DE20308577U1 - mass spectrometry - Google Patents
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Description
Micromass Limited F173 007 U-DEMicromass Limited F173 007 U-DE
GB-Manchester M22 5PP 25.08.2003/sc/tkGB-Manchester M22 5PP 08/25/2003/sc/tk
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Massenspektrometer.The present invention relates to a mass spectrometer.
Mehrpol-Stabsatz-HF-Ionenführungen sind bekannt und werden zum Transportieren von Ionen bei verhältnismäßig niedrigen Drücken (beispielsweise < 10" mbar), bei denen Ionenkollisionen mit Hintergrundgasmolekülen unwahrscheinlich sind, und auch zum Transportieren von Ionen bei mittleren Drücken (beispielsweise 10" - 10 mbar), bei denen Ionen-Molekül-Kollisionen erwartet werden können, verwendet. Mehrpol-Stabsatz-HF-Ionenführungen werden bei mittleren Drücken für einen weiten Anwendungsbereich verwendet. Mehrpol-Stabsatz-HF-Ionenführungen werden beispielsweise als Kollisionszellen, bei denen Ionen-Molekül-Kollisionen beabsichtigt sind, um eine Ionenfragmentation herbeizuführen, und als Reaktionszellen, bei denen Ionen-Molekül-Kollisionen beabsichtigt sind, um Ionen-Molekül-Reaktionen zu erzeugen, verwendet. Mehrpol-Stabsatz-HF-Ionenführungen werden auch als Kühlvorrichtungen verwendet, bei denen Ionen-Molekül-Kollisionen zu einem Ausgleich der Ionen- und Gasmolekültemperaturen oder ihrer kinetischen . Energien führen. Bekannte Mehrpol-Stabsatz-HF-Ionenführungen weisen eine gerade Mittelachse mit einem einzigen Ioneneingang und einem einzigen Ionenausgang auf.Multipole rod set RF ion guides are known and used for transporting ions at relatively low pressures (e.g. < 10" mbar) where ion collisions with background gas molecules are unlikely, and also for transporting ions at intermediate pressures (e.g. 10" - 10 mbar) where ion-molecule collisions can be expected. Multipole rod set RF ion guides are used at intermediate pressures for a wide range of applications. For example, multipole rod set RF ion guides are used as collision cells where ion-molecule collisions are intended to induce ion fragmentation, and as reaction cells where ion-molecule collisions are intended to produce ion-molecule reactions. Multipole rod set RF ion guides are also used as cooling devices where ion-molecule collisions lead to an equalization of the ion and gas molecule temperatures or their kinetic energies. Known multipole rod set RF ion guides have a straight central axis with a single ion entrance and a single ion exit.
Es ist erwünscht, ein Massenspektrometer mit einer verbesserten HF-Ionenführung bereitzustellen.It is desirable to provide a mass spectrometer with improved RF ion guidance.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Massenspektrometer mit einer Ionenführung vorgesehen. Die Ionenführung weist mehrere Plattenelektroden und einen Eingang zum Empfangen von Ionen entlang einer ersten Achse und einen Ausgang, aus dem Ionen von der Ionenführung entlang einer zweiten Achse austreten, auf. Die zweite Achse steht unter einem Winkel &thgr; zur ersten Achse, wobei &thgr; > 0° ist. Zwischen der Eingangsöffnung und der Ausgangsöffnung der Ionenführung ist ein Ionenführungsbereich bereitgestellt. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform beträgt der Winkel &thgr; vorzugsweise < 10°, 10 - 20°, 20 30°, 30 - 40°, 40 - 50°, 50 - 60°, 60 - 70°, 70 - 80°, 80 90°, 90 - 100°, 100 - 110°, 110 - 120°, 120 - 130°, 130 140°, 140 - 150°, 150 - 160°, 160 - 170° oder 170 - 180°. Es werden auch Winkel > 180° erwogen, wobei die Ionenführung einen spiralförmigen Ionenführungsbereich aufweist. Ein Winkel von 0° entspricht einem Zustand, in dem die zweite Achse zur ersten Achse parallel ist. Ein Winkel von 180° entspricht einer Ausführungsform, bei der ein U-förmiger Ionenführungsbereich innerhalb der Ionenführung bereitgestellt wurde, so daß in die Ionenführung eintretende Ionen um 180° umgelenkt werden, bevor sie in der entgegengesetzten Richtung, zu -der die Ionen in die Ionenführung eingetreten sind, aus der Ionenführung austreten.According to one aspect of the present invention, a mass spectrometer is provided with an ion guide. The ion guide has a plurality of plate electrodes and an entrance for receiving ions along a first axis and an exit from which ions exit the ion guide along a second axis. The second axis is at an angle θ to the first axis, where θ > 0°. An ion guide region is provided between the entrance opening and the exit opening of the ion guide. According to the preferred embodiment, the angle θ is preferably < 10°, 10 - 20°, 20 30°, 30 - 40°, 40 - 50°, 50 - 60°, 60 - 70°, 70 - 80°, 80 90°, 90 - 100°, 100 - 110°, 110 - 120°, 120 - 130°, 130 140°, 140 - 150°, 150 - 160°, 160 - 170° or 170 - 180°. Angles > 180° are also considered, where the ion guide has a spiral ion guide region. An angle of 0° corresponds to a state in which the second axis is parallel to the first axis. An angle of 180° corresponds to an embodiment in which a U-shaped ion guide region has been provided within the ion guide so that ions entering the ion guide are deflected by 180° before exiting the ion guide in the opposite direction to that in which the ions entered the ion guide.
In einer anderen Hinsicht sieht die vorliegende Erfindung ein Massenspektrometer vor, das eine Ionenführung mit mehreren Plattenelektroden, einem Eingang zum Empfangen von Ionen entlang einer ersten Achse und einem Ausgang, aus dem Ionen entlang einer zweiten Achse austreten, aufweist. Die Ionenführung weist weiter einen gekrümmten Ionenführungsbereich zwischen dem Eingang und dem Ausgang auf. DerIn another aspect, the present invention provides a mass spectrometer comprising an ion guide having a plurality of plate electrodes, an entrance for receiving ions along a first axis, and an exit from which ions exit along a second axis. The ion guide further comprises a curved ion guide region between the entrance and the exit. The
gekrümmte Ionenführungsbereich weist vorzugsweise einen einzigen zusammenhängenden, vorzugsweise glatt zusammenhängenden Ionenführungsbereich auf, durch den Ionen vom Eingang zum Ausgang geführt werden. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform ist der Ionenführungsbereich im wesentlichen "S"-förmig und/oder weist einen einzigen Beugungspunkt auf. Gemäß dieser speziellen Ausführungsform sollte der Ausdruck "gekrümmter Ionenführungsbereich" nicht als ein labyrinthartiger Ionenführungsbereich oder ein labyrinthartiger Ionenführungsbereich mit einem oder mehreren toten Enden ausgelegt werden. Die erste Achse kann im wesentlichen parallel zur zweiten Achse verlaufen und vorzugsweise seitlich gegenüber dieser versetzt sein.The curved ion guide region preferably comprises a single continuous, preferably smoothly continuous, ion guide region through which ions are guided from the entrance to the exit. According to the preferred embodiment, the ion guide region is substantially "S"-shaped and/or has a single diffraction point. According to this particular embodiment, the term "curved ion guide region" should not be construed as a labyrinthine ion guide region or a labyrinthine ion guide region with one or more dead ends. The first axis may be substantially parallel to the second axis and preferably laterally offset from it.
In einer anderen Hinsicht sieht die vorliegende Erfindung ein Massenspektrometer vor, das eine Ionenführung mit mehreren Plattenelektroden, einem Eingang zum Empfangen von Ionen entlang einer ersten Achse, einem gekrümmten Ionenführungsbereich und einem Ausgang, aus dem Ionen austreten, aufweist. Bei dieser Ionenführung ist die zweite Achse koaxial mit der ersten Achse.In another aspect, the present invention provides a mass spectrometer having an ion guide with a plurality of plate electrodes, an entrance for receiving ions along a first axis, a curved ion guide region, and an exit from which ions exit. In this ion guide, the second axis is coaxial with the first axis.
Eine Ionenführung mit einem gekrümmten Ionenführungsbereich und einer koaxialen ersten und zweiten Achse bietet einen längeren Ionenführungsbereich, ohne daß es erforderlich wäre, daß der Abstand zwischen dem Ionenführungseingang und dem Ionenführungsausgang vergrößert ist. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn die Ionenführung als eine Kollisions-, Fragmentations- oder Reaktionszelle verwendet wird, weil die vergrößerte Weglänge durch das Gas dazu führt, daß die Wahrscheinlichkeit erhöht ist, daß Kollisionen, Fragmentationen oder Reaktionen auftreten. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform weist die Ionenführung weiter eine Vor-An ion guide having a curved ion guide region and a coaxial first and second axis provides a longer ion guide region without requiring the distance between the ion guide entrance and the ion guide exit to be increased. This is particularly advantageous when the ion guide is used as a collision, fragmentation or reaction cell because the increased path length through the gas increases the likelihood that collisions, fragmentations or reactions will occur. According to the preferred embodiment, the ion guide further comprises a
richtung in der Art einer Prallfläche, einer Platte oder einer Elektrode auf, die zumindest teilweise außerhalb des Ionenführungsbereichs angeordnet ist, um neutrale Teilchen oder Photonen zu blockieren, die direkt vom Eingang der Ionenführung zu ihrem Ausgang laufen.device in the form of a baffle, a plate or an electrode, which is arranged at least partially outside the ion guide region, to block neutral particles or photons that pass directly from the entrance of the ion guide to its exit.
Gemäß einem anderen Aspekt sieht die vorliegende Erfindung ein Massenspektrometer vor, das eine erste Ionenführung mit mehreren Plattenelektroden, einem Eingang zum Empfangen von Ionen und einem Ausgang, aus dem Ionen austreten, aufweist. Das Massenspektrometer weist weiter eine zweite Ionenführung mit mehreren Plattenelektroden, einem Eingang zum Empfangen von Ionen und einem Ausgang, aus dem Ionen austreten, auf.In another aspect, the present invention provides a mass spectrometer comprising a first ion guide having a plurality of plate electrodes, an inlet for receiving ions, and an outlet from which ions exit. The mass spectrometer further comprises a second ion guide having a plurality of plate electrodes, an inlet for receiving ions, and an outlet from which ions exit.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform weist das Massenspektrometer weiter eine dritte Ionenführung mit mehreren Plattenelektroden, einem Eingang zum Empfangen von Ionen und einem Ausgang, aus dem Ionen austreten, auf. Das Massenspektrometer kann auch eine vierte Ionenführung mit mehreren Plattenelektroden, einem Eingang zum Empfangen von Ionen und einem Ausgang, aus dem Ionen austreten, aufweisen. Gemäß anderen Ausführungsformen können fünf, sechs, sieben, acht, neun, zehn oder mehr als zehn Ionenführungen bereitgestellt sein.According to the preferred embodiment, the mass spectrometer further comprises a third ion guide having a plurality of plate electrodes, an inlet for receiving ions and an outlet from which ions exit. The mass spectrometer may also comprise a fourth ion guide having a plurality of plate electrodes, an inlet for receiving ions and an outlet from which ions exit. According to other embodiments, five, six, seven, eight, nine, ten or more than ten ion guides may be provided.
In einem Betriebsmodus können die erste Ionenführung und die zweite Ionenführung bei der Verwendung auf verschiedenen Gleichspannungspotentialen gehalten werden, so daß aus der ersten Ionenführung austretende Ionen in die zweite Ionenführung gedrängt werden. Die zweite und die dritte Ionenführung können bei der Verwendung auf verschiedenen Gleichspannungspotentialen gehalten werden, soIn one mode of operation, the first ion guide and the second ion guide can be maintained at different DC potentials during use, so that ions exiting the first ion guide are forced into the second ion guide. The second and third ion guides can be maintained at different DC potentials during use, so that
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daß aus der zweiten Ionenführung austretende Ionen in die dritte Ionenführung gedrängt werden. Die dritte und die vierte Ionenführung können auch bei der Verwendung auf verschiedenen Gleichspannungspotentialen gehalten werden, so daß aus der dritten Ionenführung austretende Ionen in die vierte Ionenführung gedrängt werden. Es werden auch Ausführungsformen erwogen, bei denen Ionen aus der ersten in die zweite Ionenführung und/oder aus der zweiten in die dritte Ionenführung und/oder aus der dritten in die vierte Ionenführung und/oder aus der vierten Ionenführung gedrängt werden.that ions emerging from the second ion guide are forced into the third ion guide. The third and fourth ion guides can also be maintained at different DC potentials during use so that ions emerging from the third ion guide are forced into the fourth ion guide. Embodiments are also contemplated in which ions are forced from the first into the second ion guide and/or from the second into the third ion guide and/or from the third into the fourth ion guide and/or from the fourth ion guide.
In einem anderen oder weiteren Betriebsmodus kann die zweite Ionenführung auf einem von demjenigen der ersten Ionenführung verschiedenen Gleichspannungspotential gehalten werden, so daß Ionen in der ersten Ionenführung eingefangen werden. Die dritte Ionenführung kann auf einem von demjenigen der zweiten Ionenführung verschiedenen Gleichspannungspotential gehalten werden, so daß Ionen in der zweiten Ionenführung eingefangen werden. Die vierte Ionenführung kann auf einem von demjenigen der dritten Ionenführung verschiedenen Gleichspannungspotential gehalten werden, so daß Ionen in der dritten Ionenführung eingefangen werden. Es werden auch Ausführungsformen erwogen, bei denen beispielsweise Ionen in der ersten, der zweiten und der dritten Ionenführung oder in der zweiten und der dritten Ionenführung eingefangen werden.In another or further mode of operation, the second ion guide may be maintained at a different DC potential than the first ion guide so that ions are trapped in the first ion guide. The third ion guide may be maintained at a different DC potential than the second ion guide so that ions are trapped in the second ion guide. The fourth ion guide may be maintained at a different DC potential than the third ion guide so that ions are trapped in the third ion guide. Embodiments are also contemplated in which, for example, ions are trapped in the first, second and third ion guides or in the second and third ion guides.
Es ist auch zu verstehen, daß die vorstehend erörterten Ausführungsformen, die das Drängen von Ionen aus einer Ionenführung betreffen, mit vorstehend erörterten Ausführungsformen kombiniert werden können, die das Einfangen von Ionen innerhalb einer Ionenführung betreffen.It is also to be understood that the embodiments discussed above relating to forcing ions from an ion guide may be combined with embodiments discussed above relating to trapping ions within an ion guide.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann entweder die erste und/oder die zweite und/oder die dritte und/oder die vierte Ionenführung Ionenspeicherbereiche aufweisen. In einem ersten Betriebsmodus können diese Ionenspeicherbereiche Ionen durch eine einzige Öffnung empfangen, und in einem zweiten Betriebsmodus wird ermöglicht, daß Ionen durch dieselbe Öffnung aus dem Ionenspeicherbereich austreten. According to a preferred embodiment, either the first and/or the second and/or the third and/or the fourth ion guide may comprise ion storage regions. In a first mode of operation, these ion storage regions may receive ions through a single opening, and in a second mode of operation, ions are allowed to exit the ion storage region through the same opening.
In einer anderen Hinsicht sieht die vorliegende Erfindung ein Massenspektrometer vor, das eine Ionenführung mit mehreren Plattenelektroden, zwei oder mehr Eingängen zum Empfangen von Ionen und einem oder mehreren Ausgängen, aus denen Ionen austreten, aufweist.In another aspect, the present invention provides a mass spectrometer having an ion guide with a plurality of plate electrodes, two or more inlets for receiving ions, and one or more outlets from which ions exit.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Ionenführung vorzugsweise zwei Eingänge zum Empfangen von Ionen und einen Ausgang, aus dem Ionen austreten, auf. Gemäß einer anderen Ausführungsform weist die Ionenführung drei Eingänge zum Empfangen von Ionen und einen Ausgang, aus dem Ionen austreten, auf. Die Plattenelektroden können eine beliebige Form aufweisen, so daß Ionenstrahlen unter einem beliebigen Winkel oder aus einer beliebigen Richtung von der Ionenführung empfangen werden können oder unter einem beliebigen Winkel oder in einer beliebigen Richtung aus der Ionenführung austreten können.According to a preferred embodiment, the ion guide preferably has two entrances for receiving ions and one exit from which ions exit. According to another embodiment, the ion guide has three entrances for receiving ions and one exit from which ions exit. The plate electrodes can have any shape so that ion beams can be received by the ion guide at any angle or from any direction or can exit the ion guide at any angle or in any direction.
Es werden weitere Ausführungsformen erwogen, bei denen 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 oder mehr als 10 Ioneneingänge bereitgestellt sind und bei denen 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 oder mehr als 10 Ionenausgänge bereitgestellt sind. Beispielsweise kann die Ionenführung drei Eingänge und dreiFurther embodiments are contemplated in which 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 or more than 10 ion inputs are provided and in which 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 or more than 10 ion outputs are provided. For example, the ion guide may have three inputs and three
• : : ·: &idigr; J- &idigr;7*' • : : ·: &idigr; J- &idigr;7* '
Ausgänge aufweisen.have outputs.
