DE602004010737T2

DE602004010737T2 - Massenspektrometer und seine Verwendung

Info

Publication number: DE602004010737T2
Application number: DE602004010737T
Authority: DE
Inventors: Izumi Waki; Akihiko Okumura
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2003-02-24
Filing date: 2004-01-30
Publication date: 2008-12-04
Anticipated expiration: 2024-01-31
Also published as: US7034287B2; US20040164240A1; EP1467397A3; DE602004010737D1; EP1467397B1; EP1467397A2; JP2004259452A

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft einen massenspektrometrischen Ansatz und insbesondere ein Massenspektrometer, bei dem eine Ionenfalle und ein Flugzeit-Massenspektrometer (Time-of-Flight Mass Spectrometer, TOFMS) miteinander kombiniert sind, sowie ein Massenspektrometrieverfahren.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Vor dem Hintergrund eines Fortschritts in der Genomsequenzforschung verlagerte sich das Augenmerk auf die Proteomanalyse, bei der Proteine, die in lebenden Organismen exprimiert werden, erschöpfend analysiert werden. Die Massenspektrometrie stellt ein hochempfindliches und mit hoher Durchsatzleistung verbundenes Verfahren zur Proteinidentifizierung dar, das als einen der Hauptansätze zur Proteomanalyse angesehen wird.
Proteome werden nach dem unten beschriebenen Verfahren analysiert. Zuerst werden die Molekulargewichte von Peptidfragmenten, die aus dem enzymkatalysierten Verdau von Proteinen resultieren, gemessen. Anschließend werden die resultierenden Peptidfragmente in einem Massenspektrometer weiter dissoziiert, um die Molekulargewichte der individuellen Fragmente zu messen. Die Molekulargewichte von ursprünglichen Peptidfragmenten und von ihren Fragmenten werden in einer Datenbank gesucht, um das Zielprotein zu identifizieren.
Ein Verfahren zur Dissoziierung von Probenmolekülen im Massenspektrometer und zur Analyse der Massen der Fragmente davon wird als MS/MS-Analyse bezeichnet, die einen wesentlichen Ansatz zur Proteomanalyse darstellt.
Als eines der Massenspektrometer, die zur MS/MS-Analyse befähigt sind, ist ein Inoenfallen-Massenspektrometer wohl bekannt (siehe zum Beispiel Patentdokument 1, US 2 939 952 ). Bei diesem Ionenfallen-Massenspektrometer wird eine HF-Spannung zwischen einer Ringelektrode und zwei Endkappenelektroden, aus denen die Ionenfalle aufgebaut ist, angelegt, die ein Quadrupolfeld in der Ionenfalle bilden, um Ionen einzufangen und darin zu speichern. Zu diesem Zeitpunkt verursacht die Einführung eines neutralen Gases, zum Beispiel von Heliumgas, einen Verlust der Ionen an kinetischer Energie, da die Ionen, die in die Ionenfalle eintreten, mit dem eingeführten Gas kollidieren, was die Effizienz der Ionenfalle verbessert. Nach der Speicherung werden die Ionen aus der Ionenfalle ausgestoßen, was mit dem Ion mit dem kleinsten m/z-Verhältnis beginnt, indem die Amplitude der HF-Spannung gescannt und die Ionen erfasst werden, wodurch ein Massenspektrum (MS-Spektrum) erzeugt wird.
Die MS/MS-Analyse wird unter Verwendung eines Ionenfallen-Massenspektrometers gemäß dem unten beschriebenen Verfahren durchgeführt. Zuerst werden die Ionen in der Ionenfalle gespeichert, und es wird gemäß dem oben beschriebenen Verfahren ein Massenspektrum erzeugt. Das zu dissoziierende Ion (ein Vorläuferion oder das Ausgangsion) wird unter den Ionen im resultierenden Massenspektrum ausgewählt. Anschließend werden sämtliche Ionen nach neuerlicher Speicherung in der Ionenfalle mit Ausnahme des Ausgangsions daraus ausgestoßen. Dieser Schritt wird allgemein als Isolierung bezeichnet.
Als ein Verfahren zur Isolierung des Ausgangsions gibt es ein Verfahren, bei dem Hilfs-Wechselspannungen an zwei Endkappenelektroden angelegt werden. Wenn die Amplitude der Hilfs-Wechselspannung einen bestimmten Pegel übersteigt, gelangen die Trajektorien der Ionen in einen instabilen Zustand, und die Ionen werden aus dem Innenraum der Ionenfalle ausgestoßen.
Als nächstes wird das Ausgangsion, das in der Ionenfalle verblieben ist, dissoziiert. Die Ionendissoziation wird allgemein durch kollisionsinduzierte Dissoziation (Collision Induced Dissociation, CID) durchgeführt. Bei der CID wird eine Hilfs-Wechselspannung an die beiden Endkappenelektroden angelegt, um die kinetische Energie des Ausgangsions zu erhöhen, wodurch es veranlasst wird, mit einem neutralen Gas, zum Beispiel Heliumgas, das in die Ionenfalle als Targetgas eingeführt wird, zu kollidieren und dadurch zu dissoziieren. Das Targetgas dient ferner auch als Puffergas zur Verbesserung der Effizienz der Ionenfalle.
Da sämtliche Fragmentionen, die aus der CID stammen, oder ein Teil davon in der Ionenfalle gefangen und gespeichert bleiben, kann schließlich das Massenspektrum der Fragmentionen (MS/MS-Spektrum) durch Scannen der HF-Spannung zum Ausstoßen der in der Ionenfalle gespeicherten Ionen erhalten werden, wobei mit dem Ion begonnen wird, welches das kleinste m/z-Verhältnis aufweist, wonach die Ionen erfasst werden.
Beim Ionenfallen-Massenspektrometer kann die MSⁿ-Analyse (n > 2) durchgeführt werden, bei der das Ausgangsion unter den Fragmentionen weiter selektiert und in kleinere Fragmente dissoziiert wird, um ihre Massen zu analysieren. Die MSⁿ-Analyse ergibt den Vorteil, dass eine detailliertere Information über die Struktur des ursprünglichen Ions erhalten werden kann. Die MSⁿ-Analyse wird nach dem unten beschriebenen Verfahren durchgeführt. Zuerst wird die MS^(n-1)-Analyse durchgeführt, und das Ausgangsion wird unter den Ionen im resultierenden Massenspektrum (MS^(n-1)-Spektrum) ausgewählt.
Als nächstes werden die Schritte bis unmittelbar vor dem Schritt zur Erzielung eines zusätzlichen MS^(n-1)-Spektrums wiederholt. Nach der Ionenisolierung und Ionendissoziation wird das Massenspektrum (MSⁿ-Spektrum) der resultierenden Fragmente erhalten.
Ein Aufbau, bei dem ein Quadrupolfilter vor der Ionenfalle vorgesehen ist, ist bekannt (siehe zum Beispiel das Patentdokument 2, US 5 572 022 ). Bei diesem Aufbau können Ionen innerhalb des Quadrupolfilters isoliert werden, was eine gleichzeitige Ionenspeicherung und Ionenisolierung erlaubt, wodurch die relative Einschaltdauer für das Einfangen in der Ionenfalle erhöht und demzufolge die Nachweisempfindlichkeit bei der MS/MS-Analyse verbessert wird.
