DE69228427T2

DE69228427T2 - Verfahren zur massenspektrometrie unter verwendung eines rauschfreien signals

Info

Publication number: DE69228427T2
Application number: DE69228427T
Authority: DE
Inventors: Paul Kelley
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1991-12-18
Filing date: 1992-11-10
Publication date: 1999-10-28
Anticipated expiration: 2012-11-11
Also published as: DE69228427D1; US5206507A; EP0617837A1; JP3084749B2; CA2125874C; EP0617837A4; ATE176742T1; EP0617837B1; CA2125874A1; JPH07502371A; WO1993012536A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Massenspektrometrieverfahren, bei denen Ionen selektiv in einer Ionenfalle gefangen werden, wonach die eingefangenen Ionen nacheinander detektiert werden. Im einzelnen betrifft die Erfindung ein Massenspektrometrieverfahren, bei welchem ein nutgefiltertes Breitbandsignal an eine Ionenfalle angelegt wird, während Ionen selektiv innerhalb der Falle gefangen werden, wonach die eingefangenen Ionen aufeinanderfolgend detektiert werden.
In einer Klasse von konventionellen Massenspektrometrieverfahren, die als "MS/MS"-Verfahren bekannt sind, werden Ionen (als Elternionen bezeichnet) mit einem Masse-zu = Ladungs-Verhältnis innerhalb eines vorgewählten Bereichs in einer Ionenfalle isoliert. Den gefangenen Elternionen wird dann ermöglicht zu dissoziieren oder dies wird beispielsweise durch Kollidierenlassen mit Hintergrundgasmolekülen innerhalb der Falle induziert, um sogenannte "Tochterionen" zu produzieren. Die Tochterionen werden dann aus der Falle ausgestoßen und detektiert.
Beispielsweise die US-A-4 736 101 offenbart ein MS/MS- Verfahren, in welchem Ionen (mit einem Masse-zu-Ladungs- Verhältnis innerhalb eines vorbestimmten Bereichs) innerhalb eines dreidimensionalen Quadropoleinfangfeldes gefangen werden. Das Einfangfeld wird dann abgetastet, um unerwünschte Elternionen aufeinanderfolgend aus der Falle auszuwerfen. Das Einfangfeld wird dann erneut geändert, um in der Lage zu sein, Tochterionen von Interesse zu speichern. Die eingefangenen Elternionen werden dann zur Dissoziation gebracht, um Tochterionen zu erzeugen, und die Tochterionen werden nachfolgend (sequentiell mit m/z) aus der Falle zur Feststellung ausgeworfen.
Um unerwünschte Elternionen aus der Falle vor der Dissoziation dieser Elternionen auszuwerfen, gibt die US-A 4 736 101 die Anweisung, daß das Einfangfeld dadurch abgetastet werden sollte, daß die Amplitude der fundamentalen Spannung, welche das Einfangfeld definiert, durchfahren werden sollte.
Die US-A 4 736 101 gibt auch die Anweisung, daß ein zusätzliches Wechselspannungsfeld an die Falle während der Periode angelegt werden kann, in welcher die Elternionen eine Dissoziation durchmachen, um den Dissoziationsprozeß zu fördern (Spalte 5, Zeilen 43-62), oder ein spezielles Ion aus der Falle auszustoßen, so daß das spezielle Ion nicht während der nachfolgenden Ausstoßung und Detektion von Probeionen festgestellt wird (Spalte 4, Zeile 60 bis Spalte 5, Zeile 6).
Die US-A 4 736 101 schlägt auch vor (Spalte 5, Zeilen 7-12), daß ein zusätzliches Wechselspannungsfeld an die Falle während der ursprünglichen Ionisationsperiode angelegt werden sollte, um ein spezielles Ion (insbesondere ein Ion, das sonst in großen Mengen vorhanden wäre) herauszuwerfen, das andernfalls mit dem Studium anderer (nicht so gewöhnlicher) Ionen von Interesse stören würde.
Die US-A 4 686 367 (Louris at al.) offenbart eine weitere konventionelle Massenspektrometrietechnik, die als chemische Ionisations- oder als CI-Verfahren bezeichnet wird, wobei gespeicherte Reagenzionen mit Analysemolekülen in einer Quadropolionenfalle reagieren können. Das Einfangfeld wird dann zum Auswerfen von Produktionen abgetastet, die aus der Reaktion folgen, und die ausgeworfenen Produktionen werden detektiert.
Die EP-A 362 432 offenbart (beispielsweise in Spalte 3, Zeile 56 bis Spalte 4, Zeile 3) daß ein breites Frequenzbandsignal (Breitbandsignal) an die Endelektroden einer Quadropolionenfalle angelegt werden kann, um gleichzeitig alle unerwünschten Ionen aus der Falle (durch die Endelektroden) während des Speicherschrittes für Probeionen durch Resonanz auszuwerfen. Die EP-A 362 432 gibt die Anweisung, daß das Breitbandsignal angelegt werden kann, um unerwünschte Primärionen als vorläufigen Schritt zu einer CI-Operation auszuwerfen, und daß die Amplitude des Breitsbandsignals im Bereich von ungefähr 0,1 bis 100 Volt liegen sollte.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein weiteres Verfahren der Massenspektrographie unter Verwendung eines kombinierten Signals zu schaffen.
Die Erfindung wird in Anspruch 1 definiert.
Die Erfindung besteht in einem Massenspektrographieverfahren, bei welchem ein Einfangfeldsignal (beispielsweise ein dreidimensionales Quadropoleinfangfeldsignal oder ein anderes vielpoliges Einfangfeldsignal), das zur Speicherung von Ionen eingestellt ist, mit einem mit Kammnut versehenen Breitbandsignal überlagert wird, das auch als nutgefiltertes Breitbandsignal oder als gefiltertes Rauschen-Signal bezeichnet wird, und das Ionen in dem sich ergebenden kombinierten Feld gebildet oder injiziert werden. Das gefilterte Rauschen-Signal entfernt alle Ionen mit Ausnahme von ausgewählten Ionen aus dem kombinierten Feld durch Resonanz, so daß nur die ausgewählten Ionen in dem kombinierten Feld gefangen bleiben.
In einer Klasse von bevorzugten Ausführungsformen wird das kombinierte Signal mit gefiltertem Rauschen und dem Einfangfeld daraufhin geändert, um die eingefangenen Ionen sequentiell zu erregen und die sequentielle Feststellung der erregten Ionen zu ermöglichen.
In einer weiteren Klasse von Ausführungsformen wird das gefilterte Rauschen-Signal ausgeschaltet, nachdem unerwünschte Ionen aus dem kombinierten Feld durch Resonanz entfernt worden sind, und eine oder mehrere Parameter des Einfangfeldsignals werden dann geändert, um die eingefangenen Ionen aufeinanderfolgend zu erregen, um die aufeinanderfolgende Detektion der erregten Ionen zu ermöglichen. Im Falle, daß das Einfangfeldsignal ein dreiminsionales Quadropoleinfangfeld errichtet und eine Gleichstromkomponente umfaßt, kann die Amplitude der Gleichspannungskomponente beispielsweise einen Bereich überstreichen (nachdem das gefilterte Rauschen-Signal ausgeschaltet worden ist), um eingefangene Ionen sequentiell zu erregen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine vereinfachte schematische Darstellung eines Gerätes zur Implementierung einer Klasse von bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung.
Fig. 2 stellt ein Diagramm zur Darstellung von Signalen dar, die während der Ausführung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erzeugt werden.
Fig. 3 ist der Schrieb einer bevorzugten Ausführungsform eines nutgefilterten Breitbandsignals zur Anlage während der Durchführung der Erfindung.
Fig. 4 ist ein Schrieb zur Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines nutgefilterten Breitbandsignals zur Anlage während der Ausführung der Erfindung.
Fig. 5 ist ein Diagramm zur Darstellung von Signalen, die während der Ausführung einer alternativen Ausführungsform der Erfindung erzeugt werden.

