EP0738000A1 - Zwischenspeicherung von Ionen für massenspektrometrische Untersuchungen - Google Patents

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EP0738000A1
EP0738000A1 EP95114449A EP95114449A EP0738000A1 EP 0738000 A1 EP0738000 A1 EP 0738000A1 EP 95114449 A EP95114449 A EP 95114449A EP 95114449 A EP95114449 A EP 95114449A EP 0738000 A1 EP0738000 A1 EP 0738000A1
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EP
European Patent Office
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ions
substance
batches
ion
buffer
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EP95114449A
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English (en)
French (fr)
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EP0738000B1 (de
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Jochen Franzen
Michael Schubert
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Bruker Daltonics GmbH and Co KG
Original Assignee
Bruken Franzen Analytik GmbH
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/26—Mass spectrometers or separator tubes
    • H01J49/34—Dynamic spectrometers
    • H01J49/42—Stability-of-path spectrometers, e.g. monopole, quadrupole, multipole, farvitrons
    • H01J49/426—Methods for controlling ions
    • H01J49/4295—Storage methods
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/02—Details
    • H01J49/06—Electron- or ion-optical arrangements
    • H01J49/062—Ion guides

Definitions

  • the invention relates to methods and devices for the intermediate storage of ions which are to be fed to a mass spectrometric examination.
  • Such an intermediate storage of ions in a high-frequency multipole rod system for their analysis in a high-frequency quadrupole ion trap is known from US Pat. No. 5,179,278.
  • the invention consists in using the intermediate storage known per se for ions which are obtained in an ion source from batches of individual substances or substance mixtures which are supplied at different times.
  • the buffer stores enough ions from a batch of substances for several subsequent mass spectrometric examinations, so that a mass spectrometric characterization of the substances, which can also require different measurement methods, is made possible to the desired extent.
  • ions from electrophoretically or chromatographically separated batches of substances should be able to be temporarily stored until the mass spectrometric investigations have been completed to the desired extent.
  • Several buffers can hold the ions from several rapid successive batches of substances.
  • brief bursts of substance from laser desorptive or pyrolytic processes can also be examined in detail by buffering.
  • the unfiltered intermediate storage of ions does not result in any significant improvement, as has already been explained in numerical examples in US Pat. No. 5,179,278, since the method results in a maximum improvement in the utilization rate of ion sources or ion traps by a factor of 2 under the most favorable circumstances.
  • the ion source delivers such a low ion current that the time for filling the ion trap takes far longer than the time for the analysis in the ion trap, the intermediate storage is practically no improvement since the collection takes place during the analysis time hardly brings a profit.
  • the ion source delivers such a high ion current that the time of filling is very short compared to the time of the analysis, there is again no improvement, since collecting during the analysis time makes no sense. Only when the duration of the filling is approximately equal to the duration of the analysis, does it make sense to collect the ions during the analysis. For the improvement by a factor of 2, however, the condition must also be met that the ion trap can be filled very quickly from the buffer store. Only if this filling time from the buffer is very short compared to the duration of the analysis, can the maximum possible factor 2 to improve the utilization be achieved.
  • the high-frequency multipole rod system can also be used for the thermalization of the ions accelerated during the introduction, as is apparent from US Pat. No. 4,962,736.
  • US 4,962,736 is limited to use in quadrupole mass spectrometers, but it is obvious to use this method also for other mass spectrometers which work with ions of homogeneous kinetic energy.
  • a method and a device are to be found with which substances from one or more successive batches of substances of modern substance delivery systems can be examined in various ways with different types of mass spectrometric examination methods as extensively as possible for different properties without the addition of the substances while increasing the substance consumption and having to repeat several times while extending the analysis duration.
  • the Flare-ups are characterized by the short time period in which the ions of a substance are available for measurements, the shortness of the time period being seen relative to the total time of the measurements.
  • the supply systems can be, for example, electrophoretic or chromatographic separation systems, but also laser desorption on surfaces, rapid pyrolysis processes or other processes in which batches of substance are generated. It should be possible to examine the substances from individual batches separately, or to combine several batches together, from various points of view.
  • the buffer store should therefore be able to hold so many ions from a batch of substances in the supply system that a desired characterization of the test substance is made possible in successive mass spectrometric examinations of these ions from the buffer store using various methods. For each examination, only a subset of the ions are removed from the buffer.
  • ESI electrospray
  • APCI chemical ionization at atmospheric pressure
  • MALDI matrix-assisted ionizing laser desorption
  • MS / MS methods such as collision gas fragmentation in ion traps or in collision chambers of tandem mass spectrometers (CID), Photon fragmentation in ion traps (PID), or by post source decay "(PSD) occurs in time-of-flight spectrometers.
  • CID tandem mass spectrometers
  • PID Photon fragmentation in ion traps
  • PSD post source decay
  • the invention is therefore primarily used by these new types of ionization.
  • this invention is expressly not intended to be limited only to these types of ionization. Even with the types of ionization that have been customary to date, for example in the case of mixture analysis with electron impact and MS / MS, great advantages result from this invention.
  • tandem mass spectrometric principles can be used for the investigations, such as high-frequency quadrupole ion traps, ICR mass spectrometers, or tandem mass spectrometers of various types, such as the triple quadrupole mass spectrometer ( Triple Quad ").
  • tandem mass spectrometers the test ions ( Parent ions ”) filtered out when flying through a first mass spectrometer, fragmented in a collision cell, and in a second mass spectrometer for ionized fragments ( Daughter ions ").
  • these steps are carried out one after the other in the same memory cell, which is why one of temporal tandem mass spectrometry "( tandem in time ”) speaks.
  • the batches of substances can be batches of cleanly separated individual substances from physico-chemical separation processes, as well as batches of substance mixtures with many individual substances, such as those released in pulse-like pyrolytic decomposition processes or surface analyzes desorbing through laser pulses.
  • MALDI matrix-assisted laser desorption
  • the separation process can be switched off after the storage has been filled with ions if a next batch of substances is approaching before the preceding substance has been examined.
  • Both electrophoretic and liquid chromatography processes can be interrupted without the quality of the separation being significantly impaired.
  • the gas chromatographic separation can also be interrupted, but here the subsequent separation suffers from poorer substance separation, since the substances in the carrier gas can diffuse much more easily, and switching off the carrier gas flow drastically changes the pressure and volume ratios each time.
