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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Massenspektrometrieverfahren
für ein
Quadrupol-Ionenfallenmassenspektrometer
der Art, die eine Ringelektrode und Endkappenelektroden hat, die
eine Ionenfallenregion definieren, mit den folgenden Schritten:
- (a) Anlegen geeigneter Spannungen zwischen der
Ringelektrode und den Endkappenelektroden zum Aufbauen eines Ionenfallenfeldes
in der Ionenfallenregion, wobei das Feld Ionen mit einem Masse-Ladungs-Verhältnis innerhalb
eines ausgewählten
Bereichs speichern kann und wenigstens zwei periodisch zeitlich
variierenden Quadrupol-Fallenfelder von im Wesentlichen identischer räumlicher
Form als Komponenten hat, wobei das Ionenfallenfeld Parameter einschließlich Frequenzen
und Amplituden der periodisch zeitlich variierenden Fallenfelder
hat;
- (b) Ändern
des Ionenfallenfeldes zum Erregen gefangener Ionen, die ein ausgewähltes Masse-Ladungs-Verhältnis haben;
und
- (c) Erkennen der durch den genannten Schritt des Änderns des
Ionenfallenfeldes erregten Ionen.
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Ein
Quadrupol-Fallenfeld entsteht durch das Anlegen einer sinusförmigen RF-Spannung
(mit Spitze-Spitze-Amplitude
V, Frequenz ω und
einer Phase) und fakultativ auch einer Gleichspannung zwischen der
Ringelektrode und einer der Endelektroden einer konventionellen
dreidimensionalen Quadrupol-Ionenfalle. Zwei derartige Quadrupol-Fallenfelder
(beide zwischen der Ringelektrode und einer Endelektrode angelegt)
haben trotz Unterschieden in ihren Frequenzen, Phasen, Gleichspannungsamplituden und/oder
Spitze-Spitze- Amplituden
ihrer sinusförmigen
oder sonstigen periodischen Komponenten die gleiche "räumliche Form". Ein aus dem Anlegen
einer sinusförmigen
oder anderen periodischen Spannung (und fakultativ auch einer Gleichspannungskomponente)
an den Endelektroden einer Quadrupol-Falle resultierendes Ergänzungsfeld
hat auf Grund der verschiedenen Geometrien der Ringelektrode und
der Endelektroden eine andere räumliche
Form als ein (zwischen der Ringelektrode und einer Endelektrode angelegtes)
Quadrupol-Fallenfeld.
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Jede
periodisch variierende Komponente eines Fallenfeldes oder eines
Ergänzungsfeldes
kann, muss aber nicht, eine sinusförmige variierende Komponente
sein.
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In
einigen konventionellen Massenspektrometriemethoden wird in einer
Ionenfalle ein kombiniertes Feld (umfassend ein Fallenfeld und ein
Ergänzungsfeld
mit anderer räumlicher
Form als das Fallenfeld) aufgebaut und das kombinierte Feld wird geändert, um
gefangene Ionen zur Detektion zu erregen.
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US-Patent
3,065,640 beschreibt ein, Massenspektrometrieverfahren der im Vorangehenden am
Anfang beschriebenen Art, bei dem der gleichzeitige Aufbau von zwei
periodisch variierenden elektrischen Feldern mit identischer räumlicher
Form in der Ionnenfalle stattfindet, wobei diese Felder ein erstes von
einem "Steuer"-Oszillator 18 aufgebautes
Quadrupol-Fallenfeld
und ein von einem mit dem Steueroszillator 18 in Reihe
geschalteten "Pump"-Oszillator 20 aufgebautes
zweites Quadrupol-Fallenfeld sind. Dieses Patent legt aber nicht
nahe, Parameter von zwei einander überlagerten zeitlich variierenden
Feldern identischer räumlicher
Form zum Erregen gefangener Ionen zur Detektion sequentiell zu ändern. Der
Ionenfallenbereich wird von zwei Endelektroden 12 und 13 und
einer Ringelektrode 11 definiert. Eine Spannungsquelle 19 ist
auch effektiv mit dem Steueroszillator 18 in Reihe geschaltet,
sodass eine Gleichspannung 2Vdc und eine
Wechselspannung 2Vac an der Endelektrode 13 und
der Ringelektrode 11 der Falle angelegt werden, um das
erste Quadrupol-Fallenfeld und ein statisches Feld in der Falle
aufzubauen. Das Anlegen einer Ergänzungsspannung (mit DC-Komponente
Vg und AC-Komponente 2Vβ) an den
Endelektroden 12 und 13 der Quadrupol-Falle baut
ein Zusatzfeld in der Falle auf (das eine andere räumliche
Form als die gleichzeitig angelegten Quadrupol-Fallenfelder hat).
Das Ändern
der kombinierten Felder durch Erhöhen von einer der gleichzeitig angelegten
Gleichspannungen Vg und Vdc oder
von beiden stößt gefangene
Ionen durch ein Loch 25 durch die Endelektrode 12 hinaus
zur Detektion an einem externen Detektor 26 (siehe Spalte
3, Zeilen 13–18,
und Spalte 9, Zeilen 9–23).
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Desgleichen
schlägt
US-Patent 2,939,952, ausgestellt am 7. Juni 1960, (in Spalte 6,
Zeilen 17–33)
den gleichzeitigen Aufbau von zwei Feldern mit der gleichen räumlichen
Form in einer Ionenfalle vor, offenbart aber nicht das Ändern von
Parametern von zwei Feldern mit der gleichen räumlichen Form zum Zweck des
sequentiellen Erregens gefangener Ionen zur Detektion und legt dies
auch nicht nahe.
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US-Patent
4,540,884 beschreibt (in Spalte 4, Zeilen 23–67) eine dreidimensionale
Ionenfalle, in der eine Gleichspannung, eine RF-Spannung und die RF-Frequenz
entweder in Kombination oder einzeln geändert werden, sodass gefangene
Ionen mit aufeinander folgenden spezifischen Massen nacheinander
unstabil werden.
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In
einer Klasse konventioneller Massenspektrometriemethoden, die als "MS/MS"-Verfahren bekannt
sind, werden Ionen (die als "Mutterionen" bekannt sind) mit
einem Masse-Ladungs-Verhältnis
(im Folgenden als "m/z" bezeichnet) innerhalb
eines ausgewählten
Bereichs in einer Ionenfalle isoliert. Die gefangenen Mutterionen
dürfen
sich dann dissoziieren oder werden zur Dissoziation gebracht (zum
Beispiel durch Kollidieren mit Hintergrundgasmolekülen in der
Falle), um als "Tochterionen" bekannte Ionen zu
erzeugen. Die Tochterionen werden dann aus der Falle ausgestoßen und
detektiert.
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Beispielsweise
offenbart US-Patent 4,736,101, ausgestellt am 5. April 1988 auf
Syka et al., ein MS/MS-Verfahren,
bei dem Ionen (mit m/z-Verhältnissen
innerhalb eines vorherbestimmten Bereichs) in einem dreidimensionalen
Quadrupel-Fallenfeld gefangen werden (das durch Anlegen einer Fallenspannung
an die Ring- und Endelektroden einer Quadrupel-Ionenfalle aufgebaut
wird). Das Fallenfeld wird dann abgetastet, um unerwünschte Mutterionen
(andere Ionen als Mutterionen mit einem erwünschten m/z) aufeinanderfolgend
aus der Falle auszustoßen.
Das Fallenfeld wird dann wieder geändert, um Tochterionen von
Interesse speichern zu können.
Die gefangenen Mutterionen werden dann zum Dissoziieren gebracht,
um Tochterionen zu produzieren, und die Tochterionen werden nacheinander (sequentiell
nach Masse-Ladungs-Verhältnis) zur Detektion
aus der Falle ausgestoßen.