Detaillierte Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen

Das in Fig. 1 dargestellte Quadropolioneneinfanggerät ist zur Implementierung einer Klasse von bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung nützlich. Das Gerät nach Fig. 1 umfaßt eine Ringelektrode 11 und Endelektroden 12 und 13. Ein dreidimensionales Quadropoleinfangfeld wird in dem von den Elektroden 11 bis 13 umschlossenen Bereich 16 erzeugt, wenn der Generator 14 für fundamentale Spannung eingeschaltet wird, um eine fundamentale Radiofrequenzspannung (mit einer Radiofrequenzkomponente und ggfs. auch einer Gleichstromkomponente) zwischen der Elektrode 11 und den Elektroden 12 und 13 anzulegen. Der Ionenspeicherbereich 16 weist einen Radius ro und eine vertikale Abmessung zo auf. Die Elektroden 11, 12 und 13 werden in gewöhnlicher Weise über den Koppeltransformator 32 geerdet.
Der zusätzliche Wechselstromgenerator 35 kann zur Anlage eines erwünschten zusätzlichen Wechselstromsignals an die Elektrode 11 oder an eine oder beide der Endelektroden 12 und 13 (oder der Elektrode 10 und einer oder beiden Elektroden 12 und 13) angeschaltet werden. Das zusätzliche Wechselstromsignal wird in einer im einzelnen noch zu beschreibender Weise ausgewählt, um erwünschte eingefangen Ionen mit ihrer achsialen (oder radialen) Resonanzfrequenz durch Resonanzeffekt auszuwerfen.
Wenn der Heizfaden 17 durch die zugehörige Stromversorgung 18 beaufschlagt wird, richtet er einen ionisierenden Elektronenstrahl in den Bereich 16 durch eine Öffnung in der Endelektrode 12. Der Elektronenstrahl ionisiert Probeionen innerhalb des Bereichs 16, so daß die erhaltenen Ionen im Bereich 16 durch das Quadropoleinfangfeld eingeschlossen gehalten werden können. Die zylindrische Torelektrode und Linse 19 wird durch eine Steuerschaltung 21 gesteuert, um den Elektronenstrahl nach Wunsch ein- und auszuschalten.
In einer Ausführungsform besitzt die Endelektrode 13 Perforationen 23, durch welche Ionen aus der Region 16 zur Feststellung durch einen außen positionierten Elektronenvervielfacher als Detektor 24 ausgeworfen werden können. Der Elektrometer 27 empfängt das Stromsignal, das dem Ausgang des Detektors 24 zugeordnet ist und wandelt es in ein Spannungssignal um, welches innerhalb der Schaltung 28 zur Verarbeitung innerhalb des Prozessors 29 aufsummiert und gespeichert wird.
Bei einer Variante des Gerätes nach Fig. 1 werden die Perforationen 23 fortgelassen und es wird stattdessen ein Detektor innerhalb der Falle angeordnet. Ein solcher innenliegender Detektor kann die Endelektroden der Falle selbst umfassen. Beispielsweise könnten eine oder beide Endelektroden aus phosphorisierendem Material aufgebaut sein oder solches teilweise enthalten, welches in Abhängigkeit vom Einfall von Ionen auf einer ihrer Oberflächen Photonen emitiert. In einer anderen Klasse von Ausführungsformen unterscheidet sich der Ionendetektor innerhalb der Falle von den Endelektroden, ist jedoch integral mit einer oder beiden verbunden (um so Ionen zu detektieren, welche an den Endelektroden auftreffen, ohne signifikante Verzerrungen in der Gestalt der Endelektrodenoberflächen einzuführen, welche dem Bereich 16 gegenüberstehen). Ein Beispiel dieser Art von Ionendetektor innerhalb der Falle besteht in einem Faradayeffekt-Detektor, in welchen ein elektrisch isolierter leitender Stift mit seiner Endfläche bündig zu der Oberfläche der Endelektrode montiert ist (vorzugsweise an einer Stelle entlang der Z-Achse in der Mitte der Endelektrode 13). Alternativ können weitere Arten von Ionendetektoren innerhalb der Falle Verwendung finden, beispielsweise Ionendetektoren, bei denen es nicht erforderlich ist, daß die Ionen direkt auf sie auftreffen, um detektiert zu werden. (Beispiele dieser letzteren Art von Detektor, die als "In-Situ-Detektor" bezeichnet werden, umfassen Feststellungseinrichtungen der Absorption von Resonanzleistung sowie Bildstromfeststellungseinrichtungen.
Das Ausgangssignal jedes Detektors innerhalb der Falle wird über geeignete Detektorelektroniken dem Prozessor 29 zugeleitet.
Ein zusätzliches Wechselstromsignal genügender Leistung kann an die Ringelektrode (und nicht an die Endelektroden) angelegt werden, um unerwünschte Ionen in radialen Richtungen (d. h. radial zu der Ringelektrode 11) durch Resonanzeffekt auszuwerfen und nicht in der Z-Richtung. Die Anlage eines zusätzlichen Signals hoher Leistung an die Falle in dieser Weise zum Auswerfen unerwünschter Ionen aus der Falle in radialen Richtungen vor der Detektion von Ionen unter Verwendung eines Detektors, der entlang der Z-Achse montiert ist, kann in signifikanter Weise die Betriebslebenszeit des Ionendetektors verlängern, indem die Sättigung des Detektors während der Anlage des zusätzlichen Signals vermieden wird.
