DE69333589T2

DE69333589T2 - Verfahren zum Betreiben eines Ionenfallen-Massenspektrometers

Info

Publication number: DE69333589T2
Application number: DE1993633589
Authority: DE
Inventors: Gregory J. Wells; Mingda Wang
Original assignee: Varian Inc
Current assignee: Varian Inc
Priority date: 1992-05-29
Filing date: 1993-05-28
Publication date: 2005-02-03
Anticipated expiration: 2013-05-29
Also published as: DE69328979D1; JPH0696727A; DE69328979T2; JP3444429B2; JP2004004082A; DE69321165D1; EP0575777A2; DE69333589D1; EP0575777A3; CA2097211A1; EP0575777B1; DE69321165T2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Verwendung von Ionenfallen-Massenspektrometern ("Ionenfallen") durch Anlegen von zusätzlichen Spannungen an die Falle und betrifft insbesondere Verfahren zum Betreiben von Ionenfallen im chemischen Ionisationsmodus und zum Durchführen von Spektroskopie-Experimenten mit mehreren Massen ("MSⁿ") .
Die Quadrupol-Ionenfalle, die manchmal als Ionenspeicher- oder Ionenfallen-Detektor bezeichnet wird, ist eine gut bekannte Vorrichtung zum Ausführen der Massenspektroskopie. Eine Ionenfalle umfasst eine Ringelektrode und zwei koaxiale Endkappenelektroden, die ein inneres Einfangvolumen festlegen. Jede der Elektroden weist vorzugsweise eine hyperbolische Oberfläche auf, so dass, wenn geeignete Wechsel- und Gleichspannungen (üblicherweise mit "V" bzw. "U" bezeichnet) an die Elektroden angelegt werden, ein Quadrupol-Einfangfeld erzeugt wird. Dies kann durch Anlegen einer Wechselspannung mit konstanter Frequenz (üblicherweise mit "f" bezeichnet) zwischen der Ringelektrode und den Endkappen einfach ausgeführt werden. Die Verwendung einer zusätzlichen Gleichspannung ist freigestellt.
Typischerweise wird eine Ionenfalle durch Einleiten von Probenmolekülen in die Ionenfalle, wo sie ionisiert werden, betrieben. In Abhängigkeit von den Einfang-Betriebsparametern können die Ionen für relativ lange Zeiträume stabil in der Falle eingeschlossen werden. Unter bestimmten Einfangbedingungen kann ein großer Bereich von Massen gleichzeitig in der Falle gehalten werden. Es sind verschiedene Mittel zum Erfassen der Ionen, die so eingefangen wurden, bekannt. Ein bekanntes Verfahren besteht darin, einen oder mehrere der Einfangparameter so zu scannen, dass die Ionen nacheinander instabil werden und die Falle verlassen, wobei sie unter Verwendung eines Elektronenvervielfachers oder eines äquivalenten Detektors erfasst werden können. Ein anderes Verfahren ist die Verwendung eines Resonanz-Ausston-Verfahrens, bei dem Ionen mit fortlaufenden Massen nacheinander durch Scannen aus der Falle ausgestoßen und erfasst werden können.
Die mathematischen Grundlagen des Einfangfeldes sind gut entwickelt, obwohl sie komplex sind. Anwender von Ionenfallen sind im Allgemeinen mit dem in 1 abgebildeten Stabilitäts-Hüllkurvendiagramm vertraut. Ob ein Ion mit einem Verhältnis von Masse zu Ladung (m/e) eingefangen wird, hängt für eine Falle mit einem bestimmten Radius r₀ und für bestimmte Werte von U, V und f von der Lösung für die folgenden zwei Gleichungen ab:
wobei ω gleich 2πf ist.
Die Auflösung dieser Gleichungen ergibt Werte von a und q für vorgegebenes m/e. Wenn für ein bestimmtes Ion der Punkt (a,q) innerhalb der Stabilitätshüllkurve von 1 liegt, wird das Ion durch das Quadrupolfeld eingefangen. wenn der Punkt (a,q) außerhalb die Stabilitätshüllkurve fällt, wird das Ion nicht eingefangen und beliebige derartige Ionen, die in der Falle erzeugt werden, entfernen sich schnell. Es folgt, dass man durch Ändern der Werte von U, V oder f steuern kann, ob ein Ion mit einer bestimmten Masse in dem Quadrupolfeld eingefangen wird. Man sollte beachten, dass es auf dem Gebiet üblich ist, die Bezeichnungen Masse und Verhältnis von Masse zu Ladung austauschbar zu verwenden. Genau genommen ist es jedoch zweckmäßig, die Bezeichnung Verhältnis von Masse zu Ladung zu verwenden.
Beim Fehlen einer Gleichspannung beziehen sich die dargelegten Gleichungen eigentlich auf die Stabilität in Richtung der z-Achse, d.h. in Richtung der Achse der Elektroden. Die Ionen werden in dieser Richtung instabil, bevor sie in r-Richtung, d.h. in einer zur Achse radialen Richtung, instabil werden. Somit ist es üblich, die Betrachtung der Stabilität auf die Stabilität in z-Richtung zu beschränken. Das Differential in der Stabilität führt zu der Tatsache, dass instabile Ionen die Falle in z-Richtung, d.h. axial, verlassen.
In kommerziell erhältlichen Ausführungen der Ionenfalle wird die Gleichspannung U auf 0 eingestellt. Wie man aus der ersten der obigen Gleichungen sehen kann, folgt, wenn U = 0, a_z = 0 für alle Massenzahlen. Wie man aus der zweiten der obigen Gleichungen sehen kann, ist der Wert von q_z umgekehrt proportional zur Masse des Teilchens, d.h., je größer der Wert der Masse ist, desto niedriger ist der Wert von q_z. Ebenso gilt, je höher der Wert von V ist, desto höher ist der Wert von q_z. Wenn man sich der Stabilitätshüllkurve von 1 zuwendet, kann man auch sehen, dass für den Fall, in dem U = 0 ist, und für einen vorgegebenen Wert von V alle Massen oberhalb eines bestimmten Grenzwerts in dem Quadrupolfeld eingefangen werden. Obwohl alle Massen oberhalb eines Grenzwerts in einem solchen Einfangfeld stabil sind, gibt es aufgrund von Raumladungseffekten Grenzen für die Menge an Ionen mit einer bestimmten Massenzahl, die eingefangen werden. Wie nachstehend erörtert, sind solche Mengenbeschränkungen auch eine Funktion der Größe von V.
Es sind verschiedene Verfahren zur Ionisation von Probenmolekülen in der Ionenfalle bekannt. Das üblichste Verfahren besteht vielleicht darin, die Probe einem Elektronenstrahl auszusetzen. Der Stoß der Elektronen mit den Probenmolekülen bewirkt, dass sie ionisiert werden. Dieses Verfahren wird üblicherweise als Elektronenstoß-Ionisation oder "EI" bezeichnet.
