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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Ionenzahl in Ionenzyklotronresonanz-Massenspektrometern
(ICR-Massenspektrometern), wobei die Ionen nach ihrer Entstehung
in eine Multipol-Ionenleitvorrichtung aufgenommen und zwischengespeichert
werden. Durch eine Messung wird eine definierte Teilmenge der zwischengespeicherten Ionen
bestimmt und damit die Anzahl der Ionen geregelt, die zur massenspektrometrischen
Analyse in die Ionenzyklotronresonanzfalle (ICR-Ionenfalle) überführt werden.
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Konventionelle
Verfahren zur Ionisierung der Substanzen für massenspektrometrische Analyse, wie
z.B. Elektronenstoß,
können
auf die großen
organischen bzw. biologischen Moleküle nicht angewandt werden.
Diese Spezies werden weder durch thermische Energiezufuhr unzersetzt
in die Gasphase überführt, noch
werden sie durch Elektronenstoß ionisiert, ohne
fragmentiert zu werden. Heutzutage verwendet man in der Massenspektrometrie
sehr häufig
Elektrospray- oder matrixunterstützte
Laserdesorptions-Ionisierung (MALDI), welche den großen Molekülen viel
mildere Ionisierungbedingungen anbieten.
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Elektrospray-Ionisierung
ist die wahrscheinlich am meisten benutzte Ionisierungsverfahren
für die
Massenspektrometrie größerer Moleküle. Ein Übersichtsartikel über den
Mechanismus von Elektrospray-Ionisierung ist von P. Kebarle und
L. Tang in „Analytical
Chemistry" 65, 972A-986A
(1993) publiziert worden. Bei diesem Verfahren werden Ionen bei Atmosphärendruck
unter Hochspannung (3–6
kV) zwischen einer Elektrospraynadel und einer Gegenelektrode erzeugt.
Obwohl der Sprühvorgang
oft durch eine langsame und fein regulierbare Spritzenpumpe unterstützt wird,
ist die Abtrennung kleiner geladener Tröpfchen als Resultat der großen Ionendichte
auf der Flüssigkeitsoberfläche (Coulomb-Abstoßung) die wesentliche
treibende Kraft des Sprayvorgangs. Ein „Trockengas", das im Gegenstrom
gegen den Flug der geladenen Tröpfchen
fließt,
führt zur
Verdampfung des Lösungsmittels
(Desolvationsprozeß)
und deswegen zur Verkleinerung der Tröpfchenradien. Wegen der dadurch
verstärkten
coulombschen Kräfte
werden ionisierte Moleküle
verdampft, meistens vielfach protoniert. Diese Ionen werden durch
eine Kapillare, durch ein mehrstufiges Vakuumsystem und durch eine
Multipol-Ionenleitvorrichtung dem Massenspektrometer zur Messung
zugeführt.
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Elektrospray-Ionisierung
unter Atmosphärendruck
hat es sehr vereinfacht, Trennmethoden wie z.B. Flüssigchromatographie
oder Kapillarelektrophorese, direkt an die Massenspektrometrie zu
koppeln.
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Laserdesorptions-Ionisierung
(LDI) wird seit langem benutzt, um große organische Moleküle erfolgreich
in die Gasphase zu überführen und
zu ionisieren. Eine spezielle Art der LDI ist die Matrix-unterstützte Laserdesorptions-Ionisierung
(MALDI). Der Übersichtsartikel
von E. J. Zaluzec, D. A. Gage, J. T. Watson in Protein Expression
and Purification 6, 109-123 (1995) berichtet über MALDI-Anwendungen zur Charakterisierung
von Proteinen und Peptiden. Ein MALDI Artikel von H. J. Räder und
W. Schrepp über
die Analyse von synthetischen Polymeren mit Hilfe von MALDI-Flugzeit-Massenspektrometrie
ist in Acta Polymer. 49, 272-293 (1998) zu finden. Die Offenlegungsschrift
DE 196 17 011 A1 beschreibt
ein Verfahren zur MALDI.
