein, Folgendes auszuführen:
Die Vorrichtung zum Treiben von Ionen gegen das entgegengerichtete axiale elektrische Feld durch die erste Vorrichtung und/oder die zweite Vorrichtung kann eine Gasströmung umfassen.
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Gemäß einem anderen Aspekt ist ein Verfahren zur Massenspektrometrie vorgesehen, welches Folgendes umfasst:
Bereitstellen einer ersten Vorrichtung und einer zweiten Vorrichtung, die vor bzw. stromaufwärts und/oder hinter bzw. stromabwärts der ersten Vorrichtung angeordnet ist,
Anlegen eines vorwärts gerichteten axialen Felds an die erste Vorrichtung,
Verringern des Gesamtpotentialabfalls über die erste Vorrichtung und die zweite Vorrichtung durch Anlegen eines entgegengerichteten axialen elektrischen Felds an die zweite Vorrichtung und
Treiben von Ionen durch die zweite Vorrichtung gegen das entgegengerichtete axiale elektrische Feld.
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Der Gesamtpotentialabfall zwischen der ersten und der zweiten Vorrichtung, d.h. die Potentialdifferenz zwischen dem Eingang der ersten Vorrichtung und dem Ausgang der zweiten Vorrichtung, kann in der gleichen Weise wie vorstehend beschrieben verringert oder gesteuert werden.
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Ein Verfahren gemäß diesem Aspekt kann beliebige der vorstehend in Bezug auf den ersten Aspekt beschriebenen Merkmale oder Schritte aufweisen, sofern sie nicht miteinander inkompatibel sind. Beispielsweise können, wie vorstehend beschrieben wurde, die erste und die zweite Vorrichtung in einer Linie zwischen einer oder mehreren vorgeschalteten Vorrichtungen in der Art einer Ionenquelle und einer oder mehreren nachgeschalteten Vorrichtungen in der Art eines Ionendetektors angeordnet werden. Die erste und die zweite Vorrichtung können einander benachbart sein, dies ist jedoch nicht erforderlich.
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Beim Verfahren können ferner Ionen unter Verwendung des vorwärts gerichteten axialen Felds entsprechend ihrer Ionenbeweglichkeit getrennt werden.
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Beim Verfahren können Ionen durch die erste Vorrichtung unter Verwendung des vorwärts gerichteten axialen Felds beschleunigt werden. Die Ionen können so beschleunigt werden, dass sie mit einem Puffergas innerhalb der ersten Vorrichtung zusammenstoßen und veranlasst werden, eine stoßinduzierte Dissoziation durchzumachen.
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Ionen können optional ohne eine Ionenbeweglichkeitstrennung gegen das entgegengerichtete axiale elektrische Feld getrieben werden.
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Das Treiben von Ionen durch die zweite Vorrichtung gegen das entgegengerichtete axiale elektrische Feld kann Folgendes umfassen:
- (i) Anlegen einer oder mehrerer transienter Gleichspannungen oder Gleichspannungspotentiale oder einer oder mehrerer Gleichspannungs- oder -potentialwellenformen an mehrere axiale Segmente, welche die zweite Vorrichtung bilden, und/oder
- (ii) Anlegen einer oder mehrerer Wechsel- oder HF-Spannungen oder -potentiale oder einer oder mehrerer Wechsel- oder HF-Spannungs- oder -potentialwellenformen an mehrere axiale Segmente, welche die zweite Vorrichtung bilden.
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Beim Verfahren können alternativ/zusätzlich Ionen unter Verwendung einer Gasströmung gegen das entgegengerichtete axiale elektrische Feld durch die zweite Vorrichtung getrieben werden.
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Beim Verfahren kann ein kontinuierlicher Ionenstrahl der ersten Vorrichtung und der zweiten Vorrichtung bereitgestellt werden. Ionen können auch als diskrete Pakete bereitgestellt werden. Ein erweiterter oder pseudokontinuierlicher Ionenstrahl kann durch die erste Vorrichtung oder die zweite Vorrichtung erzeugt werden, wobei die erste oder die zweite Vorrichtung beispielsweise ein Ionenpaket entsprechend der Ionenbeweglichkeit trennt.
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Gemäß einem Aspekt ist ein Massenspektrometer vorgesehen, welches Folgendes umfasst:
eine erste Vorrichtung,
eine zweite Vorrichtung, die vor und/oder hinter der ersten Vorrichtung angeordnet ist,
ein Steuersystem, das dafür eingerichtet und ausgelegt ist, Folgendes auszuführen:
(i) Anlegen eines vorwärts gerichteten axialen Felds an die erste Vorrichtung,
(ii) Anlegen eines entgegengerichteten axialen elektrischen Felds an die zweite Vorrichtung, so dass der Gesamtpotentialabfall über die erste und die zweite Vorrichtung verringert wird, und
eine Vorrichtung zum Treiben von Ionen durch die zweite Vorrichtung gegen das entgegengerichtete axiale elektrische Feld.
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Gemäß einem Aspekt ist ein Verfahren zur Massenspektrometrie vorgesehen, welches Folgendes umfasst:
Verringern des Potentialabfalls zwischen dem Eingang einer ersten Vorrichtung und dem Ausgang einer zweiten nachgeschalteten Vorrichtung durch Anlegen eines entgegengerichteten axialen elektrischen Felds an die erste Vorrichtung und/oder die zweite Vorrichtung.
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Das Verfahren kann ferner eine Potentialdifferenz oder einen Potentialabfall über die erste und/oder die zweite Vorrichtung und/oder zwischen der ersten und der zweiten Vorrichtung herbeiführen.
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Das Verfahren kann ferner eine Potentialdifferenz zwischen dem Ausgang der ersten Vorrichtung und dem Eingang der zweiten Vorrichtung herbeiführen.