Ein weiteres üblicherweise verwendetes Verfahren zur Ionisation einer Probe mit einer Ionenfalle ist die chemische Ionisation oder "CI". Die chemische Ionisation umfasst die Verwendung eines Reagenzgases, das ionisiert wird, nämlich gewöhnlich durch EI in der Falle, und dem ermöglicht wird, zur Erzeugung von Probenionen mit Probenmolekülen zu reagieren. Üblicherweise verwendete Reagenzgase umfassen Methan, Isobutan und Ammoniak. Die chemische Ionisation wird als "sanfteres" Ionisationsverfahren betrachtet. Bei vielen Proben erzeugt die CI weniger Innenfragmente als das EI-Verfahren, wodurch die Massenanalyse vereinfacht wird. Die chemische Ionisation ist ein gut bekanntes Verfahren, das nicht nur bei Quadrupol-Ionenfallen, sondern auch bei den meisten anderen herkömmlichen Arten von Massenspektrometern, wie z.B. Quadrupol-Massenfiltern usw., gewohnheitsmäßig verwendet wird.
Weitere, speziellere Verfahren zur Ionisation sind bei der Massenspektroskopie ebenfalls in Gebrauch. Photoionisation ist z.B. ein gut bekanntes Verfahren, das ähnlich der Elektronenstoß-Ionisation auf alle in der Falle enthaltenen Moleküle einwirkt.
Die meisten Ionenfallen-Massenspektrometer-Systeme, die heute in Gebrauch sind, umfassen einen Gaschromatographen ("GC") als Vorrichtung zur Probentrennung und -einleitung. Wenn für diesen Zweck ein GC verwendet wird, strömt die Probe, die aus dem GC eluiert, kontinuierlich in das Massenspektrometer, das zur Ausführung von periodischen Massenanalysen eingestellt ist. Solche Analysen können typischerweise mit einer Frequenz von etwa einem Scan pro Sekunde ausgeführt werden. Diese Frequenz ist akzeptabel, da Maxima typischerweise über einen Zeitraum von einigen Sekunden bis vielen zig Sekunden aus einem modernen GC mit hoher Auflösung eluieren. Wenn in einem solchen System CI-Experimente durchgeführt werden, wird ein kontinuierlicher Strom von Reagenzgas aufrechterhalten. Aus praktischen Gründen ist es unerwünscht, den Strom des Probengases aus dem GC zur Ionenfalle zu unterbrechen. Wenn sowohl CI- als auch EI-Experimente an einem Probenstrom durchgeführt werden, ist es ebenso unerwünscht, den Strom des Reagenzgases zur Ionenfalle zu unterbrechen.
Bei der Ausführung von CI ist es erforderlich, ein Reagenzgas zu ionisieren, das dann mit dem Probengas chemisch reagiert und dieses ionisiert. Wie angemerkt, ist die Elektronenstoß-Ionisation in der Ionenfalle das bevorzugte Verfahren zur Ionisation des Reagenzgases. Wenn jedoch die Probe in der Ionenfalle vorhanden ist, wenn der Elektronenstrahl eingeschaltet wird, um das Reagenzgas zu ionisieren, wird die Probe ebenfalls der EI unterzogen. Wie vorstehend angemerkt, ist es, wenn Chromatographie zur Trennung einer Probe verwendet wird, bevor sie in die Ionenfalle eingeleitet wird, unzweckmäßig, den Strom des Probengases zu unterbrechen. Folglich gibt es keine praktische Möglichkeit, das Reagenzgas zu ionisieren, ohne auch die Probe zu ionisieren. Wenn nicht Maßnahmen zur Abhilfe getroffen werden, werden somit die Probenionen sowohl durch CI als auch EI erzeugt, was zu möglicherweise wirren Ergebnissen führt.
Die Lösung des Standes der Technik für dieses Problem ist im US-Pat. Nr. 4 686 367 mit dem Titel Method of Operating Quadrupole Ion Trap Chemical Ionization Mass Spectrometer, am 11. August 1987 Louris et al. erteilt, beschrieben. Das Verfahren des '367-Patents versucht, die Wirkungen der EI auf die Probe durch Minimieren der Anzahl an Probenionen, die von der Ionenfalle eingefangen werden, während das Reagenzgas ionisiert wird, zu minimieren. Das Verfahren, das gelehrt wird, um dies durchzuführen, besteht darin, während dem EI-Schritt einen niedrigen Wert von v an die Falle anzulegen, so dass die Reagenzionen mit geringer Masse eingefangen werden, jedoch die Anzahl an Ionen mit hoher Masse klein ist. Mit den Worten des Patents, "bei hinreichend niedrigen RF-Werten [d.h. Werten von V] werden Ionen mit hohem Molekulargewicht nicht wirksam eingefangen. Somit werden bei niedrigen RF-Spannungen nur die Ionen mit geringer Masse gespeichert." (Spalte 5, Zeilen 33 – 36).
Beim Betrieb unter Verwendung des Nur-RF-Verfahrens, das im '367-Patent bevorzugt ist und welches das bei allen bekannten kommerziellen Ausführungsformen der Ionenfalle verwendete Verfahren ist, fängt, wie vorstehend erläutert, die Falle von Natur aus alle Massen oberhalb einer Grenzmasse ein, die durch den Wert der RF-Einfangspannung festgelegt wird. Somit ist es zum Einfangen von Ionen mit niedriger Masse, egal ob es sich um Reagenzionen oder Probenionen handelt, erforderlich, V auf einen hinreichend niedrigen Wert einzustellen. Wenn V niedrig genug eingestellt wird, weist die Falle aufgrund von Raumladungseffekten von Natur aus eine schlechte Wirksamkeit für das Einfangen von Ionen mit hoher Masse auf. Eine theoretische Möglichkeit, dies zu betrachten, ist, dass das Volumen des Inneren der Ionenfalle, die Ionen mit einer bestimmten Masse speichert, proportional zum Wert von V und umgekehrt proportional zur Masse ist. Somit steht für irgendein vorgegebenes V ein kleineres Volumen der Ionenfalle zum Speichern von Ionen mit hoher Masse als denjenigen mit geringer Masse zur Verfügung. Wenn das Volumen ziemlich klein ist, ist die Anzahl der Ionen, die gespeichert werden können, aufgrund von Raumladungseffekten verringert.
Es sollte beachtet werden, dass die Einstellung eines niedrigen Werts von V nicht bewirkt, dass alle Ionen mit hoher Masse die Falle verlassen; solche Ionen weisen weiterhin Werte von a und q auf, die in die Stabilitätshüllkurve fallen. Alles, was man nach dem Verfahren des '367-Patents tun kann, ist, die Anzahl der Ionen mit hoher Masse in der Falle während des EI-Schritts zu verringern. In dieser Hinsicht scheint die Aussage in dem Patent, dass "bei niedrigen RF-Spannungen nur die Ionen mit geringer Masse gespeichert werden" nicht richtig zu sein. Wie nachstehend beschrieben, zeigen Versuchsergebnisse die Anwesenheit von nachweisbaren Mengen von Ionen mit hoher Masse, die durch EI in Experimenten, die unter Verwendung des Verfahrens des '367-Patents durchgeführt werden, erzeugt werden. Darüber hinaus hängt die Anzahl der Ionen mit hoher Masse, die eingefangen bleiben, von der Masse ab, so dass eine beträchtliche Anzahl von Probenionen mit einer Masse nahe den, dennoch höher als der, Reagenzionen eingefangen werden.