Vorzugsweise weist das Massenspektrometer weiter wenigstens zwei gleiche oder verschiedene Ionenquellen auf. Die Ionenquellen sind vorzugsweise wenigstens eine von einer Elektrospray-Ionenquelle ( "ESI-Ionenquelle") , einer chemischen Atmosphärendruckionisations-Ionenquelle ("APCI-Ionenquelle") , einer Atmosphärendruck-Photoionisations-Ionenquelle ("APPI-Ionenquelle"), einer matrixunterstützten Laserdesorptionsionisations-Ionenquelle ("MALDI-Ionenquelle"), einer Laserdesorptionsionisations-Ionenquelle ("LDI-Ionenquelle"), einer induktiv gekoppelten Plasmaionenquelle ( "ICP-Ionenquelle" ) , einer Elektronenstoßionenquelle ("EI-Ionenquelle") , einer chemischen Ionisations-Ionenquelle ("CI-Ionenquelle"), einer Ionenquelle mit schnellem Atombeschuß ("FAB-Ionenquelle") und einer Flüssigkeits-Sekundärionen-Massenspektrometrie-Ionenquelle (11LSIMS-Ionenquelle") .Preferably, the mass spectrometer further comprises at least two identical or different ion sources. The ion sources are preferably at least one of an electrospray ion source ("ESI ion source"), an atmospheric pressure chemical ionization ion source ("APCI ion source"), an atmospheric pressure photoionization ion source ("APPI ion source"), a matrix assisted laser desorption ionization ion source ("MALDI ion source"), a laser desorption ionization ion source ("LDI ion source"), an inductively coupled plasma ion source ("ICP ion source"), an electron impact ion source ("EI ion source"), a chemical ionization ion source ("CI ion source"), a fast atom bombardment ion source ("FAB ion source"), and a liquid secondary ion mass spectrometry ion source ( " LSIMS ion source").
Es werden Ausführungsformen erwogen, bei denen beispielsweise zwei Ionenquellen bereitgestellt sind. Eine Ionenquelle kann eine kontinuierliche Ionenquelle in der Art einer APCI- oder Elektrospray-Ionenquelle sein, und die andere Ionenquelle kann eine gepulste Ionenquelle in der Art einer MALDI-Ionenquelle sein.Embodiments are contemplated in which, for example, two ion sources are provided. One ion source may be a continuous ion source such as an APCI or electrospray ion source, and the other ion source may be a pulsed ion source such as a MALDI ion source.
Es werden auch Ausführungsformen erwogen, bei denen mehr als zwei Ionenquellen bereitgestellt sind. Gemäß einer Ausführungsform können beispielsweise wenigstens 3, 4, 5, 6, I1 8, 9 oder 10 APCI-Ionenquellen, Elektrospray-Ionenquellen oder eine der anderen vorstehend erwähnten Ionenquellen bereitgestellt sein. Die bevorzugte Ionenführung kann es ermöglichen, daß Ionen von einer oderEmbodiments are also contemplated in which more than two ion sources are provided. For example, according to one embodiment, at least 3, 4, 5, 6, 1 8, 9 or 10 APCI ion sources, electrospray ion sources or any of the other ion sources mentioned above may be provided. The preferred ion guide may allow ions from one or
mehreren ausgewählten Ionenquellen als Probe entnommen und dann massenanalysiert werden.sampled from several selected ion sources and then mass analyzed.
In einer anderen Hinsicht sieht die vorliegende Erfindung ein Massenspektrometer vor, das eine Ionenführung mit mehreren Plattenelektroden, einem oder mehreren Eingängen zum Empfangen von Ionen und zwei oder mehr Ausgängen, aus denen Ionen austreten, aufweist.In another aspect, the present invention provides a mass spectrometer having an ion guide with a plurality of plate electrodes, one or more inputs for receiving ions, and two or more outputs from which ions exit.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform weist die Ionenführung einen Eingang zum Empfangen von Ionen und zwei Ausgänge, aus denen Ionen austreten, auf. Gemäß einer anderen Ausführungsform wird der in einen Eingang der Ionenführung eintretende Ionenstrahl in drei oder mehr Strahlen aufgeteilt, wobei der dritte Strahl über einen dritten Ausgang aus der Ionenführung austritt. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Ionenführung zwei Eingänge zum Empfangen von Ionen und zwei Ausgänge, aus denen Ionen austreten, auf. Das Massenspektrometer kann weiter wenigstens zwei Ionenquellen aufweisen. Ein in einen Eingang der Ionenführung eintretender Ionenstrahl kann in zwei oder mehr Strahlen aufgeteilt werden, wobei ein erster Strahl über einen ersten Ausgang aus der Ionenführung austritt und ein zweiter Strahl über einen zweiten Ausgang austritt. Vorzugsweise werden die in einen Eingang der Ionenführung eintretenden Ionen durch eine oder mehrere Elektroden, die neben dem Eingang angeordnet sind, eine oder mehrere Elektroden, die innerhalb der Ionenführung angeordnet sind, oder eine oder mehrere Elektroden, die neben einem Ausgang der Ionenführung angeordnet sind, in zwei oder mehr Strahlen aufgeteilt.According to the preferred embodiment, the ion guide has an entrance for receiving ions and two exits from which ions exit. According to another embodiment, the ion beam entering an entrance of the ion guide is split into three or more beams, the third beam exiting the ion guide via a third exit. According to a further preferred embodiment, the ion guide has two entrances for receiving ions and two exits from which ions exit. The mass spectrometer can further comprise at least two ion sources. An ion beam entering an entrance of the ion guide can be split into two or more beams, a first beam exiting the ion guide via a first exit and a second beam exiting via a second exit. Preferably, the ions entering an entrance of the ion guide are split into two or more beams by one or more electrodes arranged adjacent to the entrance, one or more electrodes arranged within the ion guide, or one or more electrodes arranged adjacent to an exit of the ion guide.
Ein in die Ionenführung eintretender Ionenstrahl kann inAn ion beam entering the ion guide can be
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einem gewünschten Verhältnis in zwei oder mehr Strahlen aufgeteilt werden. Vorzugsweise weist wenigstens ein Strahl einen Prozentsatz der in die Ionenführung eintretenden Ionen auf, der 0 - 10 %, 10 - 20 %, 20 - 30 %, 30 - 40 %, 40 - 50 %, 50 - 60 %, 60 - 70 %, 70 - 80 %, 80 - 90 % oder größer als 90 % ist.a desired ratio into two or more beams. Preferably, at least one beam has a percentage of ions entering the ion guide that is 0-10%, 10-20%, 20-30%, 30-40%, 40-50%, 50-60%, 60-70%, 70-80%, 80-90% or greater than 90%.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform ist wenigstens ein Teil eines in die Ionenführung eintretenden Ionenstrahls zu oder zwischen einem von mehreren Ausgängen umschaltbar. Wenigstens eine Elektrode kann neben einem oder mehreren der Ausgänge angeordnet werden, um entweder zu bewirken, daß Ionen über diesen Ausgang aus der Ionenführung austreten, oder um im wesentlichen zu verhindern, daß Ionen über diesen Ausgang aus der Ionenführung austreten. Eine oder mehrere Elektroden können neben dem Eingang oder innerhalb der Ionenführung bereitgestellt sein. Gemäß einer Ausführungsform kann ein Ionenstrahl zwischen Ausgängen umgeschaltet werden, indem ein blockierendes Gleichspannungspotential an eine neben einem Ausgang der Ionenführung angeordnete Elektrode angelegt und dann davon entfernt wird.According to the preferred embodiment, at least a portion of an ion beam entering the ion guide is switchable to or between one of a plurality of exits. At least one electrode may be disposed adjacent to one or more of the exits to either cause ions to exit the ion guide via that exit or to substantially prevent ions from exiting the ion guide via that exit. One or more electrodes may be provided adjacent to the entrance or within the ion guide. According to one embodiment, an ion beam may be switched between exits by applying and then removing a blocking DC potential to an electrode disposed adjacent to an exit of the ion guide.
Das Massenspektrometer kann weiter einen ersten Ionendetektor, der angeordnet ist, um aus einem ersten Ausgang austretende Ionen zu empfangen, und einen zweiten Ionendetektor, der angeordnet ist, um aus einem zweiten Ionenausgang austretende Ionen zu empfangen, aufweisen. Das Massenspektrometer kann weiter einen ersten Massenanalysator, der angeordnet ist, um aus dem ersten Ausgang austretende Ionen zu empfangen, und einen zweiten Massenanalysator, der angeordnet ist, um aus dem zweiten Ionenausgang austretende Ionen zu empfangen, aufweisen.The mass spectrometer may further comprise a first ion detector arranged to receive ions exiting a first output and a second ion detector arranged to receive ions exiting a second ion output. The mass spectrometer may further comprise a first mass analyzer arranged to receive ions exiting the first output and a second mass analyzer arranged to receive ions exiting the second ion output.
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Das Massenspektrometer kann einen oder mehrere Massenanalysatoren, die angeordnet sind, um über wenigstens einen ersten Ausgang aus der Ionenführung austretende Ionen zu empfangen, und einen oder mehrere Ionendetektoren, die angeordnet sind, um über wenigstens einen zweiten Ionenausgang aus der Ionenführung austretende Ionen zu empfangen, aufweisen.The mass spectrometer may comprise one or more mass analyzers arranged to receive ions exiting the ion guide via at least a first outlet and one or more ion detectors arranged to receive ions exiting the ion guide via at least a second ion outlet.
Gemäß einer anderen Ausführungsform weist das Massenspektrometer eine erste und/oder eine zweite Ionenspeichervorrichtung auf, die jeweils mehrere Plattenelektroden aufweisen. In einem ersten Betriebsmodus tritt ein Ionenstrahl über eine Öffnung in eine Ionenspeichervorrichtung ein, und in einem zweiten Betriebsmodus tritt ein Ionenstrahl über dieselbe Öffnung aus der Ionenspeichervorrichtung aus.According to another embodiment, the mass spectrometer comprises a first and/or a second ion storage device, each comprising a plurality of plate electrodes. In a first mode of operation, an ion beam enters an ion storage device via an opening, and in a second mode of operation, an ion beam exits the ion storage device via the same opening.
Es wird auch eine Ausführungsform erwogen, bei der die Ionenführung zwei Ausgänge aufweist, wobei eine Ionenspeichervorrichtung stromabwärts eines Ausgangs angeordnet ist und ein Massenanalysator stromabwärts des anderen Ausgangs angeordnet ist.An embodiment is also contemplated wherein the ion guide has two exits, with an ion storage device disposed downstream of one exit and a mass analyzer disposed downstream of the other exit.
In einer anderen Hinsicht sieht die vorliegende Erfindung ein Massenspektrometer mit einer Ionenführung vor, die mehrere Plattenelektroden, einen oder mehrere Eingänge zum Empfangen von Ionen und einen oder mehrere Ausgänge, aus denen Ionen austreten, aufweist. In einem ersten Betriebsmodus tritt ein Ionenstrahl über eine erste Öffnung in die Ionenführung ein und über eine zweite Öffnung aus der Ionenführung aus, und in einem zweiten Betriebsmodus tritt ein Ionenstrahl über die zweite Öffnung in die IonenführungIn another aspect, the present invention provides a mass spectrometer having an ion guide having a plurality of plate electrodes, one or more inputs for receiving ions, and one or more outputs from which ions exit. In a first mode of operation, an ion beam enters the ion guide through a first opening and exits the ion guide through a second opening, and in a second mode of operation, an ion beam enters the ion guide through the second opening
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform tritt ein Ionenstrahl in dem zweiten Betriebsmodus über die erste Öffnung aus der Ionenführung aus. Alternativ kann der Ionenstrahl in einem zweiten Betriebsmodus über eine von der ersten und der zweiten Öffnung verschiedene dritte Öffnung aus der Ionenführung austreten.According to the preferred embodiment, an ion beam exits the ion guide via the first opening in the second operating mode. Alternatively, the ion beam can exit the ion guide via a third opening different from the first and second openings in a second operating mode.
In einer weiteren Hinsicht sieht die vorliegende Erfindung ein Massenspektrometer mit einer Ionenspeichervorrichtung vor, die mehrere Plattenelektroden aufweist, wobei in einem ersten Betriebsmodus ein Ionenstrahl über eine Öffnung in die Ionenspeichervorrichtung eintritt und in einem zweiten Betriebsmodus ein Ionenstrahl über dieselbe Öffnung aus der Ionenspeichervorrichtung austritt.In another aspect, the present invention provides a mass spectrometer having an ion storage device having a plurality of plate electrodes, wherein in a first mode of operation an ion beam enters the ion storage device via an opening and in a second mode of operation an ion beam exits the ion storage device via the same opening.
Es werden andere Ausführungsformen erwogen, bei denen die Ionenspeichervorrichtung zwei Öffnungen aufweist, nämlich eine erste Öffnung zum Empfangen von Ionen und eine zweite Öffnung, aus der Ionen die Ionenspeichervorrichtung verlassen. Other embodiments are contemplated in which the ion storage device has two openings, namely a first opening for receiving ions and a second opening from which ions exit the ion storage device.
In einer anderen Hinsicht sieht die vorliegende Erfindung ein Massenspektrometer mit einer Ionenführung vor, die mehrere Plattenelektroden, einen Eingang zum Empfangen von Ionen und einen Ausgang, aus dem Ionen austreten, aufweist. Der Eingang hat ein erstes Querschnittsprofil und eine erste Querschnittsfläche, und der Ausgang hat ein zweites Querschnittsprofil und eine zweite Querschnittsfläche. Das erste Querschnittsprofil ist von dem zweiten Querschnittsprofil verschieden, und/oder die erste Querschnittsfläche ist von der zweiten Querschnittsfläche verschieden.In another aspect, the present invention provides a mass spectrometer having an ion guide having a plurality of plate electrodes, an entrance for receiving ions, and an exit from which ions exit. The entrance has a first cross-sectional profile and a first cross-sectional area, and the exit has a second cross-sectional profile and a second cross-sectional area. The first cross-sectional profile is different from the second cross-sectional profile, and/or the first cross-sectional area is different from the second cross-sectional area.
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Das erste und/oder das zweite Querschnittsprofil können im wesentlichen kreisförmig, oval, rechteckig oder quadratisch sein. Ein von der Ionenführung empfangener Ionenstrahl hat ein drittes Querschnittsprofil und eine dritte Querschnittsfläche. Vorzugsweise sind das erste Querschnittsprofil und/oder die erste Querschnittsfläche im wesentlichen gleich dem dritten Querschnittsprofil und/oder der dritten Querschnittsfläche. Das Massenspektrometer kann weiter stromabwärts der Ionenführung eine ionenoptische Vorrichtung mit einem viertem Querschnittsprofil und einer vierten Querschnittsfläche aufweisen. Das zweite Querschnittsprofil und/oder die zweite Querschnittsfläche können im wesentlichen dem vierten Querschnittsprofil und/oder der vierten Querschnittsfläche gleichen. Die ionenoptische Vorrichtung kann eine Ionenführung oder einen Quadrupol-Massenfilter/Analysator mit im wesentlichen kreisförmigen Querschnittsprofilen aufweisen. Die Ionenführung kann einen Quadrupol-, Hexapol-, Oktopol-Stabsatz oder einen Stabsatz höherer Ordnung, einen Ionentunnel mit mehreren Elektroden, die Öffnungen im wesentlichen der gleichen Größe aufweisen, oder einen Ionentrichter mit mehreren Elektroden, die zunehmend kleinere Öffnungen haben, aufweisen. Die ionenoptische Vorrichtung kann einen Querbeschleunigungs-Flugzeit-Massenanalysator oder einen Magnetsektoranalysator mit im wesentlichen quadratischen oder rechteckigen Querschnittsprofilen aufweisen.The first and/or second cross-sectional profiles may be substantially circular, oval, rectangular or square. An ion beam received by the ion guide has a third cross-sectional profile and a third cross-sectional area. Preferably, the first cross-sectional profile and/or the first cross-sectional area are substantially equal to the third cross-sectional profile and/or the third cross-sectional area. The mass spectrometer may comprise an ion optical device having a fourth cross-sectional profile and a fourth cross-sectional area further downstream of the ion guide. The second cross-sectional profile and/or the second cross-sectional area may be substantially equal to the fourth cross-sectional profile and/or the fourth cross-sectional area. The ion optical device may comprise an ion guide or a quadrupole mass filter/analyzer having substantially circular cross-sectional profiles. The ion guide may comprise a quadrupole, hexapole, octopole or higher order rod set, an ion tunnel with multiple electrodes having apertures of substantially the same size, or an ion funnel with multiple electrodes having progressively smaller apertures. The ion optical device may comprise a transverse acceleration time-of-flight mass analyzer or a magnetic sector analyzer having substantially square or rectangular cross-sectional profiles.
Gemäß anderen Ausführungsformen kann die ionenoptische Vorrichtung einen Fourier-Transformations-Ionenzyklotronresonanz-Massenanalysator ("FTICR-Massenanalysator") mit einem im wesentlichen kreisförmigen Querschnittsprofil, eine zweidimensionale (lineare) Quadrupol-Ionenfalle mitAccording to other embodiments, the ion optical device may comprise a Fourier transform ion cyclotron resonance mass analyzer ("FTICR mass analyzer") having a substantially circular cross-sectional profile, a two-dimensional (linear) quadrupole ion trap having
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einem im wesentlichen kreisförmigen Querschnittsprofil odera substantially circular cross-sectional profile or
eine dreidimensionale (Paul-) Quadrupol-Ionenfalle mita three-dimensional (Paul) quadrupole ion trap with
einem im wesentlichen kreisförmigen Querschnittsprofil aufweisen. have a substantially circular cross-sectional profile.
Vorstehend wurden die "Querschnittsfläche" und das "Querschnittsprofil" erwähnt. Wenngleich diese die physikalische Querschnittsfläche und das Profil einer Vorrichtung oder eines Ionenstrahls einschließen sollen, sollten die Begriffe auch als den praktischen Akzeptanzbereich oder das Profil der Vorrichtung oder des Ionenstrahls analog der numerischen Apertur einer optischen Vorrichtung einschließend verstanden werden.Mention has been made above of "cross-sectional area" and "cross-sectional profile". Although these are intended to include the physical cross-sectional area and profile of a device or ion beam, the terms should also be understood to include the practical acceptance range or profile of the device or ion beam analogous to the numerical aperture of an optical device.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der Ionenführungsbereich zwischen wenigstens einem der Eingänge und der Ausgänge der Ionenführung eine Länge auf, die sich in der Größe und/oder der Form ändert. Der Ionenführungsbereich kann auch eine Länge, eine Breite oder eine Höhe aufweisen, die in der Größe zunehmend abnimmt oder deren Form sich stetig ändert.According to a preferred embodiment, the ion guide region has a length between at least one of the inlets and the outlets of the ion guide that changes in size and/or shape. The ion guide region can also have a length, a width or a height that progressively decreases in size or whose shape changes continuously.