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Optional kann das Verfahren das Steuern der Potentialdifferenz durch Einstellen des an die erste Vorrichtung und/oder die zweite Vorrichtung angelegten entgegengerichteten axialen elektrischen Felds umfassen.
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Alternativ/zusätzlich kann das entgegengerichtete axiale elektrische Feld an die zweite Vorrichtung angelegt werden, wobei beim Verfahren ferner eine Potentialdifferenz über die erste Vorrichtung herbeigeführt wird.
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Alternativ wird das entgegengerichtete axiale elektrische Feld an die erste Vorrichtung angelegt, wobei beim Verfahren ferner eine Potentialdifferenz über die zweite Vorrichtung herbeigeführt wird.
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Das Treiben von Ionen durch die erste Vorrichtung und/oder die zweite Vorrichtung gegen das entgegengerichtete axiale elektrische Feld kann Folgendes umfassen:
- (i) Anlegen einer oder mehrerer transienter Gleichspannungen oder Gleichspannungspotentiale oder einer oder mehrerer Gleichspannungs- oder -potentialwellenformen an mehrere axiale Segmente, welche die zweite Vorrichtung bilden, und/oder
- (ii) Anlegen einer oder mehrerer Wechsel- oder HF-Spannungen oder -potentiale oder einer oder mehrerer Wechsel- oder HF-Spannungs- oder -potentialwellenformen an mehrere axiale Segmente, welche die zweite Vorrichtung bilden.
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Beim Verfahren können Ionen unter Verwendung einer Gasströmung durch die erste Vorrichtung und/oder die zweite Vorrichtung getrieben werden.
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Gemäß einem Aspekt ist ein Massenspektrometer vorgesehen, welches Folgendes umfasst:
eine Vorrichtung, die dafür eingerichtet und ausgelegt ist, den Potentialabfall zwischen dem Eingang einer ersten Vorrichtung und dem Ausgang einer zweiten nachgeschalteten Vorrichtung durch Anlegen eines entgegengerichteten axialen elektrischen Felds an die erste Vorrichtung und/oder die zweite Vorrichtung zu verringern und
eine Vorrichtung, welche dafür eingerichtet und ausgelegt ist, Ionen gegen das entgegengerichtete axiale elektrische Feld durch die erste Vorrichtung und/oder die zweite Vorrichtung zu treiben.
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Gemäß einem Aspekt ist ein Verfahren zur Massenspektrometrie vorgesehen, welches Folgendes umfasst:
Bereitstellen einer ersten Vorrichtung und einer hinter der ersten Vorrichtung angeordneten zweiten Vorrichtung,
Anlegen eines entgegengerichteten axialen elektrischen Felds an die erste Vorrichtung und/oder die zweite Vorrichtung, um eine Potentialdifferenz zwischen dem Ausgang der ersten Vorrichtung und dem Eingang der zweiten Vorrichtung herbeiführen oder einzustellen, und
Treiben von Ionen durch die erste Vorrichtung und/oder die zweite Vorrichtung gegen das entgegengerichtete axiale elektrische Feld.
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Gemäß einem Aspekt ist ein Massenspektrometer vorgesehen, welches Folgendes umfasst:
eine erste Vorrichtung,
eine zweite Vorrichtung, die hinter der ersten Vorrichtung angeordnet ist,
ein Steuersystem, das dafür eingerichtet und ausgelegt ist, Folgendes auszuführen:
(i) Herbeiführen oder Einstellen einer Potentialdifferenz zwischen dem Ausgang der ersten Vorrichtung und dem Eingang der zweiten Vorrichtung durch Anlegen eines entgegengerichteten axialen elektrischen Felds an die erste Vorrichtung und/oder die zweite Vorrichtung und
eine Vorrichtung zum Treiben von Ionen gegen das entgegengerichtete axiale elektrische Feld.
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Gemäß einem Aspekt ist ein Verfahren zur Massenspektrometrie vorgesehen, welches Folgendes umfasst:
Bereitstellen einer ersten Vorrichtung und einer zweiten Vorrichtung,
Anlegen eines vorwärts gerichteten axialen Felds an die erste Vorrichtung,
Anlegen eines entgegengerichteten axialen elektrischen Felds an die zweite Vorrichtung, um den Gesamtpotentialabfall über die erste Vorrichtung und die zweite Vorrichtung zu verringern, und
Treiben von Ionen durch die zweite Vorrichtung gegen das entgegengerichtete axiale elektrische Feld.
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Gemäß einem Aspekt ist ein Massenspektrometer vorgesehen, welches Folgendes umfasst:
eine erste Vorrichtung,
eine zweite Vorrichtung,
ein Steuersystem, das dafür eingerichtet und ausgelegt ist, Folgendes auszuführen:
(i) Anlegen eines vorwärts gerichteten axialen Felds an die erste Vorrichtung und
(ii) Anlegen eines entgegengerichteten axialen elektrischen Felds an die zweite Vorrichtung und
eine Vorrichtung zum Treiben von Ionen durch die zweite Vorrichtung gegen das entgegengerichtete axiale elektrische Feld.
Gemäß einem Aspekt ist eine Vorrichtung zur Massenspektrometrie vorgesehen, welche Folgendes umfasst:
eine Gaszelle mit einem entgegengerichteten axialen Feld und einer laufenden Welle, welche den axialen Potentialhügel hinaufläuft, der durch das entgegengerichtete axiale Feld erzeugt wurde, und
eine Potentialdifferenz zwischen dem Ausgang einer vorgeschalteten Vorrichtung und dem Eingang der Gaszelle, wobei die Potentialdifferenz zumindest teilweise durch Ändern des Potentialgradienten des axialen Felds innerhalb der Gaszelle herbeigeführt wird.