Einige Reagenzmoleküle erzeugen eine Vielfalt von Ionen mit unterschiedlichen Massen. Die Ionisation mit RF-Spannungen, die wesentlich unterhalb der liegen, die erforderlich ist, um das Reagenzion mit der geringsten Masse einzufangen, was zur Entfernung der meisten Probenionen mit hoher Masse notwendig ist, verringert die Anzahl der Reagenzionen, die eingefangen werden, sowie der Probenionen mit hoher Masse.
Diese Wirkung steht in Beziehung zur Masse, so dass die Reagenzionen mit höherer Masse unverhältnismäßig aus der Falls verloren gehen.
Ein verwandtes Problem existiert, wenn sowohl EI- als auch CI-Experimente an einem einzigen Probenstrom in einer Ionenfalle durchgeführt werden. Wie vorstehend angemerkt, ist es aus praktischen Gründen unerwünscht, den Strom des Reagenzgases zur Falle zu stoppen. Wenn jedoch Reagenzgas vorhanden ist, wenn ein EI-Experiment durchgeführt wird, wird das Reagenzgas ionisiert, was Reagenzgasionen erzeugt, die eine CI der Probe bewirken können, wenn sie nicht aus der Falle beseitigt werden, bevor die Reaktionen stattfinden können. Dieses Problem existiert nicht, wenn an einem Probenstrom nur EI-Experimente durchgeführt werden, da der Reagenzgasstrom während solcher Experimente einfach ferngehalten werden kann.
Das Verfahren der Senkung der Einfangspannung ist jedoch nicht anwendbar, um dieses Problem zu lösen, da es nicht die Reagenzionen mit geringer Masse aus der Falle beseitigen würde. Eine Lösung, die zur Lösung dieses Problems verwendet wird, wie im '367-Patent gelehrt, besteht darin, die RF-Einfangspannung zu erhöhen, um die Reagenzionen mit niedriger Masse nicht zu speichern. Dies hat jedoch die unerwünschte Wirkung, dass die Einfangbedingungen gegenüber denjenigen, die normalerweise verwendet werden, verändert werden. Wenn beispielsweise die Einfangspannung so eingestellt wird, dass Ionen mit einer Masse von 20 und darüber gespeichert werden, beträgt die durchschnittliche Ionisationsenergie des Elektrons, das in die Falle eintritt, 70 eV. Das Erhöhen der Einfangspannung, um nur Ionen mit einer Masse von 45 und darüber zu speichern, um Methan-Reagenzionen mit einer Masse von 43 zu beseitigen, würde die durchschnittliche Elektronenenergie verdoppeln. Eine solche Erhöhung würde das Massenspektrum von vielen Verbindungen verändern und würde die Einfangwirksamkeit für die Probenionen verringern.
Bei einem CI-Prozess ist es erwünscht, die Anzahl der Produktionen, die der Massenanalyse unterzogen werden, zu optimieren. Wenn zu wenig Produktionen vorhanden sind, ist die Massenanalyse rauschbehaftet, und wenn zu viele Produktionen vorhanden sind, gehen die Auflösung und die Linearität verloren. Die Erzeugung von Produktionen ist eine Funktion der Anzahl an in der Falle vorhandenen Reagenzionen, der Anzahl an Probenmolekülen in der Falle, der Reaktionsgeschwindigkeit zwischen den Reagenzionen und den Probenionen und der Reaktionszeit, während der die Reagenzionen mit den Probenmolekülen reagieren können. Man kann die Anzahl der in der Falle vorhandenen Reagenzionen durch Erhöhen der EI-Ionisationszeit, d.h. Aufrechterhalten des Elektronenstrahls für eine längere Zeit, erhöhen. Ebenso kann man die Anzahl der in der Falle erzeugten Probenionen durch Erhöhen der Reaktionszeit erhöhen.
Ein Verfahren des Standes der Technik, um dieses Problem anzugehen, ist im US-Pat. Nr. 4 771 172 mit dem Titel Method Of Increasing The Dynamic Range And Sensitivity OfA Quadrupole Ion Trap Mass Spectrometer Operating In The Chemical Ionization Mode, am 13. September 1988 Weber-Grabau et al. erteilt, dargelegt. Dieses Patent behandelt ein Verfahren zum Einstellen der in einer Ionenfalle im CI-Modus verwendeten Parameter, um die Ergebnisse zu optimieren. Um die Parameter zu optimieren, lehrt das Patent das Verfahren der Ausführung eines CI-"Prescans (Vorscans)", der gemäß dem Verfahren des '367-Patents durchgeführt wird und jeder Massenanalyse vorausgeht. Dieser Prescan ist ein vollständiger CI-Scanzyklus, bei dem die Ionisations- und die Reaktionszeit auf Werte festgelegt sind, die kleiner sind als jene, die bei einem normalen analytischen Scan verwendet werden würden, und bei dem die Produktionen schneller als bei einem normalen analytischen Scan durch Scannen aus der Falle entfernt werden. Die resultierenden Produktionen, die während des Prescans aus der Falle ausgestoßen werden, sind nicht bezüglich der Masse getrennt und das Ionensignal wird nur integriert, um ein Gesamtproduktionensignal zu ergeben. Während des Prescans wird die Gesamtzahl an Produktionen in der Falle gemessen und die Parameter, d.h. die Ionisationszeit und/oder die Reaktionszeit, für den anschließenden Massenanalyse-Scan werden eingestellt.
Somit behandelt das Patent ein Verfahren aus zwei Schritten, bestehend aus zuerst der Durchführung eines "Prescans" des Inhalts der Zonenfalle, um eine grobe Bestimmung der Anzahl an Produktionen in der Falle zu erhalten, gefolgt von einem Massenanalyse-Scan der im '367-Patent gelehrten Art, wobei die Parameter des Massenanalyse-Scans auf der Basis der während des Prescans gesammelten Daten eingestellt werden. Der Nachteil des Verfahrens des Standes der Technik zur Ausdehnung des dynamischen Bereichs durch die Verwendung eines Prescans, um die Probenmengen in der Falle abzuschätzen, besteht darin, dass es zusätzliche Zeit in Anspruch nimmt, um den Prescan auszuführen, und somit weniger analytische Scans im gleichen Zeitraum ausgeführt werden können. Jeder der Prescans nimmt nicht nur Zeit in Anspruch, sondern jeder erzeugt Daten, die abgesehen von ihrer Verwendung bei der Einstellung der Parameter für den Massenanalyse-Scan keinen unabhängigen Wert besitzen. Die Einstellungen der Massenanalyse-Scanparameter sind jedoch nur erforderlich, wenn sich die Bedingungen ändern. Es ist nicht notwendig, für jeden Scan Einstellungen vorzunehmen, und somit dient in vielen Fällen der Prescanschritt, zusätzlich dazu, dass er Zeit in Anspruch nimmt, keinem nützlichen Zweck. Folglich besteht ein Bedarf für ein verbessertes Verfahren zur Einstellung der Ionenfalle während Experimenten mit chemischer Ionisation, um in ihrem dynamischen Bereich zu arbeiten.