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In
MALDI werden die Analytmoleküle
mit einer sogenannten Matrix gemischt. Das Molverhältnis Analyt-zu-Matrix
beträgt
dabei üblicherweise
1:102 bis 1:104.
Der Laserstrahl wird von Matrixmolekülen absorbiert und auf Analytmoleküle weitergeleitet. Diese
bekommen somit die nötige
Energie, in die Gasphase zu gelangen und werden dabei teilweise ionisiert.
Die Ionisierung erfolgt meistens durch eine Protonenaufnahme. Substanzen,
die als Matrix verwendet werden, sind zumeist Protonendonatoren. Als
Zusatz werden in speziellen Fällen
auch Alkalimetallsalze oder Silbersalze verwendet, um eine entsprechende
Metallionenanlagerung zu erzielen.
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In
klassischen Fällen
der MALDI-Flugzeitmassenspektrometrie extrahiert man die Ionen mit
einem Hochspannungspuls aus dem Quellenbereich den Massenspektrometers
und beschleunigt sie in das Flugrohr. Im Gegensatz zu MALDI-Flugzeit-Massenspektrometrie,
möchte
man bei den Hochfrequenz-Ionenfallen (Paul-Falle) und elektromagnetischen
Ionenfallen (Penning-Fallen, Ionenzyklotronresonanz- und Fourier-Transform-Ionenzyklotronresonanzmassenspektrometrie)
niederenergetische Ionen zu erzeugen, um deren verlustfreien Einfang
in der entsprechenden Ionenfalle zu erzielen. Hier werden Ionen
also nicht auf Energien von mehreren Kiloelektronenvolt beschleunigt.
Das Patent
DE 33 31 136
C2 beschreibt Verfahren und Vorrichtung zur Aufnahme von
ICR-Spektren. Das Patent
DE
37 33 853 C2 ein Befüllungsverfahren
für die
ICR-Falle und ein ICR-Spektrometer für die Durchführung des
Verfahrens.
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Im
Bereich der niederenergetischen Extraktion der MALDI-erzeugten Ionen
macht sich die Variation von deren überschüssiger Energie bemerkbar und
verursacht schon sogar beim Auffangen Schwierigkeiten. Sie führt zu einer
starken Streuung der erzeugten Massensignalen und deshalb zu unreproduzierbaren
analytischen Ergebnissen. Eine Niederspannungs-MALDI-Ionenquelle wird von A. N. Krutchinsky,
A. V. Loboda, V. L. Spicer, R. Dworschak, W. Ens, K. G. Standing
in „Rapid
Communications in Mass Spectrometry" 12, 508–518 (1998) beschrieben, wobei
die Ionen direkt in ein Quadrupol hineindesorbiert werden. Da die
Ionen praktisch im Quadrupol gebildet werden, werden sie effizient
eingefangen. Die Ionen werden hier jedoch nicht im Quadrupol gespeichert,
sondern das Quadrupol wird lediglich als Ionenleitvorrichtung benutzt,
um die Ionen zu einem Flugzeitmassenspektrometer weiterzuleiten.
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Die
Offenlegungsschriften
DE
195 23 859 A1 und
DE
195 23 860 A1 beschreiben Ionenleitsysteme zur Befüllung von
Ionenfallen-Massenspektrometer. Das Patent
US 5,179,278 beschreibt ein Ionenfallen-Massenspektrometer
mit einem „Einlaßsystem" bestehend aus einer
Reihe von parallelen Stäben.
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Die
Ionenfallen-Massenspektrometrie unterscheidet sich insofern von
der Ionen-Transmissions-Massenspektrometrie, als die Fallen begrenzte Kapazitäten zur
Speicherung der Ionen aufweisen. Eine Überfüllung der Ionenfallen ist ebenso
unerwünscht
wie eine zu geringe Ionenzahl. Verfahren zur Regelung der Ionenzahlen
bei Hochfrequenzfallen werden in den Patenten
US 5,107,109 A und
DE 43 26 549 A1 beschrieben.