Das Einfangfeld besitzt vorzugsweise eine Gleichstromkomponente, die so gewählt ist, daß das Einfangfeld sowohl eine Abschneidfrequenz bei hoher Frequenz und bei niedriger Frequenz aufweist und nicht in der Lage ist, Ionen mit einer Resonanzfrequenz unterhalb der Abschneidfrequenz niedriger Frequenz oder oberhalb der Abschneidfrequenz hoher Frequenz zu fangen. Die Anlage eines gefiltertes Rauschen- Signals (der mit Bezug auf Fig. 3 zu beschreibenden Art) an ein solches Einfangfeld ist funktionell äquivalent mit der Filterung der eingefangenen Ionen durch ein Kammnut- Bandpaßfilter mit solchen hohen und niedrigen Abschneidfrequenzen.
Die Steuerschaltung 31 erzeugt Steuersignale zur Steuerung des Generators 14 für die Grundspannung, der Heizfadensteuerschaltung 21 und des Generators 35 für zusätzliche Wechselspannung. Die Schaltung 31 sendet Steuersignale an die Schaltungen 14, 21 und 35 in Abhängigkeit von Befehlssignalen, wie vom Prozessor 29 empfangen, und sendet Daten an den Prozessor 29 in Abhängigkeit von Anforderungen dieses Prozessors 29.
Die Steuerschaltung 31 umfaßt vorzugsweise einen Digitalprozessor oder analoge Schaltungen der Art, die das Frequenzamplitudenspektrum jedes zusätzlichen Spannungssignals (und/oder gefilterten Rauschen-Signals) rasch erzeugen und steuern kann, der von dem Generator 35 für zusätzliche Wechselspannung (oder einen geeigneten digitalen Signalprozessor oder eine Analogschaltung, die innerhalb des Generators 35 implementiert werden kann) geltend gemacht werden kann. Ein für diese Zwecke geeigneter digitaler Prozessor kann aus kommerziell verfügbaren Modellen ausgewählt werden. Die Anwendung eines digitalen Signalprozessors ermöglicht die rasche Erzeugung einer Sequenz von zusätzlichen Spannungssignalen (und/oder gefiltertes Rauschen-Signalen) mit unterschiedlichen Frequenz-Amplitudenspektren (einschließlich solchen mit Bezug auf die Fig. 3 und 4 zu beschreibenden Spektren).
Eine erste bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird mit Bezug auf Fig. 2 beschrieben. Wie in Fig. 2 angedeutet, besteht der erste Schritt dieses Verfahrens (der während der Periode A vorkommt) darin, Ionen in einer Falle zu speichern. Dies kann dadurch ausgeführt werden, daß ein fundamentales Spannungssignal an die Falle (durch Aktivierung des Generators 14 der Fig. 1) angelegt wird, um ein Quadropoleinfangfeld zu errichten und indem ein ionisierender Elektronenstahl in den Ionenspeicherbereich 16 eingeführt wird. Alternativ können Ionen extern produziert und dann (typischerweise über Linsen) in den Speicherbereich 16 injiziert werden.
Das fundamentale Spannungssignal wird so gewählt, daß das Einfangfeld innerhalb des Bereiches 16 Ionen mit einem Masse- zu-Ladungs-Verhältnis innerhalb eines gewünschten Bereichs speichert.
Noch während des Schrittes A wird ein nutgefiltertes Breitbandsignal (in Fig. 2 als gefiltertes Rauschen-Signal bezeichnet) an die Falle angelegt, um aus der Speicherregion alle Ionen durch Resonanzwirkung auszuwerfen, die in der Speicherregion gebildet oder injiziert worden sind, außer dem oder den ausgewählten Ionen, die jeweils eine Resonanzfrequenz entsprechend der Nut des gefilterten Rausche-Signals aufweisen. Infolge dessen verbleiben nur die ausgewählten Ionen in dem kombinierten Feld gefangen, das in der Speicherregion durch das kombinierte nutgefilterte Breitbandsignal und das dreidimensionale Quadropoleinfangfeldsignal (das "kombinierte Signal") produziert wird. Vor dem Ende der Periode A wird der ionisierende in die Speicherregion hinein erstreckende Elektronenstrahl abgeschaltet.
Während des Schrittes B wird dann das kombinierte Signal geändert, um die eingefangenen Ionen nacheinander zu erregen, wobei die aufeinander folgende Feststellung von erregten eingefangenen Ionen ermöglicht wird. Beispielsweise kann die Amplitude des fundamentalen Spannungssignals (d. h. die Amplitude einer Wechselspannungs- oder Gleichspannungskomponente oder beider solcher Komponenten) eine Anstiegsflanke aufweisen (wie in dem oberen Schrieb der Fig. 2 angedeutet), um eingefangene Ionen sequentiell zur Detektion zu erregen. Die eingefangenen Ionen können in nicht aufeinander folgender Reihenfolge des Masse zu Ladungs-Verhältnisses erregt werden (beispielsweise durch Ausführung einer der in der US-A 5 173 604 erläuterten Technik) oder in aufeinander folgender Reihenfolge des Masse-zu-Ladungs-Verhältnisses (wie in der Ausführungsform nach Fig. 2). Durch Änderung der Parameter des kombinierten Feldes (d. h. durch Änderung einer oder mehrerer Komponenten von Frequenz oder Amplitude des Wechselstromanteils des fundamentalen Spannungssignals oder der Amplitude des Gleichspannungsanteils des fundamentalen Spannungssignals) wird die Frequenz entsprechend geändert, bei der sich die gefangenen Ionen in dem Einfangfeld bewegen und die Frequenzen von unterschiedlich eingefangenen Ionen können dazu gebracht werden, mit einer Frequenz einer Frequenzkomponente des gefilterten Rauschen-Signals übereinzustimmen.