Es besteht ein Bedarf, das Ionenfallen-Massenspektrometer bei der Durchführung sogenannter MSⁿ-Experimente zu verwenden. Bei MSⁿ-Experimenten wird eine einzige Ionenspezies in der Falle isoliert und in Fragmente zerlegt. Die direkt aus der Probenspezies erzeugten Fragmente sind auf dem Fachgebiet als Tochterionen bekannt und die Probe wird als Ausgangsion bezeichnet. Die Tochterionen können ebenfalls zerlegt werden, um Enkelionen zu erzeugen, usw. Der Wert von n bezieht sich auf die Anzahl der Ionengenerationen, die erzeugt werden; somit werden bei einem MS²- oder MS/MS-Experiment nur Tochterionen erzeugt und analysiert.
Ein Verfahren des Standes der Technik zur Durchführung von MSⁿ-Experimenten ist im US-Pat. Nr. 4 736 101 mit dem Titel Method Of Operating Ion Trap In MS/MS Mode, am 5. April 1988 Syka et al. erteilt, beschrieben. Nach der Isolation einer interessierenden Ionenspezies werden die Ausgangsionen mit Hilfe einer einzigen zusätzlichen Wechselstromfrequenz, die auf die Resonanzfrequenz der interessierenden Ionen abgestimmt wird, frequenzabhängig angeregt. Die Amplitude der zusätzlichen Frequenz wird auf einen Pegel eingestellt, der bewirkt, dass die Ionen Energie gewinnen, so dass ihre Schwingungen in der Falle größer sind, der jedoch nicht groß genug ist, um zu bewirken, dass die Ionen aus der Falle ausgestoßen werden. Wenn die Ionen in der Falle schwingen, stoßen sie mit Molekülen des Dämpfungsgases in der Falle zusammen und erfahren eine durch Zusammenstöße induzierte Dissoziation, wodurch Tochterionen erzeugt werden. Durch Anlegen von Resonanzfrequenzen, die mit den Verhältnissen von Masse zu Ladung der Tochterionen in Zusammenhang stehen, können sie ebenso zerlegt werden.
Die Schwierigkeit bei dem Verfahren des '101-Patents besteht darin, dass die präzise Resonanzfrequenz der interessierenden Ionen nicht a priori festgelegt werden kann, sondern a posteriori festgelegt werden muss. Die Resonanzfrequenz eines Ions, die auch als seine sekuläre Frequenz bezeichnet wird, ändert sich mit dem Verhältnis von Masse zu Ladung des Ions, der Anzahl der Ionen in der Falle, den Hardware-Abweichungen und anderen Parametern, die nicht in einfacher Weise präzise bestimmt werden können. Somit muss die präzise Resonanzfrequenz einer Ionenspezies empirisch bestimmt werden. Obwohl die empirische Bestimmung ohne große Schwierigkeit ausgeführt werden kann, wenn eine statische Probe in die Falle eingeleitet wird, ist sie ziemlich schwierig zu bewerkstelligen, wenn eine dynamische Probe, wie z.B. die Ausgabe aus einem GC, verwendet wird.
Ein Lösungsmöglichkeit des Standes der Technik zur Überwindung des vorangehenden Problems bei der Bestimmung der präzisen Resonanzfrequenz eines interessierenden Probenions ist die Verwendung einer Breitbandanregung, deren Schwerpunkt in der Nähe der berechneten Frequenz liegt. Eine derartige Breitbandanregung kann beispielsweise eine Bandbreite von etwa 10 kHz aufweisen. Ein weiteres Verfahren besteht darin, einen Frequenz-Prescan durchzuführen, d.h. das zusätzliche Feld über einen Frequenzbereich in dem interessierenden Bereich zu durchlaufen, und die Resonanzfrequenz empirisch zu überwachen. Es ist jedoch keine dieser Lösungen besonders zufriedenstellend.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines einfachen und dennoch sehr wirksamen Verfahrens zum Durchführen von MSⁿ-Experimenten in einer Ionenfalle, die nicht die empirische Ermittlung der Resonanzfrequenz der in der Falle isolierten Probenspezies erfordern.
Diese und weitere Aufgaben der Erfindung, die für Fachleute nach Lesen der Beschreibung hiervon zusammen mit den beigefügten Ansprüchen und Zeichnungen ersichtlich sind, werden durch ein neues Verfahren zum Anlegen von zusätzlichen Feldern an ein Ionenfallen-Massenspektrometer realisiert.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Fragmentieren eines Ausgangsions ist durch Anspruch 1 definiert. Bei diesem Verfahren wird eine zusätzliche Niederfrequenz-Dipolspannung an die Falle angelegt und wird verwendet, um die Fragmentierung der Ionen innerhalb der Falle zu bewirken, und kann verwendet werden, um den Inhalt der Falle zu scannen.
1 ist eine graphische Darstellung des zu einer Ionenfalle gehörenden Stabilitätsdiagramms.
2 ist eine teilweise schematische Ansicht einer Vorrichtung, die zur Anwendung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
3 ist ein Kurvenbild, das die Steuerung des zusätzlichen Breitband-Wechselstromfeldes in bezug auf die Torsteuerung des zur Elektronenstoß-Ionisation verwendeten Elektronenstrahls zeigt.
4A – 4G sind Massenspektren von verschiedenen Proben.
5 zeigt eine alternative Anordnung der Vorrichtung von 2.
6A – 6E sind Massenspektren von verschiedenen Proben, die zeigen, wie das Anlegen eines zusätzlichen Niederfrequenzfeldes gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, um die Fragmentierung eines Ausgangsions innerhalb einer Ionenfalle zu bewirken.
7A – 7C sind Massenspektren, die zeigen, wie das Anlegen eines zusätzlichen Niederfrequenzfeldes verwendet werden kann, um Ionen mit hoher Masse aus einer Ionenfalle zu beseitigen.
8A – 8C sind Massenspektren, die zeigen, wie das Anlegen eines zusätzlichen Niederfrequenzfeldes bei der Durchführung von chemischen Ionisationsexperimenten verwendet werden kann.
Eine Vorrichtung zur Ausführung der vorliegenden Erfindung ist in 2 schematisch gezeigt. Die Ionenfalle 10, die schematisch im Querschnitt dargestellt ist, umfasst eine Ringelektrode 20, die mit oberen und unteren Endkappenelektroden 30 bzw. 35 koaxial ausgerichtet ist. Vorzugsweise weisen die Einfangelektroden hyperbolische innere Oberflächen auf, obwohl andere Formen, beispielsweise Elektroden mit Querschnitten, die einen Kreisbogen bilden, ebenfalls zur Erzeugung von Einfangfeldern verwendet werden können. Die Gestaltung und Konstruktion von Ionenfallen-Massenspektrometern ist Fachleuten gut bekannt und muss nicht im einzelnen beschrieben werden. Ein kommerzielles Modell einer Ionenfalle der hierin beschriebenen Art wird von dem Anmelder hiervon unter der Typenbezeichnung Saturn verkauft.