Beide Patente beschreiben eine kontrollierte Erzeugung von Ionen
durch Elektronenstoß in
der Falle, indem die Ionisierungszeit der Analytmoleküle geregelt
wird. Im ersten Fall wird die Ionenzahl in der Falle durch eine
Vormessung der Ionenladung in der Falle bestimmt und in der sofort nachfolgenden
Messung geregelt. Im letzteren wird der Istwert der Ionenzahl aus
der Integration mehrerer vorangehender massenspektrometrischer Messungen
extrapoliert und für
die Regelung verwendet. Die Offenlegungsschrift
DE 195 20 319 A1 beschreibt auch
eine Methode zur Befüllung
der Quadrupol-Ionenfallen.
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Nachteile
der bisherigen Technik
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Die
pulsweise Erzeugung von Ionen durch MALDI oder LDI weist grundsätzliche
Unterschiede zur Ionenbildung in einer kontinuierlich funktionierenden
Ionenquelle. Die Ionisierung wird hier durch einzelne Laserpulse
ausgelöst,
welche Moleküle
in einer kristallinen Matrix in die Gasphase überführen und dabei teilweise ionisieren.
Bei jedem Laserpuls wird auch die Oberfläche der Probe modifiziert und
neu gestaltet, kleine Krater gebildet, während ein Teil der Materie
von der Oberfläche
weggetragen wird. Dadurch stellt das „Ionenbild" des nachfolgenden Laserpulses nicht
unbedingt eine quantitative Reproduktion des Ionenbildes vom vorgehenden
Puls dar. Das heißt,
die Anzahl der Ionen, die durch den MALDI-Prozess in die Gasphase
geraten, sowie das Intensitätsverhältnis von
Analytionen zu Matrix-Ionen können
von Laserpuls zu Laserpuls stark variieren. Dadurch wird eine variierende
Raumladung in der Falle verursacht.
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In
der Fourier-Transform-Ionenzyklotronresonanz-Massenspektrometrie
(FTICR-Massenspektrometrie) erfolgt die Bestimmung der Ionenmasse
in der ICR-Falle durch eine Frequenzmessung. Durch Raumladung verschiebt
sich diese Frequenz. Gemessen wird somit eine "reduzierte Zyklotronfrequenz", die von der Stärke der
Raumladung abhängt. In
der Publikation von J. B. Jeffries, S. E. Barlow and G. H. Dunn,
International Journal of Mass Spectrometry and Ion Processes 54,
169-187, (1983) werden die Verschiebungseffekte durch die Raumladung
theoretisch beschrieben. Wenn die Ionenzahl von Aufnahme zu Aufnahme
variiert und nicht geregelt wird, kann dies jedesmal eine entsprechende
Verschiebung des Massensignals verursachen.
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Bei
großen
Ionendichten tritt in der FTICR-Massenspektrometrie ein weiteres
unerwünschtes
Phänomen
auf, nämlich
die sogenannte „Peak
Coalescence" (Peakverschmelzung).
Signale von Ionen sehr kleiner Massenunterschied nähern sich
einander und verschmelzen schließlich. Das Produkt dieser Verschmelzung
ist meistens wieder ein scharfer Peak. Bei MALDI- FTICR-Massenspektrometrie beobachtet
man häufig
die Peakverschmelzungsphänomene
wegen der ungeregelten Ionenzahl, die in die ICR-Falle überführt wird.
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Wenn
mehrere Spektrenaufnahmen aufaddiert werden sollen, um eine Erhöhung des
Signalzu-Rausch-Verhältnisses
zu erzielen, bereiten diese Frequenzverschiebungen Schwierigkeiten.
Die variierende Ionenzahl von aufeinanderfolgenden Ionisationsprozessen
(z.B. MALDI) erzeugt variierende Raumladung und Massenverschiebungen
in jedem aufgenommenen Spektrum. So zeigt sich dieser Effekt bei
Aufaddierung aller aufgenommenen Spektren als eine Peakverbreiterung
und führt
zu einem Verlust der Auflösung.
