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Diese Erfindung betrifft Verbesserungen
an oder in Verbindung mit einem Massenspektrometer und betrifft
insbesondere eine Form eines Massenspektrometers, welcher das Einfangen
der zu analysierenden Ionen nutzt.
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Das Molekulargewicht oder Atomgewicht
einer Substanz ist ein nützliches
charakteristisches Merkmal, welches, wenn es festgestellt wird,
die Identifizierung der Substanz ermöglichen kann. Ein Massenspektrometer
ist ein Messinstrument, welches das Molekulargewicht einer Substanz
oder eines anderen Moleküls,
welches in das Massenspektrometer für eine Analyse hineingebracht
wird, bestimmen kann. Massenspektrometer werden auf eine Anzahl
von verschiedenen Arten betrieben, aber die vorliegende Erfindung
betrifft insbesondere Massenspektrometer für Analysezwecke, in denen Ionen
innerhalb eines bestimmten räumlichen
Bereichs eingefangen oder begrenzt werden. Bekannte Arten von Massenspektrometern
diesen Typs sind die sogenannten "Quadrupol-lonenfallen"-Spektrometer und "Ionenzyclotronresonanz"-Spektrometer.
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Gegenwärtig erhältliche Quadrupol-Ionenfallen-Massenspektrometer
verwenden ein dreidimensionales elektrisches Quadrupolfeld, welches
bei Hochfrequenzen schwingt, um Ionen einzufangen. Die Ionen können dann
selektiv auf der Basis des Massen/Ladungs-Verhältnisses aus dem Feld ausgestoßen werden,
was einen Betrieb der Vorrichtung als ein Massenspektrometer ermöglicht.
Diese Form eines Spektrometers kann relativ kostengünstig und mit
relativ geringer Größe hergestellt
werden, wodurch es eine beliebte Wahl als ein Massen-selektiver
Detektor für
Gaschromatographen (GC-MS) ist.
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Gegenwärtig erhältliche Ionenzyclotronresonanz-(ICR)-Massenspektrometer
verwenden eine Kombination eines elektrischen Felds und eines sehr starken
magnetischen Felds, um Ionen einzufangen. Die eingefangenen Ionen
schrauben sich um die magnetischen Feldlinien mit einer Frequenz,
die mit der Masse des Ions zusammenhängt. Die Ionen werden dann
so angeregt, dass die Radien ihrer spiralförmigen Bewegung größer werden,
und wenn die Radien größer werden,
werden die Ionen nahe an eine Detektorplatte geleitet, worin sie
Bildströme
induzieren. Das an diesen Detektorplatten als eine Funktion der Zeit
gemessene Signal ist verbunden mit der Anzahl und Frequenzen (folglich
der Masse) der Ionen. Konventionelle Verfahren wie etwa eine Fourier-Transformation können auf
das gemessene Signal angewendet werden, um die Frequenzen der Bestandteile
der Ionen zu erhalten, und folglich ein Frequenz(und somit Massen-)
Spektrum zu erzeugen. Diese Art eines Massenspektrometers kann einen
sehr hohen Grad der Massenauflösung
erzeugen.
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US-A-4,982,088 beschreibt eine Vorrichtung zur
Fourier-Transformations-lonenzyclotronresonanz (FT-ICR).
Es wird entlang einer axialen Richtung ein elektrisches Feld erzeugt,
und eine radiale Begrenzung der Ionen wird durch ein magnetisches
Feld erreicht. "Dynamic
Mass Spectrometer" von
E. W. Blauth, Elsevier Publishing Company, 1966, beschreibt auf
den Seiten 117 bis 121 ein Geschwindigkeitsstabilitäts-Spektrometer, welches
ein elektrisches Feld verwendet, um eine rotierende Bewegung von
Ionen zu erzeugen. In diesem System findet sich kein axiales Einfangen.