Probengas, beispielsweise aus einem Gaschromatographen 40, wird in die Ionenfalle 10 eingeleitet. Da GC's typischerweise bei Atmosphärendruck betrieben werden, während Ionenfallen bei stark verringerten Drücken betrieben werden, sind Druckreduzierungsmittel (nicht dargestellt) erforderlich. Solche Druckreduzierungsmittel sind üblich und Fachleuten gut bekannt. Obwohl die vorliegende Erfindung unter Verwendung eines GC als Probenquelle beschrieben ist, wird die Quelle der Probe nicht als Teil der Erfindung betrachtet und es besteht keine Absicht, die Erfindung auf die Verwendung mit Gaschromatographen einzuschränken. Andere Probenquellen, wie z.B. Flüssigchromatographen mit Spezialgrenzflächen, können ebenfalls verwendet werden.
Mit der Ionenfalle ist auch eine Quelle für ein Reagenzgas 50 zum Durchführen von Experimenten mit chemischer Ionisation verbunden. Das Proben- und das Reagenzgas, die in das Innere der Ionenfalle 10 eingeleitet werden, können durch Elektronenbeschuss folgendermaßen ionisiert werden. Ein Elektronenstrahl, wie z.B. von einem Glühdraht 60, der durch eine Glühdraht-Stromversorgung 65 gespeist wird, wird durch eine Steuerelektrode 70 gesteuert. Die Mitte der oberen Endkappenelektrode 30 ist durchlöchert (nicht dargestellt), um den durch den Glühdraht 60 und die Steuerelektrode 70 erzeugten Elektronenstrahl in das Innere der Falle eintreten zu lassen. Der Elektronenstrahl stößt mit Proben- und Reagenzmolekülen innerhalb der Falle zusammen, wodurch sie ionisiert werden. Die Elektronenstoß-Ionisation der Proben- und Reagenzgase ist ebenfalls ein gut bekannter Prozess, der nicht ausführlicher beschrieben werden muss.
Durch das Anlegen einer Wechselspannung mit einer gewünschten Frequenz und Amplitude wird ein Einfangfeld erzeugt, um die Ionen in einem gewünschten Bereich von Verhältnissen von Masse zu Ladung stabil einzufangen. Ein RF-Generator 80 wird zur Erzeugung dieses Feldes verwendet und wird an die Ringelektrode angelegt. Obwohl es gut bekannt ist, dass man auch eine Gleichspannung anlegen kann, um das Einfangfeld zu verändern und um an einem anderen Teil des Stabilitätsdiagramms von 1 zu arbeiten, werden kommerziell erhältliche Ionenfallen aus praktischen Gründen alle unter Verwendung von nur einem Wechselstrom-Einfangfeld betrieben.
Es ist eine Vielfalt von Verfahren zur Ermittlung der Verhältnisse von Masse zu Ladung der Ionen, die in der Ionenfalle eingefangen werden, bekannt, um dadurch ein Massenspektrum der Probe zu erhalten. Ein bekanntes Verfahren besteht darin, die Falle so zu scannen, dass Ionen mit fortlaufenden Verhältnissen von Masse zu Ladung der Reihe nach ausgestoßen werden. Ein erstes bekanntes Verfahren zum Scannen der Falle besteht darin, einen der Einfangparameter, wie z.B. die Größe der Wechselspannung, so zu scannen, dass die Ionen nacheinander instabil werden und die Falle verlassen, wo sie unter Verwendung von z.B. einem Elektronenvervielfachermittel 90 erfasst werden.
Ein weiteres bekanntes Verfahren zum Scannen der Falle umfasst die Verwendung einer zusätzlichen Dipol-Wechselspannung, die über die Endkappen 30 und 35 der Ionenfalle 10 angelegt wird. Eine solche Spannung kann durch einen zusätzlichen Wellenformgenerator 100, der durch einen Transformator 110 mit den Endkappenelektroden gekoppelt ist, erzeugt werden. Das zusätzliche Wechselstromfeld wird verwendet, um die Ionen in der Falle frequenzabhängig auszustoßen. Jedes Ion in der Falle besitzt eine Resonanzfrequenz, die eine Funktion seines Verhältnisses von Masse zu Ladung und der Einfangfeldparameter ist. Wenn ein Ion durch ein zusätzliches RF-Feld mit seiner Resonanzfrequenz angeregt wird, gewinnt es aus dem Feld Energie und, wenn genügend Energie in das Ion eingekoppelt wird, übersteigen seine Schwingungen die Grenzen der Falle, d.h., es wird aus der Falle ausgestoßen. Ionen, die auf diese Weise ausgestoßen werden, können auch durch den Elektronenvervielfacher 90 oder einen äquivalenten Detektor erfasst werden. Wenn das Scanverfahren der Resonanzausstoßung verwendet wird, kann der Inhalt der Falle durch entweder Scannen der Frequenz des zusätzlichen RF-Feldes oder durch Scannen von einem der Einfangparameter, wie z.B. der Größe von v, der Einfang-Wechselspannung, der Reihe nach gescannt werden. Aus praktischen Gründen wird das Scannen der Größe der Wechselspannung bevorzugt.
Außerdem ist hierin nachstehend ein neues Verfahren zum Scannen der Ionenfalle beschrieben.
Ein zusätzlicher RF-Generator 100, der auch zum Scannen der Falle wie vorstehend beschrieben verwendet werden kann, ist in der Lage, ein Breitband-RF-Feld zu erzeugen, das verwendet wird, um die Probenionen, die während der Zeit, in der das Reagenzgas ionisiert wird, durch EI erzeugt werden, frequenzabhängig auszustoßen. 3(a) zeigt die Torsteuerung des zur Ionisation des Reagenzgases verwendeten Elektronenstrahls. Das Elektronengatter 70 wird mit dem Beginn bei t1 und dem Ende bei t2 eingeschaltet, um den Elektronenstrahl in die Falle eintreten zu lassen, um aus dem neutralen Reagenzgas Reagenzionen zu erzeugen. Wie in 3(b) gezeigt, legt der zusätzliche Wellenformgenerator 100 gleichzeitig dazu, dass das Elektronengatter Elektronen in die Falle hineinlässt, für einen Zeitraum, der bei t1 beginnt und bei t3 endet, ein Breitbandsignal an die Endkappen 30, 35 der Falle an. Wie gezeigt, übersteigt die Breitbandanregung die Torsteuerzeit. Alternativ könnte das zusätzliche Breitbandsignal so angelegt werden, dass es zu einem Zeitpunkt später als t1 oder sogar später als t2, d.h., nachdem die Elektronenionisation vollendet ist, beginnt. Ebenso könnte das zusätzliche Signal auch zu einem Zeitpunkt vor t1 beginnen. Der wichtige Aspekt liegt darin, dass das zusätzliche Feld zur Beseitigung von ungewollten Probenionen für einen Zeitraum "eingeschaltet" bleibt, der sich über das Ende des Zeitraums, während dem die Ionen erzeugt werden, hinaus erstreckt.
Die an die Endkappen angelegte Breitband-Wechselspannung kann entweder phasenverschoben (Dipol-Anregung) oder phasengleich (Quadrupol-Anregung) sein. Ein alternatives Verfahren zum Erzielen der Quadrupol-Anregung ist das Anlegen der zusätzlichen Wellenform an die Ringelektrode, wie in 5 gezeigt, anstatt an die Endkappen.