  • the separation has already been completed in the analysis; the batches of substance are generated by advancing the carrier plates with respect to the scanning beam from the laser.
  • 5,179,278 oscillate back and forth along the axis of the rod system at thermal speed between the reflecting potentials at the ion inlet and outlet along the axis of the rod system, thereby reducing the emptying time to at least two full pendulum movements, that is to say for a few 10 milliseconds.
  • the ions can be driven within the buffer in the direction of the ion exit in various ways. So it is possible with all buffers to generate a weak direct electric field along the axis, which drives the ions towards the output, where they are prevented from flowing out during the storage phase by the switchable reflection potential and are thus stored.
  • a direct field can be generated in multipole rod systems by direct current flowing through all rods in addition to their supply with a high-frequency voltage. It is advantageous to manufacture the rods from a resistance material.
  • the generation of an axial co-field component in ring systems or in double helix memories is described in BFA 25/95.
  • a permanent drive towards the ion exit can also be generated by using a conical one instead of a cylindrical one.
  • the ions within the storage device are constantly driven in the direction of the opening widening by a weak pseudo-potential field.
  • the pseudo-potential wall for locking in the ions becomes ever lower towards the more open end of the rod system.
  • the memory described in BFA 25/95 does not have this disadvantage if the turns of the helices keep the same distance even in the wider area of the cone.
  • the double helix and their higher descendants such as a quadruple helix or a sixfold helix are therefore particularly suitable as intermediate stores.
  • An arrangement of several buffers in series can easily be realized by such transit memories.
  • the ions of the first batch of substances are passed through to the last storage device in front of the mass spectrometer, and from there are examined by mass spectrometry in the manner described.
  • the ions of a batch of substances appearing shortly thereafter are led to the second last memory and stored there when the analysis of the previous batch has not yet been completed.
  • the ions from a third batch of substances can be stored in a third to last storage.
  • this last memory is completely emptied by briefly switching off the high-frequency voltage, and the ions from the penultimate memory are transferred here.
  • the ions from the other storage devices are then passed on in an analogous manner ( Bucket chain principle ").
  • the outflow of the ions from the buffer is made possible by opening the reflector at the end of the buffer. It is expedient to use switching lenses that suck the outflowing ions out of a small area of the buffer and can focus them into the next stage of processing these ions.
  • the small intake area of the switching lens is refilled by the inflow of ions, especially when the ions are propelled to the exit.
  • the outflow rate of the ions is only dependent on the ion density in the buffer, that is, on the degree of filling. This relationship can be determined experimentally and used, for example, to always control the filling of ion traps in successive fillings up to the space charge limit, or to generate a uniform outflow by changing the lens voltage, as is required for a subsequent tandem mass spectrometer .
  • the selective filling of an ion trap with selected parent ions close to the space charge limit can also be controlled in this way.
  • the ions are filtered in a known manner, usually by irradiating a frequency mixture that drives the undesired ions out of the ion trap, but leaves the desired ones in it.
  • the ratio of the selected parent ions to the total charge is known from the primary ion spectrum, and the filling can be controlled up to the optimum filling level from the known filling speed and the known efficiency of the filtering.
  • FIG. 1 shows a block diagram of a mass spectrometer with two buffers according to this invention.
  • a substance feed system feeds substances in batches to an ion source, which in this example is located in the vacuum system of the mass spectrometer. All batch chromatographic and electrophoretic separation processes, but also pyrolytic or laser-desorptive processes are suitable as batch-wise working substance supply systems.
  • the ions from the substance batches can be stored in the two intermediate stores 1 and 2.
  • the ions of the buffer store 2 are examined in portions in the mass spectrometer until sufficient characterization of the substances of the substance batch is achieved or the ions are used up.
  • the buffers can be dimensioned so that they can accept ions for a large number of subsequent mass spectrometric examinations. Space charge limits only play a subordinate role in temporary storage.
  • Figure 2 shows such a buffer, which is designed here as a double helix (4).
  • the double helix (4) is located between the lens system (1, 2, 3) at the input of the buffer and the lens system (7, 8, 9) at the output of the buffer.
  • the high-frequency voltage for storage is supplied via connections (5) and (6). By switching the potential at the lens aperture (8), the ions can be sucked out of the buffer and fed to a subsequent system.
  • FIG. 3 shows a special type of reflection of the stored ions at the end of the double helix, here embodied as an HF-supplied double spiral on an insulating support (7a).
  • the carrier (7a) replaces the potential aperture (7) of the output lens in FIG. 2.
  • the double spiral is supplied by the same high-frequency voltage as the double helix (4).
  • the double spiral on the carrier (7a) has the advantage of a much shorter range of the reflecting pseudo-potential compared to a metallically conductive potential diaphragm (7), so that more ions can be stored and the removal of the ions from the buffer is faster.
  • FIG. 4 shows an arrangement of a mass spectrometer with three buffers as a schematic diagram, the individual functional units being shown only symbolically and the electrical and vacuum supply units not being shown at all.
  • the ion source is here outside the vacuum system of the mass spectrometer.
  • the batchwise addition of the substances is carried out by a chromatographic or electrophoretic Capillary column separating device taken over, the separating capillary (10) is shown here only symbolically.
  • the substances are first detected in a detection unit (11), which can for example be a UV absorption unit, and then fed to the needle (12) of an electrospray ion source.
  • a strong stream of ambient gas is sucked through the inlet capillary (13) into the vacuum chamber (14), which is pumped via the nozzle (25).
  • Some of the ions are viscously entrained in this stream.
  • the gas flow expands adiabatically in the chamber (14) of the first differential pump stage, the entrained ions being accelerated to speeds of approximately 1000 meters per second.
  • Some of the ions can leave the vacuum chamber (14) through the fine opening in the scraper (15) and enter the vacuum chamber (17) of the next differential pump stage, which is pumped through the nozzle (26).
  • the ions enter the buffer (16).
  • the ions are trapped in this buffer (16) and remain there until their kinetic energies have thermalized, which takes only a few 10 milliseconds at the prevailing pressure of about 10 -2 millibars.
  • the thermalized ions of the first batch of substances are then passed through the intermediate store (18) into the intermediate store (20) and stored there again.
  • the ions are transferred in portions from this memory to the mass spectrometer shown as a high-frequency quadrupole ion trap, where they are analyzed.
  • the ion trap consists of the two end cap electrodes (21) and (23), and the ring electrode (24).