Während der Periode A oder der Periode B (oder beiden) kann eine zusätzliche Wechselstromspannung (mit unterschiedlicher Frequenz zu der der RF-Komponente der fundamentalen Spannung) zusammen mit dem fundamentalen Spannungssignal angelegt werden. In diesem Fall können während der Periode B die kombinierten Feldparameter geändert werden, indem ein oder mehrere Komponenten der Frequenz oder der Amplitude des Wechselstromanteils der fundamentalen Spannung oder der zusätzlichen Wechselstromspannung geändert werden, oder die Amplitude des Gleichspannungsanteils der fundamentalen Spannung wird geändert.
In den bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung kann das angelegte gefilterte Rauschen-Signal das Frequenz- Amplitudenspektrum des Signals der Fig. 3 oder 4 aufweisen.
Das gefilterte Rauschen-Signal der Fig. 3 ist zur Anwendung in dem Fall gedacht, daß die RF-Komponente des fundamentalen Spannungssignals, das an die Ringelektrode 11 während des Schrittes A angelegt wird, eine Frequenz von 1.0 MHz aufweist, wenn das fundamentale Spannungssignal keine optimale Gleichstromkomponente aufweist (beispielsweise keine Gleichspannungskomponente überhaupt). Der Ausdruck "optimale Gleichstromkomponente" wird nachfolgend erläutert. Wie in Fig. 3 angedeutet, erstreckt sich die Bandbreite des gefilterten Rauschen-Signals der Fig. 3 von ungefähr 10 kHz zu ungefähr 500 kHz für achsiale Resonanz und von ungefähr 10 kHz zu ungefähr 175 kHz für radiale Resonanz (Komponenten der zunnehmenden Frequenz entsprechen Ionen von abnehmendem Massezu-Ladungs-Verhältnis). Es gibt eine Nut (mit einer Breite von ungefähr 1 kHz) in dem gefilterten Rauschen-Signal bei einer Frequenz (zwischen 10 kHz und 500 kHz) entsprechend der achsialen Resonanzfrequenz eines speziellen in der Falle zu speichernden Ions.
Alternativ kann das gefilterte Rauschen-Signal eine Nut aufweisen, die der radialen Resonanzfrequenz eines in der Falle zu speichernden Ions von Interesse entspricht. Dies ist in einer Klasse von Ausführungsformen nützlich, in welcher das gefilterte Rauschen-Signal an die Ringelektrode der Quadropolionenfalle angelegt wird und nicht an die Endelektroden einer solchen Falle. Ebenfalls kann alternativ das gefilterte Rauschen-Signal zwei oder mehrere Nuten aufweisen, die jeweilig der Resonanzfrequenz (achsial oder radial) eines unterschiedlichen in der Falle zu speichernden Ions entsprechen.
Die Charakteristiken des gefilterten Rauschen-Signals, angelegt während der Periode A, können unterschiedlich zu dem gefilterten Rauschen-Signal angelegt während der Periode B sein.
Das gefilterte Rauschen-Signal der Fig. 4 ist auch zur Anwendung in dem Falle gedacht, daß die RF-Komponente des fundamentalen Spannungssignals, das an die Ringelektrode 11 während des Schritts A angelegt wird, eine Frequenz von 1,0 MHz aufweist. Wie in Fig. 4 angedeutet, erstreckt sich die Bandbreite des gefilterten Rauschen-Signals der Fig. 4 von ungefähr 10 kHz auf ungefähr 500 kHz für achsiale Resonanz. Es gibt eine bereite Nut (mit einer Breite von ungefähr 225 kHz) in dem gefilterten Rauschen-Signal beim Frequenzbereich zwischen 25 kHz und 250 kHz. Da die Nut einen breiten Frequenzbereich überspannt, ist das Signal der Fig. 4 geeignet, verschiedene Arten von Ionen einzufangen, die Resonanzfrequenzen in einem breiten Frequenzband aufweisen.
In der Einfangregion 16 während der Periode A produzierte oder injizierte Ionen, die eine Resonanzfrequenz innerhalb des Frequenzbereichs einer Nut des gefilterten Rauschen-Signals aufweisen, verbleiben in der Falle am Ende der Periode A (weil sie nicht infolge Resonanz aus der Falle durch das gefilterte Rauschen-Signal herausgetrieben werden), vorausgesetzt, daß ihre Masse-zu-Ladungs-Verhältnisse innerhalb des Bereichs liegen, der durch das von dem fundamentalen Spannungssignal während der Periode A erzeugte Einfangfeld stabil eingefangen werden kann. Durch Anlage geeigneter gefilterter Rauschen- und fundamentaler Spannungssignale können Ionen entweder in einem kontinuierlichen Bereich oder in einem oder mehreren nicht kontinuierlichen Bereichen des Masse-zu-Ladungs-Verhältnisses während der Periode eingefangen gehalten werden.
Um gemäß der Erfindung (MS)n-Massenanalyse durchzuführen, weist das gefilterte Rauschen-Signal eine Nut bei der Resonanzfrequenz (oder den Resonanzfrequenzen) jedes zu dissoziierende Elternion auf. Um gemäß der Erfindung die CI- Analyse durchzuführen, weist in ähnlicher Weise das gefilterte Rauschen-Signal eine Nut auf, die bei der Resonanzfrequenz oder -frequenzen bei jedem einzufangenden Reagenzion oder dessen Vorläufer liegen.