Die FTICR-Massenspektrometrie wird heutzutage weitgehend wegen ihrer
extrem hohen Massengenauigkeit und Massenauflösung eingesetzt. Deshalb bedeuten
hier allein sehr kleine Verschiebungen, die durch Raumladungseffekte
hervorgerufen werden, einen großen
Verlust an Leistungsfähigkeit.
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Obwohl
die Schwierigkeiten mit der Variation des massenspektrometrischen
Signals sich besonders bei MALDI-Ionisierung bemerkbar machen, ist sie
bei anderen Arten der Ionisierung auch festgestellt worden. Die
Elektrospray-Ionisierung zeigt ebenfalls starke Fluktuationen der
Ionenbildung. Hinzu kommt, daß die
durch Elektrospray ermöglichte Kopplung
mit chromatographischen oder elektrophoretischen Trennverfahren
sehr starke Konzentrationsänderungen
der Analytsubstanzen mit sich bringt, die ebenfalls ausgeregelt
werden müssen.
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Aus
diesen Gründen
wird ersichtlich, daß eine
Regelung der Raumladung in ICR-Ionenfallen sehr wichtig ist.
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Aufgabe der
Erfindung
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Es
ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zu entwickeln, um in Ionenzyklotronresonanz-Massenspektrometern
starke Variationen der Ionenzahlen, die durch fluktuierende Ionenerzeugung
verursacht werden, und der damit verbundenen Raumladungseffekte
zu vermeiden.
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Kurze Beschreibung
der Erfindung
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Die
Erfindung besteht darin, Ionen nach ihrer Entstehung zunächst in
einer Multipol-Ionenleitvorrichtung einzufangen und dort zwischenzuspeichern, eine
definierte Teilmenge dieser Ionen zu messen, und mit diesem Meßergebnis
die anschließende
Füllung
der ICR-Ionenfalle zu regeln.
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Zur
Zwischenspeicherung der Ionen im Multipol-Ionenleitsystem ist es
erforderlich, am Anfang und am Ende des Multipol-Ionenleitsystems
je ein Reflektionspotential anzubringen. Es kann dies durch Lochblenden
geschehen, wobei auch Abstreifer ("Skimmer") als Lochblenden angesehen werden können. Eingangsseitig
kann auch die MALDI-Probenträgerplatte
das Potential für
die Speicherung der Ionen bereitstellen. Das Potential für die ausgangsseitige
Lochblende muß schaltbar
sein, um vom Speicherzustand auf einen Extraktionszustand umschalten
zu können.
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Die
Befüllung
der Ionenzyklotronresonanz-Ionenfalle aus der Ionenleitvorrichtung
richtet sich nach der Anzahl der Ionen in der Ionenleitvorrichtung,
dem sogenannten Füllstand.
Im Allge meinen ist die Füllgeschwindigkeit
vom Füllstand
abhängig.
Die speichernde Multipol-Ionenleitvorrichtung kann auch aus mehreren
einzelnen Multipol-Systemen bestehen.
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Für den Fall
einer Ionisierung durch MALDI hat die Zwischenspeicherung in einer
Multipol-Ionenleitvorrichtung
den weiteren Vorteil, daß man
die in einzelnen Laserschüssen
produzierten Ionen sammeln kann, um sie erst dann in die Falle zu übertragen.
Einerseits kann man bei zu geringen Analytkonzentrationen in der
untersuchten Probe durch viele Laserschüsse die Analytionen anreichern.
Sind andererseits zu viele Ionen erzeugt worden, stellt man das
durch die Vormessung fest und berücksichtigt es bei der Füllung der
ICR-Ionenfalle, um die Raumladung unter Regelung zu halten.
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Ein
weiterer Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, daß die Ionen
in der Multipol-Ionenleitvorrichtung durch Stöße mit Gasmolekülen in kurzer
Zeit ihre überschüssige kinetische
Energie verlieren, wenn sich die Multipol-Ionenleitvorrichtung in
einem Bereich des Massenspektrometers mit etwas erhöhtem Druck
befindet. Dadurch verbessert sich die Wahrscheinlichkeit des Einfangs
im ICR-Massenspektrometer.