Vorzugsweise weist die Ionenführung weiter einen zweiten Eingang zum Empfangen von Ionen und/oder einen zweiten Ausgang, über den Ionen aus der Ionenführung austreten, auf, wobei der zweite Eingang ein fünftes Querschnittsprofil und eine fünfte Querschnittsfläche aufweist und der zweite Ausgang ein sechstes Querschnittsprofil und eine sechste Querschnittsfläche aufweist, wobei das fünfte Querschnittsprofil von dem sechsten Querschnittsprofil verschieden ist und/oder die fünfte Querschnittsfläche von der sechsten Querschnittsfläche verschieden ist.Preferably, the ion guide further comprises a second inlet for receiving ions and/or a second outlet via which ions exit the ion guide, wherein the second inlet has a fifth cross-sectional profile and a fifth cross-sectional area and the second outlet has a sixth cross-sectional profile and a sixth cross-sectional area, wherein the fifth cross-sectional profile is different from the sixth cross-sectional profile and/or the fifth cross-sectional area is different from the sixth cross-sectional area.
Vorzugsweise sind das erste Querschnittsprofil und die erste Querschnittsfläche und/oder das zweite Querschnittsprofil und die zweite Querschnittsfläche und/oder das fünfte Querschnittsprofil und die fünfte Querschnittsfläche und/oder das sechste Querschnittsprofil und die sechste Querschnittsfläche verschieden.Preferably, the first cross-sectional profile and the first cross-sectional area and/or the second cross-sectional profile and the second cross-sectional area and/or the fifth cross-sectional profile and the fifth cross-sectional area and/or the sixth cross-sectional profile and the sixth cross-sectional area are different.
Gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen können wenigstens 50 %, 60 %, 70 %, 80 %, 90 % oder 95 % der Plattenelektroden im wesentlichen parallel sein. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform sind die Plattenelektroden in einer ersten (beispielsweise horizontalen) Ebene angeordnet, und die Ionenführung ist gleichermaßen in der ersten (beispielsweise horizontalen) Ebene gekrümmt. Es werden jedoch auch Ausführungsformen erwogen, bei denen die Plattenelektroden nicht flach, sondern gebogen sind. Bei diesen Ausführungsformen können die Platten zunächst in einer ersten (beispielsweise horizontalen) Ebene angeordnet werden, die Plattenelektroden werden jedoch dann in einer zweiten orthogonalen (beispielsweise vertikalen) Ebene gebogen. Gemäß dieser Ausführungsform können die Plattenelektroden daher vielmehr wie ein Periskop wirken und Ionen von einer (vertikalen) Ebene zu einer anderen übertragen.According to the embodiments described above, at least 50%, 60%, 70%, 80%, 90% or 95% of the plate electrodes may be substantially parallel. According to the preferred embodiment, the plate electrodes are arranged in a first (e.g. horizontal) plane and the ion guide is similarly curved in the first (e.g. horizontal) plane. However, embodiments are also contemplated in which the plate electrodes are not flat but curved. In these embodiments, the plates may initially be arranged in a first (e.g. horizontal) plane, but the plate electrodes are then curved in a second orthogonal (e.g. vertical) plane. According to this embodiment, the plate electrodes may therefore act more like a periscope and transfer ions from one (vertical) plane to another.
Die Plattenelektroden sind vorzugsweise im wesentlichen in gleichen Abständen voneinander angeordnet. Gemäß weniger bevorzugten Ausführungsformen kann sich der Abstand zwischen den Elektroden jedoch entlang der Ionenführung ändern. Beispielsweise kann der Abstand zwischen den Elektroden zunehmend abnehmen (ansteigen), so daß Ionen trichterartig von einer verhältnismäßig großen (kleinen) Eingangsöffnung zu einer verhältnismäßig kleinen (großen) Ausgangsöffnung befördert werden. Es werden andereThe plate electrodes are preferably arranged at substantially equal distances from one another. However, according to less preferred embodiments, the distance between the electrodes can change along the ion guide. For example, the distance between the electrodes can progressively decrease (increase) so that ions are funneled from a relatively large (small) inlet opening to a relatively small (large) outlet opening. Other
Ausführungsformen erwogen, bei denen sich der Abstand zwischen den Elektroden entlang der Ionenführung nichtlinear ändert.Embodiments are considered in which the distance between the electrodes changes nonlinearly along the ion guide.
Die mehreren Plattenelektroden umfassen vorzugsweise 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 oder mehr als 20 Plattenelektroden. Die Plattenelektroden der bevorzugten Ionenführung können eine Dicke von kleiner oder gleich 5 mm, kleiner oder gleich 4,5 mm, kleiner oder gleich 4 mm, kleiner oder gleich 3,5 mm, kleiner oder gleich 3 mm, kleiner oder gleich 2,5 mm, kleiner oder gleich 2 mm, kleiner oder gleich 1,5 mm, kleiner oder gleich 1 mm, kleiner oder gleich 0,8 mm, kleiner oder gleich 0,6 mm, kleiner oder gleich 0,4 mm, kleiner oder gleich 0,2 mm, kleiner oder gleich 0,1 mm oder kleiner oder gleich 0,25 mm aufweisen.The plurality of plate electrodes preferably comprise 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 or more than 20 plate electrodes. The plate electrodes of the preferred ion guide can have a thickness of less than or equal to 5 mm, less than or equal to 4.5 mm, less than or equal to 4 mm, less than or equal to 3.5 mm, less than or equal to 3 mm, less than or equal to 2.5 mm, less than or equal to 2 mm, less than or equal to 1.5 mm, less than or equal to 1 mm, less than or equal to 0.8 mm, less than or equal to 0.6 mm, less than or equal to 0.4 mm, less than or equal to 0.2 mm, less than or equal to 0.1 mm or less than or equal to 0.25 mm.
Gemäß einer Ausführungsform können die Plattenelektroden durch Aufbringen einer leitenden Farbe oder einer anderen Substanz auf einem Substrat gebildet werden. Bei diesen Ausführungsformen beträgt die typische Dicke der aufgebrachten leitenden Schicht (Elektrodenschicht) in etwa 250 &mgr;&tgr;&eegr; (0,25 mm) .According to one embodiment, the plate electrodes may be formed by applying a conductive paint or other substance to a substrate. In these embodiments, the typical thickness of the applied conductive layer (electrode layer) is about 250 μηι (0.25 mm).
Die Plattenelektroden der bevorzugten Ionenführung können um einen Abstand von kleiner oder gleich 5 mm, kleiner oder gleich 4,5 mm, kleiner oder gleich 4 mm, kleiner oder gleich 3,5 mm, kleiner oder gleich 3 mm, kleiner oder gleich 2,5 mm, kleiner oder gleich 2 mm, kleiner oder gleich 1,5 mm, kleiner oder gleich 1 mm, kleiner oder gleich 0,8 mm, kleiner oder gleich 0,6 mm, kleiner oder gleich 0,4 mm, kleiner oder gleich 0,2 mm, kleiner oder gleich 0,1 mm oder kleiner oder gleich 0,25 mm voneinanderThe plate electrodes of the preferred ion guide can be spaced apart by a distance of less than or equal to 5 mm, less than or equal to 4.5 mm, less than or equal to 4 mm, less than or equal to 3.5 mm, less than or equal to 3 mm, less than or equal to 2.5 mm, less than or equal to 2 mm, less than or equal to 1.5 mm, less than or equal to 1 mm, less than or equal to 0.8 mm, less than or equal to 0.6 mm, less than or equal to 0.4 mm, less than or equal to 0.2 mm, less than or equal to 0.1 mm or less than or equal to 0.25 mm.
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beabstandet sein.be spaced apart.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform wird den Plattenelektroden Wechsel- oder HF-Spannung zugeführt. Benachbarten Plattenelektroden können entgegengesetzte Phasen der Wechsel- oder HF-Spannung zugeführt werden. Die Wechseloder HF-Spannung hat vorzugsweise eine Frequenz von < 100 kHz, 100 - 200 kHz, 200 - 300 kHz, 300 - 400 kHz, 400 500 kHz, 0,5 - 1,0 MHz, 1,0 - 1,5 MHz, 1,5 - 2,0 MHz, 2,0 2,5 MHz, 2,5 - 3,0 MHz, 3,0 - 3,5 MHz, 3,5 - 4,0 MHz, 4,0 4,5 MHz, 4,5 - 5,0 MHz, 5,0 - 5,5 MHz, 5,5 - 6,0 MHz, 6,0 6,5 MHz, 6,5 - 7,0 MHz, 7,0 - 7,5 MHz, 7,5 - 8,0 MHz, 8,0-8,5 MHz, 8,5 - 9,0 MHz, 9,0 - 9,5 MHz, 9,5 - 10,0 MHz oder > 10,0 MHz.According to the preferred embodiment, AC or RF voltage is supplied to the plate electrodes. Adjacent plate electrodes can be supplied with opposite phases of the AC or RF voltage. The alternating or HF voltage preferably has a frequency of < 100 kHz, 100 - 200 kHz, 200 - 300 kHz, 300 - 400 kHz, 400 500 kHz, 0.5 - 1.0 MHz, 1.0 - 1.5 MHz, 1.5 - 2.0 MHz, 2.0 2.5 MHz, 2.5 - 3.0 MHz, 3.0 - 3.5 MHz, 3.5 - 4.0 MHz, 4.0 4.5 MHz, 4.5 - 5.0 MHz, 5.0 - 5.5 MHz, 5.5 - 6.0 MHz, 6.0 6.5 MHz, 6.5 - 7.0 MHz, 7.0 - 7.5 MHz, 7.5 - 8.0 MHz, 8.0-8.5 MHz, 8.5 - 9.0 MHz, 9.0 - 9.5 MHz, 9.5 - 10.0 MHz or > 10.0 MHz.
Die Wechsel- oder HF-Spannung beträgt vorzugsweise < 50 V von Spitze zu Spitze, 50 - 100 V von Spitze zu Spitze, 100 - 150 V von Spitze zu Spitze, 150 - 200 V von Spitze zu Spitze, 200 - 250 V von Spitze zu Spitze, 250 - 300 V von Spitze zu Spitze, 300 - 350 V von Spitze zu Spitze, 350 400 V von Spitze zu Spitze, 400 - 450 V von Spitze zu Spitze, 450 - 500 V von Spitze zu Spitze oder > 500 V von Spitze zu Spitze.The AC or RF voltage is preferably < 50 V peak to peak, 50 - 100 V peak to peak, 100 - 150 V peak to peak, 150 - 200 V peak to peak, 200 - 250 V peak to peak, 250 - 300 V peak to peak, 300 - 350 V peak to peak, 350 400 V peak to peak, 400 - 450 V peak to peak, 450 - 500 V peak to peak or > 500 V peak to peak.
Vorzugsweise wird die Ionenführung bei der Verwendung auf einem Druck gehalten, der aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: (i) größer oder gleich 0,0001 mbar, (ii) größer oder gleich 0,0005 mbar, (iii) größer oder gleich 0,001 mbar, (iv) größer oder gleich 0,005 mbar, (v) größer oder gleich 0,01 mbar, (vi) größer oder gleich 0,05 mbar, (vii) größer oder gleich 0,1 mbar, (viii) größer oder gleich 0,5 mbar, (ix) größer oder gleich 1 mbar, (x) größer oder gleich 5 mbar und (xi) größer oder gleich 10 mbar.Preferably, in use, the ion guide is maintained at a pressure selected from the group consisting of: (i) greater than or equal to 0.0001 mbar, (ii) greater than or equal to 0.0005 mbar, (iii) greater than or equal to 0.001 mbar, (iv) greater than or equal to 0.005 mbar, (v) greater than or equal to 0.01 mbar, (vi) greater than or equal to 0.05 mbar, (vii) greater than or equal to 0.1 mbar, (viii) greater than or equal to 0.5 mbar, (ix) greater than or equal to 1 mbar, (x) greater than or equal to 5 mbar, and (xi) greater than or equal to 10 mbar.
Vorzugsweise wird die Ionenführung bei der Verwendung auf einem Druck gehalten, der aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: (i) kleiner oder gleich 10 mbar, (ii) kleiner oder gleich 5 mbar, (iii) kleiner oder gleich 1 mbar, (iv) kleiner oder gleich 0,5 mbar, (v) kleiner oder gleich 0,1 mbar, (vi) kleiner oder gleich 0,05 mbar, (vii) kleiner oder gleich 0,01 mbar, (viii) kleiner oder gleich 0,005 mbar, (ix) kleiner oder gleich 0,001 mbar, (x) kleiner oder gleich 0,0005 mbar und (xi) kleiner oder gleich 0,0001 mbar.Preferably, in use, the ion guide is maintained at a pressure selected from the group consisting of: (i) less than or equal to 10 mbar, (ii) less than or equal to 5 mbar, (iii) less than or equal to 1 mbar, (iv) less than or equal to 0.5 mbar, (v) less than or equal to 0.1 mbar, (vi) less than or equal to 0.05 mbar, (vii) less than or equal to 0.01 mbar, (viii) less than or equal to 0.005 mbar, (ix) less than or equal to 0.001 mbar, (x) less than or equal to 0.0005 mbar, and (xi) less than or equal to 0.0001 mbar.
Vorzugsweise wird die Ionenführung bei der Verwendung auf einem Druck gehalten, der aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: (i) zwischen 0,0001 und 10 mbar, (ii) zwischen 0,0001 und 1 mbar, (iii) zwischen 0,0001 und 0,1 mbar, (iv) zwischen 0,0001 und 0,01 mbar, (v) zwischen 0,0001 und 0,001 mbar, (vi) zwischen 0,001 und 10 mbar, (vii) zwischen 0,001 und 1 mbar, (viii) zwischen 0,001 und 0,1 mbar, (ix) zwischen 0,001 und 0,01 mbar, (x) zwischen 0,01 und 10 mbar, (xi) zwischen 0,01 und 1 mbar, (xii) zwischen 0,01 und 0,1 mbar, (xiii) zwischen 0,1 und 10 mbar, (xiv) zwischen 0,1 und 1 mbar und (xv) zwischen 1 und 10 mbar.Preferably, the ion guide is maintained in use at a pressure selected from the following group: (i) between 0.0001 and 10 mbar, (ii) between 0.0001 and 1 mbar, (iii) between 0.0001 and 0.1 mbar, (iv) between 0.0001 and 0.01 mbar, (v) between 0.0001 and 0.001 mbar, (vi) between 0.001 and 10 mbar, (vii) between 0.001 and 1 mbar, (viii) between 0.001 and 0.1 mbar, (ix) between 0.001 and 0.01 mbar, (x) between 0.01 and 10 mbar, (xi) between 0.01 and 1 mbar, (xii) between 0.01 and 0.1 mbar, (xiii) between 0.1 and 10 mbar, (xiv) between 0.1 and 1 mbar and (xv) between 1 and 10 mbar.
Vorzugsweise wird die Ionenführung bei der Verwendung auf einem Druck gehalten, der aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: (i) größer oder gleich 1 &khgr; 10" mbar, (ii) größer oder gleich 5 &khgr; 10" mbar, (iii) größer oder gleich 1 &khgr; 10" mbar, (iv) größer oder gleich 5 &khgr; 10" mbar, (v) größer oder gleich 1 &khgr; 10 mbar und (vi) größer oder gleich 5 &khgr; 10"5 mbar.Preferably, in use, the ion guide is maintained at a pressure selected from the group consisting of: (i) greater than or equal to 1 × 10" mbar, (ii) greater than or equal to 5 × 10" mbar, (iii) greater than or equal to 1 × 10" mbar, (iv) greater than or equal to 5 × 10" mbar, (v) greater than or equal to 1 × 10 mbar, and (vi) greater than or equal to 5 × 10" 5 mbar.
Vorzugsweise wird die Ionenführung bei der Verwendung aufPreferably, the ion guide is used on
einem Druck gehalten, der aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: (i) kleiner oder gleich 1 &khgr; 10"4 mbar, (ii) kleiner oder gleich 5 &khgr; 10"5 mbar, (iii) kleiner oder gleich 1 &khgr; 10" mbar, (iv) kleiner oder gleich 5 &khgr; 10"6 mbar, (v) kleiner oder gleich 1 &khgr; 10"6 mbar, (vi) kleiner oder gleich 5 &khgr; 10" mbar und (vii) kleiner oder gleich 1 &khgr; 10"7 mbar.a pressure selected from the following group: (i) less than or equal to 1 × 10" 4 mbar, (ii) less than or equal to 5 × 10" 5 mbar, (iii) less than or equal to 1 × 10" mbar, (iv) less than or equal to 5 × 10" 6 mbar, (v) less than or equal to 1 × 10" 6 mbar, (vi) less than or equal to 5 × 10" mbar and (vii) less than or equal to 1 × 10" 7 mbar.