Es ist ferner ein Massenspektrometer bekannt, bei dem die Ionenfalle und ein TOFMS in der Richtung orthogonal zur Richtung der Ionenwanderung kombiniert sind (siehe zum Beispiel das Patentdokument 3, JP-A-297730/2001 ). Bei diesem Typ eines Massenspektrometers werden die Ionenspeicherung, die Ionenisolierung und die CID an der Ionenfalle vorgenommen, und die Massen der Ionen werden im TOFMS analysiert. Die Massenanalyse wird nach dem unten beschriebenen Verfahren durchgeführt. Nach der Speicherung der Ionen in der Ionenfalle wird das Anlegen der HF-Spannung gestoppt, und ein elektrostatisches Feld wird erzeugt, um die gespeicherten Ionen auszustoßen. Die ausgestoßenen Ionen gelangen in das Innere des TOFMS, das auf Hochvakuum ausgepumpt wird. Die Ionen werden dann durch ein elektrisches Feld orthogonal zur Laufrichtung der Ionen beschleunigt, und die Flugzeit der Ionen wird gemessen.
Wie oben erwähnt muss im Fall eines Ionenfallen-Massenspektrometers aus zwei Gründen ein neutrales Gas in die Ionenfalle eingeführt sein, wobei ein Grund in der Verbesserung der Effizienz der Ionenfallenwirkung besteht, während der andere Grund darin besteht, die CID zu erzielen. Der Druck dieses neutralen Gases kann nicht nur die Ionenfalleneffizienz und die CID-Effizienz beeinflussen, sondern auch die Massenauflösung des Massenspektrums und die Auflösung der Isolierung.
2 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Gegenstands der vorliegenden Erfindung, in der die Abhängigkeit der Effizienz (101, 102, 103, 104) des Ionenfallen-Massenspektrometers gemäß einem Stand der Technik (Patentdokument 1) vom Gasdruck im Inneren der Ionenfalle und vom Betriebsgasdruck angegeben ist. In 2 bezeichnet die waagerechte Achse den Gasdruck im Inneren der Ionenfalle, und die senkrechte Achse gibt das Niveau der Effizienz (101, 102, 103, 104) an (mit höherem Wert wird die Effizienz höher). In 2 sind die Abhängigkeit der CID-Effizienz 101, der Ionenfallen-Effizienz 102, der Massenauflösung 103 und der Isolierungsauflösung 104 vom Gasdruck schematisch dargestellt. Die Abhängigkeit der Massenauflösung 103 und der Isolierungsauflösung 104 vom Gasdruck werden mit fallendem Gasdruck schlechter, und der Gasdruck zur Erzielung einer optimalen Ionenfallen-Effizienz 102 und CID-Effizienz 101 kann erzielt werden. Andererseits wird kein optimaler Gasdruck erreicht, bei dem die CID-Effizienz 101, die Ionenfallen-Effizienz 102, die Massenauflösung 103 sowie die Isolierungsauflösung 104 sämtlich Optimalwerte aufweisen. Üblicherweise wird unter Fokussierung auf die Ionenfallen-Effizienz 102 und die Massenauflösung 103 der Gasdruck zum Betrieb der Ionenfalle im Bereich 105 eingestellt, was sowohl eine akzeptable Ionenfallen-Effizienz 102 als auch eine akzeptable Massenauflösung 103 ergibt, wie in 2 dargestellt ist.
Die relative Einschaltdauer der Ionenfalle einer Vorrichtung nach dem Stand der Technik (Patentdokument 1) wird wie folgt berechnet, wobei eine typische Annahme in Betracht gezogen wird, dass 100 ms für die Ionenspeicherung, 20 ms für die Isolierung, 30 ms für die CID beziehungsweise 200 ms für die Massenanalyse erforderlich sind: (100 ms)/(100 ms + 20 ms + 30 ms + 200 ms) = 0,285.
Nach einem weiteren Stand der Technik (Patentdokument 2) wird die relative Einschaltdauer, da die Ionenspeicherung und die Isolierung gleichzeitig durchgeführt werden können, wie folgt berechnet: (100 ms)/(100 ms + 30 ms + 200 ms) = 0,303.
In diesem Fall ist die relative Einschaltdauer von 0,285 auf 0,303 leicht verbessert. Da ferner lediglich das Ausgangsion in die Ionenfalle eingeführt wird, können die eingeführten Ionen/Zeiteinheit verringert und daher die Zeitperiode zur Speicherung von Ionen, bis die Ionenfalle mit Ionen gefüllt ist, erhöht werden. Als Ergebnis können die relative Einschaltdauer und die Nachweisempfindlichkeit verbessert werden.
Wenn zum Beispiel die Zeitdauer zur Speicherung von Ionen, bis die Ionenfalle mit Ionen gefüllt ist, auf 500 ms verlängert werden kann, wird die relative Einschaltdauer auf einen Wert verbessert, der nach der nachstehenden Formel erhalten wird: (500 ms)/(500 ms + 30 ms + 200 ms) = 0,684.
Aus diesem Grund ist zu erwarten, dass die Empfindlichkeit um einen Faktor verbessert werden kann, der aus der nachstehenden Formel erhalten wird: 0,684/0,285 = 2,4.
Aus der obigen Beschreibung ist zu ersehen, dass die Hauptursache für die Verschlechterung der relativen Einschaltdauer im Ionenfallen-Massenspektrometer eine relativ lange Totzeit während der Massenanalyse ist, die etwa 200 ms beträgt.
Nach dem Stand der Technik (Patentdokument 2) ist allerdings die Abhängigkeit der Massenauflösung, der CID-Effizienz und der Ionenfallen-Effizienz vom Gasdruck gleich wie bei dem Ionenfallen-Massenspektrometer, das in Patentdokument 1 offenbart ist, und es kann kein Gasdruck erreicht werden, bei dem sämtliche akzeptierbaren Effizienzen akzeptabel sind. Aus diesem Grund wird der Gasdruck im gleichen Bereich wie im Fall des Ionenfallen-Massenspektrometers nach dem Stand der Technik (Patentdokument 1) festgelegt.
Bei dem System gemäß dem Stand der Technik (Patentdokument 3) wurde das Problem der Verbesserung der im Patentdokument 2 beschriebenen relativen Einschaltdauer spontan ohne vor der Ionenfalle angeordnetes Quadrupolfilter aufgrund der hohen Geschwindigkeit der TOF-Massenspektrometrie gelöst. Dies bedeutet, dass auch dann, wenn 100 ms für die Ionenspeicherung, 20 ms für die Ionenisolierung bzw. 30 ms für die CID erforderlich sind, lediglich weniger als 1 ms zur Massenanalyse im TOF-System erforderlich ist. Aus diesem Grund erreichte die relative Einschaltdauer bereits das Niveau, das aus der nachstehenden Formel erhalten wird: (100 ms)/(100 ms + 20 ms + 30 ms + 1 ms) = 0,662, ohne dass ein Quadrupolfilter vorgesehen ist. Selbst wenn die relative Einschaltdauer durch Weglassen der Isolierungszeit oder Verlängerung der Ionenspeicherungszeit als Ergebnis des Vorsehens eines Quadrupolfilters vor der Ionenfalle in Richtung auf den Wert 1 erhöht wird, ist der Effekt der Verbesserung der Empfindlichkeit vor dem Hintergrund der neuen Probleme eines komplizierteren Instruments und erhöhter Kosten, die durch das Vorsehen des Quadrupolfilters anfallen, nur gering. Dementsprechend muss in dem System nach dem Stand der Technik (Patentdokument 3) lediglich aufgrund der Kenntnis der Verbesserung der relativen Einschaltdauer des Systems nach dem Stand der Technik (Patentdokument 2) kein Quadrupolfilter vor dem Ionenfallen-TOF-Analysator angeordnet werden.