US 4,736,101 lehrt (in Spalte
5, Zeilen 16–42)
den Aufbau eines Ergänzungs-Wechselstromfeldes
(mit einer anderen räumlichen
Form als das Fallenfeld) in der Falle nach der Dissoziationsperiode,
während
die Fallenspannung abgetastet wird (oder während die Fallenspannung unverändert gehalten
wird und die Frequenz des Ergänzungs-Wechselstromfeldes
abgetastet wird). Die Frequenz des Ergänzungs-Wechselstromfeldes wird
so gewählt,
dass sie gleich einer der Komponenten des Frequenzspektrums der
Ionenoszillation ist; und das Ergänzungs-Wechselstromfeld (wenn seine
Amplitude ausreichend ist) wirft daher resonant und sequentiell
stabil gefangene Ionen aus der Falle aus, während die Frequenz jedes Ions
(in dem sich ändernden
kombinierten Feld) der Frequenz des Ergänzungs-Wechselstromfeldes entspricht.
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US-Patent
4,761,545, ausgestellt am 2. August 1988 auf Marshall et al., beschreibt
das Anlegen verschiedener speziell abgestimmter Erregerspannungssignale
an Ionenfallen, darunter Ionen-Zyklotron-Resonanz- und Quadrupol-Fallen.
Die maßgeschneiderten
Erregerspannungen haben mehrere Frequenzkomponenten und können (durch
einen maßgeschneiderten
Drei-Stufen- oder fakultativ Fünf-Stufen-Rechenvorgang)
jede beliebige einer Reihe von Wellenformen haben.
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Nach
der vorliegenden Erfindung ist ein Massenspektrometrieverfahren
der am Anfang hierin bereits definierten Art dadurch gekennzeichnet,
dass Schritt (b) ein solches Variieren eines Parameters des Ionenfallenfeldes
umfasst, dass gefangene Ionen in der Reihenfolge ihres Masse-Ladungs-Verhältnisses
von dem niedrigsten vorliegenden Wert zu dem höchsten vorliegenden Wert innerhalb
des genannten Bereiches oder von dem höchsten vorliegenden Wert zu
dem niedrigsten vorliegenden Wert in dem genannten Bereich sequentiell
erregt werden.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden Ionen gebildet
oder in das Ionenfallenfeld injiziert und darin gefangen.
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Das
Feld in dem Ionenfallenbereich kann auch ein drittes Komponentenfeld
(hierin manchmals als Ergänzungsfeld
bezeichnet) mit einer anderen räumlichen
Form als die Fallenfelder aufweisen. In bevorzugten Ausgestaltungen wirft
das Ändern
des Ionenfallenfeldes ausgewählte
der gefangenen Ionen zur Detektion (oder für andere Zwecke als die Detektion)
sequentiell aus der Ionenfallenregion aus. In anderen Ausgestaltungen
erregt das Ändern
des Ionenfallenfeldes die gefangenen Ionen anderweitig sequentiell
zur Detektion (oder für
andere Zwecke als die Detektion).
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In
bevorzugten Ausgestaltungen resultiert ein Ergänzungsfeld mit einer anderen
räumlichen Form
als die Quadrupol-Fallenfelder aus dem Anlegen wenigstens einer
Ergänzungs-Wechselspannung
an die Endelektroden und die Amplitude von der einen oder von beiden
der zwei RF-Komponentenspannungen,
die die Quadrupol-Fallenfelder erzeugen, (und/oder die Frequenz
von der einen oder von beiden der RF-Komponentenspannungen) kann abgetastet
oder anderweitig geändert
werden, während
die Ergänzungs-Wechselspannung an
die Enden der Elektroden angelegt wird, um Ionen mit einem Bereich
von Masse-Ladungs-Verhältnissen (m/z)
sequentiell zur Detektion zu erregen.
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Das
Anlegen eines Ergänzungsfeldes
zum Bereitstellen einer zusätzlichen
Komponente des Felds in der Ionenfallenregion ist zum Erregen ausgewählter Ionen
für verschiedene
Zwecke nützlich, darunter
das Herbeiführen
ihrer Reaktion oder Dissoziation (besonders in Gegenwart eines Puffergases), oder
ihr Ausstoßen
aus der Falle zur Detektion. Fakultativ wird ein Ergänzungsfeld überlagert,
um unerwünschte
Ionen mit einem Masse-Ladungs-Verhältnis innerhalb eines zweiten
ausgewählten
Bereichs aus dem verbesserten Feld auszustoßen. In diesem Fall kann das
Ergänzungsfeld
ein Breitbandsignal sein, das Frequenzkomponenten von einer ersten Frequenz
bis zu einer zweiten Frequenz hat, wobei der von der ersten Frequenz
und der zweiten Frequenz umspannte Frequenzbereich einen Teil des Fallenbereichs
enthält (z.B.
enthält
er einen Teil des Fallenbereichs von der Ionenfrequenz, die der Pumpfrequenz ωp entspricht, bis zu einer Hälfte der Ansteuerfrequenz ω des ersten
Fallenfeldes), oder das Frequenzkomponenten innerhalb eines niedrigeren
Frequenzbereichs von einer ersten Frequenz bis zu einem Sperrfrequenzband
und innerhalb eines höheren
Frequenzbereichs von dem Sperrfrequenzband bis zu einer zweiten
Frequenz hat und wobei der von der ersten Frequenz und der zweiten
Frequenz umspannte Bereich den Fallenbereich einschließt (fakultativ
kann es mehr als ein Sperrfrequenzband geben).
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In
einer Klasse bevorzugter Ausgestaltungen wird die relative Phase
von zwei oder mehreren periodisch zeitlich variierenden Komponentenfeldern
des Ionenfallenfeldes geregelt, um eine optimale Kombination von
Massenauflösung,
Empfindlichkeit und Massenspitzenstabilität während der Ionendetektion zu
erzielen. Während
der Massenanalyse (wenn das Ionenfallenfeld geändert wird) kann dynamische Phasenanpassung
durchgeführt
werden, um eine optimale Kombination von Massenauflösung, Empfindlichkeit
und Massenspitzenstabilität
während
sequentieller Zeitperioden, in denen jede der verschiedenen Ionenarten
zur Detektion erregt werden; zu erreichen. Zum Beispiel können, wenn
das Feld in der Ionenfallenregion aus zwei Quadrupol-Fallenfeldern (die
von zwei sinusförmigen
RF-Spannungen erzeugt werden)
und einem Ergänzungs-Wechselstromfeld (erzeugt
von einer sinusförmigen
Ergänzungsspannung)
besteht, verschiedene optimale relative Phasen der zwei RF-Spannungen
(und von jeder RF-Spannung
und der Ergänzungsspannung)
zu verschiedenen Zeiten während
eines Massenanalysevorgangs erzeugt werden, bei der ein Parameter
des Ionenfallenfeldes geändert
wird (wie z.B. abgetastet wird).
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine vereinfachte schematische Darstellung einer Vorrichtung, die
zum Implementieren einer Klasse bevorzugter Ausgestaltungen der Erfindung
nützlich
ist.
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2 ist
ein Diagramm einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung.
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3 ist
ein Diagramm einer zweiten bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung.
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4 ist
ein Diagramm einer dritten bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung.
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5 ist
ein Diagramm einer vierten bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung.
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Ausführliche
Beschreibung der bevorzugten Ausgestaltungen
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Die
in 1 gezeigte Quadrupol-Ionenfallenvorrichtung ist zum Implementieren
einer Klasse bevorzugter Ausgestaltungen der Erfindung nützlich. Die
Vorrichtung von 1 hat eine Ringelektrode 11 und
Endelektroden 12 und 13. Ein erstes dreidimensionales
Quadrupol-Fallenfeld wird in Region 16 aufgebaut, die von
Elektroden 11–13 umschlossen
ist, wenn der Grundspannungsgenerator 14 (in Reaktion auf
ein Steuersignal von der Steuerschaltung 31) eingeschaltet
wird, um zwischen Elektrode 11 und den Elektroden 12 und 13 eine
Grundspannung anzulegen. Die Grundspannung umfasst eine sinusförmige Spannung
mit der Amplitude V und der Frequenz ω und fakultativ auch eine DC-Komponente
von Amplitude U. ω liegt
im typischen Fall innerhalb des Radiofrequenzbereichs (RF-Bereich).