Vorzugsweise wird die Ionenführung bei der Verwendung auf einem Druck gehalten, der aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: (i) zwischen 1 &khgr; 10"7 und 1 &khgr; 10~4 mbar, (ii) zwischen 1 &khgr; 10~7 und 5 &khgr; 10"5 mbar, (iii) zwischen 1 &khgr; 10~7 und 1 &khgr; 10"5 mbar, (iv) zwischen 1 &khgr; 10"7 und 5 &khgr; 10"6 mbar,Preferably, the ion guide is maintained in use at a pressure selected from the following group: (i) between 1 × 10" 7 and 1 × 10~ 4 mbar, (ii) between 1 × 10~ 7 and 5 × 10" 5 mbar, (iii) between 1 × 10~ 7 and 1 × 10" 5 mbar, (iv) between 1 × 10" 7 and 5 × 10" 6 mbar,
-7 — 6-7 — 6
(v) zwischen 1 &khgr; 10 und 1 &khgr; 10" mbar, (vi) zwischen(v) between 1 &khgr; 10 and 1 &khgr; 10" mbar, (vi) between
-7 - 7 - 7-7 - 7 - 7
1 x 10 und 5 &khgr; 10 mbar, (vii) zwischen 5 &khgr; 10 und 1 &khgr; 10"4 mbar, (viii) zwischen 5 &khgr; 10"7 und 5 &khgr; &Igr;&Ogr;5 mbar, (ix)1 x 10 and 5 x 10 mbar, (vii) between 5 x 10 and 1 x 10" 4 mbar, (viii) between 5 x 10" 7 and 5 x 10" 5 mbar, (ix)
-7 - R - 7-7 - R - 7
zwischen 5 &khgr; 10 und 1 &khgr; 10 mbar, (x) zwischen 5 &khgr; 10 und 5 &khgr; 10" mbar, (xi) zwischen 5 &khgr; 10" und 1 &khgr; 10" mbar, (xii) zwischen 1 &khgr; 10 und 1 &khgr; 10 mbar, (xiii) zwischen 1 &khgr; 10 und 5 &khgr; 10 mbar, (xiv) zwischen 1 &khgr; 10 und 1 &khgr; 10" mbar, (xv) zwischen 1 &khgr; 10" und 5 &khgr; 10" mbar, (xvi) zwischen 5 &khgr; 10" und 1 &khgr; 10"4 mbar, (xvii) zwischen 5 &khgr; 10" und 5 &khgr; 10 mbar, (xviii) zwischen 5 &khgr; 10" und 1 &khgr; 10" mbar, (xix) zwischen 1 &khgr; 10" und 1 &khgr; &Igr;&Ogr;4 mbar, (xx) zwischen 1 &khgr; 10" und 5 &khgr; 10" mbar und (xxi) zwischen 5 &khgr; 10"5 und 1 &khgr; 10"4 mbar.between 5 &khgr; 10 and 1 &khgr; 10 mbar, (x) between 5 &khgr; 10 and 5 &khgr;10" mbar, (xi) between 5 &khgr;10" and 1 &khgr;10" mbar, (xii) between 1 &khgr; 10 and 1 &khgr; 10 mbar, (xiii) between 1 &khgr; 10 and 5 &khgr; 10 mbar, (xiv) between 1 &khgr; 10 and 1 &khgr;10" mbar, (xv) between 1 &khgr;10" and 5 &khgr;10" mbar, (xvi) between 5 &khgr;10" and 1 &khgr;10" 4 mbar, (xvii) between 5 &khgr;10" and 5 &khgr; 10 mbar, (xviii) between 5 &khgr;10" and 1 &khgr;10" mbar, (xix) between 1 &khgr;10" and 1 &khgr;�Igr;&Ogr; 4 mbar, (xx) between 1 &khgr;10" and 5 &khgr;10" mbar and (xxi) between 5 &khgr;10" 5 and 1 &khgr;10" 4 mbar.
Die Ionenführung weist vorzugsweise weiter eine auf einer ersten Seite der Ionenführung angeordnete erste äußere (beispielsweise oberste/obere) Plattenelektrode und eine auf einer zweiten Seite der Ionenführung angeordnete zweite (beispielsweise unterste/untere) äußere Plattenelektrode auf. Gemäß weniger bevorzugten Ausführungsformen kann keineThe ion guide preferably further comprises a first outer (for example upper) plate electrode arranged on a first side of the ion guide and a second (for example lower) outer plate electrode arranged on a second side of the ion guide. According to less preferred embodiments, no
obere oder untere Plattenelektrode bereitgestellt sein. Bei diesen Ausführungsformen kann durch Wechselspannungs- oder HF-Einschluß, der durch andere Mittel, wie eine benachbarte Stabsatzanordnung bereitgestellt wird, verhindert werden, daß Ionen aus dem Oberteil oder dem Unterteil der Ionenführung austreten.upper or lower plate electrode. In these embodiments, ions can be prevented from escaping from the top or bottom of the ion guide by AC or RF confinement provided by other means such as an adjacent rod set arrangement.
Gemäß einer anderen Ausführungsform können die von der Mitte der Ionenführung fernen Plattenelektroden auf ständig zunehmenden positiven oder negativen Gleichspannungspotentialen gehalten werden, so daß Ionen, die sich vom Mittelbereich der Ionenführung fortbewegen, zunehmend zur Mitte der Ionenführung zurückgedrängt werden. Gemäß dieser Ausführungsform können keine äußeren Plattenelektroden bereitgestellt sein, die die Ionenführung einschließen.According to another embodiment, the plate electrodes remote from the center of the ion guide may be maintained at continuously increasing positive or negative DC potentials so that ions moving away from the central region of the ion guide are increasingly forced back toward the center of the ion guide. According to this embodiment, no external plate electrodes enclosing the ion guide may be provided.
Es kann dafür gesorgt werden, daß die erste äußere Plattenelektrode und/oder die zweite äußere Plattenelektrode auf eine Gleich-Vorspannung in bezug auf die mittlere Spannung der Plattenelektroden, an die eine Wechsel- oder HF-Spannung angelegt ist, vorgespannt werden.It may be arranged that the first outer plate electrode and/or the second outer plate electrode are biased to a DC bias voltage with respect to the average voltage of the plate electrodes to which an AC or RF voltage is applied.
Diese Vorspannung ist vorzugsweise kleiner als -10 V, -9 bis -8 V, -8 bis -7 V, -7 bis -6 V, -6 bis -5 V, -5 bis -4 V, -4 bis -3 V, -3 bis -2 V, -2 bis -1 V, -1 bis 0 V, 0 bis 1 V, 1 bis 2 V, 2 bis 3 V, 3 bis 4 V, 4 bis 5 V, 5 bis 6 V, 6 bis 7 V, 7 bis 8 V, 8 bis 9 V, 9 bis 10 V oder mehr als 10 V.This bias voltage is preferably less than -10 V, -9 to -8 V, -8 to -7 V, -7 to -6 V, -6 to -5 V, -5 to -4 V, -4 to -3 V, -3 to -2 V, -2 to -1 V, -1 to 0 V, 0 to 1 V, 1 to 2 V, 2 to 3 V, 3 to 4 V, 4 to 5 V, 5 to 6 V, 6 to 7 V, 7 to 8 V, 8 to 9 V, 9 to 10 V or more than 10 V.
Gemäß einer Ausführungsform wird der oberen und/oder der unteren Platte, also den äußeren Elektroden, eine reine Gleichspannung zugeführt (d.h. an sie ist keine Wechseloder HF-Spannung angelegt). Gemäß einer anderenAccording to one embodiment, the upper and/or lower plate, i.e. the outer electrodes, are supplied with a pure DC voltage (i.e. no AC or RF voltage is applied to them). According to another
2S-0S-U32S-0S-U3
Ausführungsform wird der oberen und/oder der unteren Platte eine reine Wechsel- oder HF-Spannung zugeführt (d.h. die Platten werden nicht mit einer Gleichspannung in bezug auf die anderen Plattenelektroden vorgespannt) . Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird der oberen und/oder der unteren Platte sowohl eine Gleichspannung als auch eine Wechsel- oder HF-Spannung zugeführt (d.h. die äußeren Elektroden sind in bezug auf die anderen Elektroden durch eine Gleichspannung vorgespannt, und ihnen wird auch eine Wechsel- oder HF-Spannung zugeführt).According to one embodiment, the upper and/or lower plate is supplied with a pure AC or RF voltage (i.e. the plates are not biased with a DC voltage with respect to the other plate electrodes). According to another embodiment, the upper and/or lower plate is supplied with both a DC voltage and an AC or RF voltage (i.e. the outer electrodes are biased with respect to the other electrodes by a DC voltage and they are also supplied with an AC or RF voltage).
Gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen kann die Ionenführung weiter eine in der oberen und/oder der unteren Platte angeordnete Öffnung aufweisen. Die Öffnung kann verwendet werden, um zu ermöglichen, daß Ionen und/oder ein Gas und/oder ein Laserstrahl in die Ionenführung eintreten und/oder aus dieser austreten.According to the embodiments described above, the ion guide may further comprise an opening arranged in the upper and/or lower plate. The opening may be used to allow ions and/or a gas and/or a laser beam to enter and/or exit the ion guide.
Gemäß einer Ausführungsform werden eine oder mehrere der Plattenelektroden bei der Verwendung auf einem von demjenigen der anderen Plattenelektroden verschiedenen Gleichspannungspotential gehalten, so daß innerhalb der Ionenführung mehrere diskrete Ionenführungsbereiche gebildet sind. Beispielsweise können eine oder mehrere der Plattenelektroden zur Mitte des Stapels der Plattenelektroden hin auf einem Gleichspannungspotential gehalten werden, so daß sie einen Potentialwall bilden. Gemäß einer solchen Anordnung können dann zwei parallele und sich in Längsrichtung erstreckende Ionenführungsbereiche innerhalb der Ionenführung gebildet werden, wobei beispielsweise ein oberer Ionenführungsbereich und ein unterer Ionenführungsbereich gebildet wird. Gemäß anderen Ausführungsformen können mehr als zwei parallele IonenführungsbereicheAccording to one embodiment, one or more of the plate electrodes are maintained in use at a different DC potential from that of the other plate electrodes, so that a plurality of discrete ion guide regions are formed within the ion guide. For example, one or more of the plate electrodes may be maintained at a DC potential towards the center of the stack of plate electrodes, so that they form a potential wall. According to such an arrangement, two parallel and longitudinally extending ion guide regions may then be formed within the ion guide, for example forming an upper ion guide region and a lower ion guide region. According to other embodiments, more than two parallel ion guide regions
gebildet werden.be formed.
Gemäß einer anderen Ausführungsform werden mehrere Plattenelektroden auf erheblich verschiedenen Gleichspannungspotentialen gehalten. Gemäß diesen Ausführungsformen kann zwischen den Platten ein Gleichspannungs-Potentialprofil aufrechterhalten werden. Beispielsweise kann zwischen den Plattenelektroden ein V-förmiges Gleichspannungs-Potentialprofil aufrechterhalten werden, so daß Ionen zum Mittelbereich der Ionenführung hin gedrängt werden. Gemäß dieser Ausführungsform brauchen obere und untere Plattenelektroden, die die Ionenführung wirksam einschließen, möglicherweise nicht bereitgestellt werden, so daß die Ionenführung vom Oberteil und vom Unterteil her im wesentlichen offen erscheinen kann.According to another embodiment, a plurality of plate electrodes are maintained at substantially different DC potentials. According to these embodiments, a DC potential profile can be maintained between the plates. For example, a V-shaped DC potential profile can be maintained between the plate electrodes so that ions are forced toward the central region of the ion guide. According to this embodiment, upper and lower plate electrodes that effectively enclose the ion guide may not need to be provided so that the ion guide can appear substantially open from the top and bottom.
Vorzugsweise weist die Ionenführung einen ersten äußeren Abschnitt, einen zweiten äußeren Abschnitt und einen Zwischenabschnitt zwischen dem ersten und dem zweiten äußeren Abschnitt auf, wobei das Gleichspannungspotential, auf dem die Plattenelektroden gehalten werden, im ersten und/oder im zweiten äußeren Abschnitt in bezug auf den Zwischenabschnitt erhöht ist, so daß Ionen zu einem Mittelbereich der Ionenführung zurückgerichtet werden.Preferably, the ion guide comprises a first outer portion, a second outer portion and an intermediate portion between the first and second outer portions, the DC potential at which the plate electrodes are maintained being increased in the first and/or second outer portions with respect to the intermediate portion so that ions are directed back to a central region of the ion guide.
Es werden weitere Ausführungsformen erwogen, bei denen sich die an die Plattenelektroden angelegten Gleichspannungspotentiale zeitlich ändern können. Vorzugsweise sind an die Plattenelektroden ein oder mehrere transiente Gleichspannungspotentiale oder eine oder mehrere Gleichspannungspotential-Wellenformen angelegt. Dies kann vorzugsweise bewirken, daß Ionen von einem Bereich (beispielsweise einem oberen Bereich) der Ionenführung zuFurther embodiments are contemplated in which the DC potentials applied to the plate electrodes may vary over time. Preferably, one or more transient DC potentials or one or more DC potential waveforms are applied to the plate electrodes. This may preferably cause ions to flow from one region (e.g. an upper region) of the ion guide to
einem anderen Bereich (beispielsweise einem unteren Bereich) der Ionenführung gedrängt werden.another area (e.g. a lower area) of the ion guide.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Massenspektrometer mit einer Ionenführung vorgesehen, wobei die Ionenführung aufweist:According to another aspect of the present invention, there is provided a mass spectrometer with an ion guide, the ion guide comprising:
mehrere Elektrodenschichten undseveral electrode layers and
mehrere Isolatorschichten, die zwischen den Elektrodenschichten eingestreut oder verschachtelt sind.several insulator layers interspersed or nested between the electrode layers.
Vorzugsweise sind wenigstens 10 %, 20 %, 30 %, 40 %, 50 %, 60 %, 70 %, 80 %, 90 % oder 95 % der Elektrodenschichten auf den Isolatorschichten angeordnet oder darauf abgeschieden. Preferably, at least 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90% or 95% of the electrode layers are arranged on or deposited on the insulator layers.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Massenspektrometer mit einer Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung vorgesehen, wobei die Ionenführung aufweist:According to another aspect of the present invention, there is provided a mass spectrometer having an AC or RF ion guide, the ion guide comprising:
mehrere Elektroden undseveral electrodes and
mehrere Isolatoren, die zwischen den Elektroden eingestreut bzw. eingefügt oder verschachtelt sind,several insulators that are interspersed, inserted or nested between the electrodes,
wobei die Elektroden auf den Isolatoren angebracht oder darauf abgeschieden sind.wherein the electrodes are mounted on or deposited on the insulators.
Vorzugsweise weist die Ionenführung einen Ioneneingang und einen Ionenausgang auf, wobei im wesentlichen verhindert wird, daß Gasmoleküle innerhalb der Ionenführung an anderer Stelle als durch den Ioneneingang oder den Ionenausgang ausPreferably, the ion guide has an ion inlet and an ion outlet, whereby gas molecules within the ion guide are substantially prevented from exiting at any point other than through the ion inlet or the ion outlet.
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der Ionenführung austreten. Es kann eine Gasöffnung zum Einleiten von Gas in die Ionenführung bereitgestellt sein, es kann jedoch vorzugsweise im wesentlichen verhindert werden, daß Gas über diese Gasöffnung aus der Ionenführung austritt.the ion guide. A gas opening may be provided for introducing gas into the ion guide, but preferably gas can be substantially prevented from escaping from the ion guide via this gas opening.
In einer weiteren Hinsicht sieht die vorliegende Erfindung ein Massenspektrometer mit einer ersten Ionenführung, einer Gaskollisions-/Reaktionszelle und einer zweiten Ionenführung vor. Die zweite Ionenführung weist mehrere Plattenelektroden, einen Eingang zum Empfangen von Ionen, einen Ionenführungsbereich, der durch die Ionenführung verläuft, und einen Ausgang, aus dem Ionen austreten, auf. Es gibt vorzugsweise keine direkte Sichtlinie vom Eingang zum Ausgang der zweiten Ionenführung.In another aspect, the present invention provides a mass spectrometer having a first ion guide, a gas collision/reaction cell, and a second ion guide. The second ion guide has a plurality of plate electrodes, an entrance for receiving ions, an ion guide region extending through the ion guide, and an exit from which ions exit. There is preferably no direct line of sight from the entrance to the exit of the second ion guide.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform umfaßt das Massenspektrometer weiter eine Elektrospray-Ionenquelle ("ESI-Ionenquelle"), eine chemische Atmosphärendruckionisations-Ionenquelle ("APCI-Ionenquelle"), eine Atmosphärendruck-Photoionisations-Ionenquelle ("APPI-Ionenquelle"), eine matrixunterstützte Laserdesorptionsionisations-Ionenquelle ("MALDI-Ionenquelle"), eine Laserdesorptionsionisations-Ionenquelle ("LDI-Ionenquelle"), eine induktiv gekoppelte Plasmaionenquelle ("ICP-Ionenquelle"), eine Elektronenstoßionenquelle ("EI-Ionenquelle"), eine chemische Ionisations-Ionenquelle ("CI-Ionenquelle"), eine Ionenquelle mit schnellem Atombeschuß ("FAB-Ionenquelle") oder eine Flüssigkeits-Sekundärionen-Massenspektrometrie-IonenquelleAccording to the preferred embodiment, the mass spectrometer further comprises an electrospray ion source ("ESI ion source"), an atmospheric pressure chemical ionization ion source ("APCI ion source"), an atmospheric pressure photoionization ion source ("APPI ion source"), a matrix assisted laser desorption ionization ion source ("MALDI ion source"), a laser desorption ionization ion source ("LDI ion source"), an inductively coupled plasma ion source ("ICP ion source"), an electron impact ion source ("EI ion source"), a chemical ionization ion source ("CI ion source"), a fast atom bombardment ion source ("FAB ion source"), or a liquid secondary ion mass spectrometry ion source
(11LSIMS-Ionenquelle") .( 11 LSIMS ion source") .
Das Massenspektrometer kann auch einen stromabwärts der zweiten Ionenführung angeordneten MassenanalysatorThe mass spectrometer may also include a mass analyzer located downstream of the second ion guide
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aufweisen. Der Massenanalysator kann einen Flugzeit-Massenanalysator, einen Quadrupol-Massenanalysator, einen Fourier-Transformations-Ionenzyklotronresonanz-Massenanalysator ("FTICR-Massenanalysator") eine zweidimensionale (lineare) Quadrupol-Ionenfalle, eine dreidimensionale (Paul-) Quadrupol-Ionenfalle oder einen Magnetsektor-Massenanalysator aufweisen.The mass analyzer may comprise a time-of-flight mass analyzer, a quadrupole mass analyzer, a Fourier transform ion cyclotron resonance mass analyzer ("FTICR mass analyzer"), a two-dimensional (linear) quadrupole ion trap, a three-dimensional (Paul) quadrupole ion trap, or a magnetic sector mass analyzer.