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Weiterhin
kann man mit Hilfe einer Multipol-Ionenleitvorrichtung unerwünschte Ionen
filtern, bevor sie zur endgültigen
Massenanalyse in die ICR-Ionenfalle weitergeleitet werden. Die Anwesenheit
der unerwünschten
Ionen bedeutet nichts anderes als zusätzliche Raumladung. Die Filterung
in einem stabförmigen
Multipol ist bekannt; jeder Multipol besitzt eine untere Massenabschneidegrenze
für die Speicherung
von Ionen, die nur von den elektrischen und mechanischen Parametern
des Multipols abhängt.
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Beschreibung
der Figuren
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1 beschreibt
eine LDI-Quelle für
ein ICR-Massenspektrometer, wobei sich eine speichernde Multipol-Ionenleitvorrichtung
vor dem Probenträger
befindet. Diese Ionenquelle ist zur Bestimmung der Zahl der zwischengespeicherten
Ionen mit einem Deflektor und einem Ionendetektor ausgestattet.
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2 zeigt
eine Anordnung für
ein FTICR-Massenspektrometer, mit einer Elektrospray-Quelle und einem
Flüssigchromatographen. Die
mit Hilfe des vorgeschalteten Chromatographen getrennten Komponenten
des Substanzgemisches werden in der Elektrospray-Ionenquelle ionisiert
und zu einer zwischenspeichernden Multipol-Ionenleitvorrichtung
weitergeleitet. Die Vormessung einer bestimmten Teilmenge der zwischengespeicherten
Ionen ermöglicht
die Ionenzahlregelung in der ICR-Falle.
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3 stellt
den Algorithmus einer Ionenzahl-Regelprozedur schematisch dar, die
mit einer Zwischenspeicherung der erzeugten Ionen arbeitet.
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Besonders
vorteilhafte Ausführungsformen
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1 zeigt
eine LDI-Quelle mit einer Multipol-Ionenleitvorrichtung, angeschlossen
an ein Fourier-Transform-Ionenzyklotronresonanzmassenspektrometer:
Der Laserstrahl (3) geht in dieser Anordnung durch einen
verstellbaren Abschwächer
(5), eine Linse (6) zur Fokussierung und durch
das Laserfenster (7) auf die Probe (1) im Vakuumsystem
des Massenspektrometers. Die Ionen werden von der Probe (1)
erzeugt und in der Multipol-Ionenleitvorrichtung
(8) zwischengespeichert. In diesem Beispiel besteht die
Ionenleitvor richtung aus einem Oktopol. Nach einer Speicherzeit
in diesem Multipol werden sie durch eine Umpolung der Spannung an
der Lochblende (9) durch die ionenoptischen Linsen (15 und 16)
in das Ionentransfersystem (17) des FTICR-Massenspektrometers übertragen.
Das Ionentransfersystem (17) besteht meistens aus mehreren
zylindrischen ionenoptischen Komponenten, mit deren Hilfe die Ionen
in die ICR-Falle (18) weitergeleitet werden, um massenspektrometrisch
nachgewiesen werden zu können.
Die ICR-Falle befindet sich im massenspektrometrischen Vakuumsystem
innerhalb des supraleitenden Magneten (19). Alle Pumpanschlüsse des
differentiell gepumpten Vakuumsystems (20) sind in der
Figur mit der Nummer 14 versehen.
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Ein
Verfahren nach der vorliegenden Erfindung kann mit Hilfe eines Vordetektors
durchgeführt werden.
Ein Teil der Ionen, die in der Multipol-Ionenleitvorrichtung zwischengespeichert
worden sind, wird durch einen kurzen elektrischen Puls (an die Extraktionsplatte
der Multipol-Ionenleitvorrichtung wird eine schwache negative Spannung
angelegt) aus diesem Zwischenspeicher herausgeholt und zu einem
Vordetektor weitergeleitet. Die optimale Länge dieses elektrischen Testpulses
wird experimentell so festgelegt, daß man dabei nicht mehr als
5-10% der gesamten, im Zwischenspeicher befindlichen Ionen herausholt.