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Aber mit den oben beschriebenen bekannten Formen
von Massenspektrometern sind Nachteile verbunden. Während der
Quadrupol-Ionenfallen-Massenspektrometer
klein und billig konstruiert werden kann, ist zum Beispiel die erhaltene
Massenauflösung
und der Massenbereich nicht sehr hoch, es sei denn, die Analyse
wird unter Verwendung eines sehr langsamen Abtastens durchgeführt. Während dies
für eine
Massenmessung eines Gaschromatographen ausreichend ist, beschränkt es die
Anwendbarkeit für Molekulargewichtsmoleküle einer
biochemischen Art. Mit dem oben beschriebenen Ionenzyclotronresonanz-Massenspektrometer
ist es weiterhin notwendig, einen supraleitenden Magneten, der selbst
sehr teuer ist, bereitzustellen, um das hohe magnetische Feld bereitzustellen,
welches notwendig ist, damit der Spektrometer effizient arbeiten kann.
Weiterhin erfordert ein supraleitender Magnet der Art notwendigerweise,
wobei die Technologie gegenwärtig
erhältlich
ist, die Verwendung von flüssigem
Helium, um ihn zu kühlen,
und da eine kontinuierliche Bereitstellung dessen erforderlich ist,
ergibt dies notwendigerweise hohe Betriebskosten des Spektrometers
aufgrund der relativ hohen Kosten von flüssigem Helium.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein verbessertes Massenspektrometer bereitzustellen,
in dem die hohe Massenauflösung,
die mit dem Ionenzyclotronresonanz-Massenspektrometer verbunden
ist, in einem kleinen und relativ kostengünstigen Massenspektrometer
erreicht werden kann.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird deshalb ein Massenspektrometer bereitgestellt, wie in Anspruch
1 definiert.
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Mit dieser Anordnung ist es möglich, das Masse/Ladungs-Verhältnis von
Ionen mit einem hohen Maß an
Auflösung
auf eine einfache und kostengünstige
Art und Weise nachzuweisen.
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Die Erfindung wird nun weiterhin
anhand von Beispielen und unter Bezugnahme auf die begleitenden
Zeichnungen beschrieben, wobei:
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1 eine
schematische Seitenansicht einer Form eines Massenspektrometers
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist;
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2 eine
Seitenansicht eines größeren Maßstabs eines
Teils von 1 ist, welche
die Anordnung zum Erzeugen eines Feldes und eine Messkammer zeigt;
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3 eine
schematische Ansicht eines Teils der 1 in
einem größeren Maßstab zeigt,
wobei ein Teil einer Form einer Anordnung zur Ioneninjektion gezeigt
wird;
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4 eine
graphische Darstellung einer Form der Potenzialverteilung des elektrischen
Felds zeigt, bereitgestellt durch die Anordnung zum Erzeugen eines
Feldes.
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5 zeigt
eine schematische Darstellung der Bewegung von eingefangenen Ionen
in der Messkammer mit dem elektrischen Feld von 4;
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6 zeigt
eine schematische Darstellung der Bewegung von Ionen aus der Anordnung
zur Ioneninjektion zu der Messkammer;
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7 zeigt
eine Seitenansicht ähnlich
mit 2, welche die Bewegung
der Ionen in einer Messkammer in der axialen Richtung nach Anregung veranschaulicht;
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8 zeigt
eine schematische Darstellung, zum Teil im Durchschnitt, einer Form
einer Ionenausstoßvorrichtung
aus der Messkammer in dem MSI-Betriebsmodus; und
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9 zeigt
eine graphische Darstellung von verschiedenen Parametern eines Massenspektrometers,
welche die Leistung des Massenspektrometers der vorliegenden Erfindung
(1) anzeigen, und ähnliche
Parameter eines konventionellen ICR-Massenspektrometers.
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Im Bezug auf 1 ist nun eine schematische Darstellung
eines Massenspektrometers 10 gezeigt, der eine Ionenquelle 11,
eine Anordnung zur Ioneninjektion 12, Mittel zum Erzeugen
eines Feldes 13, definiert durch die äußeren und inneren geformten
Elektroden 14, 16, welche zwischen sich einen Hohlraum
für eine
Messung 17 definieren, und einen oder mehrere Detektoren 18 umfasst,
um die Ionen, die entweder im Feld eingefangen werden oder daraus
ausgestoßen
werden, nachzuweisen, auf eine Art und Weise, die hierin nachfolgend
präzisiert
wird.
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Die Ionenquelle 11 umfasst
entweder eine permanente oder gepulste Ionenquelle einer konventionellen
Art und erzeugt einen Ionenstrom, der durch einen Schlitz 19 in
einem vorderen Teil davon austritt.