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Die Potentialdifferenz kann herbeigeführt werden, um den Fragmentationsgrad von Ionen in der Gaszelle zu steuern.
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Gemäß einer Ausführungsform kann das Massenspektrometer ferner Folgendes umfassen:
- (a) eine Ionenquelle, die aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus Folgenden besteht: (i) einer Elektrosprayionisations-("ESI")-Ionenquelle, (ii) einer Atmosphärendruckphotoionisations-("APPI")-Ionenquelle, (iii) einer Atmosphärendruck-Chemische-Ionisations-("APCI")-Ionenquelle, (iv) einer Matrixunterstützte-Laserdesorptionsionisations-("MALDI")-Ionenquelle, (v) einer Laserdesorptionsionisations-("LDI")-Ionenquelle, (vi) einer Atmosphärendruckionisations-("API")-Ionenquelle, (vii) einer Desorptionsionisation-auf-Silicium-("DIOS")-Ionenquelle, (viii) einer Elektronenstoß-("EI")-Ionenquelle, (ix) einer Chemische-Ionisations-("CI")-Ionenquelle, (x) einer Feldionisations-("FI")-Ionenquelle, (xi) einer Felddesorptions-("FD")-Ionenquelle, (xii) einer Induktiv-gekoppeltes-Plasma-("ICP")-Ionenquelle, (xiii) einer Schneller-Atombeschuss-("FAB")-Ionenquelle, (xiv) einer Flüssigkeits-Sekundärionenmassenspektrometrie-("LSIMS")-Ionenquelle, (xv) einer Desorptionselektrosprayionisations-("DESI")-Ionenquelle, (xvi) einer Radioaktives-Nickel-63-Ionenquelle, (xvii) einer Atmosphärendruck-Matrixunterstützte-Laserdesorptionsionisations-Ionenquelle, (xviii) einer Thermospray-Ionenquelle, (xix) einer Atmosphärenprobenbildungs-Glimmentladungsionisations-("Atmospheric Sampling Glow Discharge Ionisation" – "ASGDI")-Ionenquelle, (xx) einer Glimmentladungs-("GD")-Ionenquelle, (xxi) einer Impaktorionenquelle, (xxii) einer Direkte-Analyse-in-Echtzeit-("DART")-Ionenquelle, (xxii) einer Lasersprayionisations-("LSI")-Ionenquelle, (xxiv) einer Sonicsprayionisations-("SSI")-Ionenquelle, (xxv) einer matrixunterstützten Einlassionisations-("MAII")-Ionenquelle, (xxvi) einer lösungsmittelunterstützten Einlassionisations-("SAII")-Ionenquelle, (xxvii) einer Desorptionselektrosprayionisations-("DESI")-Ionenquelle und (xxviii) einer Laserablations-Elektrosprayionisations-("LAESI")-Ionenquelle und/oder
- (b) eine oder mehrere kontinuierliche oder gepulste Ionenquellen und/oder
- (c) eine oder mehrere Ionenführungen und/oder
- (d) eine oder mehrere Ionenbeweglichkeitstrennvorrichtungen und/oder eine oder mehrere Feldasymmetrische-Ionenbeweglichkeitsspektrometervorrichtungen und/oder
- (e) eine oder mehrere Ionenfallen oder ein oder mehrere Ioneneinsperrgebiete und/oder
- (f) eine oder mehrere Kollisions-, Fragmentations- oder Reaktionszellen, die aus der Gruppe ausgewählt sind, welche aus Folgenden besteht: (i) einer Stoßinduzierte-Dissoziation-("CID")-Fragmentationsvorrichtung, (ii) einer Oberflächeninduzierte-Dissoziation-("SID")-Fragmentationsvorrichtung, (iii) einer Elektronenübertragungsdissoziations-("ETD")-Fragmentationsvorrichtung, (iv) einer Elektroneneinfangdissoziations-("ECD")-Fragmentationsvorrichtung, (v) einer Elektronenstoß-oder-Aufprall-Dissoziations-Fragmentationsvorrichtung, (vi) einer Photoinduzierte-Dissoziations-("PID")-Fragmentationsvorrichtung, (vii) einer Laserinduzierte-Dissoziations-Fragmentationsvorrichtung, (viii) einer Infrarotstrahlungsinduzierte-Dissoziation-Vorrichtung, (ix) einer Ultraviolettstrahlungsinduzierte-Dissoziation-Vorrichtung, (x) einer Düse-Skimmer-Schnittstelle-Fragmentationsvorrichtung, (xi) einer In-der-Quelle-Fragmentationsvorrichtung, (xii) einer In-der-Quelle-stoßinduzierte-Dissoziation-Fragmentationsvorrichtung, (xiii) einer Thermische-oder-Temperaturquellen-Fragmentationsvorrichtung, (xiv) einer Elektrisches-Feldinduzierte-Fragmentation-Vorrichtung, (xv) einer Magnetfeldinduzierte-Fragmentation-Vorrichtung, (xvi) einer Enzymverdauungs-oder-Enzymabbau-Fragmentationsvorrichtung, (xvii) einer Ion-Ion-Reaktions-Fragmentationsvorrichtung, (xviii) einer Ion-Molekül-Reaktions-Fragmentationsvorrichtung, (xix) einer Ion-Atom-Reaktions-Fragmentationsvorrichtung, (xx) einer Ion-metastabiles-Ion-Reaktion-Fragmentationsvorrichtung, (xxi) einer Ion-metastabiles-Molekül-Reaktion-Fragmentationsvorrichtung, (xxii) einer Ion-metastabiles-Atom-Reaktion-Fragmentationsvorrichtung, (xxiii) einer Ion-Ion-Reaktionsvorrichtung zum Reagieren von Ionen zur Bildung von Addukt- oder Produktionen, (xxiv) einer Ion-Molekül-Reaktionsvorrichtung zum Reagieren von Ionen zur Bildung von Addukt- oder Produktionen, (xxv) einer Ion-Atom-Reaktionsvorrichtung zum Reagieren von Ionen zur Bildung von Addukt- oder Produktionen, (xxvi) einer Ion-metastabiles-Ion-Reaktionsvorrichtung zum Reagieren von Ionen zur Bildung von Addukt- oder Produktionen, (xxvii) einer Ion-metastabiles-Molekül-Reaktionsvorrichtung zum Reagieren von Ionen zur Bildung von Addukt- oder Produktionen, (xxviii) einer Ion-metastabiles-Atom-Reaktionsvorrichtung zum Reagieren von Ionen zur Bildung von Addukt- oder Produktionen und (xxix) einer Elektronenionisationsdissoziations-("EID")-Fragmentationsvorrichtung und/oder