Auf der anderen Seite wird die Massenauflösung des TOFMS höher, da die anfänglichen Zustände, nämlich die Ionenstreuung im Raum und die Energieverteilung im Augenblick des Anlegens der Spannung zur Erzeugung eines elektrischen Feldes zur Ionenbeschleunigung in Richtung der beschleunigten Ionen kleiner sind. Die Ionenstreuung im Raum und die Energieverteilung sind kleiner, wenn der Gasdruck im Inneren der Ionenfalle höher wird. Dies bedeutet, dass die Ionenstreuung im Raum und die Energieverteilung in der Richtung orthogonal zu dem aus der Ionenfalle ausgestoßenen Ion leicht kontrolliert werden kann, da die Ionenstreuung im Raum und die Energieverteilung mit höherem Gasdruck im Inneren der Ionenfalle kleiner werden. Daher weist das Massenspektrometer gemäß dem Stand der Technik (Patentdokument 3) das Merkmal auf, dass eine höhere Massenauflösung erzielt wird, wenn der Gasdruck im Inneren der Ionenfalle höher wird, im Gegensatz zum Ionenfallen-Massenspektrometer.
3 ist eine schematische Darstellung zur weiteren Erläuterung des Gegenstands der vorliegenden Erfindung, in der die Abhängigkeit der Effizienzen des Massenspektrometers, bei dem die Ionenfalle mit einem TOFMS gemäß dem Stand der Technik (Patentdokument 3) kombiniert wind, vom Gasdruck und vom Betriebsgasdruck dargestellt sind. In 3 bezeichnet die waagerechte Achse den Gasdruck im Inneren der Ionenfalle, und die senkrechte Achse bezeichnet das Niveau der Effizienzen (ein höherer Wert zeigt eine höhere Effizienz an). In 3 sind die Abhängigkeit der CID-Effizienz 101, der Ionenfallen-Effizienz 102, der Massenauflösung 103 und der Isolierungsauflösung 104 vom Gasdruck schematisch dargestellt. Wie aus 3 ersichtlich wird, gibt es einen Gasdruckbereich, der eine ungefähr maximale Ionenfallen-Effizienz 102, Massenauflösung 103 und CID-Effizienz 101 gleichzeitig ergibt. Wie in 3 dargestellt ist, wird der Gasdruckbereich 105 erzielt, bei dem die Werte der Ionenfallen-Effizienz 102, der Massenauflösung 103, der CID-Effizienz 101 und der Isolierungsauflösung 104 zum Betrieb der Ionenfalle sämtlich akzeptabel sind.
Wie beim Ionenfallen-Massenspektrometer wird allerdings die Isolierungsauflösung 104 schlechter, wenn der Gasdruck höher wird. Aus diesem Grund ist das System gemäß dem in Patentdokument 3 offenbarten Stand der Technik mit dem Problem verbunden, dass kein Gasdruck erreicht werden kann, bei dem für die Isolierungsauflösung 104, die Ionenfallen-Effizienz 102, die Massenauflösung 103 und die CID-Effizienz 101 sämtlich optimale Werte erzielt werden.
Wie oben beschrieben wurde, muss beim Ionenfallen-Massenspektrometer ein neutrales Gas, zum Beispiel Heliumgas, in die Ionenfalle eingeführt sein, das sowohl als Targetgas für die CID als auch als Puffergas zur Erhöhung der Ionenfallen-Effizienz dient.
Sowohl die CID-Effizienz als auch die Ionenfallen-Effizienz hängt vom Gasdruck ab und besitzt einen optimalen Wert.
Auf der anderen Seite werden die Massenauflösung und die Isolierungsauflösung mit höher werdendem Gasdruck verringert. Aus diesem Grund kann kein Gasdruck erzielt werden, bei dem ungefähr eine maximale Ionenfallen-Effizienz, eine maximale Massenauflösung, eine maximale Isolierungsauflösung und eine maximale CID-Effizienz zugleich erzielt werden.
Bei dem System nach dem Stand der Technik (Patentdokument 2) hängt die Isolierungsauflösung nicht vom Gasdruck im Inneren der Ionenfalle ab, da ein Quadrupolfilter vor der Ionenfalle angeordnet ist, um die Ionen dort zu isolieren. Es kann allerdings kein Gasdruck erzielt werden, bei dem eine ungefähr maximale Ionenfallen-Effizienz, Massenauflösung und CID-Effizienz zugleich erzielt werden.
Das Massenspektrometer gemäß dem Stand der Technik von Patentdokument 3, bei dem die Ionenfalle und das TOFMS miteinander kombiniert sind, weist im Gegensatz zu den Instrumenten nach dem Stand der Technik gemäß den Patentdokumenten 1 und 2 das Merkmal auf, dass die Massenauflösung mit höher werdendem Gasdruck verbessert wird. Dennoch kann kein Gasdruck erzielt werden, bei dem ein Maximalwert der Ionenfallen-Effizienz, der Massenauflösung und der Isolierungsauflösung zugleich erzielt wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Massenspektrometer, bei dem eine Ionenfalle und ein TOFMS miteinander kombiniert sind, und ein entsprechendes Massenspektrometrieverfahren anzugeben, mit denen eine ungefähr maximale CID-Effizienz und Massenauflösung zugleich erzielt werden.
Die obige Aufgabe wird gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf bevorzugte Ausführungsformen des Konzepts der vorliegenden Erfindung.
Zur Lösung der oben beschriebenen Aufgabe ist gemäß der vorliegenden Erfindung in einem Massenspektrometer, bei dem die Ionenfalle und das TOFMS nicht koaxial miteinander kombiniert sind, zum Beispiel in der Richtung orthogonal zur Richtung des Ionenausstoßes aus der Ionenfalle, ein Massenfilter (zum Beispiel ein Quadrupolfilter) vor der Ionenfalle angeordnet, um Ionen dort zu isolieren. Der Gasdruck im Inneren des Massenfilters und der Gasdruck im Inneren der Ionenfalle werden unabhängig kontrolliert, wobei der Gasdruck im Inneren des Massenfilters so optimiert ist, dass die Isolierungsauflösung maximiert wird, und der Gasdruck im Inneren der Ionenfalle so optimiert ist, dass die Ionenfallen-Effizienz, die Massenauflösung und die CID-Effizienz gleichzeitig ungefähr maximiert werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Massenspektrometer so aufgebaut, dass es eine 3D-Quadrupol-Ionenfalle, die von einer Ionenquelle erzeugte Ionen, nachdem sie während einer bestimmten Zeit darin gespeichert wurden, ausstößt, und ein TOFMS aufweist, das die von der Ionenfalle ausgestoßenen Ionen in einer Richtung beschleunigt, die nicht koaxial und vorzugsweise orthogonal zur Ausstoßrichtung ist, und zur Messung der Flugzeit der beschleunigten Ionen dient, wobei ein Massenfilter zwischen der Ionenquelle und der Ionenfalle angeordnet ist und der Gasdruck im Inneren der Ionenfalle und der Gasdruck im Inneren des Massenfilters unabhängig kontrolliert werden.