Die zusätzliche Wellenform enthält einen Bereich von Frequenzen mit ausreichender Amplitude, um ungewollte Probenionen mit einer Masse, die größer ist als die höchste Masse eines Reagenzikons, mit Hilfe der Resonanzenergieabsorption durch die eingefangenen Ionen auszustoßen. Jedes der Probenionen befindet sich mit einer Frequenzkomponente der zusätzlichen Wellenform in Resonanz. Folglich absorbieren sie aus dem zusätzlichen Feld Energie und verlassen das Einfangfeld. Nachdem das zusätzliche Feld die ungewollten Ionen ausgestoßen hat, wird es abgeschaltet und die CI-Reagenzionen reagieren mit den Probenmolekülen zur Erzeugung von CI-Probenionen. Diese Ionen werden dann zur Erfassung in üblicher Weise, wie vorstehend beschrieben, aus der Falle gescannt.
Die vorstehend beschriebene zusätzliche Wellenform hat eine große Bandbreite und besitzt eine erste Frequenzkomponente, die der niedrigsten auszustoßenden Masse entspricht, und eine letzte Frequenz, die der höchsten auszustoßenden Masse entspricht. Zwischen der ersten und der letzten Frequenz befinden sich eine Reihe von diskreten Frequenzkomponenten, die in gleichen oder ungleichen Abständen angeordnet sein können und die Phasen aufweisen können, die entweder willkürlich sind oder eine feste funktionelle Beziehung aufweisen. Die Amplituden der Frequenzkomponenten können entweder gleich sein oder sie können auf eine Funktionsform zugeschnitten sein, um Frequenzabhängigkeiten der Hardware zu kompensieren oder um die Verteilung der q-Werte aufgrund der Verteilung der Massen, die in der Falle gespeichert sind, zu kompensieren. Die Breitband-Wellenform weist eine ausreichende Anzahl von Frequenzkomponenten auf, so dass jedes Ion mit einer Resonanzfrequenz zwischen der ersten und der letzten Komponente der Wellenform durch dieses zusätzliche Feld frequenzabhängig ausgestoßen wird. Somit werden alle während der EI erzeugten Probenionen vor dem Massenanalyse-Scan aus der Falle beseitigt und es gibt keine Lücken in dem Massenbereich, der betroffen ist.
Aus praktischen Gründen besitzen die Reagenzgase, die bei CI-Experimenten verwendet werden, alle ein niedriges Molekulargewicht, so dass die während der EI des Inhalts der Falle erzeugten Reagenzionen in fast allen Fällen ein niedrigeres Verhältnis von Masse zu Ladung aufweisen als die Probenionen. In dem seltenen Fall, dass ein Probenion erzeugt wird, das eine niedrigere Masse aufweist als die Reagenzionen, kann eine spezielle Frequenz zur Breitbandanregung hinzugefügt werden, um zu bewirken, dass diese spezielle Masse zusammen mit den anderen ausgestoßen wird.
Der Vorteil gegenüber dem Stand der Technik ist die Fähigkeit, ungewollte Probenionen, die während der Ionisation des CI-Reagenzgases durch EI erzeugt werden, zu entfernen. Die Fähigkeit, diese Ionen auszustoßen, ermöglicht, dass längere Ionisationszeiten und größere Emissionsströme verwendet werden, was folglich die Empfindlichkeit der CI erhöht.
4A zeigt das restliche EI-Spektrum einer Probe von Tetrachlorethan unter Verwendung der Scanbedingungen, die bei dem Verfahren des Standes der Technik verwendet werden. 4B zeigt die Beseitigung der während dem Ionisationsschritt erzeugten Probenionen unter Verwendung der Breitband-Wellenform. 4C zeigt das restliche EI-Spektrum einer Probe von Trichlorethan und PFTBR, wobei Methan-Reagenzgas in der Falle vorliegt, unter Verwendung des Verfahrens des Standes der Technik. 4D zeigt die Beseitigung der während dem Ionisationsschritt erzeugten Probenionen unter Verwendung der Breitband-Wellenform. Man kann sehen, dass die Reagenzionen mit einer Masse von 43 nach wie vor vorhanden sind, selbst wenn die Probenionen, die hinsichtlich der Masse gerade über ihnen liegen, entfernt werden. 4E zeigt das Spektrum unter denselben Bedingungen wie in 4D, mit der Ausnahme, dass die zusätzliche Wellenform abgeschaltet ist. 4F zeigt ein Spektrum von Hexachlorbenzol unter Verwendung des Verfahrens des Standes der Technik. Ein Gemisch von EI-Ionenfragmenten wird bei Massen von 282, 284, 286, 288 und 290 beobachtet. Außerdem werden Ionen aufgrund der protonierten Probe (von CI) bei Massen von 283, 285, 287, 289 und 291 beobachtet. 4G zeigt das Spektrum unter Verwendung des hierin beschriebenen Verfahrens. Man kann sehen, dass die ungewollten Ionen aus dem EI-Prozess fast vollständig entfernt sind.
In einem weiteren Aspekt werden die aus einem Scan erhaltenen Daten, falls erforderlich, zur Einstellung der Parameter für den anschließenden Scan verwendet, um zu gewährleisten, dass die Falle innerhalb ihres dynamischen Bereichs betrieben wird. Vorzugsweise wird die Amplitude des Ions mit der höchsten Intensität von einem Scan (das Basismaximum) verwendet, um die Ionisations- und/oder Reaktionszeit für den nächsten Scan einzustellen. Die Größe des Basismaximums wird verwendet, um die Ionisations- und die Reaktionszeit für den anschließenden Scan so einzustellen, dass eine im Wesentlichen konstante Anzahl von Ionen des Basismaximums aufrechterhalten wird. Da die meiste der während des Scans aus der Falle ausgestoßenen Ladung auf das Basismaximum zurückzuführen ist, ist es eine gute Darstellung der Gesamtmenge an Ladung von der Probe in der Falle. Indem man die gesamte Probenladung in der Falle nahezu konstant hält, kann der dynamische Bereich der Probe erhöht werden. Alternativ ist es mit der Massenspektralinformation von einem Scan möglich, die Parameter für den anschließenden Massenanalyse-Scan einzustellen, um sich beispielsweise nur auf bestimmte interessierende Probenionen zu konzentrieren, d.h. für eine bestimmte Spezies zu optimieren.
Wenn die Parameter für einen Scan auf der Basis des vorherigen Scans eingestellt werden, werden vorzugsweise sowohl die Reaktionszeit als auch die Ionisationszeit in einem festgelegten Verhältnis geändert. Dies macht es leichter, die Ergebnisse von einem Scan zum nächsten zu normieren.
Ein Vorteil dieses Verfahrens ist die Verringerung der Scanzeit für Proben mit großem dynamischen Bereich. Dies wird durch die Verwendung der Intensität des Basismaximums aus dem vorherigen Scan als Maß für die Menge der Probe in der Falle durchgeführt; wobei folglich der Bedarf für einen zeitraubenden Prescan, der beim Stand der Technik verwendet wird, beseitigt wird.