Ionenführungen gemäß der bevorzugten Ausführungsform können vorteilhafterweise einen Ionenführungsbereich mit wenigstens einem gekrümmten oder nichtlinearen Abschnitt aufweisen, und sie können mehr als einen Ioneneingang und/oder Ionenausgang aufweisen. Es wäre sehr schwierig und übermäßig kostspielig, zu versuchen, gleichwertige Ionenführungen aus herkömmlichen Mehrpol-Stabsatz-HF-Ionenführungen herzustellen und aufzubauen.Ion guides according to the preferred embodiment may advantageously comprise an ion guide region having at least one curved or non-linear section, and may comprise more than one ion entrance and/or ion exit. It would be very difficult and prohibitively expensive to attempt to manufacture and construct equivalent ion guides from conventional multi-pole rod set RF ion guides.
Die Ionenführung gemäß der bevorzugten Ausführungsform ist aus einer Reihe geformter Platten oder Plattenelektroden aufgebaut. Die Platten müssen nicht gerade sein, und sie können mehr als einen Ioneneingang und/oder Ionenausgang aufweisen. Die bevorzugten Ionenführungen sind verhältnismäßig einfach herzustellen und sie sind erheblich kostengünstiger als herkömmliche Mehrpol-Stabsatz-Ionenführungen. Es können auch leicht Ionenführungen mit komplizierten Formen hergestellt werden. Beispielsweise können mehrere identische Platten mit komplizierten Formen leicht und kostengünstig durch Druckschneiden oder Stanzen, photochemisches Ätzen, Laserschneiden, Drahterosion, Funkenerosion usw. aus dünnen Abschnitten aus Metallblech hergestellt werden. Weiterhin können die Platten in einer Baugruppe oder einer Mehrfachanordnung gestapelt werden, wobei die Platten beabstandet und isoliert sind und wobeiThe ion guide according to the preferred embodiment is constructed from a series of shaped plates or plate electrodes. The plates need not be straight and they may have more than one ion input and/or ion output. The preferred ion guides are relatively simple to manufacture and are considerably less expensive than conventional multi-pole rod set ion guides. Ion guides with complicated shapes can also be easily manufactured. For example, several identical plates with complicated shapes can be easily and inexpensively manufactured from thin sections of sheet metal by die cutting or stamping, photochemical etching, laser cutting, wire EDM, spark EDM, etc. Furthermore, the plates can be stacked in an assembly or multiple array with the plates spaced apart and insulated and with
alternierende Platten elektrisch miteinander verbunden sind, so daß benachbarte Platten um 180° außer Phase miteinander gehalten werden.alternating plates are electrically connected to each other so that adjacent plates are kept 180° out of phase with each other.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die HF-Ionenführung aus einer Reihe geformter Platten aufgebaut, die in einem Stapel angeordnet sind, wobei geeignete Gleichspannungspotentiale an eine oberste oder obere Plattenelektrode und an eine unterste oder untere flache Plattenelektrode angelegt sind. Dies ist eine besonders einfache und kostengünstige Art des Aufbauens einer komplexen HF-Ionenführung. Die oberste und die unterste Platte können mit einer an sie angelegten Wechsel- oder HF-Spannung oder einer Kombination von Wechsel- oder HF- und Gleichspannungen betrieben werden.According to a preferred embodiment, the RF ion guide is constructed from a series of shaped plates arranged in a stack with suitable DC potentials applied to a top or upper plate electrode and to a bottom or lower flat plate electrode. This is a particularly simple and inexpensive way of constructing a complex RF ion guide. The top and bottom plates can be operated with an AC or RF voltage applied to them, or a combination of AC or RF and DC voltages.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform können die Platten mit einem Eingang und einem Ausgang hergestellt werden, die nicht ausgerichtet sind, so daß es keine Sichtlinie durch die Ionenführung gibt, so daß neutrale Teilchen, große Teilchen oder Tröpfchen oder Strahlung, wie sichtbares Licht oder UV-Licht nicht gerade durch die Ionenführung hindurchlaufen.According to the preferred embodiment, the plates can be made with an entrance and an exit that are not aligned so that there is no line of sight through the ion guide, so that neutral particles, large particles or droplets, or radiation such as visible light or UV light do not pass straight through the ion guide.
Mit der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Massenspektroskopie durchführbar, welches die folgenden Schritte aufweist:The present invention provides a method for mass spectroscopy comprising the following steps:
Erzeugen von Ionen von einer Atmosphären-Ionenquelle undGenerating ions from an atmospheric ion source and
Führen der Ionen durch eine Ionenführung, wobei die Ionenführung mehrere Plattenelektroden, einen Eingang zumLeading the ions through an ion guide, whereby the ion guide has several plate electrodes, an entrance to the
Empfangen von Ionen und einen Ausgang, über den Ionen aus der Ionenführung austreten, aufweist, wobei ein Ionenführungskanal in den Plattenelektroden ausgebildet ist und im wesentlichen über die Länge der Ionenführung verläuft und wobei die Plattenelektroden in der Ebene der Ionenbewegung angeordnet sind.Receiving ions and an exit through which ions exit the ion guide, wherein an ion guide channel is formed in the plate electrodes and extends substantially along the length of the ion guide and wherein the plate electrodes are arranged in the plane of ion movement.
Mit der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Verfahren zum Herstellen einer jungen Führung für ein Massenspektrometer durchführbar, bei dem mehrere Elektroden mit mehreren Isolatoren eingestreut oder verschachtelt angeordnet werden, um eine Ionenführung mit mehreren an den Isolatoren angeordneten Elektroden zu bilden, so daß ein Ionenführungsstapel gebildet wird.The present invention further provides a method for producing a young guide for a mass spectrometer, in which a plurality of electrodes are interspersed or nested with a plurality of insulators to form an ion guide with a plurality of electrodes arranged on the insulators, so that an ion guide stack is formed.
Mit der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Verfahren zum Herstellen einer jungen Führung für ein Massenspektrometer durchführbar, bei dem mehrere Elektrodenschichten auf mehreren Isolatorschichten abgeschieden werden, um einen Ionenführungsstapel mit mehreren auf den Isolatorschichten angeordneten Elektrodenschichten zu bilden.The present invention further provides a method for producing a young guide for a mass spectrometer, in which a plurality of electrode layers are deposited on a plurality of insulator layers to form an ion guide stack with a plurality of electrode layers arranged on the insulator layers.
Der in der vorliegenden Anmeldung verwendete Begriff "Plattenelektrode" sollte breit ausgelegt werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Plattenelektroden dünne Metallbleche auf. Gemäß anderen Ausführungsformen können die Plattenelektroden jedoch Drahtnetze oder -gitter aufweisen und daher Öffnungen haben. Der Begriff soll auch Elektroden einschließen, die auf ein Substrat in der Art eines Isolators aufgebracht worden sind.The term "plate electrode" as used in the present application should be interpreted broadly. According to a preferred embodiment, the plate electrodes comprise thin metal sheets. However, according to other embodiments, the plate electrodes may comprise wire meshes or grids and therefore have openings. The term is also intended to include electrodes that have been applied to a substrate in the manner of an insulator.
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Ionenführung bildenden Elektroden im Gegensatz zu einer Ionentunnel- oder Ionentrichter-Ionenführung, bei der die Ringelektroden in einer Ebene senkrecht zur Ionenbewegungsrichtung angeordnet sind, in der Ebene der Ionenbewegung angeordnet.Electrodes forming an ion guide are arranged in the plane of ion movement, in contrast to an ion tunnel or ion funnel ion guide, in which the ring electrodes are arranged in a plane perpendicular to the direction of ion movement.
Die vorstehend beschriebenen Ionenführungen können entweder als eine Ionenführung an sich verwendet werden, oder sie können eine Fragmentations-, !Collisions-, Reaktions- oder Kollisions-Kühlzelle bilden.The ion guides described above can be used either as an ion guide per se, or they can form a fragmentation, collision, reaction or collision cooling cell.
Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun nur als Beispiel mit Bezug auf die anliegende Zeichnung beschrieben, in der:Various embodiments of the present invention will now be described, by way of example only, with reference to the accompanying drawings, in which:
Figur IA eine Draufsicht einer Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung gemäß einer Ausführungsform zeigt und Figur IB eine Schnittansicht der Ionenführung aus Figur IA entlang einem Querschnitt A-A zeigt,Figure IA shows a plan view of an AC or RF ion guide according to an embodiment, and Figure IB shows a sectional view of the ion guide of Figure IA along a cross section A-A,
Figur 2 eine Ausführungsform zeigt, bei der die Platten einen C-förmigen Ionenweg aufweisen, so daß die Ionen vom Eingang zum Ausgang um 90° gedreht werden,Figure 2 shows an embodiment in which the plates have a C-shaped ion path so that the ions are rotated by 90° from the entrance to the exit,
Figur 3 eine Ausführungsform zeigt, bei der die Platten einen S-förmigen Ionenweg aufweisen, so daß Ionen vom Eingang zum Ausgang seitlich versetzt werden,Figure 3 shows an embodiment in which the plates have an S-shaped ion path so that ions are displaced laterally from the entrance to the exit,
Figur 4 eine Ausführungsform zeigt, bei der die Platten einen &OHgr;-förmigen Ionenweg aufweisen, so daß es keine Sichtlinie zwischen dem Eingang und dem Ausgang gibt, wobei die Ionen jedoch nicht seitlich oder schräg versetzt sind, wenn sie aus der Ionenführung austreten,Figure 4 shows an embodiment in which the plates have a Ω-shaped ion path so that there is no line of sight between the entrance and the exit, but the ions are not displaced laterally or obliquely when they exit the ion guide,
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Figur 5 eine Ausführungsform zeigt, bei der ein S-förmiger Ionenweg aus zwei Plattenstapeln mit C-förmigen Ionenwegen gebildet ist,Figure 5 shows an embodiment in which an S-shaped ion path is formed from two plate stacks with C-shaped ion paths,
Figur 6 eine Ausführungsform zeigt, bei der ein &OHgr;-förmiger Ionenweg aus zwei Plattenstapeln mit S-förmigen Ionenwegen gebildet ist,Figure 6 shows an embodiment in which a Ω-shaped ion path is formed from two plate stacks with S-shaped ion paths,
Figur 7 eine Ausführungsform zeigt, bei der ein &OHgr;-förmiger Ionenweg aus zwei Plattenstapeln mit C-förmigen Ionenwegen gebildet ist,Figure 7 shows an embodiment in which a Ω-shaped ion path is formed from two plate stacks with C-shaped ion paths,
Figur 8 eine Ausführungsform zeigt, bei der die Ionenführung zwei Eingänge und einen Ausgang aufweist,Figure 8 shows an embodiment in which the ion guide has two inlets and one outlet,
Figur 9 eine andere Ausführungsform zeigt, bei der die Ionenführung zwei Eingänge und einen Ausgang aufweist,Figure 9 shows another embodiment in which the ion guide has two inputs and one output,
Figur 10 eine andere Ausführungsform zeigt, bei der die Ionenführung zwei Eingänge und einen Ausgang aufweist,Figure 10 shows another embodiment in which the ion guide has two inputs and one output,
Figur 11 eine andere Ausführungsform zeigt, bei der die Ionenführung zwei Eingänge und einen Ausgang aufweist,Figure 11 shows another embodiment in which the ion guide has two inputs and one output,
Figur 12 eine Ausführungsform zeigt, bei der die Ionenführung drei Eingänge und einen Ausgang aufweist,Figure 12 shows an embodiment in which the ion guide has three inputs and one output,
Figur 13 eine Ausführungsform zeigt, bei der die Ionenführung einen Eingang und zwei Ausgänge aufweist,Figure 13 shows an embodiment in which the ion guide has one input and two outputs,
Figur 14 eine Ausführungsform zeigt, bei der die Ionenführung einen Eingang und drei Ausgänge aufweist,Figure 14 shows an embodiment in which the ion guide has one input and three outputs,
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Figur 15 eine Ausführungsform zeigt, bei der die Ionenführung zwei Eingänge und zwei Ausgänge aufweist,Figure 15 shows an embodiment in which the ion guide has two inlets and two outlets,
Figur 16A eine Ausführungsform zeigt, bei der die Ionenführung drei Öffnungen aufweist, die selektiv als Eingänge und Ausgänge verwendet werden können, und Figur 16B dieselbe Ionenführung zeigt, die in einem anderen Betriebsmodus verwendet wird,Figure 16A shows an embodiment in which the ion guide has three openings that can be selectively used as inputs and outputs, and Figure 16B shows the same ion guide used in a different operating mode,
Figur 17 eine Ausführungsform einer Ionenführung mit drei Öffnungen zeigt, die mit einer HF-Ionenführung mit einer Öffnung und einem Ioneneinfangbereich kombiniert ist,Figure 17 shows an embodiment of a three-aperture ion guide combined with a single-aperture RF ion guide and an ion capture region,
Figur 18A eine Ausführungsform einer Ionenführung mit drei Ionenwegen unterschiedlicher Größe und Form zeigt und Figur 18B einen Querschnitt einer Ionenführung mit einem nicht rechteckigen Querschnittsprofil zeigt,Figure 18A shows an embodiment of an ion guide with three ion paths of different size and shape and Figure 18B shows a cross-section of an ion guide with a non-rectangular cross-sectional profile,
Figur 19A eine Ausführungsform zeigt, bei der eine Ionenführung insgesamt sechs Öffnungen aufweist, und Figur 19B eine andere Ausführungsform zeigt, bei der eine Ionenführung insgesamt sechs Öffnungen aufweist,Figure 19A shows an embodiment in which an ion guide has a total of six openings, and Figure 19B shows another embodiment in which an ion guide has a total of six openings,
Figur 2 0 ein Massenspektrometer zeigt, das eine bevorzugte Ionenführung aufweist,Figure 2 0 shows a mass spectrometer having a preferred ion guide,
Figur 21A eine Ausführungsform einer Ionenführung zeigt, die mit einer an die oberste und die unterste Platte angelegten Gleichspannung betrieben wird, Figur 2IB eine Ausführungsform einer Ionenführung zeigt, die mit einer an die oberste und die unterste Platte angelegten Wechsel- oder HF-Spannung betrieben wird, und Figur 2IC eineFigure 21A shows an embodiment of an ion guide that is operated with a DC voltage applied to the top and bottom plates, Figure 2IB shows an embodiment of an ion guide that is operated with an AC or RF voltage applied to the top and bottom plates, and Figure 2IC shows a
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Ausführungsform einer Ionenführung zeigt, die sowohl mit einer Gleichspannung als auch mit einer Wechsel- oder HF-Spannung, die an die oberste und die unterste Platte angelegt sind, betrieben wird, undembodiment of an ion guide that is operated with both a DC voltage and an AC or RF voltage applied to the top and bottom plates, and
Figur 22 eine Ionenführung zeigt, die aus einem Stapel auf Isolatoren angebrachter oder darauf abgeschiedener Elektroden besteht.Figure 22 shows an ion guide consisting of a stack of electrodes mounted or deposited on insulators.
Es werden einige verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Ein gemeinsames Merkmal der verschiedenen Ausführungsformen besteht jedoch darin, daß eine Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung bereitgestellt ist, die mehrere Plattenelektroden aufweist. Die Plattenelektroden sind vorzugsweise verhältnismäßig dünn und können aus Metallblechen bestehen. Alternativ können die Plattenelektroden aus einer nichtleitenden Platte, beispielsweise aus Glas oder Keramik, bestehen, die dann zumindest teilweise mit einer elektrisch leitenden Beschichtung überzogen wird. Die Glas- oder Keramikplatte kann in der gleichen Weise wie die Metallbleche geformt sein, um einen Ionenführungsbereich bereitzustellen.Several different embodiments of the present invention are described. However, a common feature of the various embodiments is that an AC or RF ion guide is provided which has a plurality of plate electrodes. The plate electrodes are preferably relatively thin and may be made of metal sheets. Alternatively, the plate electrodes may be made of a non-conductive plate, for example of glass or ceramic, which is then at least partially covered with an electrically conductive coating. The glass or ceramic plate may be shaped in the same way as the metal sheets to provide an ion guiding region.
Die Glas- oder Keramikplatten sind vorzugsweise zusammenhängend, und Bereiche ihrer Oberfläche können mit einer leitenden Beschichtung beschichtet sein, um geformte Elektroden zum Führen der Ionen bereitzustellen.The glass or ceramic plates are preferably continuous and areas of their surface may be coated with a conductive coating to provide shaped electrodes for guiding the ions.
Die bevorzugten Plattenelektroden unterscheiden sich von herkömmlichen Stabsatz-Elektroden, die ein kreisförmiges Querschnittsprofil aufweisen und deren Länge normalerweise viel größer ist als ihre Breite. Dagegen weisen die Plattenelektroden, die die Ionenführung gemäß der bevor-The preferred plate electrodes differ from conventional rod set electrodes, which have a circular cross-sectional profile and whose length is usually much larger than their width. In contrast, the plate electrodes, which provide ion guidance according to the preferred
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zugten Ausführungsform bilden, vorzugsweise ein rechteckiges Querschnittsprofil auf, und die Breite der Elektroden kann mit der Länge der Elektroden vergleichbar sein (oder sogar größer sein als diese).preferred embodiment, preferably have a rectangular cross-sectional profile, and the width of the electrodes may be comparable to (or even greater than) the length of the electrodes.