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Der
Ionenspeicherbereich 16 hat einen Radius ro und eine
vertikale (axiale) Dimension zo. Die Elektroden 11, 12 und 13 können durch
den Kupplungstransformator 32 gleichtaktgeerdet sein.
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Ein
dreidimensionales Quadrupol-Fallenfeld wird in der von den Elektroden 11 bis 13 umschlossenen
Region 16 aufgebaut, wenn der Pumposzillator 114 eingeschaltet
wird (in Reaktion auf ein Steuersignal von der Steuerschaltung 31),
um eine Pumpspannung zwischen Elektrode 11 und Elektroden 12 und 13 anzulegen.
Die Pumpspannung ist ein sinusförmiges
Spannungssignal mit Amplitude Vp und Frequenz ωp (ωp ist gewöhnlich
eine RF-Frequenz (HF-Frequenz))
und einer fakultativen DC-Komponente. Alternativ kann die Pumpspannung
ein weiteres periodisches Spannungssignal sein. Pumposzillator 114 ist
mit dem Spannungsgenerator 14 in Reihe geschaltet. Das
erste und das zweite dreidimensionale Quadrupol-Fallenfeld haben die gleiche räumliche
Form, können
sich aber in Frequenz oder Phase oder in der Amplitude ihrer RF-
oder DC-Komponenten unterscheiden. Das infolge des gleichzeitigen
Anlegens des ersten und des zweiten dreidimensionalen Quadrupol-Fallenfeldes
verbesserte Feld in der Region 16 ist durch die oben erwähnten Parameter
V, ω, U,
Vp und ωp gekennzeichnet.
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Die
Vorteile des Einsetzens eines verbesserten Felds (im Gegensatz zu
einem einzelnen Fallenfeld wie dem von Generator 14 allein
erzeugten dreidimensionalen Quadrupol-Fallenfeld) sind u.a. die Folgenden:
das
zweite Fallenfeld (z.B. ein zweites dreidimensionales Quadrupol-Fallenfeld)
kann für
die Dissoziation ausgewählter
Ionen (besonders in Gegenwart eines Puffergases) verwendet werden;
das
zweite Fallenfeld (z.B. ein zweites dreidimensionales Quadrupol-Fallenfeld)
kann verwendet werden, um den m/z-Bereich, über den Ionen gespeichert oder
analysiert werden können
(der "Massebereich" der Ionenfalle),
effektiv über
den Massebereich hinaus zu vergrößern, der
bei Verwendung eines Generators mit begrenztem Spannungsausgang
allein (z.B. einem Generator 14 mit begrenztem Spannungsausgang
allein) erwartet werden könnte;
Ionen
können
durch ein sich veränderndes
verbessertes Feld unstabil gemacht werden, dessen Komponentenfelder
eine geringere Spitze-Spitze-Spannung als die Spannungsamplitude
haben, die ansonsten erforderlich wäre, um sie mithilfe eines einzelnen
veränderten
Fallenfeldes unstabil zu machen (durch Einstellen eines Feldparameters,
sodass die Parameter "a" und/oder "q" der Ionen außerhalb der Stabilitätshüllkurve
liegen), sodass Spannungsquellen mit niedrigerer Leistung, die daher
kostengünstiger
sind, zum Implementieren der Massenanalyse eingesetzt werden können; und
die
Flugbahnen gefangener Ionen können
schneller (d.h. exponentiell im Verhältnis zur Zeit) erhöht werden,
indem das erfindungsgemäße verbesserte
Feld dann mit konventionellen Resonanzausstoßmethoden (die derartige Flugbahnen
im Wesentlichen im Verhältnis
zur Zeit linear erhöhen)
geändert
wird, wodurch schnellere Abtastraten und eine höhere Massenauflösung ermöglicht werden,
als mit konventionellen Resonanzausstoßmethoden erreicht werden können.
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Die
oben erwähnte
Vergrößerung des
effektiven Massebereichs einer Ionenfalle kann auf vielerlei Weise
erreicht werden. Beispielsweise können Parameter des zweiten
Fallenfeldes (von einem zweiten Generator erzeugt), ausgewählt werden,
um den Massebereich über
den hinaus zu erweitern, der mit einem einzelnen Fallenfeld, das
von einem ersten Generator mit begrenzter Ausgangsspannung (z.B. einem
Generator 14 mit begrenzter Spannungsabgabe allein) erzeugt
wird, erreichbar ist. Alternativ kann das zweite Fallenfeld angelegt
werden und ein oder mehrere Parameter des ersten Fallenfeldes kann/können dann
modifiziert werden, um den Massebereich über den mit dem ersten Fallenfeld
allein erreichbaren hinaus zu erweitern.
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Der
Ergänzungs-Wechselspannungsgenerator 35 kann
(in Reaktion auf ein Steuersignal von der Steuerschaltung 31)
eingeschaltet werden, um ein erwünschtes
Ergänzungs-Wechselstromsignal
an die Endelelektroden 12 und 13 anzulegen, wie
gezeigt wird (oder alternativ zwischen Elektrode 11 und einer
der Elektroden 12 und 13 oder beiden). In bevorzugten
Ausgestaltungen kann das vom Generator 35 erzeugte Ergänzungs-Wechselstromsignal
ausgewählt
werden, sodass das verbesserte Feld, das alle drei ersten und zweiten
dreidimensionalen Quadrupol-Fallenfelder
umfasst, und das durch die Ergänzungs-Wechselspannung aufgebaute
Feld erwünschte
eingefangene Ionen zur Detektion erregen (oder erwünschte eingefangene
Ionen für
andere Zwecke erregen).
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Ein
oder mehrere Parameter (z.B. wenigstens einer von V, ω, U, Vp und ωp) des infolge der von beiden Elementen 14 und 114 ausgegebenen
Spannungssignale verbesserten Felds können geändert werden, um erwünschte eingefangene
Ionen zur Detektion (oder für
andere Zwecke) sequentiell zu erregen.
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Wenn
er von der Fadenstromversorgung 18 mit Strom versorgt wird,
richtet der Faden 17 einen ionisierenden Elektronenstrahl
durch eine Öffnung
in der Endelektrode 12 in die Region 16. Der Elektronenstrahl
ionisiert Probenmoleküle
innerhalb der Region 16, sodass die resultierenden Ionen
von dem ersten Quadrupol-Fallenfeld und/oder dem zweiten Quadrupol-Fallenfeld
innerhalb der Region 16 eingefangen werden können. Die
zylindrische Steuerelektrode (Gate-Elektrode) und Linse 19 wird
von der Faden-Linsensteuerschaltung 21 gesteuert, um den Elektronenstrahl
nach Bedarf durch das Gate durchzulassen bzw. zu sperren. Alternativ
können
Ionen extern erzeugt und in die Fallenregion injiziert werden.
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In
einer Ausgestaltung hat die Endelektrode 13 Perforationen 23,
durch welche Ionen aus der Region 16 zur Detektion von
einem extern positionierten Elektronenvervielfacherdetektor 24 ausgestoßen werden
können.
Elektrometer 27 empfängt
das am Ausgang des Detektors 24 bestätigte Stromsignal und wandelt
es in ein Spannungssignal um, das in der Schaltung 28 summiert
und gespeichert wird, zur Verarbeitung in dem Prozessor 29.