Im Falle daß das fundamentale Spannungssignal eine optimale Gleichspannungskomponente aufweist (d. h. eine Gleichspannungskomponente, die so gewählt ist, daß sowohl eine erwünschte Abschneidfrequenz niedriger Frequenz als auch eine Abschneidfrequenz hoher Frequenz für das Einfangfeld errichtet wird) kann ein gefiltertes Rauschen-Signal mit einer schmäleren Bandbreite als das in Fig. 3 gezeigte verwendet werden. Ein solches gefilterte Rauschen-Signal schmälerer Bandbreite ist passend (unter der Annahme, daß eine optimale Gleichspannungskomponente angelegt wird), da Ionen mit einem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis oberhalb des maximalen Masse-zu- Ladungs-Verhältnis, welches der niedrigen Abschneidfrequenz entspricht, keine stabilen Flugbahnen innerhalb der Einfangregion aufweisen und deshalb die Falle verlassen, selbst ohne Anlage jeglichen gefilterten Rauschen-Signals. Ein gefiltertes Rauschen-Signal mit einer minimalen Frequenzkomponente im wesentlichen oberhalb 10 kHz (beispielsweise 100 kHz) ist typischerweise geeignet, unerwünschte Elternionen aus der Falle durch Resonanz auszutreiben, wenn das fundamentale Spannungssignal eine optimale Gleichspannungskomponente aufweist.
Abänderungen des Verfahrens der Fig. 2 umfassen die Schritte der Integration des detektierten Targetionensignals und Verarbeitung des integrierten Targetionensignals (in einer an sich bekannten Art und Weise), um eine oder mehrere Optimierungsparameter zu bestimmen, beispielsweise eine optimale Ionisationszeit oder sowohl eine optimale Ionisationszeit und ein optimaler Ionisationsstrom wie zur Speicherung einer optimalen Anzahl (beispielsweise optimaler Dichte) von Targetionen (während der Periode A), um die Empfindlichkeit des Systems während der Targetionendetektion zu maximieren. Die Anlage der Optimierungsparameter während eines nachfolgenden Speicherschrittes für das Targetion (Periode A) sollte idealerweise in der Speicherung von gerade genug Targetionen führen, um die Empfindlichkeit des Systems während einer Targetionendetektionoperation zu maximieren. Das Verfahren könnte auch für unbekannte Analyse benutzt werden, indem Ionen in einem Bereich (oder Bereichen) von Masse-zu- Ladungs-Verhältnissen durch Resonanz (zur Detektion) ausgetrieben werden, und zwar vor dem Masseanalyseteil des Experiments (Periode B). Die Maximierungstechnik für Sensibilität wie hier beschrieben, kann in einer Vielzahl von Zusammenhängen angewendet werden. Beispielsweise kann es als ein vorläufiges Verfahren am Beginn einer (MS)n- oder einer CI- oder einer kombinierten CI/(MS)n-Massespektrometrieoperation) eingesetzt werden.
In anderen Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Masseanalyse während der Periode B unter Verwendung der Summenresonanzabtastung oder der massenselektiven Instabilitätabtastung ausgeführt. Die während der Periode B erregten Ionen können entweder durch einen Detektor festgestellt werden, der außerhalb der Falle montiert ist, oder durch einen Detektor innerhalb der Falle.
In zusätzlichen Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die fundamentale Einfangspannug ein vielpoliges Einfangfeld höherer Ordnung als Quadropol (beispielsweise Hexapol oder Octapol) errichten oder ein inharmonisches Einfangfeld (anstelle eines harmonischen Einfangfeldes). Das gefilterte Rauschen-Signal kann an eine oder beide der Endelektroden einer Quadropolfalle angelegt werden oder an die Ringelektrode einer Quadropolfalle oder an eine Kombination solcher Elektroden. Die Massenauflösung kann durch Steuerung der Änderungsrate der kombinierten Feldparameter während des Masseananlyeschrittes (während Periode B) oder während des Einfangschrittes (während der Periode A) oder während beiden gesteuert werden.
Es können eine einzelne Ionenspezies von Interesse oder viele Ionenspezies von Interesse während der Periode A oder während der Massenanalyse während der Periode B gefangen werden.
Eine alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nachfolgend mit Bezug auf Fig. 5 beschrieben. Wie dort angedeutet, besteht der erste Schritt dieses Verfahrens (welches während der Periode A vorkommt) in der Speicherung von Ionen in einer Falle. Dies kann durch Anlage eines fundamentalen Spannungssignals an die Falle (durch Aktivierung des Generators 14 der Fig. 1) ausgeführt werden, um ein Quadropoleinfangfeld zu errichten, und indem ein ionisierender Elektronenstrahl in die Ionenspeicherregion 16 eingeführt wird. Alternativ können Ionen extern produziert und dann (typischerweise über Linsen) in die Speicherregion 16 injiziert werden.
Das fundamentale Spannungssignal kann eine RF-Komponente oder sowohl eine RF-Komponente und eine Gleichspannungskomponente aufweisen und wird so gewählt, daß das Einfangfeld (innerhalb des Bereichs 16) Ionen mit einem Massen-zu-Ladungs-Verhältnis innerhalb eines erwünschten Bereichs speichert.