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Die Anordnung zur Ioneninjektion 12 (deutlicher
in 3 gezeigt) umfasst
zwei konzentrische Zylinderelektroden 21, 22,
wobei die äußere Elektrode 21 einen
im wesentlichen größeren Durchmesser als
die innere Elektrode 22 besitzt. Die äußere Zylinderelektrode 21 besitzt
ein tangentiales Loch, durch welches die Ionen von der Quelle in
die Region zwischen der äußeren und
inneren Elektrode 21, 22 durchgehen. Die Anordnung
zur Injektion 12 ist um das Mittel zum Erzeugen eines Feldes
montiert und ist damit in einer Art und Weise in Verbindung, welche hierin
nachfolgend beschrieben wird. Die äußere zylindrische Elektrode 21 ist
an deren Enden abgestuft aus einem Grund, der hierin nachfolgend
ersichtlich wird. Während
in der beschriebenen Ausführungsform
die innere zylindrische Elektrode 22 als eine separate
Elektrode gebildet ist, ist es möglich,
eine Oberseite 36 der geformten Elektrode 16 zu
verwenden, wie in 1 angegeben,
um ganz die Funktion als eine innere Zylinderelektrode 22 zu
bilden.
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Die Anordnung zum Erzeugen eines
Feldes 13 ist innerhalb der Begrenzungen der inneren Zylinderelektrode 22 angeordnet
und schließt
zwei geformte Elektroden, die inneren beziehungsweise äußeren Felderzeugungselektroden 14, 16 ein.
Der Raum 17 zwischen der inneren und äußeren geformten Elektrode 14, 16 bildet
die Messkammer. Die Elektroden 14, 16 sind aus
einem Grund geformt, der hierin nachfolgend ersichtlich wird. Die äußere geformte
Elektrode 16 ist durch eine umlaufende Lücke 26 in
zwei Teile 23, 24 geteilt, einen Anregungselektrodenteil 23 und
einen Detektionselektrodenteil 24. Die umlaufende Lücke 26 zwischen
den äußeren Elektrodenteilen 23, 24 lässt die
Ionen in einer Art und Weise von der Anordnung zur Injektion zur Messkammer 17 passieren,
welche hierin nachfolgend definiert wird.
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Die zylindrischen und geformten Elektroden sind
mit entsprechenden festen Spannungszufuhren über eine Anordnung eines Spannungsteilers 27 verbunden,
welcher es erlaubt, dass eine gewünschte Spannung an die Elektroden
angelegt wird.
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Die Messkammer 17 ist mit
einer Vakuumpumpe verbunden, welche betrieben wird, um die Messkammer
auf ein UHV von ungefähr
10–8 Torr oder
weniger zu evakuieren.
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Die inneren und äußeren geformten Elektroden 14, 16 werden,
wenn sie mit einer Spannung versorgt werden, entsprechende elektrische
Felder erzeugen, welche wechselwirken werden, um innerhalb der Messkammer 17 ein
sogenanntes "hyperlogarithmisches
Feld" erzeugen.
Die Potenzialverteilung eines hyperlogarithmischen Feldes ist in 4 gezeigt und ist in zylindrischen
Koordinaten (r,z) durch die folgende Gleichung beschrieben: u(r,z) = k/2((z – a)2 – r2/2) + bln(r/c) + dworin a, b, c, d
und k Konstanten sind. Aus dieser kann Figur entnommen werden, dass
solch ein Feld eine Potenzialsenke entlang der axialen (Z) Richtung besitzt,
welche es ermöglicht,
dass ein Ion innerhalb einer solchen Potenzialsenke eingefangen
wird, wenn es nicht genügend
Energie besitzt, um zu entkommen. Das Feld ist so angeordnet, dass
der Boden des Potenzials in der radialen Richtung (d. h. entlang
der Achse i in 4) entlang
der longitudinalen Achse der Messkammer 17 liegt, gezeigt
in den 1 und 2. Während für die Zwecke der Veranschaulichung
der vorliegenden Erfindung ein hyperlogarithmisches Feld beschrieben
werden wird, wird angenommen, dass andere Formen eines Felds verwendet
werden können,
die einzige Beschränkung für die Form
eines erzeugten Felds ist die, dass das Feld hinsichtlich der Potenzialbedingungen
eine dreidimensionale Senke definiert, in der Ionen eingefangen
werden können,
und Ionen daran gehindert werden, mit einer inneren Elektrode wegen
einer Rotationsbewegung um diese Elektrode zusammen zu stoßen.