  • the ions are ejected mass-selectively from the ion trap through the end cap (23) and measured in the ion detector (24).
  • Figure 5 shows a diagram of the separation of substances in a separation system.
  • the temporally separated substances (a) to (i) are fed to the ion source and ionized as substance batches. If a mass spectrometer according to FIG. 4 is used with three buffers, the ions of the rapidly successive batches of substances (a), (b) and (c) can be brought into the last (20), penultimate (18), and third last buffers (16) and be saved there.
  • the ions of the substance batches (a), (b) and (c) can then be analyzed before the substance batch (d) arrives, the ions of which can therefore be stored again in the last intermediate store (20). Before substance surge (e) arrives, the ions of (d) already analyzed.
  • the batches (e), (f) and (g) can therefore be buffered again.
  • the situation is different, however, where the separation process has to be interrupted for a short time, for example in the case of the broken line, but only until the ions of the substance surge (e) have been analyzed.
  • the embodiment described here relates to the coupling of an ion trap mass spectrometer to the separation method of capillary electrophoresis, as can be used in particular for the separation of proteins.
  • the ionization is carried out by electrospraying at atmospheric pressure, which means that the proteins dissolved in the electrolyte of the electrophoresis can be ionized with virtually no yield and without fragmentation.
  • Such an arrangement with three buffers is shown as a schematic diagram in FIG. 4. Any person skilled in the art will be able to use the schematic diagram to produce the arrangement of the mostly commercially available functional elements.
  • This embodiment is particularly favorable in that it couples the very fast capillary electrophoresis with its very short-duration substance batches to a type of mass spectrometry that can be varied in many ways, including the recording of daughter and grandchildren spectra, and including the activation of ions -Molecule reactions with any reactant gases and analysis of product ions.
  • these types of investigations take time, especially if several such processes are to be carried out in succession with feedback from the results of the preceding analyzes, and, until this invention, could not be coupled with rapid separation processes at all, even if only very few substances were separated in the separation processes were.
  • the schematic diagram in FIG. 4 shows the capillary electrophoresis only symbolically through the capillary column (10).
  • the substance flow is detected at the end of the capillary column in order to determine the batches of substance.
  • the detection can be done, for example, by a commercial UV absorption unit (11) inside the capillary.
  • the capillary column ends in an electrospray needle (12).
  • An electrospray voltage of a few kilovolts is applied between this electrically conductive needle (12) and the end face of the input capillary (13).
  • the highly inhomogeneous electric field at the tip of the needle draws a practically continuous stream of tiny droplets from the electrophoresis liquid.
  • the tiny droplets of liquid are highly electrically charged and evaporate quickly, with the large substance molecules usually remaining charged in a mechanism that has not yet been fully clarified.
  • the charged droplets and the charged molecules are moved in the electric field towards the end face of the inlet capillary (13), whereby there is a balance between the tensile force of the electric field and the braking force in the surrounding gas.
  • This process is as Ion mobility ".
  • a warm, clean gas usually nitrogen, is supplied to the space between the electrospray needle (12) and the inlet capillary (13) in order to promote the evaporation process and to prevent the liquid vapor from reaching the vacuum.
  • a continuous gas flow is transported from the inlet capillary (13), which is approximately 15 centimeters long and has an inner capillary diameter of 500 micrometers, into the vacuum of the first differential pump chamber (14) of the vacuum system.
  • Part of the ions is viscously sucked into the inlet capillary (13), and a part of these ions in turn reaches the chamber (14) without discharging wall impacts.
  • In the last part of the capillary there is a strong acceleration of the gas due to the adiabatic expansion, through which the ions reach a speed of about 1000 meters per second.
  • a pressure of a few millibars is normally maintained in the chamber by a fore-vacuum pump via the pump connection (25).
  • This chamber (17) is kept at a pressure of a few 10 -2 millibars by means of a turbomolecular pump via connecting pieces (26).
  • the ions entering the chamber (17) through the stripper (15) are captured and absorbed by the buffer (16) practically without loss. Due to the relatively high vacuum pressure of a few 10 -2 millibars, their kinetic velocities are thermalized in a few 10 milliseconds. It is therefore expedient to initially take up all the ions of a substance batch in this buffer, to store them there for about 30 milliseconds after the substance batch has ended, and only then to forward them to the next memories (18) or (20).
  • the buffer store (16) consists of a conically shaped double helix, as shown in FIG. 2.
  • the two connecting wires (5) and (6) the double helix are connected to the two phases of the high-frequency voltage of a corresponding HF generator.
  • the inner walls of the double helix reflect the ions in the same way as the inner walls of a high-frequency multipole rod system, but with the double helix the reflecting pseudo-potential can be kept at the same level in the case of a conical system by constant spacing of the filaments, unlike with multipoles Rod systems in which the level of the pseudo potential decreases towards the open end of the cone.
  • the conical shape creates a permanent propulsion of the ions towards the more open end of the cone, this drive is given by a weak pseudo-potential in the axial direction.
  • the intermediate store (16) is closed on both sides by reflective electrical potentials. At the input to the buffer there is a real potential between the stripper (15) and the center potential of the high-frequency voltage. At the exit, a more favorable end can be achieved by means of a double spiral (7a), as shown in FIG. 3.
  • the double spiral is connected to the same high-frequency voltage that also supplies the double helix, which creates a reflecting pseudo-potential that has a much shorter range than a real potential with a two-dimensional expansion.
  • the double spiral can be generated, for example, by evaporating a spiral conductor on an insulator. The insulator can in turn be easily attached to the wall of the chamber (17).
  • the production of a mechanically extremely stable but gas-permeable double helix is described in application BFA 25/95.
  • the double spiral forms part of a switching lens, which is equipped with a central aperture (8). If the central aperture is switched to an ion-repellent potential, the output is closed. However, if an absorbing potential is applied, the output is open. The ions from the vicinity of the lens opening are sucked in, accelerated into the lens, focussed in the process, and decelerated into the next intermediate store (18).
  • the two buffers (18) and (20) are both located in the main chamber (19) of the vacuum system, which is pumped through a turbomolecular pump via connection piece (27). Both buffers (18) and (20) have a structure like the buffer (16), only the potential difference on the input side is not formed by the wiper (15), but by the last aperture of the lens of the preceding stage.