- (g) einen Massenanalysator, der aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus Folgenden besteht: (i) einem Quadrupol-Massenanalysator, (ii) einem Zweidimensionaler-oder-linearer-Quadrupol-Massenanalysator, (iii) einem Paul-oder-dreidimensionaler-Quadrupol-Massenanalysator, (iv) einem Penning-Fallen-Massenanalysator, (v) einem Ionenfallen-Massenanalysator, (vi) einem Magnetsektor-Massenanalysator, (vii) einem Ionenzyklotronresonanz-("ICR")-Massenanalysator, (viii) einem Fouriertransformations-Ionenzyklotronresonanz-("FTICR")-Massenanalysator, (ix) einem elektrostatischen Massenanalysator, der dafür eingerichtet ist, ein elektrostatisches Feld mit einer quadrologarithmischen Potentialverteilung zu erzeugen, (x) einem elektrostatischen Fouriertransformations-Massenanalysator, (xi) einem Fouriertransformations-Massenanalysator, (xii) einem Flugzeit-Massenanalysator, (xiii) einem Orthogonalbeschleunigungs-Flugzeit-Massenanalysator und (xiv) einem Linearbeschleunigungs-Flugzeit-Massenanalysator und/oder
- (h) einen oder mehrere Energieanalysatoren oder elektrostatische Energieanalysatoren und/oder
- (i) einen oder mehrere Ionendetektoren und/oder
- (j) ein oder mehrere Massenfilter, die aus der Gruppe ausgewählt sind, welche aus Folgenden besteht: (i) einem Quadrupol-Massenfilter, (ii) einer Zweidimensionaler-oder-linearer-Quadrupol-Ionenfalle, (iii) einer Paul-oder-dreidimensionaler-Quadrupol-Ionenfalle, (iv) einer Penning-Ionenfalle, (v) einer Ionenfalle, (vi) einem Magnetsektor-Massenfilter, (vii) einem Flugzeit-Massenfilter und (viii) einem Wien-Filter und/oder
- (k) eine Vorrichtung oder ein Ionengatter zum Pulsieren von Ionen und/oder
- (l) eine Vorrichtung zum Umwandeln eines im Wesentlichen kontinuierlichen Ionenstrahls in einen gepulsten Ionenstrahl.
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Das Massenspektrometer kann ferner eines der Folgenden aufweisen:
- (i) eine C-Falle und einen Massenanalysator mit einer äußeren rohrförmigen Elektrode und einer koaxialen inneren spindelartigen Elektrode, die ein elektrostatisches Feld mit einer quadrologarithmischen Potentialverteilung bilden, wobei in einem ersten Betriebsmodus Ionen zur C-Falle überführt werden und dann in den Massenanalysator injiziert werden und wobei in einem zweiten Betriebsmodus Ionen zur C-Falle überführt werden und dann zu einer Stoßzelle oder Elektronenübertragungsdissoziationsvorrichtung überführt werden, wo zumindest einige Ionen in Fragmentionen fragmentiert werden, und wobei die Fragmentionen dann zur C-Falle überführt werden, bevor sie in den Massenanalysator injiziert werden, und/oder
- (ii) eine Ringstapel-Ionenführung mit mehreren Elektroden, die jeweils eine Öffnung aufweisen, von der Ionen bei der Verwendung durchgelassen werden, und wobei der Abstand zwischen den Elektroden längs dem Ionenweg zunimmt und wobei die Öffnungen in den Elektroden in einem stromaufwärts gelegenen Abschnitt der Ionenführung einen ersten Durchmesser aufweisen und wobei die Öffnungen in den Elektroden in einem stromabwärts gelegenen Abschnitt der Ionenführung einen zweiten Durchmesser aufweisen, der kleiner als der erste Durchmesser ist, und wobei entgegengesetzte Phasen einer Wechsel- oder HF-Spannung bei der Verwendung an aufeinander folgende Elektroden angelegt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform weist das Massenspektrometer ferner eine Vorrichtung auf, die dafür eingerichtet und ausgelegt ist, den Elektroden eine Wechsel- oder HF-Spannung zuzuführen. Die Wechsel- oder HF-Spannung hat optional eine Amplitude, die aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus folgenden besteht: (i) etwa < 50 V Spitze-zu-Spitze, (ii) etwa 50–100 V Spitze-zu-Spitze, (iii) etwa 100–150 V Spitze-zu-Spitze, (iv) etwa 150–200 V Spitze-zu-Spitze, (v) etwa 200–250 V Spitze-zu-Spitze, (vi) etwa 250–300 V Spitze-zu-Spitze, (vii) etwa 300–350 V Spitze-zu-Spitze, (viii) etwa 350–400 V Spitze-zu-Spitze, (ix) etwa 400–450 V Spitze-zu-Spitze, (x) etwa 450–500 V Spitze-zu-Spitze und (xi) etwa > 500 V Spitzezu-Spitze.