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Ein geeigneter Detektor, welcher
mit einem auf einem Mikroprozessor basierenden Kreislauf verbunden
sein kann, wird bereitgestellt, der das Signal in Übereinstimmung
mit konventionellen Fourier-Analyseverfahren analysiert durch Nachweis
eines oder mehrerer der folgenden Frequenzcharakteristika der Ionen
in der Kammer 17, d. h. eine sinusförmige Bewegung in seiner axialen
Richtung, eine Oszillation in der radialen Richtung und die Frequenz der
Winkelrotation. Die am meisten geeignete Frequenz, um die erforderliche
hohe Leistung zu ergeben, ist die sinusförmige Bewegung in der axialen Richtung.
Diese Frequenzen können
detektiert werden, während
die Ionen in der Messkammer 17 sind. Die Ionen können auch
detektiert werden, nachdem sie aus der Kammer 17 ausgestoßen wurden,
wie gewünscht
oder wie geeignet. Wenn eine Detektion in der Messkammer 17 verwendet
wird, ist es möglich, eine
Hälfte
der äußeren Elektrode 16 als
einen Detektor zu verwenden, wie es hierin nachfolgend beschrieben
wird. Jede der Elektroden 14, 16 kann, falls erwünscht, in
zwei oder mehr Elektrodensegmente gespalten werden.
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Bei der Verwendung werden zu messende Ionen
durch die Ionenquelle 11 erzeugt, fokussiert und beschleunigt
durch die Platten 27 bis 31, und verlassen die
Ionenquelle 11 durch den Eingangsschlitz 19.
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Die Ionenquelle 11 ist auf
eine tangentiale Einlassapertur (nicht gezeigt) in der äußeren zylindrischen
Elektrode 21 gerichtet, und die Ionen treten in den Injektionshohlraum 32 zwischen
den zylindrischen Elektroden 21, 22 mit einer
kleinen axialen Geschwindigkeitskomponente ein, sodass die Ionen sich
axial von dem Einlass weg bewegen. Das zwischen den zwei zylindrischen
Elektroden 21, 22 erzeugte Feld verursacht, dass
die Ionen in eine spiralförmige
Flugbahn um die innere zylindrische Elektrode 22 eintreten.
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Um die Ionen von der Anordnung zur
Injektion 12 in den Messhohlraum 17 zu injizieren,
ist es notwendig, das durch die Zylinderelektroden 21, 22 (und
wenn angebracht 36) erzeugte elektrische Feld zu modifizieren,
um ein Potenzialtal zu definieren, welches auf die umlaufende Lücke 26 zwischen
den Anregungs- und Detektionselektrodenteüen 23, 24 gerichtet
ist. Im Apparat der vorliegenden Erfindung wird dies erreicht durch
Bereitstellen von Stufen in den Zylinderelektrodenwänden 25,
welche in Kombination mit den Streueffekten, verursacht durch die umlaufende
Lücke,
das Feld in der erwünschten
Art und Weise modifizieren. Natürlich
kann es möglich sein,
denselben Effekt unter Verwendung verschiedener Mittel zu erreichen,
wie erwünscht
oder wie angemessen. Durch eine Steigerung der an die Elektroden 21, 22, 23, 24 angelegten
Spannung über
die Zeit, werden die Seiten der Potenzialsenke im Gradient vergrößert, wobei
die Ionen gezwungen werden, innerhalb der Begrenzungen dieses Tals
zu oszillieren. Wenn die Spannung ansteigt, steigt weiterhin die Feldintensität an und
deswegen steigt die Kraft auf die Ionen entlang der longitudinalen
Achse an, wobei der Radius der Spiralen der Ionen verkleinert wird. Somit
kann gesehen werden, dass die Ionen in die Lücke 26 konvergieren,
weil sie gezwungen sind, in Spiralen mit kleinerem Radius zu rotieren,
und wegen einer Potenzialsenke, verursacht durch eine Modifikation
des durch die Elektroden 21, 22, 23, 24 erzeugten
Felds. Dies ist schematisch in 6 gezeigt. Natürlich kann
die Anordnung zur Injektion 12 jegliche Form annehmen,
wie erwünscht
oder wie angemessen, zum Beispiel müssen die Elektroden 21, 22 nicht
vorhanden sein, und die Elektroden 23, 24 können segmentiert
sein, und ein Teil des Felds kann während der Injektion ausgeschaltet
sein und wieder angeschaltet werden, um die Ionen einzufangen, wenn
die Injektion vollständig
ist. Die vorliegende Anordnung ist entwickelt worden, um eine größere Empfindlichkeit
bereitzustellen.