  • the output from the intermediate store (20) brings the ions into the ion trap mass spectrometer, which consists of two end caps (21) and (23) and the ring electrode (22).
  • the function of the ion trap mass spectrometer is not discussed further here, since it is known to any relevant expert. It should but it should be noted that the filling of such an ion trap mass spectrometer is very critical, since the function of the mass spectrometer is impaired by the effects of space charges above a threshold for the filling quantity. In particular, the mass resolution decreases.
  • the filling process can now be controlled from the results of the first spectrum measurement, in which, among other things, the total charge in the ion trap is measured, and from the known decrease in the number of ions in the intermediate store (20) so that the ion trap is not overloaded .
  • the loading process can be calibrated experimentally.
  • a batch of electrophoresis contains only 10 femtomoles of a substance, this is 6x10 9 molecules.
  • 10 Femtomoles of a substance are extremely little, this small amount is hardly sufficient for UV detection.
  • a stain on a gel electrophoresis plate needs at least 100 picomoles to 10 micromoles to be visible after staining, i.e. at least 10,000 times more substance for visual detection.
  • the molecules of this 10 femtomol substance are practically completely ionized in the electrospray ion source. If you can now transfer 1/1000 of the ions formed into a buffer in a vacuum, 6x10 6 ions are stored.
  • the number of ions of an ion trap to the space charge limit is often expressed falsely with 10 6 ions, in reality, it is a high performance ion trap is only about 3x10 4 ions. If you can transfer 10% of an extracted ion portion into the ion trap and store it there, the 10 femtomoles of the substance batch are sufficient for 20 fillings of the ion trap.
  • This numerical example demonstrates the high sensitivity of mass spectrometric methods.
  • the numbers in the example are still within the limits of what is feasible and can only be achieved today under favorable conditions. However, it is expected that they can be routinely achieved with advancing technology, experience and development. However, a lot more ions can be stored in a buffer than specified in this example. A well-designed buffer stores around 10 9 ions, a good hundred times the example above. Under the favorable conditions specified above, all ions of a substance burst that corresponds to approximately one picomole of a substance can still be absorbed into the vacuum. With this number of ions, the ion trap can be filled about 2000 times if the filling is carried out without filtering the ions.
  • the measurement method can best be described using the substance flow of an electrophoresis chromatogram, as shown in FIG. 5. It is believed that it is a mixture of peptides made from an unknown protein by trypsin cutting. This method is widely used in biochemistry and is used as standard for the identification of proteins. As soon as a first substance batch (a) of this peptide mixture has been determined by the substance detector (12), the output of the first buffer store (16) is closed so that the ions of the substance batch (a) can be stored therein.
  • the ions of the substance surge (b) are stored in the intermediate storage (18) and the ions of the substance surge (c) in the intermediate storage (16).
  • the buffer (20) is now completely emptied by switching off the high-frequency voltage for about 20 milliseconds. Then the ions from the buffer (18) transferred to the buffer (20) and analyzed from there. The ions from the intermediate store (16) are brought into the intermediate store (18), and the intermediate store (16) is again available for storing the ions of a new batch of substances.
  • the batches of substances can be examined one after the other without switching off the electrophoresis. Only if, as in the case of substance batches (e), (f), (g) and (h), the batches of substances follow each other so closely that the time for the examination is not available, must the electrophoresis be briefly interrupted by switching off the electrophoresis voltage .
  • the buffers can hold a very large amount of ions, since harmful effects from the space charge are only observed to a very small extent. As explained above by the numerical example, the buffer is sufficient for about 2000 unselected fillings of the ion trap, as are required for the acquisition of simple mass spectra. On the one hand, there is usually not so much test substance available at all to really fill the memory with a batch of substances. On the other hand, when the daughter spectra of selected parent ions are recorded, only the selected parent ions are stored in the ion trap and the other ions are destroyed, so the number of daughter spectra (and grandchildren spectra) corresponding to the concentration of the parent ions (or even daughter ions) is much lower for this filtering storage .
  • capillary electrophoresis deliver corresponding batches of substances, but also liquid chromatography, especially one with microcolumns. Even gas chromatography can be used in this way, although it may be advantageous for the latter to increase the number of buffers.
  • the detection of the batches of substances need not be carried out by UV detectors.
  • a partial flow can be analyzed in any commercially available detector in order to detect the batches of substances.
  • the flame ionization detector common in gas chromatography can be used (FID) can be used.
  • FID flame ionization detector common in gas chromatography
  • a double ion source can also be used, in which a partial ion stream is branched off for the detection of the substance batches. Part of the ion current can also be branched off and measured after the ions have been transferred to a vacuum.
  • the batches of substances do not need to be supplied by physico-chemical separation processes either.
  • the batches of substances can also originate from pulsed pyrolyses, for example the known Curie point pyrolyses, or from desorptions that have been induced by laser pulses. In this case, detection of the batches of substance is not necessary, since the times for the batches of substance to occur are already known. Fewer buffers are required for these types of analysis, since the clock rate can be controlled by the method itself. If the thermalization should continue to take place in a separate buffer store, a total of two buffer stores are sufficient, one for the thermalization and one for the delivery of the mass spectrometer. However, very large buffers are generally required for pyrolysis, since pyrolysis mixtures are very complex and require many subsequent tests, often with selective storage of rare types of ions.
  • This invention is particularly helpful for the investigation of ions from pyrolysis processes.
  • the substances in the pyrolysis vapors range up to very high molecular weights. These molecules must not suffer wall collisions, otherwise they will immediately condense out in the form of the well-known pyrolysis tar. Rather, they must be ionized immediately, for example by chemical ionization at atmospheric pressure (APCI). As ions, they can then be guided more smoothly than in the form of neutral molecules. Longer-term storage for several successive examinations is only possible in the form of ions.
  • APCI atmospheric pressure
  • the inlet capillary (13) can also be much shorter, but with a smaller inner diameter.
  • the gas flow into the vacuum system is then much lower, and the differential pump stage (14) can be completely saved.
  • the input capillary (13) then leads the ions directly into the first buffer (16) of the differential pump chamber (17).
  • the cheapest way of introducing the ions into the vacuum - opening, wide capillary, narrow capillary - depends on the confined space in which the ions are formed and how many ions are formed.
  • the number of buffers in the main vacuum chamber (19) can of course be adapted to the measurement problem.
  • the ion trap mass spectrometer (21, 22, 23) can also be replaced by other types of mass spectrometers.