Figur IA zeigt eine Draufsicht einer Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung la, die aus einem Stapel von Plattenelektroden aufgebaut ist, so daß ein S-förmiger Ionenweg innerhalb der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung la gebildet ist. Die Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung la besteht vorzugsweise aus einer Reihe identischer Platten, die jeweils etwa 0,7 mm dick sind und vorzugsweise 1,0 mm voneinander beabstandet sind.Figure 1A shows a plan view of an AC or RF ion guide la constructed from a stack of plate electrodes such that an S-shaped ion path is formed within the AC or RF ion guide la. The AC or RF ion guide la preferably consists of a series of identical plates, each approximately 0.7 mm thick and preferably spaced 1.0 mm apart.
Figur IB ist eine Schnittansicht entlang A-A der in Figur IA dargestellten Ionenführung, und es ist darin eine Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung la dargestellt, die einen Stapel von sechs Plattenelektroden 2 mit einer oberen Plattenelektrode 3 und einer unteren Plattenelektrode 4 aufweist. Die innere Öffnung oder der Ionenführungsbereich 5 innerhalb der Ionenführung la ist vorzugsweise 11,2 mm hoch und 5 mm breit. Die Länge des durch die in Figur IA dargestellte Ionenführung la verlaufenden Ionenwegs kann etwa 60 mm betragen. Die Frequenz der HF-Versorgung, die an die die Ionenführung la bildenden Platten 2, 3, 4 angelegt ist, kann 6 MHz betragen, und die HF-Spannung kann 2 00 V von Spitze zu Spitze betragen. Die oberste oder die obere Plattenelektrode 3 und die unterste oder die untere Plattenelektrode 4 können gemäß einer Ausführungsform mit +3 V gegenüber der mittleren Spannung der geformten Plattenelektroden 2, an die die Wechsel- oder HF-Spannung angelegt wurde, vorgespannt sein.Figure IB is a sectional view along A-A of the ion guide shown in Figure IA and therein is shown an AC or RF ion guide la comprising a stack of six plate electrodes 2 having an upper plate electrode 3 and a lower plate electrode 4. The internal opening or ion guide region 5 within the ion guide la is preferably 11.2 mm high and 5 mm wide. The length of the ion path passing through the ion guide la shown in Figure IA may be about 60 mm. The frequency of the RF supply applied to the plates 2, 3, 4 forming the ion guide la may be 6 MHz and the RF voltage may be 200 V peak to peak. The uppermost or upper plate electrode 3 and the lowermost or lower plate electrode 4 may, according to one embodiment, be biased at +3 V relative to the average voltage of the shaped plate electrodes 2 to which the AC or RF voltage was applied.
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Die bevorzugte Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung la weist vorzugsweise mehrere in einem Stapel oder einem Feld angeordnete Plattenelektroden 2 auf. Die Ionenführung la weist vorzugsweise eine obere Plattenelektrode 3 und eine untere Plattenelektrode 4 auf. Die Elektroden 2, die nicht die obere Plattenelektrode 3 und die untere Plattenelektrode 4 sind, weisen vorzugsweise einen Kanal auf, der in den Platten im wesentlichen entlang ihrer gesamten Länge bereitgestellt ist. Bei dem in Figur IA dargestellten Beispiel sind die Plattenelektroden 2 und die obere Plattenelektrode 3 sowie die untere Plattenelektrode 4 S-förmig. Der in jeder der Plattenelektroden 2 bereitgestellte Kanal führt dazu, daß in der Ionenführung la ein Ionenführungsbereich 5 bereitgestellt wird.The preferred AC or RF ion guide la preferably comprises a plurality of plate electrodes 2 arranged in a stack or array. The ion guide la preferably comprises an upper plate electrode 3 and a lower plate electrode 4. The electrodes 2 other than the upper plate electrode 3 and the lower plate electrode 4 preferably comprise a channel provided in the plates substantially along their entire length. In the example shown in Figure 1A, the plate electrodes 2 and the upper plate electrode 3 and the lower plate electrode 4 are S-shaped. The channel provided in each of the plate electrodes 2 results in an ion guiding region 5 being provided in the ion guide la.
Nachdem die grundlegende Anordnung der Ionenführung la beschrieben wurde, werden nun verschiedene Ausführungsformen detaillierter beschrieben.Having described the basic arrangement of the ion guide la, various embodiments will now be described in more detail.
Eine erste Hauptausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun mit Bezug auf die Figuren 2-4 beschrieben, in denen verschiedene Anordnungen einer Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung la dargestellt sind. Gekrümmte oder auf andere Weise nichtlineare Kanäle sind in den Plattenelektroden 2 mit Ausnahme der oberen Plattenelektrode 3 und der unteren Plattenelektrode 4 bereitgestellt. Die Ionenführung la weist einen Eingang 6 und einen Ausgang 7 auf, und der Ionenführungsbereich 5 ist so angeordnet, daß es zwischen der Ioneneingangsöffnung 6 und der Ionenausgangs-Öffnung 7 keine Sichtlinie gibt. Dies ist in der Hinsicht vorteilhaft, daß Strahlung, neutrale Teilchen oder Tröpfchen, die am Eingang 6 in die Ionenführung la eintreten, nicht schräg oder seitlich von der Ionenführung la versetztA first main embodiment of the present invention will now be described with reference to Figures 2-4, in which various arrangements of an AC or RF ion guide la are shown. Curved or otherwise non-linear channels are provided in the plate electrodes 2 except for the upper plate electrode 3 and the lower plate electrode 4. The ion guide la has an entrance 6 and an exit 7, and the ion guide region 5 is arranged such that there is no line of sight between the ion entrance opening 6 and the ion exit opening 7. This is advantageous in that radiation, neutral particles or droplets entering the ion guide la at the entrance 6 are not obliquely or laterally displaced from the ion guide la.
werden und daher bei den in den Figuren 2 und 3 dargestellten Ausführungsformen nicht durch den Ausgang 7 aus der Ionenführung la austreten. Bei der in Figur 4 dargestellten Ausführungsform kann eine Vorrichtung außerhalb des Ionenführungsbereichs 5 angeordnet werden, um Strahlung, neutrale Teilchen oder Tröpfchen, die direkt vom Eingang 6 zum Ausgang 7 laufen, zu blockieren. Diese Vorrichtung kann eine Prallfläche, eine Platte oder eine Elektrode aufweisen.and therefore do not exit the ion guide la through the outlet 7 in the embodiments shown in Figures 2 and 3. In the embodiment shown in Figure 4, a device can be arranged outside the ion guide region 5 to block radiation, neutral particles or droplets that run directly from the inlet 6 to the outlet 7. This device can comprise a baffle, a plate or an electrode.
Die Ionenführung la kann vorzugsweise bei mittleren Drücken von beispielsweise zwischen 0,0001 und 10 mbar betrieben werden. Wegen des vorhandenen Gases treten häufige Kollisionen zwischen Ionen und Molekülen auf, was dazu führen kann, daß Ionen verlangsamt werden und möglicherweise sogar innerhalb der Ionenführung la zum Stillstand kommen.The ion guide la can preferably be operated at medium pressures of, for example, between 0.0001 and 10 mbar. Due to the presence of gas, frequent collisions between ions and molecules occur, which can lead to ions being slowed down and possibly even coming to a standstill within the ion guide la.
Eine zweite Hauptausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun mit Bezug auf die Figuren 5-7 beschrieben. Gemäß der zweiten Hauptausführungsform sind zwei oder mehr Wechselspannungs- oder HF-Ionenführungen la, Ib vorgesehen, wobei jede Ionenführung la, Ib einen Stapel von Plattenelektroden aufweist. Jede Plattenelektrode 2 ist so geformt, daß ein Weg für die hindurchzuführenden Ionen bereitgestellt ist. Ein Gleichspannungspotential kann an den Bereich angelegt werden, in dem die Ionen eine Ionenführung la verlassen und dann in eine benachbarte Ionenführung Ib eintreten. Das Gleichspannungspotential kann ein axiales Feld erzeugen, das dabei hilft, Ionen bei Vorhandensein eines Gases beim Durchqueren der Ionenführungen la, Ib in Bewegung zu halten.A second main embodiment of the present invention will now be described with reference to Figures 5-7. According to the second main embodiment, two or more AC or RF ion guides la, Ib are provided, each ion guide la, Ib comprising a stack of plate electrodes. Each plate electrode 2 is shaped to provide a path for the ions to pass therethrough. A DC potential may be applied to the region where the ions leave one ion guide la and then enter an adjacent ion guide Ib. The DC potential may create an axial field which helps to keep ions moving as they traverse the ion guides la, Ib in the presence of a gas.
Bei der in Figur 7 dargestellten Ausführungsform kann entlang der Ionenstrahlachse eine Potentialmulde erzeugt werden. Ionen können beispielsweise innerhalb der zweiten Ionenführung Ib oder der dritten Ionenführung Ic eingefangen werden. Das im Bereich zwischen dem Ausgang der ersten Ionenführung la und dem Eingang der zweiten Ionenführung Ib angelegte Potential und das im Bereich zwischen dem Ausgang der zweiten Ionenführung Ib und dem Eingang der dritten Ionenführung Ic angelegte Potential können so gewählt werden, daß in einem ersten Betriebsmodus Ionen innerhalb der zweiten Ionenführung Ib eingefangen werden. In ähnlicher Weise könnte dafür gesorgt werden, daß Ionen in der dritten Ionenführung Ic eingefangen werden. Es werden andere Ausführungsformen erwogen, bei denen Ionen innerhalb der zweiten Ionenführung Ib und der dritten Ionenführung Ic eingefangen werden. Ionen können innerhalb einer bestimmten Ionenführung la, Ib, Ic eingefangen werden, indem die stromabwärts gelegene Ionenführung Ib, Ic, Id auf einem anderen Gleichspannungspotential gehalten wird.In the embodiment shown in Figure 7, a potential well can be created along the ion beam axis. Ions can be trapped, for example, within the second ion guide Ib or the third ion guide Ic. The potential applied in the region between the exit of the first ion guide la and the entrance of the second ion guide Ib and the potential applied in the region between the exit of the second ion guide Ib and the entrance of the third ion guide Ic can be selected so that, in a first operating mode, ions are trapped within the second ion guide Ib. In a similar way, ions could be arranged to be trapped in the third ion guide Ic. Other embodiments are contemplated in which ions are trapped within the second ion guide Ib and the third ion guide Ic. Ions can be trapped within a particular ion guide la, Ib, Ic by maintaining the downstream ion guide Ib, Ic, Id at a different DC potential.
Eine dritte Hauptausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun mit Bezug auf die Figuren 8-12 beschrieben. Gemäß der dritten Hauptausführungsform können zwei oder mehr Eingänge der Ionenführung la bereitgestellt werden, welche einen oder mehrere Ausgänge aufweist. Alternativ kann die Ionenführung la einen oder mehrere Eingänge und zwei oder mehr Ausgänge aufweisen. Dagegen haben herkömmliche Mehrpol-Stabsatz-Ionenführungen nur einen einzigen Ioneneingang und einen einzigen Ionenausgang.A third main embodiment of the present invention will now be described with reference to Figures 8-12. According to the third main embodiment, two or more entrances can be provided to the ion guide la, which has one or more exits. Alternatively, the ion guide la can have one or more entrances and two or more exits. In contrast, conventional multipole rod set ion guides have only a single ion entrance and a single ion exit.
Die Figuren 8-11 zeigen Ausführungsformen, bei denen die Ionenführung la zwei Eingänge 6a, 6b aufweist und wobei esFigures 8-11 show embodiments in which the ion guide la has two entrances 6a, 6b and wherein
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möglich ist, zwischen dem Empfangen von Ionen von einem Eingang 6a zum Empfangen von Ionen von einem anderen Eingang 6b umzuschalten. Alternativ können zwei oder mehr Ionenstrahlen zusammengeführt werden. Die Ioneneingänge können unter Winkeln im Bereich von 0 - 10°, 10 - 20°, 20 30°, 30 - 40% 40 - 50°, 50 - 60°, 60 - 70°, 70 - 80°, 80 90% 90 - 100°, 100 - 110°, 110 - 120°, 120 - 130°, 130 140°, 140 - 150°, 150 - 160°, 160 - 170° oder 170 - 180° zueinander angeordnet werden.it is possible to switch between receiving ions from one input 6a to receiving ions from another input 6b. Alternatively, two or more ion beams can be merged. The ion inputs can be arranged at angles in the range of 0 - 10°, 10 - 20°, 20 30°, 30 - 40% 40 - 50°, 50 - 60°, 60 - 70°, 70 - 80°, 80 90% 90 - 100°, 100 - 110°, 110 - 120°, 120 - 130°, 130 140°, 140 - 150°, 150 - 160°, 160 - 170° or 170 - 180° to each other.
Die Ionenführung la kann mit einer ersten Ionenquelle (nicht dargestellt) zum Analysieren von Analytionen und einer zweiten Ionenquelle (nicht dargestellt) zum Erzeugen von Referenzionen verwendet werden. Alternativ kann die Ionenführung mit zwei verschiedenen Typen von Ionenquellen verwendet werden, und sie kann beispielsweise in Zusammenhang mit einer Atmosphärendruckionisations-Ionenquelle ("API-Ionenquelle") und einer matrixunterstützten Laserdesorptionsionisations-Ionenquelle ("MALDI-Ionenquelle" ) verwendet werden. Die Plattenelektroden können mit einer beliebigen Form hergestellt werden, so daß Ionenstrahlen von der Ionenführung unter einem beliebigen Winkel oder aus einer beliebigen Richtung empfangen werden oder unter einem beliebigen Winkel oder in einer beliebigen Richtung aus der Ionenführung austreten können.The ion guide 1a can be used with a first ion source (not shown) for analyzing analyte ions and a second ion source (not shown) for generating reference ions. Alternatively, the ion guide can be used with two different types of ion sources and can be used, for example, in conjunction with an atmospheric pressure ionization ion source ("API ion source") and a matrix-assisted laser desorption ionization ion source ("MALDI ion source"). The plate electrodes can be made with any shape so that ion beams can be received by the ion guide at any angle or from any direction or can exit the ion guide at any angle or in any direction.
Bei der in Figur 8 dargestellten Ausführungsform sind die Plattenelektroden der Ionenführung so geformt, daß sich die beiden Eingänge auf entgegengesetzten Seiten der Platten befinden und sich der Ausgang auf einer dritten Seite befindet. Die Plattenelektroden können im wesentlichen rechteckig oder quadratisch sein. Figur 9 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Platten so geformt sind, daßIn the embodiment shown in Figure 8, the plate electrodes of the ion guide are shaped so that the two entrances are on opposite sides of the plates and the exit is on a third side. The plate electrodes can be substantially rectangular or square. Figure 9 shows an embodiment in which the plates are shaped so that
sich die Eingänge unter rechten Winkeln zueinander befinden, so daß bei der Verwendung die von den Eingängen empfangenen Ionenstrahlen beide schräg zum aus der Ionenführung austretenden Ionenstrahl stehen. Alternativ können die Eingänge auf derselben Seite der Platte liegen, wobei sich der Ausgang auf einer zweiten Seite befindet, wie in Figur 10 dargestellt ist. Figur 11 zeigt eine andere Ausführungsform, bei der einer der Eingänge und der Ausgang auf entgegengesetzten Seiten der Platte, direkt zueinander entgegengesetzt, liegen und sich ein zweiter Eingang auf einer dritten Seite befindet.the entrances are at right angles to each other so that, in use, the ion beams received by the entrances are both oblique to the ion beam emerging from the ion guide. Alternatively, the entrances may be on the same side of the plate with the exit on a second side as shown in Figure 10. Figure 11 shows another embodiment in which one of the entrances and the exit are on opposite sides of the plate, directly opposite each other, and a second entrance is on a third side.
Figur 12 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung la drei Eingänge 6a, 6b, 6c aufweist. Es werden andere Ausführungsformen erwogen, bei denen vier oder mehr Eingänge bereitgestellt sein können. Die in Figur 12 dargestellte Ionenführung la kann verwendet werden, um zwischen Ionenstrahlen, beispielsweise von zwei verschiedenen Ionenquellen zum Analysieren von Analytionen und einem dritten Ionenstrahl zum Erzeugen von Referenzionen, umzuschalten oder diese zusammenzuführen.Figure 12 shows an embodiment in which the AC or RF ion guide la has three inputs 6a, 6b, 6c. Other embodiments are contemplated in which four or more inputs may be provided. The ion guide la shown in Figure 12 can be used to switch between or merge ion beams, for example from two different ion sources for analyzing analyte ions and a third ion beam for generating reference ions.
Eine Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung la mit mehreren Ioneneingängen 6a, 6b, 6c kann verwendet werden, um zwischen verschiedenen Ionenquellen innerhalb einer Mehrfachanordnung von Ionenquellen zu multiplexieren. Eine solche Anordnung ermöglicht eine parallele Analyse einer großen Anzahl von Probenströmen, beispielsweise von vier bis acht verschiedenen Flüssigkeits- oder Gasströmen von vier bis acht verschiedenen Flüssigkeits- oder Gaschromatographiesäulen.An AC or RF ion guide la with multiple ion inlets 6a, 6b, 6c can be used to multiplex between different ion sources within a multiple array of ion sources. Such an arrangement enables parallel analysis of a large number of sample streams, for example four to eight different liquid or gas streams from four to eight different liquid or gas chromatography columns.