Ein zusätzliches Breitbandfeld kann auch verwendet werden, um Reagenzionen aus der Falle zu beseitigen, wenn ein EI-Experiment durchgeführt wird. In einigen Fällen kann der Benutzer einer Ionenfalle sowohl EI- als auch CI-Experimente an demselben Probenstrom durchführen wollen. Unter solchen Umständen ist es unerwünscht, die Strömung von Reagenzgas in die Falle zu stoppen, während die EI durchgeführt wird, und dennoch verursacht die Anwesenheit von Reagenzionen wahrscheinlich wirre Analysedaten. Unter Verwendung einer zusätzlichen RF-Breitbandanregung können beliebige Reagenzionen, die während der Elektronenstoßionisation der Probe gebildet werden, frequenzabhängig aus der Falle ausgestoßen werden, sobald sie erzeugt werden. Dieselbe Zeitablaufsequenz, die in 3 gezeigt ist, kann verwendet werden. Die RF-Breitbandanregung kann gemäß einer beliebigen der vorstehend beschriebenen Alternativen gestaltet werden, außer dass der Frequenzbereich zugeschnitten werden sollte, um nur die Reagenzionen mit niedriger Masse zu beseitigen.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachstehend beschrieben.
Der Wellenformgenerator 100 von 2 kann auch verwendet werden, um ein nicht-resonantes Niederfrequenzfeld zum Durchführen von CI-Experimenten, zum Durchführen von MSⁿ-Experimenten und zum Scannen des Inhalts der Falle, um ein Massenspektrum zu erhalten, anzulegen. Eine zusätzliche Niederfrequenzspannung vom Wellenformgenerator 100 wird als Dipolfeld über die Endkappen 30, 35 der Ionenfalle 10 angelegt. Die Frequenz des Dipolfeldes steht nicht mit den Resonanzfrequenzen von irgendwelchen der Ionen (ob Proben- oder Reagenzionen), die in der Falle gespeichert sind, in Zusammenhang. Die Wellenform ist vorzugsweise eine Rechteckwelle, kann jedoch fast jede Form sein, einschließlich Sinus-, Sägezahn-, Dreieckwellenformen. Wie angegeben, ist die Frequenz der zusätzlichen Spannung relativ niedrig, wie z.B. zwischen 100 Hz und mehreren tausend Hz. Experimente deuten darauf hin, dass die vorliegende Erfindung bei Frequenzen unterhalb etwa 10000 Hz funktionieren würde, welche etwa der Beginn des Bereichs von Resonanzfrequenzen von Probenionen ist. Vorzugsweise sollte die Frequenz jedoch im Bereich von Hunderten von Hz liegen.
Es wird angenommen, dass das zusätzliche Rechteckwellen-Dipolfeld alternativ das Zentrum der Pseudo-Potentialmulde des Einfanfeldes entlang der z-Achse zu verschiedenen Orten verschiebt. Jedes Mal, wenn das Zentrum der Pseudo-Potentialmulde des Einfangfeldes verschoben wird, nehmen eingefangene Ionen Translationsenergie vom Einfangfeld auf und beginnen, um das neue Zentrum zu schwingen. Somit erhöht die Verschiebung des Zentrums der Schwingungen gewöhnlich die Amplitude der Schwingungen. Wenn die Ionen Energie an das Restgas verlieren, bewegen sie sich allmählich in Richtung des neuen Zentrums. Wenn das Zentrum des Pseudo-Potentialfeldes wieder verlagert wird, wie z.B. wenn die Rechteckwelle die Polarität ändert, wiederholt sich der Prozess. Es ist zu sehen, dass die Frequenz des zusätzlichen Dipolfeldes niedrig sein sollte, so dass die Ionen in Richtung des neuen Zentrums wandern können, bevor das Feld geändert wird.
Wenn das Zentrum der Pseudo-Potentialmulde bewegt wird, wie vorstehend beschrieben, beginnen die Ionen, um einen neuen Punkt im Raum zu schwingen, wobei sie energiereicher werden. Die zu den Ionen hinzugefügte Energie reicht aus, um zu bewirken, dass viele von ihnen aufgrund von Stößen mit dem Dämpfungsgas dissoziieren, wodurch Tochterionen gebildet werden. Wenn der Prozess wiederholt wird, dissoziieren immer mehr Ionen auf diese Weise. Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass es den Ionen mehr Energie verleiht als Resonanzanregung und somit in einigen Fällen zu einer umfangreicheren Ionenfragmentierung führen kann.
Da das vorstehend beschriebene Verfahren nicht auf der Resonanzfrequenz der Ionen in der Ionenfalle beruht, wirkt es auf alle Ionen in der Falle gleichzeitig ein. Unter Verwendung dieses Verfahrens ist es folglich möglich, ohne den Bedarf, jedem der Fragmente zugeordnete Resonanzfrequenzen anzulegen, gleichzeitig mehrere Generationen von Ionenfragmenten zu erzeugen. Falls erwünscht, könnte vor der Ausführung der vorliegenden Erfindung eine interessierende Ionenspezies zuerst gemäß bekannten Verfahren des Standes der Technik in der Falle isoliert werden.
Unter Verwendung dieses Verfahrens ist es möglich, einen vollständigen "Fingerabdruck" einer Verbindung zu erhalten, was die Identifikation der Verbindung erleichtert. Das Masse-Ladungs-Verhältnis kann nicht allein verwendet werden, um ein Ausgangsion eindeutig zu identifizieren. Die Kenntnis nicht nur des Masse-Ladungs-Verhältnisses des Ausgangsions, sondern auch der Massen aller Ionenfragmente kann jedoch verwendet werden, um das Ausgangsion eindeutig zu identifizieren.
Es wurde auch festgestellt, dass das Anlegen einer Niederfrequenzspannung an die Ionenfalle als Mechanismus zum Bewirken, dass Ionen mit Massen oberhalb einer bestimmten Grenzmasse aus der Ionenfalle beseitigt werden, verwendet werden kann. Die Grenzmasse ist eine Funktion der Größe der zusätzlichen Niederfrequenzspannung. Ein Modell dessen, wie eine Ionenfalle arbeitet, besteht darin, dass die Ionen im Wesentlichen in einer Potentialmulde eingefangen werden, wobei die "Tiefe" der Mulde unter anderem eine Funktion des Masse-Ladungs-Verhältnisses ist. Je höher die Masse ist, desto flacher ist die Mulde. Es wird angenommen, dass das beobachtete Phänomen der Beseitigung von Ionen mit hoher Masse durch Anlegen eines zusätzlichen Niederfrequenzfeldes mit der relativ flachen Tiefe der Potentialmulde, die den Ionen mit hoher Masse zugeordnet ist, in Zusammenhang steht. Insbesondere wird angenommen, dass das Verschieben des Zentrums der Pseudo-Potentialmulde verursacht, dass Ionen mit hoher Masse ausreichend Energie erlangen, um die Muldenbarriere zu überwinden und die Ionenfalle zu verlassen.