  • Ion cyclotron resonance mass spectrometers (ICR or FTMS) are particularly well suited for recording high-resolution mass spectra of primary ions or secondary (daughter) ions. Since the acquisition of mass spectra can take a particularly long time with the ICR spectrometer, depending on the requirements for the mass range and mass resolution, the invention provides a particular advantage for ICR mass spectrometers.
  • mass spectrometers in particular all types of tandem mass spectrometers, can also be used. Since these mass spectrometers have to be supplied with a continuous ion current, the switching lens of the intermediate store (20) can be controlled in such a way that there is a continuous discharge over a long period of time.
  • the mass spectrometry specialist can easily find further examples of the advantages of using this invention with knowledge of his special field within mass spectrometry.
  • Excerpt from BFA 21/95 Coupling the ion source with chromatographic or electrophoretic separation processes in the substance feed results in a further advantage of this arrangement.
  • the ions from individual batches of substance can be stored over a longer period of time and examined by mass spectrometry by adapting the outflow rate of the ions to the needs of the mass spectrometer.
  • the ions can be examined in different periods in successive filling and examination periods. It is thus possible to first measure a normal mass spectrum and then to generate daughter ion spectra of all occurring ion types in subsequent steps. It’s another benefit of caching, that the time for filling can be shortened considerably, and thus a faster result in the recording of the spectra is achieved.
  • the ion source can in particular be coupled to devices for sample separation, for example with capillary electrophoresis.
  • the capillary electrophoresis then delivers time-separated batches of substance for a short period of time in a very concentrated manner.
  • the intermediate storage of the ions in the first double helix 8 can then be used particularly advantageously in order to store the ions of a substance for several fillings of the ion trap, as a result of which numerous MS / MS investigations of daughter ion spectra of different parent ions are possible. Even MS / MS / MS studies with grandchildren spectra can be performed; the latter are of particular interest for the amino acid sequence analysis of proteins.
  • the electrophoresis run can easily be interrupted for a longer period of time by switching off the voltage.
  • Claim 18 from BFA 25/95 Method according to one of claims 15 to 17, characterized in that the arrangement is used for storing the substance ions of a chromatographic or electrophoretically separated substance batch.

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Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen für die Zwischenspeicherung von Ionen, die einer massenspektrometrischen Untersuchung zugeführt werden sollen. Die Erfindung besteht darin, die an sich bekannte Zwischenspeicherung für solche Ionen zu verwenden, die in einer Ionenquelle aus zeitlich getrennt zugeführten Schüben einzelner Substanzen oder Substanzgemischen gewonnen werden. Der Zwischenspeicher nimmt dabei genügend Ionen eines Substanzschubes für mehrere nachfolgende massenspektrometrische Untersuchungen auf, so daß eine massenspektrometrische Charakterisierung der Substanzen, die auch verschiedenartige Meßmethoden erfordern kann, in gewünschtem Maße ermöglicht wird. Insbesondere sollen Ionen von elektrophoretisch oder chromatographisch getrennten Substanzschüben solange zwischengespeichert werden können, bis die massenspektrometrischen Untersuchungen in gewünschtem Umfang abgeschlossen sind. Mehrere Zwischenspeicher können die Ionen aus mehreren schnell aufeinanderfolgenden Substanzschüben aufnehmen. Aber auch kurzdauernde Substanzschübe aus laser-desorptiven oder pyrolytischen Vorgängen können durch Zwischenspeicherung eingehend untersucht werden. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen für die Zwischenspeicherung von Ionen, die einer massenspektrometrischen Untersuchung zugeführt werden sollen. Eine solche Zwischenspeicherung von Ionen in einem Hochfrequenz-Multipol-Stabsystem für deren Analyse in einer Hochfrequenz-Quadrupol-Ionenfalle ist aus US 5 179 278 bekannt.
  • Die Erfindung besteht darin, die an sich bekannte Zwischenspeicherung für solche Ionen zu verwenden, die in einer Ionenquelle aus zeitlich getrennt zugeführten Schüben einzelner Substanzen oder Substanzgemischen gewonnen werden. Der Zwischenspeicher nimmt dabei genügend Ionen eines Substanzschubes für mehrere nachfolgende massenspektrometrische Untersuchungen auf, so daß eine massenspektrometrische Charakterisierung der Substanzen, die auch verschiedenartige Meßmethoden erfordern kann, in gewünschtem Maße ermöglicht wird.
  • Insbesondere sollen Ionen von elektrophoretisch oder chromatographisch getrennten Substanzschüben solange zwischengespeichert werden können, bis die massenspektrometrischen Untersuchungen in gewünschtem Umfang abgeschlossen sind. Mehrere Zwischenspeicher können die Ionen aus mehreren schnell aufeinanderfolgenden Substanzschüben aufnehmen. Aber auch kurzdauernde Substanzschübe aus laser-desorptiven oder pyrolytischen Vorgängen können durch Zwischenspeicherung eingehend untersucht werden.
    • Allgemeiner Stand der Technik
  • Die Speicherung von Ionen in Hochfrequenz-Quadrupol-Stabsystemen ist im Prinzip seit den Zeiten der Erfindung dieses Prinzips durch Wolfgang Paul bekannt.
  • Eine Anwendung dieser Speicherung ist in US 5 179 278 beschrieben. Hier werden Ionen aus einer Ionenquelle vor ihrer Analyse in einer Hochfrequenz-Quadrupol-Ionenfalle in einem Hochfrequenz-Multipol-Stabsystem zwischengespeichert. An dem Hochfrequenz-Multipol-Stabsystem wurden zur Speicherung der Ionen an beiden Enden Aperturblenden mit reflektierenden elektrischen Potentialen angebracht. Die Zwischenspeicherung dient der Sammlung von Ionen auch in derjenigen Zeitperiode, in der die Ionenfalle für die Analyse der Ionen benutzt wird, und daher keine Ionen aufnehmen kann. Es wird damit der zeitliche Ausnutzungsgrad sowohl der Ionenquelle wie auch der Ionenfalle erhöht. In US 179 278 wird dabei durch Berechnungen der Speicherfähigkeiten von Hochfrequenz-Multipol-Ionenfallen und Hochfrequenz-Quadrupol-Stabsystemen abgeschätzt, daß je nach Ausführung des Stabsystems in dem Stabsystem die Ionen für weit mehr als nur eine Füllung der Ionenfalle zwischengespeichert werden können, es wird jedoch ausdrücklich betont, daß in der Speicherung von mehr Ionen als für eine Füllung der Ionenfalle kein Sinn gesehen werde (
    Figure imgb0001
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    there is little point in collecting more than the 1.1x107 ions that the ion trap can accept", Spalte 5, Zeile 22 ff.).