Der Gasdruck im Inneren der Ionenfalle wird auf ein höheres Niveau eingestellt als der im Inneren des Massenfilters, wobei die Ionen, die durch das Massenfilter hindurchgingen und in der Ionenfalle gespeichert werden, darin dissoziiert werden, worauf die Massen der von der Ionendissoziation herrührenden Fragmentionen durch TOFMS analysiert werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann das Massenfilter drei Quadrupolstufen aufweisen; bei dieser Ausführungsform wird der Gasdruck in der zweiten Quadrupolstufe so gesteuert, dass er niedriger ist als der Gasdruck in der ersten Quadrupolstufe und in der dritten Quadrupolstufe. Von den Peaks im Massenspektrum wird ein Peak, bei dem Intervalle zu benachbarten Peaks vorliegen und der höher als ein auf der Isolierungsauflösung des Massenfilters beruhender vorgegebener Wert ist, ausgewählt, und das dem ausgewählten Peak zugeordnete Ion wird am Massenfilter isoliert. Der ausgewählte Peak wird auf dem Monitorbildschirm angezeigt.
Das Massenspektrometrieverfahren der vorliegenden Erfindung umfasst folgende Schritte:
Einen Schritt des Ausstoßens der Ionen, nachdem die von der Ionenquelle erzeugten Ionen während einer bestimmten Zeitdauer darin gespeichert wurden, einen Schritt des Analysierens der Masse der Ionen und/oder Fragmentionen, die durch Ionendissoziation erzeugt wurden, mit einem TOFMS, das die von der Ionenfalle ausgestoßenen Ionen in einer Richtung beschleunigt, die nicht koaxial und vorzugsweise orthogonal zur Ausstoßrichtung ist, und einen Schritt der unabhängigen Kontrolle des Gasdrucks im Inneren des Massenfilters, das zwischen der Ionenquelle und der Ionenfalle angeordnet ist, und des Gasdrucks im Inneren der Ionenfalle.
Bei diesem Kontrollschritt wird der Gasdruck im Inneren der Ionenfalle auf ein höheres Niveau eingestellt als der Gasdruck im Inneren des Massenfilters. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung umfasst einen Schritt des Dissoziierens der in der Ionenfalle gespeicherten Ionen durch das Massenfilter unter Erzeugung von aus der Ionendissoziation herrührenden Fragmentionen. Darüber hinaus kann ein Massenfilter vorgesehen sein, das drei Quadrupolstufen aufweist, und ferner ein Schritt der Kontrolle des Drucks in der Weise vorgesehen sein, dass der Gasdruck im Inneren der zweiten Quadrupolstufe auf ein niedrigeres Niveau eingestellt wird als im Inneren der ersten Quadrupolstufe und der dritten Quadrupolstufe. Darüber hinaus kann das Verfahren einen Schritt des Auswählens eines Peaks im Massenspektrum, bei dem Intervalle zu benachbarten Peaks vorliegen und der höher als ein auf der Isolierungsauflösung des Massenfilters beruhender vorgegebener Wert ist, unter den Peaks im Massenspektrum sowie einen Schritt des Isolierens des dem ausgewählten Peak im Massenfilter zugeordneten Ions umfassen, wobei der ausgewählte Peak auf dem Monitorbildschirm angezeigt wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel eines Massenspektrometers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist eine schematische Darstellung, welche die Abhängigkeit der Effizienz eines Ionenfallen-Massenspektrometers gemäß dem Stand der Technik vom Gasdruck im Inneren der Ionenfalle und ihrem Betriebsgasdruckbereich zeigt;
3 ist eine schematische Darstellung, welche die Abhängigkeit der Effizienz eines Massenspektrometers, bei dem die Ionenfalle und das TOFMS miteinander nicht koaxial kombiniert sind, vom Gasdruck im Inneren der Ionenfalle und ihrem Betriebsgasdruckbereich zeigt;
4A und 4B sind schematische Darstellungen, welche die Abhängigkeit der Effizienz eines Massenspektrometers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vom Gasdruck im Inneren der Ionenfalle und ihrem Betriebsgasdruckbereich (4A) und vom Gasdruck im Inneren des Quadrupolfilters und seinem Betriebsgasdruckbereich (4B) zeigt;
5 ist eine Darstellung des Aufbaus eines Beispiels des Massenspektrometers gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
6A, 6B und 6C sind Darstellungen, die Beispiele für die Betriebssequenzen bei der Durchführung der MS/MS-Analyse gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen;
7A und 7B sind Darstellungen, die Beispiele für die Betriebssequenzen bei der Durchführung einer MSⁿ-Analyse (n > 2) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen, und
8 ist eine Darstellung, die ein Beispiel für eine Bildschirmanzeige zur Auswahl eines Vorläuferions gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel des Massenspektrometers gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
Die Proben werden in einer Ionenquelle 1 bei Atmosphärendruck ionisiert. Die in der Ionenquelle 1 erzeugten Ionen gelangen durch eine Probenöffnung 2 in eine erste Vakuumkammer 3 und dann in eine zweite Vakuumkammer 4. Die Ionen gehen durch ein Massenfilter 8 (zum Beispiel ein Quadrupolfilter), das innerhalb der zweiten Vakuumkammer 4 angeordnet ist, und eine Gateelektrode 19 hindurch. Als nächstes gelangen die Ionen in eine dritte Vakuumkammer 5 und dann in eine 3D-Quadrupol-Ionenfalle 9, die im Inneren der Kammer angeordnet ist. Zu diesem Zeitpunkt liegt eine Spannung an die Gateelektrode 19 an, damit die Ionen hier hindurchgehen.
In die Ionenfalle wird über eine Leitung 17 ein neutrales Gas (zum Beispiel Helium, Stickstoff oder Argon) eingeführt, und die Ionen, die in die Ionenfalle gelangen, werden in Bereich um ihr Zentrum herum eingefangen, wobei sie durch wiederholte Kollisionen mit dem neutralen Gas ihre kinetische Energie verlieren. Der Gasdruck im Inneren der Ionenfalle kann durch Einstellung der Strömungsgeschwindigkeit des Gases mit dem Ventil 15 kontrolliert werden.
Das Quadrupolfilter 8 ist im Inneren eines Gehäuses 20 angeordnet, in das über eine Gasleitung 16 das neutrale Gas (zum Beispiel Helium, Stickstoff oder Argon) eingeleitet wird. Da das Quadrupolfilter 8 die Rate der Ioneneinführung in die Ionenfalle 9 durch Fokussierung der Ionenstrahlen verbessern kann, ist ein bestimmtes Niveau an Gasdruck erforderlich. Der Gasdruck im Inneren des Quadrupolfilters 8 kann durch Einstellung der Gasströmungsgeschwindigkeit in der Gasleitung 16 mit einem Ventil 14 kontrolliert werden.