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In
einer Variation der Vorrichtung von 1 sind die
Perforationen 23 weggelassen und durch einen falleninternen
Detektor ersetzt. Ein solcher falleninterner Detektor kann die Fallen-Endelektroden selbst
umfassen. Beispielsweise könnte(n)
eine der Endelektroden oder beide (teilweise) aus phosphorisierendem
Material (das in Reaktion auf das Einfallen von Ionen an einer seiner
Oberflächen
Photonen emittiert) zusammengesetzt sein. In einer weiteren Klasse
von Ausgestaltungen unterscheidet sich der Ionendetektor in der
Falle von den Endelektroden, ist aber einstöckig mit einer von ihnen oder
mit beiden montiert (um Ionen zu detektieren, die auf die Endelektroden
auftreffen, ohne bedeutende Verzerrungen der Form der Endelektrodenflächen einzuführen, die der
Region 16 zugekehrt sind). Ein Beispiel dieser Art von
falleninternem Ionendetektor ist ein Faraday-Effekt-Detektor, bei
dem ein elektrisch isolierter leitender Stift mit seiner Spitze
bündig
mit einer Endelektrodenfläche
(vorzugsweise an einer Stelle entlang der Z-Achse in der Mitte der
Endelektrode 13) montiert ist. Alternativ können andere
Arten von Ionendetektoren in der Falle eingesetzt werden, wie Ionendetektoren,
bei denen nicht erforderlich ist, dass Ionen direkt auf sie aufprallen,
um detektiert zu werden (Beispiele für diesen letzteren Detektortyp,
der hierin als ein "in-situ-Detektor" bezeichnet wird,
haben Resonanz-Leistungsaufnahme-Detektionsmittel und Wellenstromdetektionsmittel).
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Der
Ausgang jedes Detektors in der Falle wird durch geeignete Detektorelektronik
an den Prozessor 29 angelegt.
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In
Ausgestaltungen der Erfindung kann das Ergänzungs-Wechselspannungssignal
von Generator 35 weggelassen werden. In anderen Ausgestaltungen
kann ein Ergänzungs-wechselspannungssignal
ausreichender Leistung an die Ringelektrode (anstelle an die Endelektroden)
angelegt werden, um Ionen zum Verlassen der Falle in radialen Richtungen (d.h.
radial in Richtung auf die Ringelektrode 11) anstatt in
der Z-Richtung zu veranlassen. Das derartige Anlegen eines Hochleistungsergänzungssignals
an die Falle zum Ausstoßen
unerwünschter
Ionen aus der Falle in radialen Richtungen, bevor andere Ionen mit
einem längs
der Z-Achse montierten Detektor detektiert werden, kann die Betriebslebensdauer
des Ionendetektors bedeutend vergrößern, indem die Sättigung
des Detektors während
des Anlegens des Ergänzungssignals
vermieden wird.
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Wenn
das erste oder das zweite der einander überlagerten Fallenfelder oder
beide eine Gleichstromkomponente hat bzw. haben, hat das verbesserte
Feld sowohl eine obere Sperrfrequenz als auch eine untere Sperrfrequenz
und kann Ionen mit Oszillationsfrequenzen unter der unteren Sperrfrequenz oder über der
oberen Sperrfrequenz nicht einfangen.
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Die
Steuerschaltung 31 erzeugt Steuersignale zum Steuern des
Grundspannungsgenerators 14, der Fadensteuerschaltung 21,
des Pumposzillators 114 und des Ergänzungs-Wechselspannungsgenerators 35.
Die Schaltung 31 sendet in Reaktion auf Befehle, die sie
vom Prozessor 29 erhält,
Steuersignale an die Schaltungen 14, 21, 114,
und 35 und sendet in Reaktion auf Anfragen vom Prozessor 29 Daten
an den Prozessor 29.
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Die
Steuerschaltung 31 hat vorzugsweise einen digitalen Prozessor
oder eine Analogschaltung des Typs, die das Frequenzamplitudenspektrum
jedes vom Ergänzungs-Wechselspannungsgenerator 35 bestätigten Ergänzungsspannungssignals
erzeugt und steuert (oder im Generator 35 kann ein(e) geeignete(r)
digitaler Signalprozessor oder Analogschaltung implementiert sein).
Ein für
diesen Zweck geeigneter digitaler Prozessor kann aus im Handel erhältlichen
Modellen ausgewählt
werden. Die Verwendung eines digitalen Signalprozessors erlaubt die
rasche Erzeugung einer Folge von Ergänzungsspannungssignalen mit
verschiedenen Frequenzamplitudenspektren.
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In
einem erfindungsgemäßen Massenspektrometrieverfahren
wird ein verbessertes Feld (das zwei oder mehr Fallenfelder mit
der gleichen räumlichen
Form umfasst) aufgebaut, Ionen werden in dem verbesserten Feld eingefangen
und wenigstens ein Parameter des verbesserten Felds wird geändert, um ausgewählte der
eingefangenen Ioonen sequentiell zu erregen (z.B. zur Detektion).
Das verbesserte Feld weist fakultativ ein Ergänzungsfeld (das eine andere räumliche
Form als die Fallenfelder haben kann) zusätzlich zu den Fallenfeldern
auf. In bevorzugten Ausgestaltungen stößt das sich ändernde
verbesserte Feld sequentiell ausgewählte der eingefangenen Ionen
aus dem verbesserten Feld zur Detektion (oder für andere Zwecke als die Detektion)
aus. In anderen Ausgestaltungen erregt das sich ändernde verbesserte Feld die
eingefangenen Ionen anderweitig sequentiell zur Detektion (oder
für andere
Zwecke als die Detektion).
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In
bevorzugten Ausgestaltungen wird das verbesserte Feld in einer Fallenregion
umgeben von der Ringelektrode und zwei Endelektroden einer dreidimensionalen
Quadrupol-Ionenfalle
aufgebaut und das verbesserte Feld umfasst wenigstens zwei Quadrupol-Fallenfelder
(mit im wesentlichen identischer räumlicher Form), die das Ergebnis
des Anlegens von Spannungen an eine oder mehrere der Elektroden
sind. In diesen Ausgestaltungen umfasst das verbesserte Feld fakultativ
auch ein Ergänzungsfeld mit
einer anderen räumlichen
Form als die Quadrupol-Fallenfelder,
was sich aus dem Anlegen einer Ergänzungs-Wechselspannung an die Endelektroden ergibt.
Die Amplitude einer RF- (und/oder DC-) Komponente der Spannung,
die eines der Quadrupol-Fallenfelder oder beide erzeugt, (und/oder
die Frequenz der RF-Komponenten-Frequenz
von einem oder mehreren der Quadrupol-Fallenfelder) kann abgetastet (oder
anderweitig geändert)
werden, während
die Ergänzungs-Wechselspannung
an die Endelektroden angelegt wird, um Ionen mit einem Bereich von Masse-Ladungs-Verhältnissen
sequentiell zur Detektion zu erregen.
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Alternativ
wird ein Fallenfeld, das Ionen mit einem Masse-Ladungs-Verhältnis innerhalb
eines ausgewählten
Bereichs (der einem Ionenfrequenzen-Fangbereich entspricht) speichern
kann, in einer Fallenregion aufgebaut und ein Ergänzungsfeld
wird mit dem Fallenfeld überlagert,
um unerwünschte
Ionen mit einem Masse-Ladungs-Verhältnis innerhalb eines
zweiten ausgewählten
Bereichs aus dem verbesserten Feld auszustoßen. Dieses Ergänzungsfeld kann
ein Breitbandsignal sein, das Frequenzkomponenten von einer ersten
Frequenz bis zu einer zweiten Frequenz hat, wobei der von der ersten
Frequenz und der zweiten Frequenz umspannte Frequenzbereich einen
Teil des Fallenbereichs enthält
(z.B. enthält
er einen Teil des Fallenbereichs von der Ionenfrequenz, die der
Pumpfrequenz ωp entspricht, bis zu einer Hälfte der
Ansteuerfrequenz ω des
ersten Fallenfeldes), oder das Frequenzkomponenten innerhalb eines
niedrigeren Frequenzbereichs von einer ersten Frequenz bis zu einem
Sperrfrequenzband und innerhalb eines höheren Frequenzbereichs von dem
Sperrfrequenzband bis zu einer zweiten Frequenz hat und wobei der
von der ersten Frequenz und der zweiten Frequenz umspannte Bereich
den Fallenbereich einschließt
(fakultativ kann es mehr als ein Sperrfrequenzband geben). Ein derartiges
Ergänzungsfeld
kann Ionen aus der Falle ausstoßen
(andere als die ausgewählten
Ionen), um dadurch das Speichern unerwünschter Ionen zu verhindern,
die sonst anschließende
Massenspektrometrievorgänge stören könnten. Nach
dem Anlegen eines solchen Ergänzungsfeldes
kann ein verbessertes Feld in der Fallenregion aufgebaut werden,
indem das Fallenfeld mit wenigstens einem zusätzlichen Fallenfeld überlagert
wird, das im Wesentlichen die gleiche räumliche Form wie das Fallenfeld
hat. Alternativ kann das verbesserte Feld vor oder während des
Anlegens eines solchen Ergänzungsfeldes
aufgebaut werden.