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Die Wechsel- oder HF-Spannung kann eine Frequenz haben, die aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus Folgenden besteht: (i) < etwa 100 kHz, (ii) etwa 100–200 kHz, (iii) etwa 200–300 kHz, (iv) etwa 300–400 kHz, (v) etwa 400–500 kHz, (vi) etwa 0,5–1,0 MHz, (vii) etwa 1,0–1,5 MHz, (viii) etwa 1,5–2,0 MHz, (ix) etwa 2,0–2,5 MHz, (x) etwa 2,5–3,0 MHz, (xi) etwa 3,0–3,5 MHz, (xii) etwa 3,5–4,0 MHz, (xiii) etwa 4,0–4,5 MHz, (xiv) etwa 4,5–5,0 MHz, (xv) etwa 5,0–5,5 MHz, (xvi) etwa 5,5–6,0 MHz, (xvii) etwa 6,0–6,5 MHz, (xviii) etwa 6,5–7,0 MHz, (xix) etwa 7,0–7,5 MHz, (xx) etwa 7,5–8,0 MHz, (xxi) etwa 8,0–8,5 MHz, (xxii) etwa 8,5–9,0 MHz, (xxiii) etwa 9,0–9,5 MHz, (xxiv) etwa 9,5–10,0 MHz und (xxv) > etwa 10,0 MHz.
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Das Massenspektrometer kann auch eine Chromatographie- oder andere Trennvorrichtung stromaufwärts einer Ionenquelle aufweisen. Gemäß einer Ausführungsform weist die Chromatographietrennvorrichtung eine Flüssigchromatographie- oder Gaschromatographievorrichtung auf. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann die Trennvorrichtung Folgendes aufweisen: (i) eine Kapillarelektrophorese-("CE")-Trennvorrichtung, (ii) eine Kapillarelektrochromatographie-("CEC")-Trennvorrichtung, (iii) eine Trennvorrichtung mit einem im Wesentlichen starren keramikbasierten mehrschichtigen Mikrofluidik-Substrat ("Keramikkachel") oder (iv) eine Überkritisches-Fluid-Chromatographie-Trennvorrichtung.
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Die Ionenführung kann bei einem Druck gehalten werden, der aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus Folgenden besteht: (i) < etwa 0,0001 mbar, (ii) etwa 0,0001–0,001 mbar, (iii) etwa 0,001–0,01 mbar, (iv) etwa 0,01–0,1 mbar, (v) etwa 0,1–1 mbar, (vi) etwa 1–10 mbar, (vii) etwa 10–100 mbar, (viii) etwa 100–1000 mbar und (ix) > etwa 1000 mbar.
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Gemäß einer Ausführungsform können Analytionen einer Elektronenübertragungsdissoziations-("ETD")-Fragmentation in einer Elektronenübertragungsdissoziations-Fragmentationsvorrichtung unterzogen werden. Analytionen können veranlasst werden, mit ETD-Reagensionen innerhalb einer Ionenführung oder Fragmentationsvorrichtung zu wechselwirken.
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Gemäß einer Ausführungsform werden zum Bewirken einer Elektronenübertragungsdissoziation entweder: (a) Analytionen fragmentiert oder zum Dissoziieren und zum Bilden von Produkt- oder Fragmentionen gebracht, nachdem sie mit Reagensionen interagiert haben und/oder (b) Elektronen von einem oder mehreren Reagensanionen oder negativ geladenen Ionen zu einem oder mehreren mehrfach geladenen Analytkationen oder positiv geladenen Ionen übertragen, woraufhin wenigstens einige der mehrfach geladenen Analytkationen oder positiv geladenen Ionen dazu gebracht werden, zu dissoziieren und Produkt- oder Fragmentionen zu bilden, und/oder (c) Analytionen fragmentiert werden oder dazu gebracht werden, zu dissoziieren und Produkt- oder Fragmentionen zu bilden, nachdem sie mit neutralen Reagensgasmolekülen oder Atomen oder einem nicht ionischen Reagensgas interagiert haben, und/oder (d) Elektronen von einem oder mehreren neutralen nicht ionischen oder ungeladenen Ausgangsgasen oder -dämpfen zu einem oder mehreren mehrfach geladenen Analytkationen oder positiv geladenen Ionen übertragen werden, woraufhin wenigstens einige der mehrfach geladenen Analytkationen oder positiv geladenen Ionen dazu gebracht werden, zu dissoziieren und Produkt- oder Fragmentionen zu bilden, und/oder (e) Elektronen von einem oder mehreren neutralen nicht ionischen oder ungeladenen Superbasis-Reagensgasen oder -dämpfen zu einem oder mehreren mehrfach geladenen Analytkationen oder positiv geladenen Ionen übertragen werden, woraufhin wenigstens einige der mehrfach geladenen Analytkationen oder positiv geladenen Ionen dazu gebracht werden, zu dissoziieren und Produkt- oder Fragmentionen zu bilden, und/oder (f) Elektronen von einem oder mehreren neutralen, nicht ionischen oder ungeladenen Alkalimetallgasen oder -dämpfen zu einem oder mehreren mehrfach geladenen Analytkationen oder positiv geladenen Ionen übertragen werden, woraufhin wenigstens einige der mehrfach geladenen Analytkationen oder positiv geladenen Ionen dazu gebracht werden, zu dissoziieren und Produkt- oder Fragmentionen zu bilden, und/oder (g) Elektronen von einem oder mehreren neutralen, nicht ionischen oder ungeladenen Gasen, Dämpfen oder Atomen zu einem oder mehreren mehrfach geladenen Analytkationen oder positiv geladenen Ionen übertragen werden, woraufhin wenigstens einige der mehrfach geladenen Analytkationen oder positiv geladenen Ionen dazu gebracht werden, zu dissoziieren und Produkt- oder Fragmentionen zu bilden, wobei das eine oder die mehreren neutralen, nicht ionischen oder ungeladenen Gase, Dämpfe oder Atome aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Folgenden besteht: (i) Natriumdampf oder -atomen, (ii) Lithiumdampf oder -atomen, (iii) Kaliumdampf oder -atomen, (iv) Rubidiumdampf oder -atomen, (v) Cäsiumdampf oder -atomen, (vi) Franciumdampf oder -atomen, (vii) C60-Dampf oder -Atomen und (viii) Magnesiumdampf oder -atomen.