Nachdem die Ionen in die Ionenfalle 9 eingeführt und für eine bestimmte Zeitdauer darin gespeichert wurden, wird mit einem Schalter 52 von einer Gleichspannungs-Stromquelle 51 auf eine Gleichspannungs-Stromquelle 50 umgeschaltet, um die an der Gateelektrode 19 anliegende Spannung auf ein Niveau einzustellen, bei dem die Ionen dort nicht hindurchgehen können, wodurch die Ioneneinführung in die Ionenfalle 9 gestoppt wird.
Die Ionenfalle 9 besteht aus zwei Endkappenelektroden 23 und 25 und einer Ringelektrode 24. Während der Ionenspeicherung wird eine HF-Spannung an die Ringelektrode angelegt, und die Potentiale an den Endkappenelektroden befinden sich auf dem Niveau 0 V. Wenn die Massen der in der Ionenfalle gespeicherten Ionen analysiert werden, wird ein Schalter 48 verwendet, um von einer Wechselspannungs-Stromquelle 42 auf eine Gleichspannungs-Stromquelle 41, von einer HF-Stromquelle auf eine Gleichspannungs-Stromquelle 43 bzw. von der Wechselspannungs-Stromquelle zur Gleichspannungs-Stromquelle 41 umzuschalten, wodurch das Anlegen der HF-Spannung an die Ringelektrode 24 gestoppt wird. Zugleich werden geeignete Gleichspannungen an die beiden Endkappenelektroden 23 und 25 bzw. die Ringelektrode 24 angelegt, um ein elektrostatisches Feld zum Ausstoßen der Ionen zu erzeugen.
Die Ionen werden aus der Ionenfalle ausgestoßen und gelangen in eine vierte Vakuumkammer 7. Die in die vierte Vakuumkammer gelangenden Ionen fliegen in den Innenraum eines orthogonalen Beschleunigungselements 18, das darin angeordnet ist. Während des Durchtritts der Ionen durch den inneren Raum des orthogonal angeordneten Beschleunigungselements 18 wird ein Schalter 49 verwendet, um von einer Gleichspannungs-Stromquelle 47 auf eine Gleichspannungs-Stromquelle 46 umzuschalten, um eine Impulsspannung von etwa 1 bis 10 kV an eine Beschleunigungselektrode 21 anzulegen, welche die Ionen im elektrischen Feld in der Richtung orthogonal zur Wanderungsrichtung der Ionen beschleunigt. Die beschleunigten Ionen werden zwischen den Elektroden 22 und 11 weiter beschleunigt, fliegen in einem durch die Elektrode 11 vorgegebenen feldfreien Raum und gelangen in ein Reflektron 12.
Es ist festzustellen, dass die Luft aus der ersten Vakuumkammer 3, der zweiten Vakuumkammer 4, der dritten Vakuumkammer 5 und der fünften Vakuumkammer 7 unabhängig abgepumpt wird.
Die Ionen werden im Reflektron 12 umgelenkt und fliegen durch den feldfreien Raum in einen Detektor 13. Gemessen wird die Flugzeit der Ionen vom Anlegen einer Spannung an das orthogonal angeordnete Beschleunigungselement 18 bis zur Ankunft der Ionen am Detektor 3. Unter Verwendung des Merkmals, dass die Flugzeit vom m/z-Wert der Ionen abhängt, kann ein Massenspektrum erhalten werden.
Ein Steuerelement 70 steuert die zeitliche Koordinierung der zum Umschalten dienenden Schalter 48, 49 bzw. 52. Zusätzlich ändert das Steuerelement 70 die Betriebsweise des Quadrupolfilters 8 durch Steuerung einer Stromquelle 60.
Je nach dem Verfahren, nach dem die Spannung an die Elektroden angelegt wird, mit denen das Quadrupolfilter 8 aufgebaut ist, kann das Quadrupolfilter entweder als Innenleiter oder als Massenfilter betrieben werden.
Wenn eine MS-Analyse durchgeführt wird, wird das Quadrupolfilter 8 als Innenleiter betrieben, um die Ionen im ganzen m/z-Bereich in die Ionenfalle 9 einzuführen. Bei der MS/MS-Analyse wird während der Ionenspeicherung in der Ionenfalle 9 ein Quadrupolfilter als Bandpassfilter betrieben, um lediglich das Ausgangsion in die Ionenfalle 9 einzuführen. Anschließend werden die in der Ionenfalle 9 gespeicherten Ionen durch CID dissoziiert, und die Massen der Fragmentionen, die in der Ionenfalle gespeichert sind, werden nach der gleichen Verfahrensweise wie bei der MS-Analyse analysiert.
Während der Zeitdauer vom Anlegen von Gleichspannungen zum Ausstoßen der Ionen an die Ionenfalle 9 bis zum Anlegen einer Impulsspannung an das orthogonale Beschleunigungselement 18 wird der nächste Speicherungsprozess initiiert. Dieses Intervall beträgt üblicherweise etwa 10 bis 50 μs, während die Zeit für die Ionenspeicherung etwa 10 ms bis 1 s beträgt, bei der ein Verlust an Probenionen vernachlässigbar ist.
Durch Einstellung der Pumpgeschwindigkeiten, des Durchmessers der Ionendurchlässe zwischen benachbarten Vakuumkammern und des Durchmessers der Probenöffnung 2 (Ionendurchgang zwischen dem Raum unter Atmosphärendruck und der ersten Vakuumkammer 3) und ferner durch Einstellung der Gasströmungsgeschwindigkeit unter Verwendung des Ventils 15 kann der Gasdruck im Inneren der Ionenfalle 9 auf Pmax (etwa 1,33 10^–2 bis 1,33·10^–1 mbar; etwa 10^–2 bis 10^–1 Torr) eingestellt werden, so dass die Ionenfallen-Effizienz, die Massenauflösung und die CID-Effizienz in etwa maximiert werden können, und durch Einstellung der Gasströmungsgeschwindigkeit mit dem Ventil 14 kann der Gasdruck im Inneren des Quadrupolfilters auf ein Niveau eingestellt ist, das niedriger ist als Pmax.
Der Grad des Vakuums in der vierten Vakuumkammer 7, in der das TOFMS angeordnet ist, wird auf einem Niveau gehalten, bei dem das TOFMS eine ausreichende Leistung zeigt, indem die Pumpgeschwindigkeit für die dritte Vakuumkammer 5 oder die Pumpgeschwindigkeit für die vierte Vakuumkammer 7 erhöht wird, da die Ionenfalle in einem Bereich des Gasdrucks betrieben wird, der höher ist als der Bereich bei einem Massenspektrometer gemäß dem Stand der Technik.
4A ist eine schematische Darstellung, welche die Abhängigkeit der Eigenschaften eines Massenspektrometers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (Ionenfallen-Effizienz, Massenauflösung und CID-Effizienz) vom Gasdruck im Inneren der Ionenfalle und vom Bereich des Betriebsgasdrucks zeigt. In 4A bezeichnet die waagerechte Achse den Gasdruck im Inneren der Ionenfalle, und die senkrechte Achse bezeichnet Niveaus der Effizienz (ein höherer Wert gibt eine höhere Effizienz an). Auf der anderen Seite stellt 4B eine schematische Darstellung dar, welche die Abhängigkeit der Isolierungsauflösung vom Gasdruck im Inneren des Quadrupolfilters und dem Bereich des Betriebsgasdrucks zeigt. In 4B bezeichnet die waagerechte Achse den Gasdruck im Inneren des Quadrupolfilters, und die senkrechte Achse bezeichnet das Niveau der Effizienz (ein höherer Wert gibt eine höhere Effizienz an).