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Nachdem genügend Ionen in die Messkammer 17 geleitet
worden sind, kann die Spannungszufuhr an den mit einem Zwischenraum
angeordneten Elektroden 14, 17 konstant gehalten
werden, und die Spannungszufuhr an die Zylinderelektroden 21, 22 kann
verändert
werden, sodass alle Ionen außerhalb des
hyperlogarithmischen Felds in der Anordnung zur Injektion 12 verloren
gehen.
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Die geformten Elektroden 14, 16 in
der Anordnung zum Erzeugen eines Felds sind so geformt, dass sie
die Form von Äquipotenzialflächen in
der erforderlichen Potenzialverteilung besitzen. Das hyperlogarithmische
Feld wird in der Messkammer 17 durch die Elektroden 14, 16 erzeugt,
und die Ionen, die durch die Anordnung zur Injektion 12 durch
die Lücke 26 injiziert
werden, werden innerhalb der Potenzialsenke in diesem Feld gehalten,
sodass sie nicht mit der inneren Elektrode 14 zusammenstoßen, durch
Sicherstellen, dass sie genügend
Rotationsenergie besitzen, um die Elektrode 14 in einer
spiralförmigen
Flugbahn zu umkreisen. Somit werden die zu analysierenden Ionen
in dem Feld eingefangen und werden dazu gezwungen, innerhalb der
Begrenzungen der Senke, erzeugt durch das hyperlogarithmische Feld,
vor und zurück
zu oszillieren in einer spiralförmigen
Flugbahn um die zentrale Elektrode 14.
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Wenn die Ionen im hyperlogarithmischen Feld
eingefangen sind, können
verschiedene Verfahren der Analyse verwendet werden, wie es hierin nachfolgend
beschrieben ist.
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Nachdem die Massenanalyse abgeschlossen
wurde, werden alle verbleibenden Ionen in der Injektions- oder Messkammer
durch Verändern
der Spannungszufuhr an die Elektroden 14, 16 für eine kurze
Zeit entfernt.
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Eine Massenanalyse kann durchgeführt werden
unter Verwendung des Massenspektrometers der Erfindung in einem
von zwei Modi, welche nacheinander betrachtet werden:
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1. Fourier-Transformations-Modus
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Es gibt innerhalb des Felds drei
charakteristische Oszillationsfrequenzen. Die Erste ist die sinusförmige Bewegung
der Ionen in der axialen Richtung, wo sie in der Potenzialsenke
mit einer Frequenz oszillieren, die unabhängig von der Energie in dieser Richtung
ist.
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Die zweite charakteristische Frequenz
ist eine Oszillation in der radialen Richtung, da nicht alle die
Flugbahnen vollkommen kreisförmig
sein werden.
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Die dritte Frequenz, die für die eingefangenen
Ionen charakteristisch ist, ist die Frequenz einer Winkelrotation.
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Um die Oszillationsfrequenzen zu
detektieren, muss die Bewegung kohärent sein. Die radialen und
rotierenden Oszillationen sind nicht kohärent, da Ionen kontinuierlich über eine
Zeitperiode in den Messhohlraum 17 injiziert werden, und
somit die Verteilung der Ionen um die innere geformte Elektrode 14 zufällig ist.