  • Die ungefilterte Zwischenspeicherung von Ionen ergibt jedoch, wie auch schon in US 5 179 278 durch Zahlenbeispiele ausgeführt wurde, an sich keine bedeutende Verbesserung, da sich mit dem Verfahren eine maximale Verbesserung des Ausnutzungsgrades von Ionenquellen oder Ionenfallen unter günstigsten Umständen um einen Faktor 2 ergibt, wie folgender Betrachtung entnommen werden kann: Liefert die Ionenquelle einen so geringen Ionenstrom, daß die Zeit der Befüllung der Ionenfalle weitaus länger dauert, als die Zeitdauer der Analyse in der Ionenfalle, so stellt die Zwischenspeicherung praktisch keine Verbesserung dar, da das Sammeln während der Analysezeit kaum einen Gewinn bringt. Liefert die Ionenquelle einen so hohen Ionenstrom, daß die Zeit der Befüllung sehr kurz ist im Vergleich zur Zeitdauer der Analyse, so ergibt sich wiederum keine Verbesserung, da das Sammeln während der Analysezeit keinen Sinn macht. Nur wenn die Zeitdauer der Befüllung etwa gleich der Zeitdauer der Analyse ist, ist das Sammeln der Ionen während der Analyse sinnvoll. Es muß für die Verbesserung um einen Faktor 2 aber noch zusätzlich die Bedingung erfüllt werden, die Ionenfalle aus dem Zwischenspeicher heraus sehr schnell befüllen zu können. Nur wenn diese Befüllungszeit aus dem Zwischenspeicher sehr kurz ist gegenüber der Zeitdauer der Analyse, läßt sich der maximal mögliche Faktor 2 zur Verbesserung der Ausnutzung erreichen.
  • Es ist jedoch so, daß Hochfrequenz-Quadrupol-Ionenfallen heutzutage außerordentlich schnell arbeiten. Im Massenbereich bis hinauf zu 500 atomaren Masseneinheiten kann ein Spektrum in etwa 15 Millisekunden aufgenommen werden. Selbst für den Massensbereich bis hinauf zu 2000 atomaren Masseneinheiten, der heute insbesondere für biochemische Probleme interessant wird, kann die Ionenfalle mit Untersuchungszeiten von etwa 100 Millisekunden arbeiten. Dagegen dauert die Befüllung der Ionenfalle aus den als Zwischenspeicher benutzten Hochfrequenz-Multipol-Stabsystemen, wie bereits in US 5 179 278 angegeben, einige 10 Millisekunden, ist also in jedem Falle vergleichbar mit den Zeiten der Ionenanalyse.
  • Diese Verhältnisse sind auch bereits den Zahlenbeispielen in US 5 179 278 zu entnehmen und waren daher auch dem Erfinder bekannt. Der Nutzen der Zwischenspeicherung wird in US 5 179 278 denn auch hauptsächlich darin gesehen, im Zwischenspeicher bereits unerwünschte Ionen ausfiltern zu können. Die Hauptansprüche sind daher bereits so formuliert, nur erwünschte Ionen zwischenzuspeichern, und unerwünschte Ionen von der Speicherung auszuschließen. Für die Filterung der erwünschten Ionen werden verschiedene Methoden angeführt. Erst durch diese filternde Zwischenspeicherung wird der Nutzungsgrad ganz wesentlich erhöht. (Zur Zeit der Erfindung US 5 179 278 war es noch nicht bekannt, daß man in der Ionenfalle selbst beim Einspeichern der Ionen bereits unerwünschte Ionen ausfiltern kann).
  • Für die Ionen aus solchen Ionenquellen, die außerhalb des Vakuumsystems lokalisiert sind, und deren Ionen in das Vakuumsystem eingeführt werden, kann das Hochfrequenz-Multipol-Stabsystem auch zur Thermalisierung der während der Einführung beschleunigten Ionen benutzt werden, wie aus US 4 962 736 hervorgeht. US 4 962 736 ist zwar auf die Verwendung in Quadrupol-Massenspektrometern beschränkt, doch liegt es auf der Hand, dieses Verfahren auch für andere Massenspektrometer anzuwenden, die mit Ionen homogener kinetischer Energie arbeiten.
  • Zwischenspeicherung und Thermalisierung können jedoch nicht nur in Hochfrequenz-Multipol-Stabsystemen vorgenommen werden. Vom Anmelder dieser Patentanmeldung ist in Anmeldung BFA 25/95 beim Deutschen Patentamt eine neue Klasse von ionenoptischen Systemen vorgestellt worden, die als Führungssysteme, Speichersysteme und Thermalisierungssysteme verwendet werden können. Der beschreibende Text dieser Anmeldung soll hier vollinhaltlich eingeschlossen werden.
  • Die Möglichkeit der Zwischenspeicherung von Ionen ist bis auf das zitierte Patent bisher noch nicht weiter verfolgt worden, wenn auch Systeme für die Thermalisierung und Führung von Ionen inzwischen weitere Verbreitung gefunden haben und seit Anfang dieses Jahres in kommerziellen Massenspektrometern verschiedener Art Anwendung finden.
  • Andererseits ist es ein bisher ungelöstes massenspektrometrisches Problem, die massenspektrometrischen Meßverfahren an die immer kürzer werdenden Substanzschübe moderner Substanztrennverfahren anzupassen. Separationsverfahren wie Kapillarelektrophorese und Flüssigkeitschromatographie mit Mikrokapillarsäulen werden aus Gründen der Zeitersparnis zu immer schneller arbeitenden Verfahren entwickelt. Sie liefern heutzutage die aufgetrennten Substanzen in Schüben, die nur noch einige 10 bis 100 Millisekunden dauern. Die Massenspektrometrie ist gerade noch in der Lage, einzelne Übersichtsspektren der Substanzen aus den Substanzschüben zu liefern.