Noch während des Schrittes A wird ein nutgefiltertes Breitbandsignal (in Fig. 5 als gefiltertes Rauschen-Signal bezeichnet) an die Falle angelegt, um aus dem Speicherbereich alle Ionen durch Resonanzwirkung auszutreiben, die in dem Speicherbereich gebildet oder injiziert worden sind, außer der einen Spezies von Ionen oder den mehreren ausgewählten Ionen, die eine Resonanzfrequenz entsprechend einer Nut des gefilterten Rauschen-Signals aufweisen. Infolgedessen verbleiben nur die ausgewählten Ionen in dem kombinierten Feld eingefangen, das in dem Speicherbereich von dem kombinierten nutgefilterten Breitbandsignal und dem dreidimensionalen Quadropoleinfangfeldsignal (dem "kombinierten Signal") produziert worden sind. Vor dem Ende der Periode A wird ein eventuell vorhandener ionisierender Elektronenstrahl, der sich in den Speicherbereich erstreckt, abgeschaltet.
Am Ende der Periode A in dem Verfahren nach Fig. 5 wird das gefilterte Rauschen-Signal abgeschaltet.
Während des Schrittes B wird daraufhin das fundamentale Spannungssignal geändert, um die eingefangenen Ionen sequentiell zu erregen, wobei die aufeinanderfolgende Detektion der erregten eingefangenen Ionen ermöglicht wird. Wie in Fig. 5, zweiter Schrieb von oben, angedeutet, kann die Amplitude einer Gleichspannungskomponente des fundamentalen Spannungssignals als Rampe verlaufen, um eingefangene Ionen sequentiell zur Detektion zu erregen. Alternativ kann die Amplitude einer Wechselspannungskomponente des fundamentalen Spannungssignals oder sowohl die Wechselspannungs- als auch Gleichspannungskomponenten des fundamentalen Gleichsspannungssignals rampenförmig ausgebildet werden, um gefangene Ionen sequentiell zur Feststellung zu erregen. Die gefangenen Ionen können in nicht aufeinanderfolgender Reihenfolge des Masse-zu-Ladungs-Verhältnisses erregt werden (beispielsweise durch Ausführung der in US-A 5 173 604 erläuterten Techniken) oder in aufeinanderfolgender Reihenfolge des Masse-zu-Ladungs-Verhältnisses (wie im Ausführungsbeispiel der Fig. 5).
Durch Änderung einer oder mehrerer Parameter des fundamentalen Einfangfeldsignals (beispielsweise durch Änderung einer oder mehrerer Einflußgrößen wie Frequenz oder Amplitude der Wechselspannungskomponente des fundamentalen Spannungssignals oder Amplitude der Gleichspannungskomponente der fundamentalen Spannung) kann eine massenselektive Instabilitätsabtastung während der Periode B durchgeführt werden, um verschiedene eingefangene Ionen sequentiell auszutreiben.
Während der Periode A oder der Periode B (oder beiden) der Ausführungsform nach Fig. 5 kann eine zusätzliche Wechselspannung (mit einer Frequenz unterschiedlich zu der RF- Komponente der fundamentalen Spannung) zusammen mit dem fundamentalen Spannungssignal angelegt werden. Während der Periode B können in diesem Fall die kombinierten Feldparameter geändert werden, indem eine oder mehrere Einflußgrößen, wie Frequenz oder Amplitude der Wechselspannungskomponente der fundamentalen Spannung oder der supplementären Wechselspannung oder Amplitude der Gleichspannungskomponente der fundamentalen Spannung geändert werden. In den Varianten der Ausführungsformen nach Fig. 2 oder Fig. 5 wird nach Periode A mindestens ein zusätzliches Wechselspannungssignal hoher Leistung (mit einer hohen Leistung in dem Sinne, daß die Amplitude genügend groß ist, ein ausgewähltes Ion in einem Ausmaß zur Resonanz zu bringen, um die Feststellung des Ions zu ermöglichen) an die Einfangelektroden angelegt und mindestens ein zusätzliches Wechselstromsignal niedriger Leistung (mit niedriger Leistung in dem Sinne, daß die Amplitude ausreicht, Dissoziation eines ausgewählten Ions zu injizieren, aber ungenügend ist, das Ion bis zu einem Ausmaß zur Resonanz zu bringen, um es feststellen zu können) wird ebenfalls an die Einfangelektroden angelegt. Jede Frequenz jedes zusätzlichen Wechselspannungssignals wird so gewählt, daß es einer Resonanzfrequenz eines Ions mit einem gewünschten Masse-zu- Ladungs-Verhältnis gleichkommt. Jedes zusätzliche Spannungssignal niedriger Leistung wird zu Zwecken der Dissoziation spezifischer Ionen (d. h. Elternionen) innerhalb der Falle angelegt und jedes zusätzliche Spannungssignal hoher Leistung wird angelegt, um Produkte des Dissoziationsprozesses (d. h. Tochterionen) für die Detektion zur Resonanz zu bringen.
In weiteren Varianten der Ausführungsformen der Fig. 2 oder Fig. 5 wird Kollisionsgas in den Bereich der Falle während der Periode A eingeführt, um die Massenauflösung und/oder Empfindlichkeit der Masseanalyseoperation, wie während der Periode B ausgeführt, zu verbessern oder um die Speicherwirksamkeit zu verbessern. Das Kollisionsgas wird typischereise bei einem Druck im Bereich von ungefähr 1,3 · 10&supmin;³ bis 1,3 Pa (0,00001 bis 0,01 Torr) (oder selbst mit höherem Druck) eingeführt.
Zahlreiche andere Modifikationen und Varianten des beschriebenen Verfahrens der Erfindung werden dem Fachmann ersichtlich sein, ohne von dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.