Eine vierte Hauptausführungsform der vorliegenden ErfindungA fourth main embodiment of the present invention
wird nun mit Bezug auf die Figuren 13 - 16 beschrieben. Es werden Ionenführungen la in der Art der in Figur 13 dargestellten erwogen, die mehr als einen Ausgang 7a, 7b aufweisen, so daß ein Ionenstrom zwischen zwei oder mehr Ausgängen aufgeteilt werden kann oder zwischen zwei oder mehr Ausgängen umgeschaltet wird. Eine solche Ausführungsform kann beispielsweise verwendet werden, um Ionen zwischen zwei Detektoren aufzuteilen oder umzuschalten. Ionen können beispielsweise zwischen einem Faraday-Becher-Detektor und einem Ionenzähldetektor aufgeteilt oder umgeschaltet werden, um ein Detektionssystem bereitzustellen, das einen sehr breiten Dynamikbereich aufweist und dennoch in der Lage ist, einzelne Ionen zu erfassen und zu zählen.will now be described with reference to Figures 13-16. Ion guides la of the type shown in Figure 13 are contemplated which have more than one output 7a, 7b so that an ion stream can be split between or switched between two or more outputs. Such an embodiment can be used, for example, to split or switch ions between two detectors. Ions can be split or switched between, for example, a Faraday cup detector and an ion counting detector to provide a detection system which has a very wide dynamic range and yet is capable of detecting and counting individual ions.
Alternativ kann eine solche Ionenführung la verwendet werden, um Ionen zwischen einem Detektor und einem anderen Analysator in der Art eines Massenanalysators aufzuteilen oder umzuschalten. Ionen können beispielsweise so aufgeteilt werden, daß ein Teil des Ionensignals auf einem Detektor überwacht wird, während der restliche Teil zu einer Vorrichtung zur weiteren Analyse, beispielsweise einer Kollisionszelle und einem Massenanalysator für Ionenstrukturuntersuchungen oder zur spezifischeren Ionenüberwachung, weiterlaufen gelassen wird.Alternatively, such an ion guide la can be used to split or switch ions between a detector and another analyzer, such as a mass analyzer. For example, ions can be split so that part of the ion signal is monitored on a detector while the remainder is passed on to a device for further analysis, for example a collision cell and a mass analyzer for ion structure studies or for more specific ion monitoring.
Alternativ kann eine solche Ionenführung la verwendet werden, um Ionen zwischen zwei Massenanalysatoren aufzuteilen oder umzuschalten. Beispielsweise können Ionen zwischen zwei Massenanalysatoren, die bei verschiedenen Auflösungen arbeiten, oder zwischen zwei Massenanalysatoren, die für verschiedene Massen abgestimmt sind, aufgeteilt werden.Alternatively, such an ion guide la can be used to split or switch ions between two mass analyzers. For example, ions can be split between two mass analyzers operating at different resolutions or between two mass analyzers tuned for different masses.
Die in Figur 13 dargestellte Ausführungsform kann verwendet werden, um einen Ionenstrahl in zwei Ionenstrahlen aufzuteilen, die zu zwei oder mehr verschiedenen Massenanalysatoren zu leiten sind, und sie kann ein Mittel zum Messen von Isotopenverhältnissen bereitstellen. Zwei Massenanalysatoren können auf die geeigneten Massen abgestimmt werden, um ein beliebiges gewünschtes Isotopenverhältnis zu messen. Diese Ausführungsform ist die Umkehrung der in Figur 8 dargestellten Ausführungsform, bei der eine Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung la mit zwei Eingängen 6a, 6b und einem einzigen Ausgang 7 versehen ist.The embodiment shown in Figure 13 can be used to split an ion beam into two ion beams to be directed to two or more different mass analyzers and can provide a means for measuring isotope ratios. Two mass analyzers can be tuned to the appropriate masses to measure any desired isotope ratio. This embodiment is the inverse of the embodiment shown in Figure 8 in which an AC or RF ion guide 1a is provided with two inputs 6a, 6b and a single output 7.
Alle der in den Figuren 8-12 dargestellten Ausführungsformen können umgekehrt werden, so daß sie einen einzigen Eingang und zwei (oder mehr) Ausgänge aufweisen.All of the embodiments shown in Figures 8-12 can be reversed to have a single input and two (or more) outputs.
Figur 14 zeigt eine Ausführungsform, bei der eine Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung la drei Ausgänge 7a, 7b, 7c aufweist. Es werden andere Ausführungsformen erwogen, bei denen mehr als drei Ausgänge bereitgestellt sind. Die in Figur 14 dargestellte Ausführungsform mit drei Ausgängen 7a, 7b, 7c ermöglicht es, daß ein Ionenstrom zwischen verschiedenen Detektoren und/oder Massenanalysatoren in einer beliebigen Kombination umgeschaltet oder aufgeteilt wird.Figure 14 shows an embodiment in which an AC or RF ion guide la has three outputs 7a, 7b, 7c. Other embodiments are contemplated in which more than three outputs are provided. The embodiment shown in Figure 14 with three outputs 7a, 7b, 7c enables an ion stream to be switched or split between different detectors and/or mass analyzers in any combination.
Es werden Ausführungsformen erwogen, bei denen die Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung la mehrere Eingänge und mehrere Ausgänge aufweist. In Figur 15 ist beispielsweise eine Ausführungsform dargestellt, bei der eine Ionenführung la mit zwei Eingängen 6a, 6b und zwei Ausgängen 7a, 7b versehen ist. Gemäß dieser Ausführungsform kann die Ionen-Embodiments are considered in which the AC or RF ion guide la has several inputs and several outputs. For example, Figure 15 shows an embodiment in which an ion guide la is provided with two inputs 6a, 6b and two outputs 7a, 7b. According to this embodiment, the ion guide la can
führung la Ionen von zwei verschiedenen Ionenquellen, wie einer Thermoionisations-Ionenquelle und einer induktiv gekoppelten Plasmaionenquelle ("ICP-Ionenquelle"), empfangen. Die Ionen können dann zu zwei verschiedenen Massenanalysatoren gelenkt werden, die jeweils auf zwei verschiedene Isotopen-Masse-Ladungs-Verhältnisse abgestimmt sind.guide la Ions can be received from two different ion sources, such as a thermionization ion source and an inductively coupled plasma ion source ("ICP ion source"). The ions can then be directed to two different mass analyzers, each tuned to two different isotope mass-to-charge ratios.
Es werden Ausführungsformen erwogen, bei denen die Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung la mit mehreren Eingängen und/oder Ausgängen verwendet werden kann, wobei Ionen in einem Betriebsmodus einen Weg einschlagen und in einem anderen Betriebsmodus den anderen Weg einschlagen. Beispielsweise wirkt bei der in den Figuren 16A und 16B dargestellten Ausführungsform die in Figur 16A dargestellte Öffnung 7 in dem in Figur 16A dargestellten Betriebsmodus als eine Ausgangsöffnung, dieselbe Öffnung (nun mit 6' bezeichnet) kann jedoch, wie in Figur 16B dargestellt ist, in einem nachfolgenden Betriebsmodus als eine Eingangsöffnung wirken. Im nachfolgenden Betriebsmodus treten Ionen über eine dritte Öffnung 7' aus der Ionenführung la aus.Embodiments are contemplated in which the AC or RF ion guide la may be used with multiple entrances and/or exits, with ions taking one path in one mode of operation and taking the other path in another mode of operation. For example, in the embodiment illustrated in Figures 16A and 16B, the aperture 7 illustrated in Figure 16A acts as an exit aperture in the mode of operation illustrated in Figure 16A, but the same aperture (now designated 6') may act as an entrance aperture in a subsequent mode of operation as illustrated in Figure 16B. In the subsequent mode of operation, ions exit the ion guide la via a third aperture 7'.
Es werden Ionenführungen la erwogen, bei denen Ionenströme innerhalb einer Gesamtanordnung von Ionenquellen, Analysatoren und Detektoren vor- und zurückgeleitet werden können. Beispielsweise kann es eine Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung la in einem Betriebsmodus Ionen erlauben, von einer Ionisationsquelle zu einem Massenanalysator durchzulaufen, und die Ionenführung la kann in einem anderen Betriebsmodus Ionen vom Massenanalysator oder einer Ionenfalle empfangen und sie durch eine dritte Öffnung zu einem Detektor leiten. Ionen können durch eine Öffnung laufen gelassen werden, oder es kann verhindert werden, daß sieIon guides la are contemplated in which ion streams can be directed back and forth within an overall arrangement of ion sources, analyzers and detectors. For example, an AC or RF ion guide la may, in one mode of operation, allow ions to pass from an ionization source to a mass analyzer, and the ion guide la may, in another mode of operation, receive ions from the mass analyzer or an ion trap and direct them through a third aperture to a detector. Ions may be allowed to pass through one aperture or they may be prevented from
durch eine Öffnung laufen, indem ein geeignetes Potential an ein Element neben einer bestimmten Öffnung angelegt wird. Eine Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung la mit mehreren Öffnungen kann verwendet werden, um einen Ionenstrom in mehrere Richtungen zu leiten.through an aperture by applying a suitable potential to an element adjacent to a particular aperture. An AC or RF ion guide la with multiple apertures can be used to direct an ion stream in multiple directions.
Figur 17 zeigt eine weitere Ausführungsform mit einer ersten Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung la mit drei Öffnungen 6, 7, 8 und einer zweiten Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung Ib mit einer einzigen Öffnung 9. Ionen treten durch die Eingangsöffnung 6 in die erste Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung la ein und werden um 90° zur Öffnung 8 gelenkt. Die Ionen laufen dann über die Öffnung 9 in die zweite Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung Ib. Die zweite Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung Ib weist eine einzige Öffnung 9 und einen Ionenspeicherbereich 10 zum Empfangen und Speichern von Ionen auf. In einem Betriebsmodus kann dafür gesorgt werden, daß Ionen, die im Einfang- oder Speicherbereich 10 gespeichert oder eingefangen worden sind, über die Öffnung 9 aus der zweiten Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung Ib austreten und über die Öffnung 8, durch die die Ionen zuvor ausgetreten sind, wieder in die erste Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung la eintreten. Die Ionen werden dann um 90° zur Ausgangsöffnung 7 geleitet, durch die die Ionen aus der ersten Ionenführung la austreten.Figure 17 shows a further embodiment with a first AC or RF ion guide la with three openings 6, 7, 8 and a second AC or RF ion guide 1b with a single opening 9. Ions enter the first AC or RF ion guide la through the entrance opening 6 and are directed by 90° to the opening 8. The ions then pass through the opening 9 into the second AC or RF ion guide 1b. The second AC or RF ion guide 1b has a single opening 9 and an ion storage region 10 for receiving and storing ions. In one operating mode, it can be ensured that ions which have been stored or captured in the capture or storage area 10 exit the second AC or RF ion guide 1b via the opening 9 and re-enter the first AC or RF ion guide 1a via the opening 8 through which the ions previously exited. The ions are then guided through 90° to the exit opening 7 through which the ions exit the first ion guide 1a.
Die Ionen können dazu veranlaßt bzw. darin unterstützt werden, sich durch eine bestimmte Öffnung 6, I1 8, 9 zu bewegen, indem geeignete Spannungen an Elemente unmittelbar neben der Öffnung angelegt werden, oder dies kann nicht der Fall sein. Beispielsweise können Ionen dazu veranlaßt werden, in die zweite Wechselspannungs- oder HF-The ions may be induced or assisted to move through a particular aperture 6, I 1 8, 9 by applying appropriate voltages to elements immediately adjacent to the aperture, or this may not be the case. For example, ions may be induced to move into the second AC or RF
Ionenführung Ib einzudringen oder diese zu verlassen, indem das an die zweite Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung angelegte Gleichspannungspotential in bezug auf das an die erste Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung la angelegte Gleichspannungspotential verringert oder erhöht wird.to enter or exit the ion guide Ib by reducing or increasing the DC potential applied to the second AC or RF ion guide with respect to the DC potential applied to the first AC or RF ion guide la.
Figur 18A zeigt weitere Ausführungsformen, bei denen eine Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung la verwendet wird, um das Querschnitts-Strahlprofil eines Ionenstrahls zu ändern oder die Querschnittsfläche des Ionenstrahls zu ändern. Gemäß einer Ausführungsform kann die Eingangsöffnung 6 vorzugsweise sowohl hinsichtlich der Größe als auch der Querschnittsform an den ankommenden Ionenstrahl angepaßt werden. In ähnlicher Weise können auch die Ausgangsöffnungen 7a, 7b hinsichtlich der Größe und des Querschnittsprofils angepaßt werden, so daß sie zur optimalen Größe und zum optimalen Querschnittsprofil der ionenoptischen Vorrichtungen passen, die sich stromabwärts der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung la befinden und die den aus der Ionenführung la austretenden Ionenstrom empfangen sollen. Eine Eingangsöffnung 6 und die zwei Ausgangsöffnungen 7a, 7b können alle verschiedene Querschnittsflächen und/oder Querschnittsprofile aufweisen. Vorzugsweise gleicht die Querschnittsfläche der Eingangsöffnung (der Eingangsöffnungen) im wesentlichen der Summe der Querschnittsflächen der Ausgangsöffnungen. Die Führungsbereiche zwischen den Öffnungen 6, 7a, 7b können auch Längen aufweisen, deren Größe und/oder Form sich stetig ändert.Figure 18A shows further embodiments in which an AC or RF ion guide la is used to change the cross-sectional beam profile of an ion beam or to change the cross-sectional area of the ion beam. According to one embodiment, the input aperture 6 can preferably be adapted to the incoming ion beam in both size and cross-sectional shape. Similarly, the output apertures 7a, 7b can also be adapted in size and cross-sectional profile to match the optimal size and cross-sectional profile of the ion optical devices located downstream of the AC or RF ion guide la and intended to receive the ion stream exiting the ion guide la. One input aperture 6 and the two output apertures 7a, 7b can all have different cross-sectional areas and/or cross-sectional profiles. Preferably, the cross-sectional area of the input aperture(s) is substantially equal to the sum of the cross-sectional areas of the output apertures. The guide areas between the openings 6, 7a, 7b can also have lengths whose size and/or shape changes continuously.
Figur 18B zeigt eine Ausführungsform einer Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung la, bei der die Plattenelektroden 2, welche die Wechsel- oder HF-Spannung führen,Figure 18B shows an embodiment of an AC or RF ion guide la, in which the plate electrodes 2, which carry the AC or RF voltage,
einen Kanal aufweisen, dessen Breite sich von einem oberen Abschnitt der Ionenführung la zum unteren Abschnitt der Ionenführung la zunehmend ändert. Gemäß der in Figur 18B dargestellten Ausführungsform ist die Breite des Kanals in den Plattenelektroden 2 derart, daß ein durch die Ionenführung la hindurchtretender Ionenstrahl ein im wesentlichen kreisförmiges Querschnittsprofil aufweist.have a channel whose width changes increasingly from an upper section of the ion guide la to the lower section of the ion guide la. According to the embodiment shown in Figure 18B, the width of the channel in the plate electrodes 2 is such that an ion beam passing through the ion guide la has a substantially circular cross-sectional profile.
Es werden andere Ausführungsformen erwogen, bei denen die Form und die Größe jeder Öffnung oder jedes Ionenwegs von denjenigen der anderen verschieden sein kann: Solche Wechselspannungs- oder HF-Ionenführungen la können auch mit anderen als rechteckigen oder kreisförmigen Querschnittsformen oder -profilen hergestellt werden.Other embodiments are contemplated in which the shape and size of each aperture or ion path may be different from those of the others: such AC or RF ion guides la may also be manufactured with cross-sectional shapes or profiles other than rectangular or circular.
In den Figuren 19A und 19B sind weitere Ausführungsformen dargestellt, bei denen dafür gesorgt wird, daß Ionen durch die obere Plattenelektrode 3 und/oder durch die untere Plattenelektrode 4 in die Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung la eintreten und/oder aus dieser austreten. Die in den Figuren 19A und 19B dargestellte Ausführungsform ähnelt den in den Figuren 12, 14 und 15 dargestellten Ausführungsformen, wobei jedoch eine zusätzliche Öffnung 11 in der oberen Plattenelektrode 3 bereitgestellt ist und eine zusätzliche Öffnung 12 in der unteren Plattenelektrode 4 bereitgestellt ist. Die zusätzlichen Öffnungen 11, 12 können verwendet werden, um zu ermöglichen, daß Ionen (oder Gas oder ein Laserstrahl) in die Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung la eingeführt werden, oder um zu ermöglichen, daß Ionen oder Gas oder ein Laserstrahl) aus der Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung la austreten. In dem in den Figuren 19A und 19B dargestellten Beispiel hat die Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung la insgesamt sechs Öffnun-Figures 19A and 19B show further embodiments in which ions are provided for entering and/or exiting the AC or RF ion guide la through the upper plate electrode 3 and/or through the lower plate electrode 4. The embodiment shown in Figures 19A and 19B is similar to the embodiments shown in Figures 12, 14 and 15, but with an additional opening 11 provided in the upper plate electrode 3 and an additional opening 12 provided in the lower plate electrode 4. The additional openings 11, 12 can be used to allow ions (or gas or a laser beam) to be introduced into the AC or RF ion guide la or to allow ions (or gas or a laser beam) to exit the AC or RF ion guide la. In the example shown in Figures 19A and 19B, the AC or RF ion guide la has a total of six openings.