  • Für die massenspektrometrischen Untersuchungen an größeren organischen Molekülen, vor allem an Biomolekülen und Polymeren, werden aber heute immer kompliziertere massenspektrometrische Meß- und Charakterisierungsverfahren eingesetzt. Dabei ist es häufig notwendig, mehrere verschiedene Meßverfahren nacheinander einzusetzen, wobei die nachfolgenden Meßverfahren häufig von den vorausgehenden abhängen und von deren Ergebnissen gesteuert werden müssen. Ein Beispiel dazu ist das Verfahren zur Messung der Bruchstückionen (oder Tochterionen) ausgewählter Primärionen (oder Elternionen), für das zunächst das Primärionenspektrum aufgenommen werden muß, woraus dann erst die Elternionen bestimmt werden. Noch komplizierter wird es bei der Aufnahme von Enkelionenspektren an ausgewählten Tochterionen.
  • Diese komplizierten massenspektrometrischen Meßverfahren lassen sich heute noch gar nicht mit physiko-chemischen Trennverfahren koppeln. Auch andere Formen der schubartigen Zuführung von Substanzen oder Substanzgemischen lassen sich mit diesen Verfahren nicht koppeln, da diese Verfahren bis heute eine kontinuierliche Zuführung der Substanzen über die Zeitdauer aller Messungen hinweg verlangen. Obwohl die einzelnen Meßverfahren nur jeweils einige 100 Millisekunden dauern, und eine sofortige Auswertung der Spektren durch die moderne Datenauswertung in Reichweite ist, kommen selbst bei automatischer Sofort-Auswertung sehr schnell viele Sekunden Meßdauer zusammen, ganz abgesehen davon, daß häufig mehrfache Wiederholungen der Messungen zur Verbesserung der Signal-zu-Rausch-Verhältnisse und zur Bestätigung der Meßergebnisse wünschenswert sind.
  • Es bleibt also ein ungelöstes Problem, die Substanzen aus den Substanzschüben mit einmaliger Zuführung, also geringstem Substanzverbrauch, möglichst umfassend unter Ausnutzung der heute möglichen massenspektrometrischen Untersuchungsmethoden wie niederauflösende Massenspektren, hochauflösende Massenspektren, Neutralverlustspektren, Tochterionenspektren (MS/MS) ausgewählter Elternionen oder sogar Enkelionenspektren (MS/MS/MS) ausgewählter Töchter charakterisieren zu können. Die Arten der wünschenswerten Untersuchungen können sogar noch wesentlich erweitert werden, wenn Reaktantgase zugeführt und die entstehenden Produkt-Ionen wiederum durch die verschiedenen Verfahren analysiert werden, wodurch Aussagen über die Faltungsstrukturen komplizierter Moleküle möglich werden.
    • Aufgabe der Erfindung
  • Es ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zu finden, mit denen Substanzen aus einem oder mehreren aufeinanderfolgenden Substanzschüben moderner Substanz-Zuführungssysteme in vielfältiger Weise mit verschiedenartigen massenspektrometrischen Untersuchungsmethoden möglichst umfassend auf verschiedenartige Eigenschaften hin untersucht werden können, ohne die Zuführung der Substanzen unter Erhöhung des Substanzverbrauchs und unter Verlängerung der Analysendauer mehrmals wiederholen zu müssen.
  • Die möglichst umfassende Untersuchung verschiedenartiger Eigenschaften werde hier kurz - der Literatur folgend - mit
    Figure imgb0001
    Charakterisierung der Substanz" bezeichnet. Die
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    Substanzschübe" werden durch die kurze Zeitdauer charakterisiert, in der die Ionen einer Substanz für Messungen zur Verfügung stehen, wobei die Kürze der Zeitdauer relativ zur Gesamtzeit der Messungen zu sehen ist.
  • Bei den Zuführungssystemen kann es sich beispielsweise um elektrophoretische oder chromatographische Trennsysteme, aber auch um Laser-Desorptionen an Oberflächen, um schnelle Pyrolyseverfahren oder um andere Verfahren handeln, bei denen Substanzschübe erzeugt werden. Dabei soll es möglich sein, die Substanzen aus einzelnen Substanzschüben getrennt, oder aber auch mehrere Substanzschübe zusammengefaßt, unter verschiedenen Gesichtspunkten eingehend zu untersuchen.
    • Beschreibung der Erfindung
  • Es ist der Grundgedanke der Erfindung, den an sich bekannten, aber bisher nur in Verbinderung mit Ionenfilterung genutzten Zwischenspeicher für Ionen so auszulegen, daß er die Ionen eines Substanzschubs, der der Ionenquelle zugeführt wird, möglichst vollständig aufnehmen kann, und die Ionen des Zwischenspeichers dann portionenweise massenspektrometrisch mit verschiedenartigen Verfahren zu untersuchen. Der Zwischenspeicher soll also so viele Ionen eines Substanzschubs des Zuführungssystems aufnehmen können, daß in aufeinanderfolgenden massenspektrometrischen Untersuchungen dieser Ionen aus dem Zwischenspeicher heraus mit verschiedenartigen Verfahren eine gewünschte Charakterisierung der Untersuchungssubstanz ermöglicht wird. Für jede Untersuchung wird dabei nur eine Teilmenge der Ionen aus dem Zwischenspeicher entnommen.
  • Eine solche Zwischenspeicherung der Ionen hat bis heute nicht nahegelegen. Auch heute noch ist die Ionisierung durch Elektronenstoß die vorherrschende Ionisierungsmethode für die massenspektrometrische Identifizierung von Substanzen, praktisch alle Massenspektren der kommerziell erhältlichen Spektrenbibliotheken sind so gewonnen. Die Erkennung einer Substanz durch diese Ionisierungsmethode beruht aber darauf, daß nicht nur Molekülionen, sondern auch Fragmentionen in bestimmten Proportionen gebildet und gemessen werden. Diese Messung muß schnell geschehen, da ein großer Teil dieser Ionen nicht stabil ist und im Laufe der Zeit zerfällt. Die bekannten Unterschiede der Massenspektren einer Substanz, die mit Magnetfeld-Massenspektrometern, Quadrupol-Massenspektrometern und Ionenfallen-Massenspektrometern gemessen wurden, beruhen weitgehend auf diesem Zerfall metastabiler Ionen, der wegen der verschiedenen Laufzeiten der Ionen in diesen Arten der Massenspektrometer verschieden weit fortschreitet, und so scheinbar das Massenspektrum verzerrt. Eine noch viel länger dauernde Zwischenspeicherung dieser Ionen würde das Massenspektrum noch weiter verzerren und einer Identifizierung der Substanzen entgegenstehen.