Der Vordetektor dient dazu, diesen kurzen Ionenpuls in ein Stromsignal
umzuwandeln, das als Maß für den Füllstand
dient. Durch eine Kalibrierung wird aus dem vom Vordetektor gemessenen Füllstandssignal
die Befüllungszeit
bestimmt, die für die Übertragung
der gewünschten
Ionenmenge in das ICR-Massenspektrometer benötigt wird.
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Durch
die Vordetektion einer kleinen Teilmenge der in der Multipol-Ionenleitvorrichtung
zwischengespeicherten Ionen bekommt das System noch vor der massenspektrometrischen
Analyse eine Information darüber,
ob die Menge der Ionen für
die optimale Füllung
der ICR-Ionenfalle
ausreichen wird oder nicht. Die Kalibration des Systems erfolgt
durch die Korrelation der in die Falle eingeschossenen Ionen mit
dem Ionenstrom des Vordetektors. Die optimale Anzahl der Ionen in
der Falle kann nach Signalintensität und Ausmaß der Frequenzverschiebungen in
der FTICR-Falle bestimmt werden.
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Die
Vormessung zur Feststellung der zwischengespeicherten Ionenzahl
findet hier folgendermaßen
statt: Eine Teilmenge der zwischengespeicherten Ionen wird in aus
der Multipol-Ionenleitvorrichtung
hinausgepulst, und zur gleichen Zeit wird zwischen den beiden Hälften der
Linse (15) eine Differentialspannung angelegt. Dadurch
werden die Ionen zu einer Seite abgelenkt, worauf diese dann auf die
Wand der zylinderförmigen
Ionenlinse (16) aufprallen, die jetzt als Ionendetektor
arbeitet. Der hier gemessene Strom gibt den Füllstand an und wird zur Regulierung
der Länge
des Extraktionspulses an der Extraktionselektrode (9) benutzt.
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Ein
anderes Verfahren nach vorliegender Erfindung sieht vor, daß eine zweite
Multipol-Ionenleitvorrichtung
als ein Vordetektor benutzt wird. Dafür wird eine Teilmenge der vorgespeicherten
Ionen aus der ersten Multipol-Ionenleitvorrichtung extrahiert und
in die zweite weitergeleitet. Nach der Detektion der Ionenmenge
wird der Multipol wieder in seine ursprüngliche Betriebsart als Ionenleitvorrichtung
umgeschaltet.
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Die
Zwischenspeicherung der Ionen in der Multipolfalle ermöglicht natürlich auch
eine größere Anzahl
von Ionen auf einmal in die massenspektrometrische Ionenfalle zu übertragen,
wenn das nötig ist.
So ist eine anfängliche Überfüllung für eine Isolation
nur einer Ionensorte in der Ionenfalle notwendig, wenn diese Ionensorte
dann die optimale Anzahl an Ionen darstellen soll. Durch Kenntnis
der Ionenmischung durch ein zuvor gemessenes Spektrum kann der Grad
der dazu notwendigen Überfüllung bestimmt
werden.
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Die
Zwischenspeicherung der Ionen in der Multipol-Ionenfalle ermöglicht während der
Speicherzeit eine Abgabe der überschüssigen kinetischen
Energie durch Stöße auf die
Gasmoleküle
der Umgebung und dadurch eine Abkühlung der Ionen. Die energiearmen
Ionen lassen sich wesentlich erfolgreicher zur massenspektrometrischen
Ionenfalle überführen und
dort einfangen.
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In
Abhängigkeit
von den in der LDI-Quelle herrschenden Druckverhältnissen, kann die Endplatte
der Multipol-Ionenleitvorrichtung in Form eines Skimmers (Abschäldüse oder
Abstreifer) gebaut werden. Das ermöglicht es, ein differentiell-gepumptes System
zu bilden und im Ionenquellenbereich einen erhöhten Druck zu haben als in
dem Rest des Massenspektrometer-Vakuumsystems.