Claims

1. Massenspektrometrieverfahren, mit folgenden Schritten:

(a) Ionen werden in eine durch einen Satz von Elektroden bestimmte Einfangregion eingeführt, während ein kombiniertes Signal zumindestens einem Untersatz der Elektroden zugeführt wird, wobei ein kombiniertes Feld errichtet wird, das in der Lage ist, eine oder mehrere ausgewählte Ionen in der Einfangregion einzuschließen und andere, nicht ausgewählte Ionen aus der Einfangregion auszuwerfen, wobei das kombinierte Signal ein Einfang-Spannungssignal und ein mit Kammnute versehenes Breitbandsignal umfaßt;

(b) nach Schritt (a) werden eine oder mehrere Parameter des kombinierten Signals geändert, um einzelne ausgewählte Ionen nacheinander zwecks Nachweis zu erregen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, worin das Einfang-Spannungssignal ein dreidimensionales Quadropoleinfangfeld in der Einfangregion errichtet.

3. Verfahren nach Anspruch 1, worin das Einfang-Spannungssignal ein Hexapol-Einfangfeld in der Einfangregion errichtet.

4. Verfahren nach Anspruch 1, worin das Einfang-Spannungssignal ein Oktapol-Einfangfeld in der Einfangregion errichtet.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin die Elektroden eine Ringelektrode und zwei Endelektroden umfassen.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, worin der Schritt (b) den Schritt der Änderung einer Amplitude und/oder einer Frequenz einer Komponente des Einfang- Spannungssignals enthält.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, worin das Einfang-Spannungssignal eine Radiofrequenzkomponente aufweist und der Schritt (b) den Schritt der Änderung einer Amplitude und/oder der Frequenz der Radiofrequenzkomponente umfaßt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, worin das Einfang-Spannungssignal eine Radiofrequenzkomponente und eine Gleichspannungskomponente aufweist und der Schritt (b) den Schritt der Änderung einer Amplitude der Gleichspannungskomponente umfaßt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, worin der Schritt (b) den Schritt des In-Resonanz-Bringens der einzelnen ausgewählten Ionen auf ein Ausmaß umfaßt, wie es für den Nachweis durch einen Detektor in der Ionenfalle ausreicht.

10. Verfahren nach Anspruch 9, worin der Schritt (b) den Schritt der Feststellung der ausgewählten Ionen umfaßt, wobei ein In-Situ-Detektor benutzt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, worin der Schritt (b) den Schritt der Erregung der einzelnen ausgewählten Ionen auf ein Ausmaß umfaßt, das für den Auswurf aus der Einfangregion zum Nachweis außerhalb der Einfangregion ausreichend ist.

12. Verfahren nach einem der Anspruche 1 bis 11, worin das mit Kammnuten versehene Breitbandsignal eine einzelne Nut aufweist.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, worin die Kammnut eine Frequenzbandbreite im wesentlichen gleich 1 Kilohertz aufweist.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, worin die Kammnut eine Freguenzbandbreite im wesentlichen größer als 15 Kilohertz aufweist.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, worin die Kammnut eine Frequenzbandbreite im wesentlichen gleich 225 Kilohertz aufweist.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, worin das Breitbandsignal mit Kammnut Frequenzkomponenten im Bereich von ungefähr 10 Kilohertz bis ungefähr 195 Kilohertz aufweist und worin das Breitbandsignal mit Kammnut an die Ringelektrode angelegt wird, um die Ionen, außer den ausgewählten Ionen, durch Resonanzwirkung aus der Einfangregion in radiale Richtungen zu der Ringelektrode zu treiben.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, worin das Breitbandsignal mit Kammnut Frequenzkomponenten im Bereich von ungefähr 10 Kilohertz bis ungefähr 500 Kilohertz aufweist und worin das Breitbandsignal mit Kammnut an die Endelektroden angelegt wird.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, worin der Schritt (b) den Schritt der Ausführung einer hinsichtlich Massen selektiven Instabilitäts-Abtastung umfaßt, um die ausgewählten Ionen zwecks Nachweis zu erregen.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, worin der Schritt (b) den Schritt der Änderung einer oder mehrerer Parameter des Breitbandsignals mit Kammnut umfaßt, um die ausgewählten Ionen zwecks Nachweis nacheinander zu erregen.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, worin der Schritt (a) den Schritt der Einführung von Kollisionsgas in die Einfangregion in solcher Weise umfaßt, daß die Massenauflösung und/oder die Nachweisempfindlichkeit während des Schritts (b) verbessert werden.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, worin der Schritt (a) den Schritt der Einführung von Kollisionsgas in die Einfangregion in solcher Weise umfaßt, daß die Wirksamkeit der Ionenspeicherung verbessert wird.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, worin das kombinierte Signal auch ein zusätzliches Wechselstromsignal umfaßt.