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Die mehrfach geladenen Analytkationen oder positiv geladenen Ionen können Peptide, Polypeptide, Proteine oder Biomoleküle umfassen.
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Gemäß einer Ausführungsform werden zum Bewirken einer Elektronenübertragungsdissoziation: (a) die Reagensanionen oder negativ geladenen Ionen von einem polyaromatischen Kohlenwasserstoff oder einem substituierten polyaromatischen Kohlenwasserstoff abgeleitet und/oder (b) die Reagensanionen oder negativ geladenen Ionen von der Gruppe abgeleitet, die aus Folgenden besteht: (i) Anthracen, (ii) 9,10-Diphenyl-anthracen, (iii) Naphthalen, (iv) Fluor, (v) Phenanthren, (vi) Pyren, (vii) Fluoranthen, (viii) Chrysen, (ix) Triphenylen, (x) Perylen, (xi) Acridin, (xii) 2,2'-Dipyridyl, (xiii) 2,2'-Biquinolin, (xiv) 9-Anthracencarbonitril, (xv) Dibenzothiophen, (xvi) 1,10'-Phenanthrolin, (xvii) 9'-Anthracencarbonitril und (xviii) Anthraquinon und/oder (c) weisen die Reagensionen oder negativ geladenen Ionen Azobenzolanionen oder Azobenzol-Radikalanionen auf.
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Gemäß einer Ausführungsform schließt der Prozess der Elektronenübertragungsdissoziationsfragmentation ein, dass Analytionen mit Reagensionen wechselwirken, wobei die Reagensionen Dicyanobenzol, 4-Nitrotoluol oder Azulen umfassen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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Verschiedene Ausführungsformen werden nun zusammen mit anderen Anordnungen, die nur der Erläuterung dienen, nur als Beispiel und mit Bezug auf die anliegende Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
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1 ein Massenspektrometer, das in einem Nicht-Fragmentationsmodus betrieben wird, gemäß einem herkömmlichen Ansatz,
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2 ein Massenspektrometer, das in einem Fragmentationsmodus betrieben wird, gemäß einem herkömmlichen Ansatz,
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3 ein Massenspektrometer, das in einem Fragmentationsmodus betrieben wird, gemäß einer Ausführungsform,
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4 ein Massenspektrometer, das in einem Fragmentationsmodus betrieben wird, gemäß einer anderen Ausführungsform und
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5 eine typische Anordnung von Komponenten innerhalb eines Massenspektrometers.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Es werden zuerst verschiedene herkömmliche Betriebsmodi beschrieben.
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1 zeigt ein herkömmliches Massenspektrometer, das in einem Nicht-Fragmentationsmodus betrieben wird. Die Position verschiedener Vorrichtungen entlang dem Instrument (in Verlaufsrichtung von links nach rechts gehend) und das elektrische Potential an dieser Position (durch die vertikale Achse repräsentiert) sind dargestellt. Die gepunktete Linie repräsentiert die elektrische Durchschlagsgrenze. Das Massenspektrometer umfasst eine erste vorgeschaltete Vorrichtung 1, eine zweite vorgeschaltete Vorrichtung 2, eine gasgefüllte Stoßzelle 3 und eine nachgeschaltete Vorrichtung 4.
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In 1 sind die Potentiale dafür eingerichtet, Ionen bei einer minimalen Fragmentation wirksam entlang der Vorrichtung zu übertragen. Zwischen benachbarten Komponenten ist ein leichter Potentialabfall eingebracht. Jedoch werden Ionen mit einer ungenügenden Energie, um eine Fragmentation hervorzurufen, von der zweiten vorgeschalteten Vorrichtung 2 in die Stoßzelle 3 überführt. Ohne solche Fokussierspannungen können Ionen innerhalb des Massenspektrometers effektiv bis zum Halt verlangsamt werden.
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Es ist anhand 1 ersichtlich, dass der Gesamtpotentialabfall entlang dem Instrument verhältnismäßig klein ist und dass alle Komponenten bei verhältnismäßig niedrigen absoluten Potentialen unter der Grenze des elektrischen Durchschlags, die durch die gepunktete Linie repräsentiert ist, gehalten werden.
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Ein herkömmliches Massenspektrometer, das in einem herkömmlichen Fragmentationsmodus betrieben wird, wird nun mit Bezug auf 2 beschrieben. 2 zeigt das in 1 dargestellte Massenspektrometer, das jedoch dafür eingerichtet ist, eine stoßinduzierte Dissoziation ("CID") von Ionen auszuführen.
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Um die Fragmentation zu induzieren, wird eine Potentialdifferenz zwischen den vorgeschalteten Vorrichtungen 1, 2 und der Stoßzelle 3 herbeigeführt, indem das an die erste vorgeschaltete Vorrichtung 1 und die zweite vorgeschaltete Vorrichtung 2 angelegte absolute Potential erhöht wird. Ionen in der zweiten vorgeschalteten Vorrichtung 2 werden durch die Potentialdifferenz zwischen dem Ausgang der zweiten vorgeschalteten Vorrichtung 2 und dem Eingang der Stoßzelle 3 in die Stoßzelle 3 hinein beschleunigt. Die Stoßenergie ist in erster Linie durch diese Potentialdifferenz festgelegt, und der Fragmentationsgrad kann demgemäß durch Einstellen der Potentialdifferenz zwischen der Stoßzelle 3 und den vorgeschalteten Vorrichtungen gesteuert werden.