Es ist am einfachsten, eine Kohärenz in
den axialen Oszillationen zu induzieren, und deshalb ist die äußere Elektrode 16 für diesen Zweck
in zwei Teilen 23, 24 gebildet, wie oben beschrieben. Wenn
ein Spannungsimpuls an einen Teil 23 dieser Elektrode angelegt
wird, werden die Ionen, welche als eine Scheibe in der Messkammer 17 existieren, nachdem
sie durch die Lücke 26 zwischen
den zwei Teilen 23, 24 durchgingen, eine Kraft
in Richtung des anderen Teils 23 oder 24 in der
axialen Richtung erhalten. Nach diesem Impuls können die Spannungen an den
zwei Teilen 23, 24 erneut gleichgesetzt werden
und die Ionen werden dann mit einer sinusförmigen Bewegung in der Potenzialsenke
des Felds in der axialen Richtung oszillieren. Ein oder beide Teile 23, 24 der äußeren geformten
Elektrode 16 werden dann verwendet, um einen Bildstrom
nachzuweisen, wenn die Ionen zurück
und vorwärts
oszillieren. Die Fourier-Transformation des Signals vom Zeitbereich zum
Frequenzbereich kann somit ein Massenspektrum in konventioneller
Art und Weise erzeugen. In diesem Detektionsmodus sind hohe Massenauflösungen möglich.
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2 Der Massen-selektive
Instabilitäts-(MSI)-Modus
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Der zweite Modus der Massendetektion schließt den Ausstoß der Ionen
aus der Potenzialsenke im hyperlogarithmischen Feld und das Einsammeln
an einem Detektor ein.
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Dieser Operationsmodus ist analog
zu dem in konventionellen Quadrupollonenfallen verwendeten, aber
unterscheidet sich stark darin, dass in dieser Vorrichtung keine
Unbeständigkeit
in der radialen Richtung vorliegt.
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Obwohl das hauptsächliche Analyseverfahren, das
im Hinblick auf die Nutzung der wichtigen Vorteile der vorliegenden
Erfindung verwendet wird, der Fourier-Transformations-Modus sein
würde,
gibt es bestimmte Fälle,
wo der MSI-Modus nützlich
ist. Zum Beispiel kann eine Masse für eine nachfolgende MS/MS-Analyse
gespeichert werden, durch Ausstoßen aller anderen Massen aus
der Falle, oder es können
Signale mit hoher Intensität
von unerwünschten Bestandteilen
ausgestoßen
werden, um den Dynamikbereich zu verbessern.
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In diesem Verfahren wird die an die
Elektroden 14, 16 angelegte Spannung wie in einer
Quadrupol- oder Qudrupol-Ionenfallenvorrichtung mit der Zeit sinusförmig variiert,
was zwei mögliche
Systeme der Masseninstabilität
ergibt.
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a) Parametrische Resonanz
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Wenn die Spannung zwischen der inneren und äußeren geformten
Elektrode 14, 16 des Spektrometers sinusförmig variiert
wird, dann sind die Gleichungen, die die Ionenbewegung innerhalb
der Falle beschreiben, die gut bekannten Mathieu-Gleichungen. In
vollständiger
Analogie mit der Qudrupoloder Quadrupol-Ionenfalle, können die
Lösungen der
Bewegungsgleichungen anhand zweier Parameter a und q ausgedrückt werden,
und können
graphisch an einem Stabilitätsdiagramm
dargestellt werden.
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Die Anwendung einer passenden Frequenz für eine bestimmte
Masse ergibt eine Anregung von Oszillationen in der axialen Richtung,
und nachdem eine ausreichende Anregung einen Ausstoß aus der Messkammer 17 ergibt.
Ein bequemes Detektionsmittel der Ionen ist eine Kollision mit einer
Umwandlungsdynode 32 in der äußeren Elektrode 16,
welche Sekundärelektronen
erzeugt, die vom Detektor weg beschleunigt werden können ( 8). Der Hauptvorteil gegenüber der
Quadrupol-Ionenfalle ist der, dass die Magnitude der erforderlichen
Radiofrequenzspannungen viel geringer sind, was bedeutet, dass der
Massenbereich des Spektrometers in diesem Modus tatsächlich unbegrenzt
ist. Der Massenbereich der Quadrupol-Ionenfalle im konventionellen Abtastmodus
ist in der Praxis auf einige tausend Dalton begrenzt, da sehr hohe
Spannungen ( > 10.000) erforderlich
sind bei hohen Massen, wohingegen nur wenige zehn Volt im Spektrometer
der vorliegenden Erfindung benötigt
werden.