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Ionenfalle 9 in dem Gasdruckbereich betrieben, in dem sämtliche Eigenschaften der Ionenfallen-Effizienz 102, der Massenauflösung 103 und der CID-Effizienz 101 oder nur eine oder zwei dieser Eigenschaften maximiert sind oder sich in der Nähe des oben beschriebenen Gasdruckbereichs befinden. Der Gasdruckbereich für den Betrieb des Quadrupolfilters wird unabhängig vom Gasdruckbereich zum Betrieb der Ionenfalle 9 eingestellt und geregelt und hinsichtlich der Isolierungsauflösung optimiert. Der Gasdruckbereich 105' zum Betrieb des Quadrupolfilters 8 wird auf ein Niveau eingestellt und auf diesem Niveau geregelt, das niedriger ist als das Niveau des Gasdruckbereichs 105 zum Betrieb der Ionenfalle 9.
5 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel des Massenspektrometers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Isolierungsauflösung steigt mit fallendem Gasdruck im Quadrupolfilter. Auf der anderen Seite wird die Anzahl an Ionen, die in die Ionenfalle 9 gelangen, durch Fokussierung des Ionenstrahls auf die Mittelachse des Quadrupolfilters erhöht. Um diese Funktion effektiv zu machen, ist ein bestimmtes Niveau des Gasdrucks erforderlich (etwa 1,33·10^–4 bis 1,33·10^–3 mbar; etwa 10^–4 bis 10^–3 Torr). Zur Lösung dieses Problems wird ein Teil der in 1 gezeigten schematischen Darstellung so modifiziert, dass das Quadrupolelement aus den Quadrupolen 8-1, 8-2 und 8-3 besteht, wie in 5 dargestellt ist.
Wie das in der schematischen Ansicht von 1 dargestellte Steuerelement kontrolliert das Steuerelement 70 die zeitliche Koordinierung der Umschalt-Schalter 48, 49 und 52. Zusätzlich kontrolliert das Steuerelement 70 die Stromquelle 60 zur Steuerung der Betriebsarten der Quadrupole 8-1, 8-2 und 8-3.
Die erste Quadrupolstufe 8-1 ist in einem Gehäuse 20 angeordnet, in welches das neutrale Gas (zum Beispiel Helium, Stickstoff oder Argon) durch eine Gasleitung 123 eingeführt wird. Der Gasdruck im Inneren des Quadrupols 8-1 wird durch Einstellung der Gasströmungsgeschwindigkeit in der Gasleitung 123 mit einem Ventil 124 kontrolliert. Die dritte Quadrupolstufe 8-3 ist im Gehäuse 20 angeordnet, in welches das neutrale Gas (zum Beispiel Helium, Stickstoff oder Argon) über eine Gasleitung 16 eingeführt wird. Der Gasdruck im Inneren des Quadrupols 8-3 wird durch Einstellung der Gasströmungsgeschwindigkeit in der Gasleitung 16 mit dem Ventil 14 kontrolliert.
In ähnlicher Weise wird bei der schematischen Ansicht, die in 5 gezeigt ist, die Ionenfalle 9 im Gasdruckbereich 105 betrieben, in dem sämtliche Eigenschaften der Ionenfallen-Effizienz 102, der Massenauflösung 103 und der CID-Effizienz 101 oder eine oder zwei dieser Eigenschaften maximiert sind oder in der Nähe des Gasdruckbereichs 105 liegen, wie in 4 gezeigt ist.
Der Gasdruckbereich zum Betrieb der Quadrupole 8-1, 8-2 und 8-3 wird unabhängig vom Gasdruckbereich 105 zum Betrieb der Ionenfalle 9 eingestellt und kontrolliert und hinsichtlich der Isolierungsauflösung optimiert. Der Grad des Vakuums in der vierten Vakuumkammer 7, in der das TOFMS angeordnet ist, kann auf einem Niveau gehalten werden, bei dem das TOFMS eine ausreichende Leistung zeigt, indem die Pumpgeschwindigkeit zum Auspumpen der Luft aus der dritten Vakuumkammer 5 oder zum Auspumpen der Luft aus der vierten Vakuumkammer 7 bei der in 3 dargestellten schematischen Ansicht erhöht wird, da die Ionenfalle in einem Bereich des Gasdrucks betrieben wird, der höher ist als der Bereich bei einem Massenspektrometer gemäß dem Stand der Technik.
Bei dem in 5 in schematischer Ansicht dargestellten Beispiel ist die fünfte Vakuumkammer 6 zwischen der dritten Vakuumkammer 5 und der vierten Vakuumkammer 7 hinzugefügt, und die Luft wird unabhängig von der ersten Vakuumkammer 3, der zweiten Vakuumkammer 4, der dritten Vakuumkammer 5, der vierten Vakuumkammer 7 und der fünften Vakuumkammer 6 ausgepumpt, um den Grad des Vakuums in der vierten Vakuumkammer 7 auf einem Niveau zu halten, bei dem das TOFMS eine ausreichende Leistung zeigt.
Es ist möglich, den Gasdruck im Inneren der zweiten Quadrupolstufe 8-2 auf ein möglichst niedriges Niveau (etwa 1,33·10^–4 bis 1,33·10^–3 mbar; etwa 10^–4 bis 10^–3 Torr) einzustellen und den Quadrupol 8-2 zum Isolieren zu verwenden, und den Gasdruck P im Ioneren der ersten Quadrupolstufe 8-1 und der zweiten Quadrupolstufe 8-3 auf das Niveau einzustellen, das zur Fokussierung des Ionenstrahls erforderlich ist (etwa 1,33·10^–2 bis 1,33·10^–1 mbar; etwa 10^–2 bis 10^–1 Torr).
Der Gasdruck im Inneren des Quadrupols 8-2 kann durch Einstellung der Ventile 124 und 14 auf einem Niveau geregelt werden, das niedriger ist als die Gasdruckniveaus im Inneren der Quadrupole 8-1 und 8-3.
Obgleich der Ionenstrahl in der ersten Quadrupolstufe 8-1 fokussiert wird, kann er in der Zwischenzone zwischen der ersten Quadrupolstufe 8-1 und der zweiten Quadrupolstufe 8-1 defokussiert werden. Die dritte Quadrupolstufe 8-3 dient dazu, den defokussierten Strahl wieder zu fokussieren.
Wenn eine MS/MS-Analyse durchgeführt wird, wird zunächst eine MS-Analyse vorgenommen, um ein Massenspektrum zu erhalten. Unter den Peaks im Massenspektrum wird der Ausgangsionenpeak ausgewählt. Anschließend wird während der Ionenspeicherung in der Ionenfalle der Quadrupol als Bandpassfilter betrieben, wodurch lediglich das ausgewählte Ausgangsion hindurchgelangen kann.
6A, 6B und 6C sind Darstellungen, die ein Beispiel für den Funktionsablauf für eine MS/MS-Analyse zeigen. 6A zeigt den Funktionsablauf für die Ionenfalle, und 6B zeigt den Funktionsablauf für den Quadrupol.