Dieses Phänomen kann sowohl in chemischen Ionisationsexperimenten als auch beim Scannen der Ionenfalle vorteilhaft verwendet werden. Wenn chemische Ionisationsexperimente durchgeführt werden, ist es, wie vorstehend beschrieben, erforderlich, Probenionen mit hoher Masse, die während der EI des Reagenzgases erzeugt werden, zu beseitigen. Ein alternatives Verfahren zum Beseitigen der Probenionen besteht darin, ein zusätzliches Niederfrequenzfeld, wie vorstehend beschrieben, mit einer Größe, die ausreicht, um alle Probenionen aus der Falle zu beseitigen, anzulegen, während die Reagenzionen unbetroffen bleiben. Die Zeitablaufsequenz zum Anlegen dieses zusätzlichen Niederfrequenzfeldes kann wie in 3 dargestellt, oder irgendeine der alternativen Zeitablaufsequenzen, die vorstehend in Verbindung damit beschrieben wurden, sein. In dieser Hinsicht wird angemerkt, dass der Ionisationszeitraum von 3(a), der eine Dauer von weniger als einer Millisekunde aufweisen kann, eine kürzere Dauer als einen halben Zyklus der zusätzlichen Niederfrequenzspannung aufweisen kann. Somit kann die Dauer des Anlegens der zusätzlichen Spannung, wie in 3(b) gezeigt, eine viel längere Dauer sein, und 3 ist nicht maßstäblich gezeichnet.
Das Anlegen einer zusätzlichen Niederfrequenzspannung kann auch als Mechanismus zum Scannen der Ionenfalle, um ein Massenspektrum zu erhalten, verwendet werden. Dies kann durch Scannen der Größe der zusätzlichen Niederfrequenzspannung durchgeführt werden. Wenn die zusätzliche Spannung anfänglich niedrig ist und linear erhöht wird, werden Massen nacheinander in abnehmender Reihenfolge aus der Falle ausgestoßen. Alternativ kann die zusätzliche Niederfrequenzspannung konstant gehalten werden und einer der Einfangparameter gescannt werden, um den äquivalenten Effekt zu erhalten.
6A ist ein Massenspektrum von 1,1,1-Trichlorethan, das auf eine herkömmliche Weise erhalten wird. Der Peak bei der Masse 97 entspricht CH₃CCl₂ ⁺. Zum Vergleich ist 6B ein Massenspektrum von 1,1,1-Trichlorethan, das unter Verwendung derselben Versuchsparameter wie 6A erhalten wird, außer dass eine zusätzliche Niederfrequenz-Recheckwellenspannung (100 Hz, 42 Volt) für 20 Millisekunden angelegt wurde. Aus 6B ist zu sehen, dass die Peakintensität bei der Masse 97 verringert wurde und dass Ionen mit der Masse 61 (CH₂CCl⁺) reichlich vorhanden sind. Infolge von Nicht-Resonanz-Anregung absorbierten die Ionen mit der Masse 97 Energie und einige wurden unter Bildung der Ionen mit der Masse 61 dissoziiert.
6C und 6D zeigen Spektren von 1,1,1-Trichlorethan, die unter Verwendung derselben Parameter, die zum Erhalten der Ergebnisse von 6A und 6B verwendet wurden, erhalten wurden, außer dass die Frequenz der zusätzlichen Rechteckwelle auf 300 bzw. 600 Hz gesetzt wurde. Die Ähnlichkeit der Spektren von 6B, 6C und 6D zeigt, dass die Dissoziation zum größten Teil von der Frequenz des zusätzlichen Feldes über einen breiten Bereich unabhängig ist. Schließlich zeigt 6E ein Massenspektrum von 1,1,1-Trichlorethan, das unter Verwendung des Verfahrens des Standes der Technik erhalten wurde, d.h. anstatt der Verwendung einer nicht-resonanten Niederfrequenz-Rechteckwelle wurde eine resonante Sinuswelle von 139,6 kHz (die z-Achsen-Resonanzfrequenz der Ionenmasse 97) für 20 ms mit einem Pegel von 800 mV angelegt. Es ist zu sehen, dass die Tochterionenausbeuten beider Verfahren etwa dieselben waren.
7A-C zeigen Massenspektren von PFTBA unter verschiedenen Bedingungen, um zu demonstrieren, wie das Verfahren verwendet werden kann, um Ionen mit hoher Masse aus der Ionenfalle zu beseitigen. 7A zeigt ein vollständiges Massenspektrum mit sowohl den Ausgangs- als auch Fragmentionen. 7B zeigt, dass alle Ionen mit einer Masse oberhalb 131 aus der Falle beseitigt wurden, wenn die Spannung der zusätzlichen Rechteckwelle auf 20V erhöht wurde. 7C zeigt, dass das Erhöhen der Spannung auf 33V bewirkt, dass alle Ionen mit einer größeren Masse als 100 aus der Falle beseitigt werden.
Die Anwendung der Fähigkeit, Ionen mit hoher Masse aus der Ionenfalle unter Verwendung eines zusätzlichen Niederfrequenzfeldes zu beseitigen, auf chemische Ionisationsexperimente ist in 8A-C gezeigt. 8A-C zeigen dieselben CI-Experimente von 4B, 4D bzw. 4G. Vielmehr als die Verwendung von Breitband-ResonanzausstoQ, um ungewollte Probenionen aus der Falle zu beseitigen, wurde jedoch eine zusätzliche Niederfrequenz-Wellenform verwendet. Es ist zu sehen, dass die Ergebnisse durch beide Verfahren im Wesentlichen gleich sind. Die Ergebnisse von 8A wurden unter Verwendung eines zusätzlichen Feldes mit einer Frequenz von 600 Hz erhalten; die Ergebnisse von 8B wurden unter Verwendung eines zusätzlichen Feldes mit einer Frequenz von 300 Hz erhalten; und die Ergebnisse von 8C wurden unter Verwendung eines zusätzlichen Feldes mit einer Frequenz von 400 Hz erhalten. In jedem Fall lag die Größe der zusätzlichen Spannung zwischen 20 und 40 V.

Claims

Verfahren zum Fragmentieren eines Ausgangsions in einem IOnenfallen-Massenspektrometer, das folgende Schritte aufweist: Ausbilden und Einfangen eines Ausgangsions in der Ionenfalle (10); Anlegen eines zusätzlichen Niederfrequenz-Dipol-Wechselstromfeldes an die Ionenfalle (10), wobei dieses Niederfrequenzfeld eine Frequenz aufweist, die sich von der Resonanzfrequenz des Ausgangsions unterscheidet, so dass das Ausgangsion eine stoßinduzierte Dissoziation mit einem Restgas eingeht; und Gewinnen eines Massenspektrums aus dem Ionenfalleninhalt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das zusätzliche Niederfrequenz-Dipol-Wechselstromfeld eine Frequenz im Bereich von 100 – 10.000 Hz aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das zusätzliche Niederfrequenz-Dipol-Wechselstromfeld an die Falle (10) für einen Zeitraum angelegt ist, der lang genug ist, um mehrere Generationen von Ionenfragmenten aus dem Ausgangsion auszubilden.
Verfahren nach Anspruch 3, das ferner den Schritt des Verwendens des Massenspektrums des Ionenfalleninhalts zum eindeutigen Identifizieren des Ausgangsions aufweist.