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In
einem letzten Schritt kann das verbesserte Feld geändert werden
(im typischen, Fall nach dem Ausschalten des Breitbandergänzungsfeldes),
um in der Fallenregion verbleibende ausgewählte eingefangene Ionen sequentiell
zu erregen. In dem letzten Schritt können ein oder mehrere Parameter
der Fallenfelder geändert
werden, um eingefangene Ionen auf eine Weise zum Implementieren eines
(MS)n Massenanalysevorgangs, wobei n = 2,
3, 4 oder mehr ist, sequentiell zu erregen. In einem solchen (MS)n Massenanalysevorgang kann das verbesserte Feld
geändert
werden (zum Beispiel durch Einschalten einer weiteren Ergänzungsfeldkomponente
des verbesserten Feldes), um die Dissoziation von Mutter- oder Tochterionen
herbeizuführen,
und dann auf eine andere Weise zum Durchführen der Massenanalyse der
Tochterionen geändert
werden.
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In
den oben beschriebenen Ausgestaltungen können die zwei Fallenfelder
und das Ergänzungsfeld
aufgebaut werden, indem Spannungssignale an die Fallenregion umgebende
Ionenfallenvorrichtungselektroden angelegt werden. In bevorzugten Ausgestaltungen
ist eines der Fallenfelder ein Quadrupol-Feld, das von einem sinusförmigen Grundspannungssignal
mit einer Gleichspannungskomponente (mit Amplitude U) und einer
RF-Spannungskomponente
(mit Amplitude V und Frequenz ω),
die an die Ringelektrode und/oder wenigstens eine der Endelektroden
einer Quadrupolionenfalle angelegt werden, bestimmt wird, das andere
Fallenfeld ist ein Quadrupol-Feld,
das von einem sinusförmigen Pumpspannungssignal
(mit Amplitude Vp und Frequenz ωp) bestimmt wird, das an die gleiche(n) Elektrode
(oder Elektroden) der Quadrupol-Ionenfalle
angelegt wird, und in dem letzten Schritt werden einer oder mehrere
der Parameter V, ω,
U, Vp und ωp des verbesserten
Felds geändert,
um erwünschte
gefangene Ionen sequentiell für
die Detektion (oder für
andere Zwecke) zu erregen. In anderen Ausgestaltungen ist das andere
Fallenfeld selbst eine Überlagerung
von zwei oder mehr Quadrupol-Feldern, die jeweils von einem sinusförmigen Pumpspannungssignal
(mit Amplitude Vp und Frequenz ωp) bestimmt werden, das an die gleiche (n)
Elektrode (oder Elektroden) der Quadrupol-Ionenfalle angelegt wird
wie das erste Fallenfeld. Im letzten Schritt der letzteren Ausgestaltungen
werden einer oder mehrere der Parameter V, ω, U oder beliebige der Parameter
Vp oder ωp geändert,
um erwünschte
eingefangene Ionen sequentiell zu erregen.
-
In
Variationen der oben beschriebenen Ausgestaltungen kann ein Breitband-Ergänzungsfeld zwei
oder mehr Sperrfrequenzbänder
haben. Beispielsweise kann ein solches Ergänzungsfeld Frequenzkomponenten
innerhalb eines niedrigen Frequenzbereichs von einer ersten Frequenz
bis zu einem ersten Sperrfrequenzband, innerhalb eines mittleren
Frequenzbereichs von dem ersten Sperrfrequenzband bis zu einem zweiten
Sperrfrequenzband und innerhalb eines hohen Frequenzbereichs von dem
zweiten Sperrfrequenzband bis zu einer zweiten Frequenz haben. Für viele
Massenanalyseanwendungen hat jede der Frequenzkomponenten eines solchen
Ergänzungsfelds
vorzugsweise eine Amplitude im Bereich von 10 mV bis 10 Volt.
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In
bevorzugten Ausgestaltungen wird ein Puffer- oder Kollisionsgas
(wie z.B. Helium, Wasserstoff, Argon oder Stickstoff, aber nicht
darauf begrenzt) in die Fallenregion eingeführt, um die Massenauflösung und/oder
die Empfindlichkeit und/oder die Einfangeffizienz von extern erzeugten
Ionen zu verbessern. Das Puffer- oder Kollisionsgas kann auch vor
der Massenanalyse entfernt werden, um die Empfindlichkeit und/oder
die Massenauflösung
während
Ionenausstoß und/oder
-detektion zu verbessern.
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Die
relative Phase der zwei oder mehr periodisch zeitlich variierenden
Komponentenfelder des verbesserten Feldes wird geregelt, um eine
optimale Kombination von Massenauflösung, Empfindlichkeit und Massenspitzenstabilität während der
Ionendetektion zu erzielen. Dynamische Phasenanpassung kann während jedes
beliebigen Teils eines Versuchs durchgeführt werden, einschließlich der
Massenanalyse (wenn das verbesserte Feld der Erfindung geändert wird),
um eine optimale Kombination von Massenauflösung, Empfindlichkeit und Massenspitzenstabilität während aufeinanderfolgender
Zeitperioden, in denen verschiedene Ionenarten jeweils erregt oder
zur Detektion erregt werden, zu erzielen. Wenn zum Beispiel das
verbesserte Feld aus zwei Quadrupol-Fangfeldern (die von zwei sinusförmigen RF-Spannungen erzeugt
werden) und einem Ergänzungs-Wechselstromfeld
(das von einer sinusförmigen
Ergänzungsspannung
erzeugt wird) besteht, können
verschiedene optimale relative Phasen der zwei RF-Spannungen (und jeder
RF-Spannung und der Ergänzungsspannung)
zu verschiedenen Zeiten während
eines Massenanalysevorgangs erzeugt werden, bei der ein Parameter
des verbesserten Felds überstrichen
oder abgetastet wird.