(1) Die Ionen werden für eine bestimmte Zeitdauer in der Ionenfalle gespeichert, und die Massen der gespeicherten Ionen werden analysiert (MS in 6A). Zu diesem Zeitpunkt wird keine Isolierung im Quadrupol vorgenommen. In 6C ist das resultierende Massenspektrum dargestellt.
(2) Lediglich Ionen mit einem m/z-Verhältnis von M1 werden während einer bestimmten Zeitdauer in der Ionenfalle gespeichert, während die Isolierung mit dem Quadrupol durchgeführt wird. Anschließend werden die gespeicherten Ionen durch CID dissoziiert, um die Massen der Fragmente zu isolieren, die von der Ionendissoziation herrühren (MS² (1.) in 6A).
(3) In gleicher Weise wie oben unter (2) beschrieben werden die Ionen mit einem m/z-Verhältnis von M2 analysiert (MS² (2.) in 6A).

Auf diese Weise wird eine MS/MS-Analyse mit den Ionen mit einem m/z-Verhältnis von bis zu Mn durchgeführt. M1 bis Mn werden unter den Massen im in (1) erhaltenen Massenspektrum ausgewählt, zum Beispiel in der Reihenfolge steigender Peakintensität. Der Anwender (die Person, welche die Messungen durchführt) ist für die Festsetzung des Wertes für n verantwortlich. Es ist festzustellen, dass die individuellen Sequenzen zur Verbesserung des Signal/Rausch-Verhältnisses allgemein wiederholt werden, und die Massenspektren werden mehrere Male integriert.
Bei der MS/MS-Analyse kann die Isolierungsauflösung ohne Verschlechterung der Ionenfallen-Effizienz, der Massenauflösung und der CID-Effizienz verbessert werden, da die Isolierung bei dem Quadrupolelement mit niederem Gasdruck durchgeführt werden kann. Zusätzlich wird die relative Einschaltdauer verbessert, da die Ionenspeicherung und die Ionenisolierung gleichzeitig durchgeführt werden; ferner kann der Effekt einer Verbesserung der Nachweisempfindlichkeit erzielt werden.
7A und 7B sind schematische Ansichten, die ein Beispiel des Funktionsablaufs bei der Durchführung einer MSⁿ-Analyse (n > 2) gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
7A zeigt den Funktionsablauf der Ionenfalle, und 7B zeigt den Funktionsablauf des Quadrupols.

(1) MS^(n-1) wird durchgeführt.
(2) Während die Isolierung am Quadrupolelement durchgeführt wird, werden lediglich die Ionen mit einem m/z-Verhältnis von M1 während einer bestimmten Zeitdauer in der Ionenfalle gespeichert, und die gespeicherten Ionen werden durch CID dissoziiert.
(3) Lediglich die Ionen mit einem m/z-Verhältnis von beispielsweise M2 werden unter den Fragmentionen in der Ionenfalle isoliert, und die isolierten Ionen werden durch CID dissoziiert.
(4) Schritt (3) wird (n – 1)-mal wiederholt.
(5) Die Massen der Fragmentionen werden analysiert.

Wenn eine MSⁿ-Analyse (n > 2) durchgeführt wird, wird die erste Isolierung am Quadrupolelement vorgenommen (7B). Die erste CID wird mit den gespeicherten Ionen durchgeführt (7A). Anschließend wir die zweite Isolierung im Inneren der Ionenfalle durchgeführt, worauf dann die zweite CID durchgeführt wird ( 7A). Danach wird dieser Funktionsablauf wiederholt.
Allgemein ist bei der ersten Isolierung eine höhere Isolierungsauflösung gewünscht, da zu statistischem Rauschen führende Ionen, beliebige andere Peptidfragmente sowie von Lösungsmitteln stammende Ionen entfernt werden müssen, obgleich eine geringere Isolierungsauflösung bei der zweiten und nachfolgenden Isolierungen im Vergleich mit der Auflösung bei der ersten Isolierung akzeptabel sein kann. Aus diesem Grund kann der Gasdruck im Inneren der Ionenfalle auf ein Niveau eingestellt werden, bei dem die Ionenfallen-Effizienz, die Massenauflösung und die CID-Effizienz maximiert werden können.
Das Ausgangsion kann entweder im manuellen Modus oder im automatischen Selektionsmodus ausgewählt werden.
Im automatischen Selektionsmodus werden allgemein eine spezifizierte Anzahl von Ionen durch Software in der Reihenfolge höherer Peakintensität ausgewählt. In der Nachbarschaft des ausgewählten Peaks können benachbarte Peaks existieren, die durch Isolierung nicht vollständig entfernt werden können. In diesem Fall kann das Massenspektrum von Fragmenten fehlinterpretiert werden, was zu einem Fehler bei der Identifizierung ursprünglicher Ionen führt. Zur Lösung dieses Problems können vorbeugende Maßnahmen in Betracht gezogen werden, wie zum Beispiel, dass das Vorliegen von Peaks in der Nachbarschaft des Targetpeaks, die nicht entfernt werden können, auf der Basis der Isolierungsauflösung des Instruments bestimmt wird und der gegebenenfalls vorliegende Peak nicht ausgewählt wird. Hierzu ist festzustellen, dass das Kriterium für diese Ermittlung von dem Ort abhängt, wo die Isolierung durchgeführt wird, also dem Quadrupolfilter oder der Ionenfalle, da die Isolierungsauflösung unterschiedlich ist.
8 ist eine Darstellung einer Anzeige auf einem Monitorbildschirm, die ein Beispiel für die Auswahl von Ausgangsionen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 8 zeigt ein Beispiel für die Bildschirmanzeige auf dem Monitor des Instruments, die ein Massenspektrum darstellt, welches das Ergebnis der Schritte zur Auswahl des Ausgangsions zeigt. Die mit den Zahlen 1 bis 4 in Kreisen bezeichneten Peaks sind die Peaks, die als mit dem Ausgangsion in Verbindung stehende Peaks ausgewählt wurden. Zwei Peaks ohne eine solche Markierung (bezeichnet mit X) sind aus der Selektion ausgeschlossen, da sie bei der Isolierungsauflösung des Instruments nicht isoliert werden können.
In 8 sind die Zahlen an den Peaks in der Reihenfolge steigender Peakintensität angegeben, obgleich sie auch in der Reihenfolge des kleiner werdenden Verhältnisses m/z angegeben werden können. Im manuellen Messmodus wird das Massenspektrum vor der MS/MS-Analyse oder der MSⁿ-Analyse auf dem Monitorbildschirm angezeigt, wie in 8 dargestellt ist. Die Peaks, die mit Zahlen bezeichnet sind, stellen Kandidaten für das Ausgangsion dar, und die Person, welche die Messung durchführt, ist für die Auswahl des Targetpeaks bei der Durchführung der MS/MS-Analyse oder der MSⁿ-Analyse verantwortlich.
Bei dem Massenspektrometer, bei dem die Ionenfalle und das TOFMS miteinander kombiniert sind, ist das Quadrupolelement vor der Ionenfalle angeordnet, in der die Isolierung durchgeführt wird. Dieser Aufbau ermöglicht eine Einstellung des Gasdrucks im Inneren der Ionenfalle in dem Bereich, in dem die Ionenfallen-Effizienz, die Massenauflösung und die CID-Effizienz gleichzeitig maximiert werden. Auf der anderen Seite kann der Gasdruck im Inneren des Quadrupolelements auf ein relativ niedriges Niveau eingestellt werden, das sich für die Isolierung eignet.