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In
der FTICR-Massenspektrometrie arbeitet man mit einer vorprogrammierten
Pulssequenz, wobei man normalerweise vor jeder Ionenerzeugungspuls
einen sogenannten Quenchpuls verwendet, um die Falle zu „säubern". Auf eine der Trappingplatten wird
kurzzeitig (üblicherweise
50 Millisekunden) eine etwas höhere
Spannung (–20
bis –50V)
angelegt, wodurch die verbliebenen positiven Ionen, auf diese Platte
hinfliegen und neutralisiert werden. Negative Ionen fliegen bei
einem gleichen Quenchpuls auf die restlichen Elektroden der ICR-Falle
und werden somit auch neutralisiert und vernichtet. Basierend auf diesen
Quenchpuls kann eine weitere Methode für eine Vormessung eingeführt werden.
Eine Teilmenge der in der Multipol-Ionenleitvorrichtung zwischengespeicherten
Ionen können
in die ICR-Falle übertragen
werden und durch einen Quenchpuls auf eine der Trappingplatten beschleunigt
werden wo sie aufprallen und dadurch einen Strom erzeugen, der als Füllstandssignal
dient.
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Bei
MALDI entstehen neben den Analytionen überschüssige Mengen von Matrixionen.
Diese Ionen werden genauso in der Multipol-Ionenleitvorrichtung gespeichert
und nachher mit Hilfe eines Ionentransfersystems in die Ionenfalle überführt. Da
zusätzliche Ionen
lediglich zur Raumladung beitragen, ist es günstig, diese zu entfernen,
bevor sie überhaupt
in die Falle geschickt werden. Für
diesen Prozeß kann die
Multipol-Ionenleitvorrichtung auch eingesetzt werden.
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Die
weit verbreitete Quadrupolmassenspektrometrie basiert darauf, daß Ionen
in einem „Quadrupolfilter" durch instabile
Bahnen eliminiert oder „ausgefiltert" werden können. Im
Buch „Quadrupole
Mass Spectrometry" von
Peter H. Dawson (Elsevier 1976) wird auf Seiten 19–35 der
Betrieb eines Quadrupols als Massenfilter beschrieben. Obwohl die
Filtereigenschaften der höheren
Multipole (Hexapol, Oktopol) nicht so gut wie die eines Quadrupols
sind, können trotzdem
Ionen in diesen Multipol-Ionenleitvorrichtungen gefiltert werden.
Besonders das Ausfiltern von kleinen Ionen (unter einem vorgebbaren
Masse-zu-Ladungs-Ver hältnis)
kann durch Wahl der anliegenden Hochfrequenzamplitude leicht erreicht werden.
Die Offenlegungsschrift 197 52 778 A1 beschreibt eine Vorselektion
extern erzeugter Ionen vor der Befüllung einer Quadrupol-Ionenfalle.
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Die
Ionenfallen-Eigenschaften der Multipole werden mit steigender Anzahl
der Pole besser. Deshalb sind die Hexapol- und Oktopol-Ionenleitvorrichtungen
als lineare Ionenfalle besser geeignet als eine Quadrupol-Ionenleitvorrichtung.
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2 zeigt
eine Anordnung mit einer Elektrosprayquelle mit Sprühnadel (Zerstäuberdüse) (23) der
Elektrospray-Kapillare (24) aus Glas mit metallisierten
Enden (25 und 26) und dem Skimmer (27) (Abschäldüse). Diese
Quelle ist an einen Flüssigchromatographen
(28) angeschlossen (29) und liefert Ionen für ein Fourier-Transform-Ionenzyklotronresonanzmassenspektrometer.
Der Anschluß (30)
für das Zerstäubergas
befindet sich auch an der Trägerplattform
der Zerstäuberdüse (20).
Das Vakuumsystem (31) wird hier differentiell gepumpt.
Jede Vakuumstufe hat separate Pumpanschlüsse (14). Die Zwischenspeicherung
und Vormessung findet, analog zu dem Fall mit der LDI-Quelle, aus
der speichernden Multipol-Ionenleitvorrichtung heraus statt.