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In
jeder beliebigen der Ausgestaltungen der Erfindung gilt:
während das
verbesserte Feld geändert
wird, kann die Änderungsrate
von einem oder mehreren der Parameter davon geregelt werden, um
eine erwünschte Massenauflösung zu
erzielen;
ein automatisches Empfindlichkeits- oder Verstärkungsregelungsverfahren
(wie z.B. das in US-Patent 5,200,613, ausgestellt am 6. April 1993,
beschriebene) kann eingesetzt werden, während das verbesserte Feld
geändert
wird;
der Elektronenvervielfacher wird vor Beschädigung geschützt, indem
unerwünschte
Ionen abgelenkt oder anderweitig daran gehindert werden, in ihn
einzudringen oder die Verstärkung
des Detektors zu verringern;
nicht-fortlaufende Massenanalyse
kann durchgeführt werden,
z.B. kann das verbesserte Feld durch Überlagern einer Sequenz von
Ergänzungs-Wechselstromfeldern
darauf geändert
werden, wobei jedes Ergänzungsfeld
eine Frequenz hat, die zum Erregen von Ionen eines arbiträr ausgewählten m/z-Verhältnisses
ausgewählt
wurde;
das verbesserte Feld kann ein Ergänzungsfeld mit einem Frequenzamplitudenspektrum
haben, das zum Eliminieren von Störungen, zum Beispiel infolge
einer Leckage von permeablen Gasen in eine abgedichtete Ionenfalle
(wie eine mit O-Ringen abgedichtete) oder Blutungs-Peaks von einer
mit der Vorrichtung verbundenen Trennkolonne, bei einem Massenanalysevorgang
ausgewählt
wurde;
das verbesserte Feld kann wenigstens zwei "Pump"-Felder und ein Grundfallenfeld (alle
mit im Wesentlichen identischer räumlicher Form) haben, die so
ausgewählt
wurden, dass die verbesserten Pumpfelder ein Frequenzamplitudenspektrum
mit einer oder mehreren Bandsperren an Frequenzbändern definieren, die entsprechend
ausgewählt
wurden, um einen erwünschten
Massenanalysevorgang durchzuführen,
wie ausgewähltes
Speichern erwünschter
Masse-Ladungs-Verhältnisse
(m/z) oder Massenbereiche, einen chemischen Ionisierungsvorgang
(CI-Vorgang) oder einen ausgewählten
Reaktandionen-CI-Vorgang,
oder während
des Schützens des
Ionendetektors vor Schäden
auf Grund der Anwesenheit unerwünschter
Ionen;
in Gegenwart des verbesserten Felds kann die Energie
von Elektronen, die in eine Ionenfalle eingeführt werden sollen, geregelt
werden, sodass die Elektronen keine unerwünschten Ionen erzeugen (wie
durch ionisierende Kollision, CI und/oder Lösemittelgas in der Falle und/oder
einer assoziierten Vakuumkammer);
ein verbessertes Feld (das
ein oder mehrere "Pump"-Felder sowie ein Grundfallenfeld umfasst, die
alle im Wesentlichen die gleiche räumliche Form haben) kann in
einer Ionenzyklotron-Resonanz-Falle (ICR-Falle) aufgebaut werden
und das verbesserte Feld kann geändert
werden, um Ionen in der ICR-Falle zur Detektion oder für andere
Zwecke zu erregen;
ein unterschiedlicher Gasdruck kann in dem
Ioneninjektionstransportsystem, der Ionenfalle und/oder dem Ionendetektor
aufrecht erhalten werden, um die Leistung der Analyse insgesamt
zu optimieren;
eine Ionenfalle oder ein Vakuumsystem können verwendet
werden, die/das O-Ringe oder durchlässige Membranen zum Versorgen
der Region des verbesserten Feldes mit atmosphärischen Gasen hat, und eines
oder mehrere der Gase kann/können
ionisiert und selektiv gespeichert werden zur Verwendung bei der
Durchführung
von CI oder von Ladungsaustauschreaktionen, oder die nicht-ionisierten
Gase können
Kollisionsdissoziation oder Kühlen
eingefangener Ionen ermöglichen;
und
in einem Ionenfallen-Massenspektrometer, das eine Elektrodenstruktur
hat, die Ionen speichern und/oder durch Massenanalyse analysieren
kann und als Vakuumkammer des Massenspektrometers dient, wobei das
verbesserte Feld so ausgeführt
sein kann, dass es ein Frequenzamplitudenspektrum zum Entfernen
unerwünschter
Ionen aus der Elektrodenstruktur hat.
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Eine
bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im Folgenden
mit Bezug auf 2 beschrieben. Wie in 2 gezeigt wird,
ist der erste Schritt dieses Verfahrens (der während der Periode "A" stattfindet) das Speichern ausgewählter Ionen
in einer Falle. Dies kann erreicht werden durch Anlegen eines RF-Ansteuerspannungssignals
an die Falle (durch Aktivieren des Generators 14 der Vorrichtung
in 1), um ein erstes Quadrupol-Fallenfeld aufzubauen,
gleichzeitiges Anlegen eines zweiten RF-Spannungssignals an die Falle
(durch Aktivieren des Pumposzillators 114 der Vorrichtung
von 1), um ein zweites Quadrupol-Fallenfeld aufzubauen
(mit der gleichen räumlichen
Form wie das erste Quadrupol-Fallenfeld), und Einführen eines
ionisierenden Elektronenstrahls in die Ionenspeicherregion 16 (um
Ionen zu erzeugen, die selektiv aus der Falle entweichen oder in
der Falle stabil eingefangen werden). Alternativ können die
Ionen extern erzeugt und während
der Periode A in die Speicherregion injiziert werden.
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Das
zweite Quadrupol-Fallenfeld erzeugt ein/e Instabilitätsloch oder
-stelle in dem Stabilitätsdiagramm
des ersten Quadrupol-Fallenfelds. Ein axial unstabiler Zustand liegt
immer dann vor, wenn ωz = Nωp/2, wobei ωz die
Frequenz der Ionenbewegung in der axialen (Z-) Richtung und N eine
ganze Zahl ist.
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Ebenfalls
während
der Periode A wird ein Breitbandspannungssignal (das ein Sperrfilter-gefiltertes
Breitbandspannungssignal sein kann) an die Falle angelegt (z.B.
durch Aktivieren des Ergänzungsgenerators 35 von 1),
um unerwünschte Ionen
aus der Falle auszustoßen.
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Während Periode
A in der Fallenregion 16 produzierte (oder in sie injizierte)
Ionen, die ein Masse-Ladungs-Verhältnis außerhalb
eines erwünschten Bereichs
oder erwünschter
Bereiche haben (durch die Kombination aus dem Breitbandsignal und
dem Grundspannungssignal der zwei Fallenfelder bestimmt), entweichen
aus der Region 16 und bewirken bei ihrem Entweichen möglicherweise,
dass der Detektor 24 ein Ausgangssignal erzeugt, wie durch
die Spitze in dem "Ionensignal" in 2 während Periode
A gezeigt wird.
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Vor
Ende der Periode A wird der ionisierende Elektronenstrahl (oder
Ionenstrahl) vom Gate gesperrt.
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Nach
Periode A wird während
Periode B die Massenanalyse und Detektion durchgeführt. Während Periode
B kann ein fakultatives Ergänzungs-Wechselspannungssignal
an die Falle angelegt werden (z.B. durch Aktivieren des Generators 35 der
Vorrichtung in 1 oder eines zweiten Ergänzungs-Wechselspannungsgenerators,
der mit der entsprechenden Elektrode oder den entsprechenden Elektroden
verbunden ist). Die Frequenz des fakultativen Ergänzungswechselstromsignals
beträgt
vorzugsweise etwa die Hälfte
der Frequenz ωp des zweiten RF-Spannungssignals, um das Ausstoßen gefangener.
Ionen zur Detektion während
Periode B zu unterstützen.
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Ebenfalls
während
Periode B werden gefangene Ionen sequentiell zur Detektion erregt,
indem die Spitze-Spitze-Amplitude
des RF-Ansteuerspannungssignals (oder die Amplitude einer DC-Komponente
davon) und/oder die Spitze-Spitze-Amplitude des zweiten RF-Spannungssignals
(oder die Amplitude einer DC-Komponente davon) und/oder die Frequenz ω des RF-Ansteuerspannungssignals
geändert
wird. Wenn die Spitze-Spitze-Amplitude der zweiten RF-Spannung abgetastet
wird, sollte sie im Bereich von etwa 0,1% bis 10% der Spitze-Spitze-Amplitude
der RF-Ansteuerspannung
sein. Das zweite Quadrupol-Feld kann (durch Wählen einer geeigneten ωp mit Vp) zum Erweitern
des Massenbereichs verwendet werden, indem verursacht wird, dass
Ionen stabil werden und die Ionenfalle bei niedrigeren Spitze-Spitze-Amplituden
des RF-Ansteuerspannungssignals
im Vergleich zu der Verwendung nur eines einzelnen dreidimensionalen
Quadrupol-Felds verlassen. Der Schritt des Änderns von wenigstens einem
Parameter der überlagerten
Felder während
Periode B erregt nacheinander eingefangene Ionen mit verschiedenen Masse-Ladungs-Verhältnissen
(m/z) zur Detektion (beispielsweise durch den in 1 gezeigten
Elektronenvervielfacher 24). Der in Periode B von 2 gezeigte "Ionensignal"-Abschnitt hat sechs
Spitzen, die sequentiell detektierte Ionen mit sechs verschiedenen
Masse-Ladungs-Verhältnissen
repräsentieren.