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Es ist wichtig zu bemerken, dass alle Vorrichtungen, die der Stoßzelle 3 vorgeschaltet sind, zumindest um einen Betrag angehoben werden müssen, welcher der Stoßenergie entspricht, um zu gewährleisten, dass Ausgangs- oder Vorläuferionen wirksam zur Stoßzelle 3 übertragen werden, d.h. dass Ionen von der ersten vorgeschalteten Vorrichtung 1 zur zweiten vorgeschalteten Vorrichtung 2 übertragen werden.
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Weil die vorgeschalteten bzw. stromaufwärtigen Vorrichtungen 1, 2 die Stoßenergie verfolgen oder sie konstant halten müssen, ist der Gesamtpotentialabfall entlang dem Instrument, wie in 2 dargestellt ist, verhältnismäßig hoch. Es kann 2 entnommen werden, dass die vorgeschalteten Vorrichtungen 1, 2 nun bei verhältnismäßig hohen absoluten Potentialen über der elektrischen Durchschlagsgrenze gehalten werden.
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Diese kumulative Wirkung kann für Instrumente mit zusätzlichen vorgeschalteten Vorrichtungen oder zusätzlichen vorgeschalteten Potentialabfällen zusammengesetzt sein.
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Ein erstes Beispiel, das einige der Vorteile der Techniken gemäß den verschiedenen Ausführungsformen zeigt, wird nun mit Bezug auf 3 beschrieben.
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3 zeigt ein ähnliches Instrument wie das vorstehend beschriebene, das gemäß einer Ausführungsform in einem Fragmentationsmodus betrieben wird, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Komponenten repräsentieren.
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Die Stoßenergie ist durch die Potentialdifferenz zwischen dem Ausgang der zweite vorgeschalteten Vorrichtung 2 und dem Eingang der Stoßzelle 3 festgelegt. Gemäß dieser Ausführungsform wird die Potentialdifferenz jedoch zumindest teilweise durch Anlegen eines entgegengerichteten axialen elektrischen Gleichspannungsfelds an die Stoßzelle 3 herbeigeführt. Das entgegengerichtete axiale elektrische Feld stellt ein ansteigendes axiales Potential in Verlaufsrichtung bereit, so dass das Potential am Ausgang der Stoßzelle 3 gegenüber dem Potential am Eingang erhöht ist. Der die Stoßenergie definierende Potentialabfall befindet sich daher im Gebiet um den Eingang der Stoßzelle 3.
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Um Ionen von der Stoßzelle 3 zu einer nachgeschalteten Vorrichtung 4 zu übertragen, müssen Ionen gegen das entgegengerichtete axiale elektrische Feld angetrieben werden. Die Stoßzelle 3 kann im Allgemeinen eine Anzahl von Elektroden umfassen und ist in axialer Richtung segmentiert, so dass unabhängige transiente Gleichspannungspotentiale oder Spannungswellenformen an jedes Segment angelegt werden können. Die transienten Gleichspannungspotentiale oder Spannungswellenformen, die an jedes Segment angelegt werden, erzeugen eine laufende Welle 5, die sich in Achsenrichtung bewegt und Ionen aufwärts oder gegen den Potentialgradienten des entgegengerichteten axialen elektrischen Felds drängt oder vortreibt.
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Andere Mittel zum Antreiben von Ionen gegen das entgegengerichtete axiale elektrische Feld umfassen Wechsel- oder HF-Pseudopotentialantriebe oder Gasströmungen.
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Durch die Verwendung eines entgegengerichteten axialen Felds in Kombination mit einer laufenden Welle 5 kann die Anforderung, dass die erste vorgeschaltete Vorrichtung 1, die zweite vorgeschaltete Vorrichtung 2 und die nachgeschaltete Vorrichtung 4 der Stoßenergie folgen müssen, vorteilhaft vermieden werden. Auf diese Weise können diese Vorrichtungen möglicherweise statisch bleiben, d.h. bei im Wesentlichen den gleichen Potentialen wie während des Nicht-Fragmentationsmodus, wie in 1 dargestellt ist. Es ist ersichtlich, dass durch derartiges Herbeiführen eines entgegengerichteten axialen elektrischen Felds ermöglicht wird, dass der Gesamtpotentialabfall entlang dem Instrument und daher das absolute Potential der vorgeschalteten Vorrichtungen verringert wird.
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Ein weiteres Beispiel, das einige der Vorteile der Techniken gemäß den verschiedenen Ausführungsformen zeigt, wird mit Bezug auf 4 beschrieben.
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In 4 wird ein entgegengerichtetes axiales elektrisches Gleichspannungsfeld an die zweite vorgeschaltete Vorrichtung 2 angelegt, und die Stoßzelle 3 wird statisch gehalten. Ionen können in ähnlicher Weise wie vorstehend beschrieben, beispielsweise durch die Verwendung laufender Gleichspannungswellen 5, gegen das entgegengerichtete axiale elektrische Feld getrieben werden. Wiederum wird zwischen dem Ausgang der zweiten vorgeschalteten Vorrichtung 2 und dem Eingang der Stoßzelle 3 eine Potentialdifferenz herbeigeführt, ohne dass es erforderlich wäre, dass die anderen Vorrichtungen die Stoßenergie verfolgen. Demgemäß sind ähnlich der in 3 dargestellten Ausführungsform der Gesamtpotentialabfall und die absoluten Potentiale verglichen mit dem herkömmlichen Massenspektrometer, wie in 2 gezeigt, verringert.