23. Verfahren nach Anspruch 1, worin der Schritt (b) den Schritt der Beendigung der Anlage des Breitbandsignals mit Kammnut und die Änderung einer oder mehrerer Parameter des Einfang-Spannungssignals umfaßt, um die ausgewählten Ionen zwecks Nachweis nacheinander zu erregen.

24. Verfahren nach Anspruch 23, worin das Einfang-Spannungssignal ein dreidimensionales Quadropoleinfangfeld in der Einfangregion während des Schritts (b) errichtet.

25. Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, worin der Schritt (b) den Schritt der Durchführung einer hinsichtlich Massen selektiven Instabilitäts-Abtastung umfaßt, um die ausgewählten Ionen zwecks Nachweis nacheinander zu erregen.

26. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 25, worin das Einfang-Spannungssignal eine Radiofrequenzkomponente und eine Gleichspannungskomponente aufweist und der Schritt (b) den Schritt der Änderung einer Amplitude der Gleichspannungskomponente umfaßt.

27. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 26, worin das kombinierte Feld in der Lage ist, Primärionen und Sekundärionen zu fangen und worin der Schritt (b) folgende Schritte umfaßt:

(c) ein zusätzliches Wechselstromsignal kleiner Leistung wird den Elektroden zugeführt, um eine Dissoziation der ersten eingefangenen Primärionen zu induzieren, wobei das zusätzliche Wechselstromsignal kleiner Leistung eine erste Frequenz aufweist, die einer Resonanzfrequenz des ersten eingefangenen Primärions gleichkommt;

(d) nach Schritt (c) wird ein zusätzliches Wechselstromsignal höherer Leistung den Elektroden zugeführt, um ein erstes Sekundärion in einem Maß auf Resonanz zu bringen, daß der Nachweis des ersten Sekundärions ermöglicht wird, wobei das zusätzliche Wechselstromsignal hoher Leistung eine zweite Frequenz aufweist, die einer Resonanzfrequenz des ersten Sekundärions gleichkommt;

(e) nach Schritt (d) wird ein zweites zusätzliches Wechselstromsignal niedriger Leistung an die Elektroden angelegt, um die Dissoziation eines zweiten eingefangenen Primärions zu induzieren, wobei das zweite zusätzliche Wechselstromsignal niedriger Leistung eine dritte Frequenz aufweist, die einer Resonanzfrequenz des zweiten eingefangenen Primärions gleichkommt und

(f) nach Schritt (e) wird ein zweites zusätzliches Wechselstromsignal hoher Leistung an die Elektroden angelegt, um ein zweites Sekundärion auf ein Ausmaß in Resonanz zu versetzen, das den Nachweis des zweiten Sekundärions ermöglicht, wobei das zweite zusätzliche Wechselstromsignal hoher Leistung eine vierte Frequenz aufweist, die einer Resonanzfrequenz des zweiten sekundären Ions gleichkommt.

28. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 26, worin das kombinierte Feld in der Lage ist, Primärionen und Sekundärionen einzufangen und worin der Schritt (b) folgende Schritte umfaßt:

ein zusätzliches Wechselstromsignal hoher Leistung wird an die Elektroden angelegt, um erste Ionen mit einem ersten Masse-zu-Ladungs-Verhältnis in einem Ausmaß in Resonanz zu versetzen, daß der Nachweis der ersten Ionen möglich wird;

dann wird ein zusätzliches Wechselstromsignal niedriger Leistung an die Elektroden angelegt, um die Dissoziation von ersten Primärionen zu induzieren und erste Sekundärionen zu erzeugen, worin das zusätzliche Wechselstromsignal niedriger Leistung eine erste Frequenz aufweist, die einer Resonanzfrequenz der ersten Primärionen gleichkommt und worin die ersten Sekundärionen ein erstes Masse-zu-Ladungs-Verhältnis aufweisen;

ein zweites zusätzliches Wechselstromsignal hoher Leistung wird dann an die Elektroden angelegt, um die ersten Sekundärionen auf ein Ausmaß in Resonanz zu versetzen, daß der Nachweis der ersten Sekundärionen möglich wird, worin das zweite zusätzliche Wechselstromsignal hoher Leistung eine zweite Frequenz aufweist, die einer Resonanzfrequenz der ersten Sekundärionen gleichkommt.

29. Verfahren nach Anspruch 28, worin das erste Primärion ein Molekulargewicht gleich P aufweist und die ersten Ionen und die ersten Sekundärionen ein Molekulargewicht gleich P - N aufweisen, worin N eine neutrale Verlustmasse darstellt.