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Automatische
Empfindlichkeitskorrektur kann Periode A vorausgehend durchgeführt werden, um
eine optimale Zeit für
das Elektronen-Gate (oder Ionen-Gate) und einen optimalen Elektronenstrom für Periode
A zu ermitteln.
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Eine
weitere bevorzugte Ausgestaltung des Erfindungsverfahrens wird mit
Bezug auf 3 beschrieben. Mit Ausnahme
des Folgenden ist das Verfahren von 3 mit dem
oben mit Bezug auf 2 beschriebenen identisch.
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Während Periode
B des Verfahrens von 3 werden eingefangene Ionen
sequentiell zur Detektion erregt, indem die Frequenz ωp des zweiten RF-Spannungssignals überstrichen
oder abgetastet wird (während
die Spitze-Spitze-Amplitude
des RF-Ansteuerspannungssignals und des zweiten RF-Spannungssignals
und die Frequenz ω des RF-Ansteuersignals im
Wesentlichen konstant gehalten werden).
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Durch
Abtasten der Frequenz ωp des zweiten RF-Spannungssignals von niedriger zu hoher
Frequenz werden eingefangene Ionen der Reihe nach von hohem m/z-Verhältnis zu
niedrigem m/z-Verhältnis
sequentiell erregt und durch Abtasten der Frequenz ωp des zweiten RF-Spannungssignals von hoher zu niedriger
Frequenz werden eingefangene Ionen der Reihe nach von niedrigem
m/z-Verhältnis zu hohem
m/z-Verhältnis
sequentiell erregt.
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Außerdem ist
es fakultativ, während
Periode B des Verfahrens von 3 ein Ergänzungs-Wechselspannungssignal
an die Falle anzulegen (wie durch Aktivieren von Generator 35 der
Vorrichtung von 1). Wenn das Ergänzungs-Wechselspannungssignal
angelegt wird, wird seine Frequenz vorzugsweise synchron mit der
abgetasteten Frequenz ωp des zweiten RF-Spannungssignals abgetastet. Die
Frequenz des Ergänzungs-Wechselspannungssignals
wird von niedrig nach hoch abgetastet, wenn die Frequenz ωp des zweiten RF-Spannungssignals von niedrig nach hoch
abgetastet wird, und die Frequenz des Ergänzungs-Wechselspannungssignals wird
von hoch nach niedrig abgetastet, wenn die Frequenz ωp des zweiten RF-Spannungssignals von hoch
nach niedrig abgetastet wird.
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In
dem Verfahren von 3 erregt der Schritt des Überstreichens
oder Abtastens der Frequenz ωp des zweiten RF-Spannungssignals (und fakultativ
auch die Frequenz des Ergänzungs-Wechselspannungssignals)
während
Periode B sequentiell eingefangene Ionen mit verschiedenen m/z-Verhältnissen
(Masse-Ladungs-Verhältnissen)
zur Detektion (beispielsweise durch den in 1 gezeigten
Elektronenvervielfacher 24). Der in Abschnitt B von 3 gezeigte "Ionensignal"-Abschnitt hat sieben
Spitzen, die sequentiell detektierte Ionen mit sieben verschiedenen
Masse-Ladungs-Verhältnissen
repräsentieren.
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Als
Nächstes
wird eine weitere Ausgestaltung des Erfindungsverfahrens, zum Implementieren eines
MS/MS-Vorgangs,
mit Bezug auf 4 beschrieben. Periode A des
Verfahrens von 4 ist mit der oben beschriebenen
Periode A des Verfahrens von 2 identisch.
Während
Periode A werden Mutterionen in der Falle gespeichert.
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Das
RF-Ansteuerspannungssignal (mit seiner fakultativen DC-Komponente)
und das zweite RF-Spannungssignal
werden gewählt,
um (innerhalb Region 16) Mutterionen (wie aus Wechselwirkungen zwischen
Probenmolekülen
und dem ionisierenden Elektronenstrahl resultierende Mutterionen)
sowie Tochterionen (die während
Periode "B" erzeugt sein können) mit
einem m/z-Verhältnis in
einem erwünschten
Bereich zu speichern.
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Das
Anlegen eines Sperrfilter-gefilterten Breitbandsignals stößt während Periode
A in der Fallenregion 16 erzeugte (oder in sie injizierte)
Ionen aus der Falle aus, die ein Masse-Ladungs-Verhältnis außerhalb
eines erwünschten.
Bereichs haben, der durch die Kombination aus dem Sperrfilter-gefilterten Breitbandsignal
und den zwei anderen während
Periode A angelegten Spannungen bestimmt wird.
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Nach
Periode A, während
Periode B, wird ein Ergänzungs-Wechselspannungssignal
an die Falle angelegt (z.B. durch Aktivieren des Generators 35 der
Vorrichtung von 1 oder eines an die entsprechende
Elektrode oder Elektroden angeschlossenen zweiten Ergänzungs-Wechselspannungsgenerators).
Die Amplitude (angelegte Ausgangsspannung) des Ergänzungs-Wechselspannungssignals
ist niedriger als die des in Periode A angelegten Sperrfilter-gefilterten
Breitbandsignals (im typischen Fall liegt die Amplitude des Ergänzungs-Wechselspannungssignals
in der Größenordnung
von 100 mV, während
die Amplitude des Sperrfilter-gefilterten Breitbandsignals in der
Größenordnung
von 1 bis 10 V liegt). Das Ergänzungs-Wechselspannungssignal hat
eine Frequenz oder ein Frequenzenband, die/das zum Hervorrufen von
Dissoziation eines bestimmten Mutterions (um von ihm Tochterionen
zu erzeugen) ausgewählt
wurde, hat aber eine Amplitude (und somit Leistung), die niedrig
genug ist, sodass sie keine bedeutende Anzahl der dadurch erregten
Ionen in einem Grad in Resonanz bringt, der zur falleninternen oder
fallenexternen Detektion oder zum Ausstoßen ausreicht.
-
Als
Nächstes
werden während
Periode C die Tochterionen sequentiell detektiert. Dies kann, wie mit 4 vorgeschlagen
wird, durch Ändern
der Spitze-Spitze-Amplitude
des RF-Ansteuerspannungssignal (oder der Amplitude einer DC-Komponente
davon) und/oder der Spitze-Spitze-Amplitude
des zweiten RF-Spannungssignals (oder der Amplitude einer DC-Komponente
davon) und/oder der Frequenz ω des
RF-Ansteuerspannungssignals und/oder der Frequenz ωp des zweiten RF-Spannungssignals zum aufeinanderfolgenden
Ausstoßen
von Tochterionen mit verschiedenen Masse-Ladungs-Verhältnissen aus
der Falle zur Detektion erreicht werden (z.B. durch den in 1 gezeigten
Elektronenvervielfacher 24). Der in Periode C von 4 gezeigte "Ionensignal"-Abschnitt hat vier
Spitzen, die jeweils sequentiell detektierte Tochterionen mit einem
jeweils anderen Masse-Ladungs-Verhältniss repräsentieren.
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Wenn
die fallenexterne Detektion von Tochterionen während Periode C eingesetzt
wird, werden die Tochterionen vorzugsweise in der axialen Richtung
auf einen entlang der Z-Achse positionierten Detektor zu (wie Elektronenvervielfacher 24)
aus der Falle ausgestoßen.
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In
dem Verfahren von 4 kann das zweite RF-Spannungssignal während Periode
A fakultativ ausgeschaltet sein. Auch kann die Frequenz und Amplitude
des zweiten RF-Spannungssignals zur Dissoziation ausgewählter Mutterionen
während
Periode B zum Bilden von Tochterionen gewählt werden. Während Periode
C sind die Frequenz und Amplitude des zweiten RF-Spannungssignals
entsprechend gewählt,
um die Massenanalyse auszuführen.