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Da
die Elektrosprayquelle kontinuierlich betrieben wird, wird die Multipol-Ionenleitvorrichtung ständig weitergefüllt, während mit
einer Teilmenge herausextrahierter Ionen die Vormessung der Ionenzahl
durchgeführt
wird. Die Vormessung erfordert jedoch nur eine sehr kurze Zeit,
die im Mikrosekundenbereich bleibt, so daß die Vormessung nur eine vernachlässigbare
Ungenauigkeit für
die Errechnung der Ionenzahl erfährt.
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3 zeigt
den Algorithmus einer Regelprozedur für die Befüllung der ICR-Ionenfalle mit
einer erwünschten
Ionenzahl. Ionen werden z.B. durch ein Laserpuls von der Probe desorbiert
und in der Multipol-Ionenleitvorrichtung gespeichert. Durch eine
Vormessung wird festgestellt, ob die Ionenzahl in der Multipol-Ionenleitvorrichtung
im Toleranzbereich liegt. Die Ionenzahl soll groß genug sein, um ein massenspektrometrisches
Signal mit einem guten Signal-zu-Rausch-Verhältnis zu erzeugen, aber nicht
zu hoch, daß die
unerwünschten
Raumladungseffekte in der Ionenfalle auftreten. Wenn die Ionenzahl
im richtigen Bereich liegt, wird die im Zwischenspeicher befindliche
Ionenwolke zwecks massenspektrometrische Analyse in die Ionenfalle überführt. Wenn
die Zahl der Ionen zu niedrig ist, wird der Laser noch einmal aktiviert
und die dadurch desorbierten Ionen zu den bereits zwischengespeicherten
addiert. Möglicherweise
zeigt die Vormessung jetzt eine Ionenzahl im Toleranzbereich. Wenn
nicht, wird die Prozedur wiederholt. Schließlich werden die Ionen in die ICR-Ionenfalle überführt und
massenspektrometrisch analysiert. Wenn die Vormessung der zwischengespeicherten
Ionen jedoch darauf hinweist, daß die zwischengespeicherte
Ionenzahl zu hoch ist, darf jetzt nur eine bestimmte Teilmenge dieser
Ionen in die Ionenfalle geschickt und dort analysiert werden. Zu
diesem Zweck wird die Pulslänge
der Ionenextraktionspuls nach einem vorgegebenen Algorithmus reduziert.
Die errechnete Extraktionspulslänge
sorgt dafür,
daß die
Anzahl der in die Ionenfalle überführten Ionen
im Toleranzbereich bleibt. Der Zusammenhang zwischen der Extraktionspulslänge und
dem Füllstand
bei verschiedenen Extraktionsspannungen läßt sich experimentell bestimmen.
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Außerdem kann
man angeben, welcher Bruchteil der zwischengespeicherten Ionen einer
Füllung
in die ICR-Ionenfalle übertragen
worden ist. So können
beispielsweise quantitative Aussagen über die pro Laserschuß desorbierten
Ionen gemacht werden, obwohl vielleicht nicht die komplette Menge
der desorbierten Ionen analysiert worden ist.
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Eine
Benutzung der Multipol-Ionenleitvorrichtung direkt nach der LDI-
bzw. MALDI-Ionisierung als eine Vorfalle für Ionenspeicherung, Ionenfilterung und
die Vormessung der totalen Ionenladung wird eine komplette Kontrolle über die
Raumladungseffekte in der Falle ermöglichen. Einer der wichtigsten Punkte
bei der Messung zur Regelung der Ionenzahl in dieser Erfindung ist,
das nicht die komplette Menge der zwischengespeicherten Ionen zur
Messung der Ionenzahl benutzt wird. Nach einer Vormessung für die Feststellung
der zwischengespeicherten Ionenzahl, kann, bei Vorhandensein einer
großen
Menge an Ionen, die restliche Menge der Ionen auch für eine größere Anzahl
von massenspektrometrischen Analysen in der ICR-Ionenfalle benutzt
werden.