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Bei diesem Verfahren gibt es zwei
Typen des Scannens im Hinblick auf die Massenauflösung. Die erste
ist ein schneller Abtastmodus, welcher eine Massenauflösung von
etwa einer Einheit bereitstellt. Das zweite System verwendet die
Zugabe von einigen unharmonischen Feldstörungen, welche das Erreichen
von sehr hohen Auflösungen
erlauben, aber auf Kosten der Abtastgeschwindigkeit. Je geringer die
Abtastgeschwindigkeit, umso höher
ist die Auflösung.
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b) Resonanzanregung
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In diesem Operationsmodus werden
die sinusförmigen
Oszillationen auf eine Hälfte 23, 24 der äußeren geformten
Elektrode 16 bei der axialen Resonanzfrequenz einer bestimmten
Masse angewendet. Wie oben sind sowohl geringe als auch hohe Auflösungsmodi
des Betriebs möglich.
Der Nachteil dieses Modus bei geringer Auflösung im Vergleich mit dem parametrischen
Anregungsmodus ist die Anwesenheit einer Anzahl von Seitenresonanzen,
welche zu Artefakten führen.
Aber der Resonanzanregungsmodus wird mit dem parametrischen Anregungsmodus
konkurrenzfähig
bei hohen Auflösungsamodi
des Abtastens, welche unharmonische Feldstörungen verwenden. Wiederum
sind hohe Auflösungen
nur möglich
auf Kosten der Abtastgeschwindigkeit. Ob eine parametrische oder
eine Resonanzanregung der beste MSI-Modus für eine hohe Auflösung ist,
hängt von
der Anwendung ab, in der sie verwendet werden soll. Zum Beispiel
zeigt eine parametrische Resonanz keine große Abhängigkeit von der Strahlbreite,
aber die Resonanzanregung stellt höhere Abtastgeschwindigkeiten
bei der hohen Auflösung bereit,
aufgrund einer schnelleren Rate der Energieerfassung während der
Anregung.
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Der Hauptvorteil des Spektrometers
der vorliegenden Erfindung gegenüber
Spektrometern des Standes der Technik, und insbesondere der Ionenzyclotronresonanz
(ICR)-Spezifizierung ist eine viel bessere Detektionseffizienz bei
einer hohen Masse. Dies tritt aufgrund der Tatsache auf, dass das
Signal-Rausch-Verhältnis (S/N)
proportional zur Bildstromfrequenz ist. In einem ICR-Spektrometer nimmt die
Oszillationsfrequenz wie I/M (wobei M das Verhältnis von Masse zu Ladung des
Ions ist) ab. Mit dem Spektrometer der vorliegenden Erfindung nimmt die
Oszillationsfrequenz wie I/M 1/2 ab, und nimmt folglich sehr viel
langsamer ab. Somit sollte das Spektrometer der vorliegenden Erfindung
eine Zunahme in der Detektionseffizienz im 10 bis 100 kDa-Bereich
von 30 bis 100 realisieren. Diese Tauglichkeit bei einer hohen Masse
ist wichtig bei der Anwendung von Massenspektrometern bei biologischen
Verbindungen.
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Im Vergleich besitzt der Spektrometer
der vorliegenden Erfindung eine geringere Massenauflösung bei
geringen Massen ( < 1000)
als die ICR-Spezifizierung.
Dies tritt auf wegen der höheren
Feldgenauigkeit im ICR-Spektrometer.
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Weiterhin sind die Raumladungseffekte
(bezogen auf die Anzahl von Ionen und somit den Dynamikbereich),
welche im Spektrometer der vorliegenden Erfindung toleriert werden
können,
größer als die,
die in einem ICR-Spektrometer toleriert werden können. Dies tritt auf wegen
Tatsache, dass die Ionen entlang einer längeren Flugbahn verteilt sind
und es einige Abschirmung der Ionen voneinander gibt aufgrund der
Anwesenheit der Zentralelektrode.
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Diese Vergleiche werden graphisch
in 9 der Zeichnungen
dargestellt. Es wird geschätzt
werden, dass es mit der Anordnung der vorliegenden Erfindung möglich ist,
ein Massenspektrometer bereitzustellen, welches relativ einfach
und kostengünstig herzustellen
ist, welches erlaubt, dass hochauflösende Messungen gemacht werden
können.
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Es ist natürlich zu verstehen, dass die
Erfindung nicht auf die Einzelheiten der obigen Ausführungsform
beschränkt
werden soll, welche lediglich als Beispiel beschrieben wird.