Die Frequenz und Amplitude des zweiten RF-Spannungssignals kann in Periode B anders
als in Periode C sein.
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Das
oben beschriebene Verfahren von 4 ist ein
MS/MS-Verfahren. In Variationen des Verfahrens von 4 kann
Periode B simultane (MS)n implementieren,
wobei n eine ganze Zahl größer als
2 ist, oder zwischen den Perioden B und C (von 4) können zum
Implementieren von sequentiellen (MS)n,
wobei n eine ganze Zahl größer als
2 ist, zusätzliche
Perioden durchgeführt
werden.
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Im
Folgenden wird nun eine weitere Ausgestaltung des Erfindungsverfahrens
zum Implementieren eines Versuchs der chemischen Ionisierung (CI) mit
Bezug auf 5 beschrieben. Periode A des
Verfahrens von 5 ist mit der oben beschriebenen Periode
A des Verfahrens von 2 identisch.
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Während Periode
A werden CI-Reaktandionen erzeugt und selektiv in der Fallenregion 16 gespeichert.
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Nach
Periode A, während
Periode B, dürfen Probenmoleküle mit Reaktandionen
reagieren, die während
Periode A stabil eingefangen waren. Produkt-Ionen aus dieser Reaktion
werden in der Fallenregion gespeichert (wenn ihre Masse-Ladungs-Verhältnisse
innerhalb des Bereichs liegen, der von den überlagerten Fallenfeldern (auf
der RF-Ansteuerspannung und der zweiten RF-Spannung beruhend) gespeichert
werden kann), die während
Periode A aufgebaut und während
Periode B aufrecht erhalten wird.
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Als
Nächstes
werden während
Periode C ausgewählte
Mutterionen in der Falle gespeichert. Wenn die überlagerten Fallenfelder (auf
der RF-Ansteuerspannung und der zweiten RF-Spannung beruhend) nicht
aufgebaut wurden, um derartige Tochterionen während Periode A speichern zu
können, dann
werden sie während
Periode C geändert,
um zum Speichern der Tochterionen fähig zu werden (angezeigt durch
die Änderung
im RF-Ansteuerspannungssignal
und dem zweiten RF-Spannungssignal, wie
zwischen den Perioden B und C von 5 gezeigt).
Während
Periode C wird auch ein zweites Sperrfilter-gefiltertes Breitbandsignal
an die Falle angelegt, um unerwünschte
Ionen mit einem anderen Masse-Ladungs-Verhältnis als
dem von während
Periode B produzierten erwünschten
Produkt-Ionen durch Resonanz aus der Falle auszustoßen.
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Nach
Periode C, während
Periode D, wird ein Ergänzungs-Wechselspannungssignal
an die Falle angelegt (wie z.B. durch Aktivieren des Generators 35 der
Vorrichtung von 1 oder eines an die entsprechende
Elektrode oder Elektroden angeschlossenen zweiten Ergänzungs-Wechselspannungsgenerators).
Die Leistung (angelegte Ausgangsspannung) des Ergänzungs-Wechselspannungssignals
ist niedriger als die des in Periode C angelegten Sperrfilter-gefilterten
Breitbandsignals (im typischen Fall liegt die Leistung des Ergänzungs-Wechselspannungssignals
in der Größenordnung
von 100 mV, während
die Leistung des Sperrfilter-gefilterten Breitbandsignals in der
Größenordnung
von 1 bis 10 V liegt). Das Ergänzungs-Wechselspannungssignal
hat eine Frequenz oder ein Frequenzenband, die/das zum Hervorrufen
der Dissoziation eines bestimmten gespeicherten Produkt-Ions (um
von ihm Tochterionen zu erzeugen) ausgewählt wurde, hat aber eine Amplitude
(und somit Leistung), die niedrig genug ist, sodass sie keine bedeutende Anzahl
der dadurch erregten Ionen in einem Grad in Resonanz bringt, der
zur falleninternen oder fallenexternen Detektion oder zum Ausstoßen ausreicht.
-
Als
Nächstes
werden während
Periode E die Tochterionen sequentiell detektiert. Dies kann, wie von 5 vorgeschlagen
wird, durch Ändern
der Spitze-Spitze-Amplitude
des RF-Ansteuerspannungssignal (oder der Amplitude einer DC-Komponente
davon) und/oder der Spitze-Spitze-Amplitude des
zweiten RF-Spannungssignals (oder der Amplitude einer DC-Komponente
davon) und/oder der Frequenz ω des
RF-Ansteuerspannungssignals und/oder der Frequenz ωp des zweiten RF-Spannungssignals zum aufeinanderfolgenden
Erregen von Tochterionen mit verschiedenen Masse-Ladungs-Verhältnissen
aus der Falle zur Detektion erreicht werden (z.B. durch den in 1 gezeigten Elektronenvervielfacher 24).
Der innerhalb Periode E von 5 gezeigte "Ionensignal"-Abschnitt hat vier Spitzen,
die jeweils sequentiell detektierte Tochterionen mit einem jeweils
anderen Masse-Ladungs-Verhältniss repräsentieren.
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Wenn
während
Periode E fallenexterne Produkt-Ionendetektion
eingesetzt wird, werden die Produkt-Ionen vorzugsweise aus der Falle
in der Z-Richtung (der axialen Richtung) auf einen entlang der Z-Achse
positionierten Detektor (wie Elektronenvervielfacher 24)
zu ausgestoßen.
-
Während der
Periode, die unmittelbar auf Periode E folgt, können alle Spannungssignalquellen (und
der ionisierende Elektronenstrahl) ausgeschaltet sein. Das Erfindungsverfahren
kann dann wiederholt werden.
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Das
oben beschriebene Verfahren von 5 ist ein
CI/MS/MS-Verfahren. In Variationen des Verfahrens von 5 können die
Perioden C und D gestrichen werden, um einen CI-Vorgang zu implementieren.
In anderen Variationen können
die Perioden C und D simultane (MS)n implementieren,
wobei n eine ganze Zahl größer als
2 ist, oder zusätzliche
Perioden können
zwischen Perioden B und E (von 5) durchgeführt werden,
um sequentielle (MS)n zu implementieren,
wobei n eine ganze Zahl größer als
2 ist.
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In
dem Verfahren von 5 kann das zweite RF-Spannungssignal während der
Perioden A, B, C und D fakultativ ausgeschaltet sein. Auch kann
die Frequenz und Amplitude des zweiten RF-Spannungssignals zur Dissoziation
ausgewählter
Mutterionen während
Periode D zum Bilden von Tochterionen gewählt werden. Während Periode
E sind die Frequenz und Amplitude des zweiten RF-Spannungssignals entsprechend gewählt, um
die Massenanalyse auszuführen.
In Periode A kann das von dem zweiten RF-Spannungssignal aufgebaute
Fallenfeld zum Isolieren ausgewählter
CI-Reaktandionen benutzt werden. In Periode C kann das von dem zweiten
RF-Spannungssignal aufgebaute Fallenfeld zum Isolieren ausgewählter Mutterionen
benutzt werden. Die in 5 gezeigte Ergänzungs-Wechselspannung
kann während
Periode E fakultativ angelegt werden, um Massenauflösung und
Empfindlichkeit während
der Massenanalyse zu verbessern.
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Fachkundigen
Personen sind verschiedene andere Modifikationen und Variationen
des beschriebenen Verfahrens der Erfindung offensichtlich, ohne aus
dem Umfang der Erfindung zu kommen. Die Erfindung wurde zwar in
Verbindung mit spezifischen bevorzugten Ausgestaltungen beschrieben,
es versteht sich aber, dass die beanspruchte Erfindung nicht übergebührlich auf
derartige spezifische Ausgestaltungen begrenzt werden darf.