Figur 2 0 zeigt eine Draufsicht einer bevorzugten Ausführungsform, bei der eine Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung la stromabwärts einer Kollisionszelle 34 in einem Massenspektrometer 30 bereitgestellt ist. Zur einfacheren Darstellung sind verschiedene horizontal verlaufende Vakuumöffnungen dargestellt, während gemäß der bevorzugten Ausführungsform die Vakuumöffnungen vorzugsweise senkrecht unterhalb des Massenspektrometers 3 0 verlaufen. Das Massenspektrometer 30 weist vorzugsweise eine induktiv gekoppelte Plasmaionenquelle ("ICP-Ionenquelle") (nicht dargestellt) auf. Eine Anzahl von Probenentnahmekegeln 31 und Vakuumpumpen kann bereitgestellt sein, um zu ermöglichen, daß ein Teil der von der Ionenquelle emittierten Ionen in eine Vakuumkammer 32 eintritt. Es wird dann dafür gesorgt, daß die Ionen in eine HF-Hexapol-Ionenführung 33 eintreten, die vorzugsweise einen umschlossenen Abschnitt 34 aufweist. Gas wird vorzugsweise in den umschlossenen Abschnitt 34 eingeleitet, so daß durch den umschlossenen Abschnitt 34 laufende Ionen mit dem in den umschlossenen Abschnitt 34 eingeleiteten Gas kollidieren. Diese Kollisionen bewirken, daß die Ionen Energie verlieren. Argonionen und andere Ionen aus dem Plasma können vorzugsweise durch Ladungsaustausch mit dem Kollisionsgas in dem Ionenstrahl erheblich abgeschwächt werden. Die restlichen Analytionen treten dann aus der Hexapol-Ionenführung 33 aus und treten in eine S-förmige Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung la ein, welche Ionen seitlich versetzt. Diese Ionen treten dann aus der S-förmigen Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung la aus und laufen durch eine Zwxschenkammeröffnung 36 in die nächste Vakuumkammer (Analysator-Vakuumkammer) 35. Die Ionen laufenFigure 20 shows a plan view of a preferred embodiment in which an AC or RF ion guide 1a is provided downstream of a collision cell 34 in a mass spectrometer 30. For ease of illustration, several horizontally extending vacuum openings are shown, whereas in the preferred embodiment the vacuum openings preferably extend vertically below the mass spectrometer 30. The mass spectrometer 30 preferably comprises an inductively coupled plasma ion source ("ICP ion source") (not shown). A number of sampling cones 31 and vacuum pumps may be provided to allow a portion of the ions emitted by the ion source to enter a vacuum chamber 32. The ions are then caused to enter an RF hexapole ion guide 33 which preferably has an enclosed section 34. Gas is preferably introduced into the enclosed section 34 so that ions passing through the enclosed section 34 collide with the gas introduced into the enclosed section 34. These collisions cause the ions to lose energy. Argon ions and other ions from the plasma can be substantially attenuated preferably by charge exchange with the collision gas in the ion beam. The remaining analyte ions then exit the hexapole ion guide 33 and enter an S-shaped AC or RF ion guide 1a which displaces ions laterally. These ions then exit the S-shaped AC or RF ion guide 1a and pass through an intermediate chamber opening 36 into the next vacuum chamber (analyzer vacuum chamber) 35. The ions pass
dann durch ein Quadrupol-Massenfilter 3 7 mit einem Vorfilter 38 und einem Nachfilter 39 zur Massenanalyse und dann zu einem Detektor 40, der vorzugsweise zylindrisch geformt ist und entlang der horizontalen Achse angeordnet ist.then through a quadrupole mass filter 37 with a pre-filter 38 and a post-filter 39 for mass analysis and then to a detector 40 which is preferably cylindrically shaped and arranged along the horizontal axis.
ICP-Ionenquellen erzeugen gewöhnlich ein hohes Maß an schnellen neutralen Atomen und Molekülen und einen intensiven Strahl sichtbarer Strahlung und UV-Strahlung. Die Kollisions-/Reaktionszelle 34 kann auch zu einem Hintergrund schneller neutraler Atome und Moleküle führen. Die sichtbare Strahlung und UV-Strahlung und die schnellen Teilchen führen zu einem Kontinuum von Hintergrundrauschen, falls zugelassen wird, daß sie zum Detektor gelangen. Dieses Rauschen stört die Messung von Analytsignalen und begrenzt ihre Erfassung. Die S-förmige HF-Ionenführung la beseitigt vorteilhafterweise jeden Sichtlinienweg, wodurch verhindert wird, daß schnelle neutrale Teilchen und Strahlung den Detektor 40 erreichen, während Ionen noch zur nachfolgenden Massenanalyse und Detektion durch das Massenspektrometer 30 geführt werden.ICP ion sources typically produce high levels of fast neutral atoms and molecules and an intense beam of visible and UV radiation. The collision/reaction cell 34 may also result in a background of fast neutral atoms and molecules. The visible and UV radiation and the fast particles result in a continuum of background noise if they are allowed to reach the detector. This noise interferes with the measurement of analyte signals and limits their detection. The S-shaped RF ion guide 1a advantageously eliminates any line-of-sight path, thereby preventing fast neutral particles and radiation from reaching the detector 40 while still guiding ions for subsequent mass analysis and detection by the mass spectrometer 30.
Das Ionensignal für Uranionen (m/z 238) wurde unter Verwendung der in Figur 20 dargestellten Ausführungsform gemessen. Ein ICP-Brenner bildete die Quelle für die durch einen Analysator mit einer niedrigen Massenauflösung von 12,6 und einer hohen Massenauflösung von 15,6 zu analysierenden Ionen. Der ICP-Brenner wurde so eingestellt, daß die x-Achse bei 2,54 lag, die y-Achse bei -0,69 lag und die z-Achse bei 1,10 lag. Der Druck im Analysator wurde bei 5,1 &khgr; 10 mbar gehalten, und es war ein Kollisionsgas aus Was ;erstoff und Helium in der Kollisionszelle 34 vorhanden.The ion signal for uranium ions (m/z 238) was measured using the embodiment shown in Figure 20. An ICP torch provided the source of the ions to be analyzed by an analyzer with a low mass resolution of 12.6 and a high mass resolution of 15.6. The ICP torch was set so that the x-axis was at 2.54, the y-axis was at -0.69, and the z-axis was at 1.10. The pressure in the analyzer was maintained at 5.1 x 10 mbar and a collision gas of hydrogen and helium was present in the collision cell 34.
Ein &igr; Kegellinse 31 wurde auf ein Potential von 50 V gelegt, ·· ·.·. ««^ t*»t · ·· ···· ; ; .; A &igr; conical lens 31 was placed at a potential of 50 V, ·· ·.·. ««^ t *» t · ·· ···· ; ; .;
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eine Hexapol-Ausgangslinse wurde auf ein Potential von 190 V gelegt, und der Hexapol 33 wurde durch 0 V vorgespannt. Die Ionen hatten im Quadrupol-Massenanalysator 3 7 eine Energie von 2 eV und wurden durch einen Photomultiplizierer mit einer auf 450 gelegten Verstärkung erfaßt. Die Messungen gaben an, daß der Transmissionsgrad von Ionen durch die S-förmige Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung la zwischen 50 % und 100 % lag, während die Transmission schneller neutraler Teilchen, sichtbarer Strahlung und UV-Strahlung im wesentlichen beseitigt wurde.a hexapole output lens was set at a potential of 190 V and the hexapole 33 was biased by 0 V. The ions had an energy of 2 eV in the quadrupole mass analyzer 3 7 and were detected by a photomultiplier with a gain set at 450. The measurements indicated that the transmittance of ions through the S-shaped AC or RF ion guide la was between 50% and 100%, while the transmission of fast neutral particles, visible radiation and UV radiation was essentially eliminated.
In den Figuren 21A- C sind drei verschiedene Konfigurationen dargestellt, bei denen eine Wechselspannungs- oder HF-Ionenführung la entweder mit einer Gleich-Vorspannung, einer Wechsel- oder HF-Spannung oder einer Kombination einer Gleich-Vorspannung und einer Wechsel- oder HF-Spannung, die an die obere Plattenelektrode 3 bzw. die untere Plattenelektrode 4 angelegt sind, betrieben wird. Wenn eine Wechsel- oder HF-Spannung an die obere Plattenelektrode 3 und die untere Plattenelektrode 4 angelegt wird, wie in den Figuren 2IB und 2IC dargestellt ist, kann die obere Plattenelektrode 3 und die untere Plattenelektrode 4 entweder direkt mit der übernächsten Plattenelektrode 2 gekoppelt werden oder über einen Kondensator mit einer anderen Plattenelektrode 2 gekoppelt werden, so daß zwischen benachbarten Elektroden 2, 3, 4 eine 180°- Phasenverschiebung aufrechterhalten wird.Figures 21A-C show three different configurations in which an AC or RF ion guide 1a is operated with either a DC bias, an AC or RF voltage, or a combination of a DC bias and an AC or RF voltage applied to the upper plate electrode 3 and the lower plate electrode 4, respectively. When an AC or RF voltage is applied to the upper plate electrode 3 and the lower plate electrode 4, as shown in Figures 21B and 21C, the upper plate electrode 3 and the lower plate electrode 4 can either be coupled directly to the next plate electrode 2 or coupled via a capacitor to another plate electrode 2 so that a 180° phase shift is maintained between adjacent electrodes 2, 3, 4.
Die Transmission atomarer Ionen für Beryllium, Kobalt, Indium und Uran für die drei verschiedenen in den Figuren 21A, 21B bzw. 21C dargestellten Konfigurationen und für verschiedene Gleichspannungen wurde getestet, und die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle dargestellt.The atomic ion transmission for beryllium, cobalt, indium and uranium for the three different configurations shown in Figures 21A, 21B and 21C respectively and for different DC voltages was tested and the results are presented in the table below.
• · · f· · f
• · ■· ■
Es ist aus der vorstehenden Tabelle der relativen Empfindlichkeitsmessungen für die vier Elemente ersichtlich, daß es vorteilhaft ist, an die Platten 3, 4 eine Wechsel- oder HF-Spannung an Stelle oder zusätzlich zu
einer Gleich-Vorspannung anzulegen. Es scheint so, daß sich beim Anlegen in erster Linie einer Wechsel- oder HF-Spannung, wie in Figur 2IB, die beste Gesamttransmission über einem breiten Massenbereich ergibt. Es scheint jedoch so, daß durch das Anlegen einer Kombination aus einer Wechsel- oder HF-Spannung und einer Gleich-Vorspannung die Transmission über einen begrenzteren Massenbereich erhöht wird. Die Kombination aus einer Wechsel- oder HF-Spannung und einer Gleichspannung von 10 V, wie in Figur 2IC, lieferte eine Transmission für Uran, die in etwa zweimal so groß war wie diejenige, die zuvor für das in Figur 20 dargestellte Massenspektrometer aufgezeichnet wurde, wenn der Ausgang der HF-Hexapol-Ionenführung 33 neben der zum Quadrupol-Massenanalysator 37 führendenIt is evident from the above table of relative sensitivity measurements for the four elements that it is advantageous to apply an AC or RF voltage to the plates 3, 4 instead of or in addition to
a DC bias. It appears that applying primarily an AC or RF voltage, as in Figure 2IB, gives the best overall transmission over a wide mass range. However, it appears that applying a combination of an AC or RF voltage and a DC bias increases the transmission over a more limited mass range. The combination of an AC or RF voltage and a 10 V DC voltage, as in Figure 2IC, gave a transmission for uranium approximately twice that previously recorded for the mass spectrometer shown in Figure 20 when the output of the RF hexapole ion guide 33 was placed adjacent to the quadrupole mass analyzer 37.
Zwischenkammeröffnung 36 angeordnet war.Intermediate chamber opening 36 was arranged.
Figur 22 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Elektroden 2 an Isolatoren 2' oder auf diesen angebracht sind. Gemäß einer Ausführungsform können die Isolatoren 2' Bakellite (RTM), eine Keramik oder einen Kunststoff, wie PTFE, Polyethylen, PEEK oder Kapton (RTM) aufweisen. Die Elektroden 2 können zwischen den Isolatoren 2' eingestreut oder verschachtelt sein. Gemäß einer Ausführungsform können die Elektroden 2 auf die Isolatoren 2' aufgebracht sein, und sie können beispielsweise elektrisch leitende Farbe aufweisen. Gemäß dieser Ausführungsform haben die Elektrodenschichten vorzugsweise eine Dicke von etwa 250 &mgr;&pgr;&igr; . Ein besonders vorteilhaftes Merkmal der in Figur 22 dargestellten Ausführungsform besteht darin, daß es zwischen den Elektroden 2 und den Isolatoren 2' vorzugsweise keine Luftspalte gibt. Demgemäß wird vorteilhafterweise verhindert, daß Gas innerhalb der Ionenführung la außer am Eingang und am Ausgang der Ionenführung aus dieser austritt. Die in Figur 22 dargestellte Ionenführung la ist daher besonders für eine Verwendung als eine Kollisionsoder Reaktionszelle geeignet, wobei Gas in die Ionenführung la eingeleitet wird. Eine Gaseinlaßöffnung kann in einer oberen Plattenelektrode 3 oder einer unteren Plattenelektrode 4 bereitgestellt werden, das Gas tritt jedoch vorzugsweise nicht über diese Öffnung aus der Ionenführung la aus. Weil die in Figur 22 dargestellte Ionenführung la erheblich weniger leckbehaftet ist als Ausführungsformen, bei denen ein Luftspalt zwischen Elektroden vorhanden ist, kann das in die Ionenführung la eingeführte Gas auf einem verhältnismäßig hohen Druck gehalten werden, ohne daß es erforderlich wäre, größere Vakuumpumpen zu verwenden. In ähnlicher Weise kann, verglichen mit anderen Ausführungsformen, eine größere Druckdifferenz entlang der Ionen-Figure 22 shows an embodiment in which the electrodes 2 are attached to or on insulators 2'. According to one embodiment, the insulators 2' may comprise Bakellite (RTM), a ceramic or a plastic such as PTFE, polyethylene, PEEK or Kapton (RTM). The electrodes 2 may be interspersed or nested between the insulators 2'. According to one embodiment, the electrodes 2 may be applied to the insulators 2' and may comprise, for example, electrically conductive paint. According to this embodiment, the electrode layers preferably have a thickness of approximately 250 μιγ. A particularly advantageous feature of the embodiment shown in Figure 22 is that there are preferably no air gaps between the electrodes 2 and the insulators 2'. Accordingly, gas within the ion guide 1a is advantageously prevented from escaping from the ion guide except at the inlet and outlet of the ion guide. The ion guide la shown in Figure 22 is therefore particularly suitable for use as a collision or reaction cell, wherein gas is introduced into the ion guide la. A gas inlet opening can be provided in an upper plate electrode 3 or a lower plate electrode 4, but the gas preferably does not exit the ion guide la via this opening. Because the ion guide la shown in Figure 22 is considerably less prone to leakage than embodiments in which an air gap is present between electrodes, the gas introduced into the ion guide la can be maintained at a relatively high pressure without the need to use larger vacuum pumps. Similarly, compared with other embodiments, a larger pressure difference along the ion guide la can be achieved.
führung la aufrechterhalten werden.leadership la be maintained.
Wenngleich die vorliegende Erfindung mit Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben worden ist, werden Fachleute verstehen, daß verschiedene Änderungen an der Form und den Einzelheiten vorgenommen werden können, ohne von dem in den anliegenden Ansprüchen dargelegten Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.While the present invention has been described with reference to preferred embodiments, it will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made without departing from the scope of the invention as set forth in the appended claims.
Claims (88)
eine erste Ionenführung, die mehrere Plattenelektroden, einen Eingang zum Empfangen von Ionen und einen Ausgang, aus dem Ionen von der ersten Ionenführung austreten, aufweist, und
eine zweite Ionenführung, die mehrere Plattenelektroden, einen Eingang zum Empfangen von Ionen und einen Ausgang, aus dem Ionen von der zweiten Ionenführung austreten, aufweist. 10. Mass spectrometer comprising:
a first ion guide having a plurality of plate electrodes, an input for receiving ions and an output from which ions exit from the first ion guide, and
a second ion guide having a plurality of plate electrodes, an input for receiving ions, and an output from which ions exit from the second ion guide.
eine Ionenspeichervorrichtung, die angeordnet ist, um über einen ersten Ausgang aus der Ionenführung austretende Ionen zu empfangen bzw. aufzunehmen, wobei die Ionenspeichervorrichtung mehrere Plattenelektroden aufweist, wobei in einem ersten Betriebsmodus ein Ionenstrahl über eine Öffnung in die Ionenspeichervorrichtung eintritt und wobei in einem zweiten Betriebsmodus ein Ionenstrahl über die Öffnung aus der Ionenspeichervorrichtung austritt, und
einen Massenanalysator, der angeordnet ist, um über einen zweiten Ausgang aus der Ionenführung austretende Ionen zu empfangen. 38. A mass spectrometer according to any one of claims 21 to 34, further comprising:
an ion storage device arranged to receive ions exiting the ion guide via a first exit, the ion storage device having a plurality of plate electrodes, wherein in a first operating mode an ion beam enters the ion storage device via an opening and wherein in a second operating mode an ion beam exits the ion storage device via the opening, and
a mass analyzer arranged to receive ions exiting the ion guide via a second exit.
mehrere Elektrodenschichten und
mehrere Isolatorschichten, die zwischen den Elektrodenschichten eingestreut oder verschachtelt sind. 82. Mass spectrometer with an ion guide, which comprises:
several electrode layers and
several insulator layers interspersed or nested between the electrode layers.
mehrere Elektroden und
mehrere Isolatoren, die zwischen den Elektroden eingestreut oder verschachtelt sind,
wobei die Elektroden auf den Isolatoren angebracht oder darauf abgeschieden sind. 84. A mass spectrometer with an AC or RF ion guide, the ion guide comprising:
several electrodes and
several insulators interspersed or nested between the electrodes,
wherein the electrodes are mounted on or deposited on the insulators.
eine erste Ionenführung,
eine Gaskollisions-/Reaktionszelle,
eine zweite Ionenführung stromabwärts der Gaskollisions- /Reaktionszelle, wobei die zweite Ionenführung mehrere Plattenelektroden, einen Eingang zum Empfangen von Ionen, einen Ionenführungsbereich durch die zweite Ionenführung und einen Ausgang, über den Ionen aus der zweiten Ionenführung austreten, aufweist, wobei es keine direkte Sichtlinie vom Eingang zum Ausgang gibt. 86. Mass spectrometer comprising:
a first ion guide,
a gas collision/reaction cell,
a second ion guide downstream of the gas collision/reaction cell, the second ion guide having a plurality of plate electrodes, an entrance for receiving ions, an ion guiding region through the second ion guide, and an exit through which ions exit the second ion guide, wherein there is no direct line of sight from the entrance to the exit.
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