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Gemäß den mit Bezug auf die 3 und 4 dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen wird die Stoßenergie zumindest teilweise durch Einstellen des an die Stoßzelle 3 oder die zweite vorgeschaltete Vorrichtung 2 angelegten entgegengerichteten axialen elektrischen Felds gesteuert. Andere Ausführungsformen können jedoch eine Kombination beliebiger der vorstehend beschriebenen Ansätze verwenden. Beispielsweise kann ein entgegengerichtetes axiales elektrisches Feld sowohl an die zweite vorgeschaltete Vorrichtung 2 als auch an die Stoßzelle 3 angelegt werden, um höhere Stoßenergien bereitzustellen. Ähnlich können die Potentiale der anderen vorgeschalteten und nachgeschalteten Vorrichtungen zusätzlich oder in Kombination mit dem entgegengerichteten axialen elektrischen Feld eingestellt werden. Dies kann geschehen, um das Herbeiführen eines zu steilen Gradienten des entgegengerichteten axialen elektrischen Felds zu vermeiden und/oder ein weiteres Erhöhen der Stoßenergie zu vermeiden. Gemäß diesen Ausführungsformen sind der Gesamtpotentialabfall entlang dem Instrument und/oder die absoluten Potentiale der vorgeschalteten Komponenten noch gegenüber jenen des herkömmlichen Massenspektrometers, wie in 2 dargestellt, verringert.
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Gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen können die vorgeschalteten Vorrichtungen beliebige typische Massenspektrometerkomponenten sein, die eine oder mehrere Umgebungs- oder Subumgebungs-Ionisationsquellen, Ionenführungen, HF-beschränkte Zwischendruckgebiete, Fragmentations- oder Reaktionsvorrichtungen, Ionenbeweglichkeitsvorrichtungen, Ionenfokussieroptiken, Masse-/Ladungsverhältnisfilter in der Art von Quadrupol-Massenfiltern und Masse-/Ladungsverhältnistrenner in der Art von Ionenfallen oder Flugzeit-Massenanalysatoren aufweisen. Ähnlich können die nachgeschalteten Vorrichtungen ein oder mehrere HF-beschränkte Zwischendruckgebiete, Fragmentations- oder Reaktionsvorrichtungen, Ionenbeweglichkeitsvorrichtungen, Ionenfokussieroptiken, Masse-/Ladungsverhältnisfilter in der Art von Quadrupol-Massenfiltern und Masse-/Ladungsverhältnistrenner in der Art von Ionenfallen oder Flugzeit-Massenanalysatoren aufweisen. Wenngleich eine Stoßzelle dargestellt ist, sei hervorgehoben, dass die verschiedenen Ausführungsformen auch auf andere Vorrichtungen angewendet werden können, die einen Potentialabfall einbringen oder erfordern.
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5 zeigt eine typische Anordnung von Massenspektrometerkomponenten, für welche die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen gelten können. Bei dieser Konfiguration wird ein kontinuierlicher Ionenstrahl in einer Ionenquelle erzeugt und wird der Ionenstrahl dann einer Quadrupolvorrichtung (zweiten vorgeschalteten Vorrichtung 2), einer Gaszelle (Stoßzelle 3) und einem Orthogonalbeschleunigungs-Flugzeit-Massenanalysator (nachgeschalteten Vorrichtung 4) zugeführt.
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Die Anzahl und die Reihenfolge dieser Komponenten sind nicht als einschränkend zu verstehen. Mehrere Vorrichtungen können kombiniert werden und/oder gemeinsam innerhalb eines einzigen Instruments betrieben werden, um den Gesamtpotentialabfall entlang einem Instrument zu verringern. Mit Bezug auf die in 3 dargestellte Ausführungsform sei bemerkt, dass das entgegengerichtete axiale elektrische Feld nicht direkt angrenzend an den lokalen Potentialabfall, der die Stoßenergie definiert, bereitgestellt zu sein braucht. Beispielsweise kann die Stoßzelle 3 kein entgegengerichtetes axiales elektrisches Feld aufweisen und kann ein entgegengerichtetes axiales elektrisches Feld an eine weitere nicht dargestellte Komponente, die der Stoßzelle 3 nachgeschaltet ist, angelegt werden.
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Die Grundgedanken der verschiedenen vorstehend beschriebenen Ausführungsformen gelten ebenso für andere Konfigurationen von Massenspektrometern, die einen Potentialabfall aufweisen. Beispielsweise kann es entlang der Driftröhre einer Ionenbeweglichkeits-Trennvorrichtung einen verhältnismäßig hohen Potentialabfall geben. Ähnlich den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen kann der Gesamtpotentialabfall entlang dem Instrument durch Herbeiführen eines entgegengerichteten axialen Gleichspannungsfelds an einer Komponente vor oder hinter der Ionenbeweglichkeits-Trennvorrichtung verringert werden.
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Es ist natürlich auch möglich, einen entgegengerichteten Feldgradienten unter Verwendung einer oder mehrerer Potentialdifferenzen in einer analogen oder gleichartigen Weise zu kompensieren. Tatsächlich ist zu verstehen, dass der Potentialabfall und das entgegengerichtete Feld einander im Allgemeinen kompensieren, um den Gesamtpotentialabfall zu verringern.
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Wenngleich die vorliegende Erfindung mit Bezug auf bestimmte Beispiele und Ausführungsformen beschrieben wurde, werden Fachleute verstehen, dass verschiedene Änderungen an der Form und den Einzelheiten vorgenommen werden können, ohne vom in den anliegenden Ansprüchen dargelegten Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.