Auf diese Weise können die Nachweisempfindlichkeit, die Massenauflösung und die CID-Effizienz ohne Verschlechterung der Isolierungsauflösung verbessert werden. Durch Verwendung des Massenspektrometers mit verbesserten Eigenschaften kann die Analyseneffizienz verbessert werden, insbesondere bei der Proteomanalyse.
Gemäß der vorliegenden Erfindung können mit dem Massenspektrometer, bei dem die Ionenfalle und das TOFMS nicht koaxial kombiniert sind, und mit dem Massenspektrometrieverfahren die Ionenfallen-Effizienz, die Massenauflösung und die CID-Effizienz gleichzeitig verbessert werden.

1: Ionenquelle
2: Probenöffnung
3: erste Vakuumkammer
4: zweite Vakuumkammer
5: dritte Vakuumkammer
7: vierte Vakuumkammer
8: Massenfilter
8-1: erste Quadrupolstufe
8-2: zweite Quadrupolstufe
8-3: dritte Quadrupolstufe
9: Ionenfalle
11: Elektrode
12: Reflektron
13: Detektor
14: Ventil
15: Ventil
16: Gasleitung
17: Leitung
18: Beschleunigungselement
19: Gateelektrode
20: Gehäuse
21: Beschleunigungselektrode
22: Elektrode
23: Kappenelektrode
24: Ringelektrode
25: Kappenelektrode
41: Gleichspannungs-Stromquelle
42: Wechselspannungs-Stromquelle
43: Gleichspannungs-Stromquelle
46: Gleichspannungs-Stromquelle
47: Gleichspannungs-Stromquelle
48: Schalter
49: Schalter
50: Gleichspannungs-Stromquelle
51: Gleichspannungs-Stromquelle
52: Schalter
60: Stromquelle
70: Steuerelement
101: CID-Effizienz
102: Ionenfallen-Effizienz
103: Massenauflösung
104: Isolierungsauflösung
105: Gasdruckbereich
105': Gasdruckbereich

Claims

Massenspektrometer, das aufweist: – eine Ionenquelle (1), – eine 3D-Quadrupol-Ionenfalle (9), die von der Ionenquelle (1) erzeugte Ionen, nachdem sie während einer bestimmten Zeit darin gespeichert wurden, ausstößt, und – ein Flugzeit-Massenspektrometer (TOFMS) (7, 18, 21, 22, 12), das die von der Quadrupol-Ionenfalle (9) ausgestoßenen Ionen in einer Richtung beschleunigt, die nicht koaxial und vorzugsweise orthogonal zur Bewegungsrichtung der Ionen ist, und das einen Detektor (13) zur Messung der Flugzeit der beschleunigten Ionen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass – ein Massenfilter (8) zwischen der Ionenquelle (1) und der Quadrupol-Ionenfalle (9) angeordnet ist und – eine Einrichtung (14, 15) zur unabhängigen Kontrolle des ersten Gasdrucks im Inneren der Quadrupol-Ionenfalle (9) und des zweiten Gasdrucks im Inneren des Massenfilters (8) in der Weise vorgesehen ist, dass der erste Gasdruck im Inneren der Quadrupol-Ionenfalle (9) auf ein höheres Niveau eingestellt wird als der zweite Gasdruck im Inneren des Massenfilters (8).
Massenspektrometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es so ausgebildet ist, dass die Ionen vom Massenfilter (8), die in der Quadrupol-Ionenfalle (9) gespeichert werden, darin zur Dissoziation gebracht werden und die Masse der von der Ionendissoziation herrührenden Fragmente durch das TOFMS (7, 18, 21, 22, 12, 13) analysiert wird.
Massenspektrometer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Massenfilter (8) drei Quadrupolstufen (8-1, 8-2, 8-3) aufweist und eine Steuereinrichtung (14, 124) besitzt, die den Gasdruck so steuert, dass der Gasdruck im Inneren der zweiten Quadrupolstufe (8-2) niedriger ist als der Gasdruck im Inneren der ersten Quadrupolstufe (8-1) und der Gasdruck im Inneren der dritten Quadrupolstufe (8-3).
Massenspektrometer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es so ausgebildet ist, dass ein Peak, bei dem Intervalle zu benachbarten Peaks in einem Massenspektrum vorliegen und der höher als ein auf der Isolierungsauflösung des Massenfilters (8) beruhender vorgegebener Wert ist, unter den Peaks im Massenspektrum ausgewählt und ein dem ausgewählten Peak zugeordnetes Ion am Massenfilter (8) isoliert wird.
Massenspektrometer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Monitorbildschirm aufweist und so ausgelegt ist, dass der ausgewählte Peak auf dem Monitorbildschirm angezeigt wird.
Massenspektrometer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Kontrolle des ersten Gasdrucks und des zweiten Gasdrucks Ventile (14, 124; 15) sind.
Massenspektrometrieverfahren, das folgende Schritte aufweist: – Erzeugen von Ionen einer Probe in einer Ionenquelle (1), – Ausstoßen der Ionen aus einer 3D-Quadrupol-Ionenfalle (9), nachdem die von der Ionenquelle (1) erzeugen Ionen während einer bestimmten Zeit darin gespeichert wurden, und – Analysieren der Masse der Ionen und/oder Fragmente, die durch Ionendissoziation erzeugt wurden, mit einem Flugzeit-Massenspektrometer, das die von der Quadrupol-Ionenfalle (9) ausgestoßenen Ionen in einer Richtung beschleunigt, die nicht koaxial und vorzugsweise orthogonal zur Bewegungsrichtung der Ionen ist, dadurch gekennzeichnet, dass – die Ionen von der Ionenquelle (1) vor dem Eintritt in die Quadrupol-Ionenfalle (9) durch ein Massenfilter (8) geführt oder gefiltert werden und – der Gasdruck im Inneren des Massenfilters (8) und in der Quadrupol-Ionenfalle (9) in der Weise kontrolliert wird, dass der Gasdruck im Inneren der Quadrupol-Ionenfalle (9) auf ein höheres Niveau eingestellt wird als der Gasdruck im Inneren des Massenfilters (8).
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner folgenden Schritt aufweist: – Dissoziieren der in der Ionenfalle (9) gespeicherten Ionen durch das Massenfilter (8) unter Erzeugung von Fragmentionen darin.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Massenfilter (8) drei Quadrupolstufen (8-1, 8-2, 8-3) aufweist und die Gasdrucke in den drei Stufen in der Weise gesteuert werden, dass der Gasdruck im Inneren der zweiten Quadrupolstufe (8-2) niedriger ist als der Gasdruck im Inneren der ersten Quadrupolstufe (8-1) und der Gasdruck im Inneren der dritten Quadrupolstufe (8-3).
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, das ferner folgende Schritte umfasst: – Auswählen eines Peaks, bei dem Intervalle zu benachbarten Peaks in einem Massenspektrum vorliegen und der höher als ein auf der Isolierungsauflösung des Massenfilters (8) beruhender vorgegebener Wert ist, unter den Peaks im Massenspektrum und – Isolieren des dem in der Ionenfalle (8) ausgewählten Peak zugeordneten Ions.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der ausgewählte Peak auf einem Bildschirm angezeigt wird.