  • Für viele der heutigen massenspektrometrischen Untersuchungen an biochemischen Substanzen trifft das aber nicht mehr zu. Die dazu notwendigen Ionisierungsverfahren wie das Elektrosprühen (ESI), chemische Ionisierung bei Atmosphärendruck (APCI) oder die matrixunterstützte ionisierende Laser-Desorption (MALDI) erzeugen im wesentlichen nur unfragmentierte Ionen des ursprünglichen Moleküls, es werden ohne besondere Maßnahmen praktisch keine Fragmentionen gebildet. Für eine Charakterisierung dieser Substanzen unter Einsatz dieser Ionisierungsarten ist es daher mindestens notwendig, die Ionen während der massenspektrometrischen Analyse nachträglich zu fragmentieren, wie es durch die verschiedenartigen MS/MS-Verfahren wie Stoßgasfragmentierung in Ionenfallen oder in Stoßkammern von Tandem-Massenspektrometern (CID), Photonenfragmentierung in Ionenfallen (PID), oder durch
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    post source decay" (PSD) in Flugzeitspektrometern geschieht. Intensivere Charakterisierungen verlangen sogar noch weitergehende Untersuchungen, wie MS/MS/MS oder Studien darüber, an welchen Stellen des ionisierten Moleküls Reaktantgasmoleküle angebunden werden können.
  • Die Erfindung findet ihre Anwendung daher primär durch diese neuen Arten der Ionisierung. Es soll jedoch diese Erfindung ausdrücklich nicht nur auf diese Arten der Ionisierung beschränkt werden. Auch bei den bisher üblichen Ionisierungsarten, etwa bei der Gemischanalyse mit Elektronenstoß und MS/MS, ergeben sich große Vorteile aus dieser Erfindung.
  • Es können für die Untersuchungen verschiedenartige massenspektrometrische Prinzipien verwendet werden, wie beispielsweise Hochfrequenz-Quadrupol-Ionenfallen, ICR-Massenspektrometer, oder auch Tandem-Massenspektrometer verschiedener Arten, wie beispielsweise das Dreifach-Quadrupol-Massenspektrometer (
    Figure imgb0001
    Triple Quad"). In Tandem-Massenspektrometern werden die Untersuchungs-Ionen (
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    Elternionen") beim Durchfliegen eines ersten Massenspektrometers ausgefiltert, in einer Stoßzelle fragmentiert, und in einem zweiten Massenspektrometer nach ionisierten Bruchstücken (
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    Tochterionen") analysiert. In Hochfrequenz-Quadrupol- wie auch in ICR-Ionenfallen werden diese Schritte in derselben Speicherzelle nacheinander ausgeführt, weswegen man auch von
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    zeitlicher Tandem-Massenspektrometrie" (
    Figure imgb0001
    tandem in time") spricht.
  • Bei diesen Untersuchungen können verschiedenartige massenspektrometrische Untersuchungsverfahren zur Anwendung kommen, wie die Aufnahme von jeweils nieder- und hochaufgelösten Primärspektren, Neutralverlustspektren, Tochterionenspektren ausgewählter Elternionen (MS/MS) oder sogar Enkelionenspektren ausgewählter Töchter (MS/MS/MS). Die Arten der Untersuchungen können sogar noch wesentlich erweitert werden, wenn den untersuchten Ionen Reaktantgase zugeführt und die entstehenden Produkt-Ionen analysiert werden. Die Reaktantgase können wiederum im Massenspektrometer, aber auch bereits im Zwischenspeicher zugeführt werden.
  • Bei den Substanzschüben kann es sich sowohl um Schübe sauber separierter Einzelsubstanzen aus physiko-chemischen Trennverfahren handeln, wie auch um Schübe aus Substanzgemischen mit vielen einzelnen Substanzen, wie sie etwa in pulsartig durchgeführten pyrolytischen Zersetzungsprozessen oder durch Laserpulse desorbierende Oberflächenanalysen frei werden. Auch Ionen aus matrix-unterstützter Laser-Desorption (MALDI), insbesondere nach zweidimensionaler Trennung durch Gel-Elektrophorese, gehören zu dieser Gruppe von Zuführungssystemen mit Substanzschüben.
  • Bei Substanzschüben aus Separationsverfahren kann das Separationsverfahren nach der Füllung des Speichers mit Ionen abgeschaltet werden, wenn ein nächster Substanzschub naht, bevor die vorausgehende Substanz fertig untersucht ist. Sowohl elektrophoretische wie auch flüssigkeitschromatographische Verfahren können unterbrochen werden, ohne daß die Güte der Separation wesentlich verschlechtert wird. Auch die gaschromatographische Trennung kann man unterbrechen, aber hier leidet die nachfolgende Separation unter schlechterer Substanztrennung, da die Substanzen im Trägergas viel leichter diffundieren können, und das Abschalten des Trägergasflusses die Druck- und Volumenverhältnisse jedesmal drastisch ändert. Bei zweidimensionaler Gel-Elektrophorese ist die Trennung bei der Analyse bereits abgeschlossen, die Substanzschübe werden durch den Vorschub der Trägerplatten gegenüber dem Abtaststrahl des Lasers erzeugt.
  • Da nicht alle Separationsverfahren ohne Schaden unterbrechbar sind, auf jeden Fall aber die Unterbrechungen die Analysendauer verlängern, ist es ein weiterer Grundgedanke der Erfindung, mehrere Zwischenspeicher für Ionen aus mehreren Substanzschüben aus solchen elektrophoretischen oder chromatographischen Trennverfahren im Vakuumsystem des Massenspektrometers zu verwenden. Es können damit die Ionen aus Separationsverfahren auch dann ohne Abschalten des Separationsverfahrens zwischengespeichert werden, wenn einige Substanzschübe in so kurzen Zeiten aufeinanderfolgen, daß die Zeit zwischen den Schüben für eine gewünschte massenspektrometrische Charakterisierung nicht ausreicht. Das Auftreten von Situationen, in denen das Separationsverfahren selbst dann unterbrochen werden muß, wird wegen der normalerweise ungleichen Verteilung der Substanzschübe über die Separationszeit ganz wesentlich herabgesetzt.
  • Der Zwischenspeicher in US 5 179 278 arbeitet als Durchgangsspeicher, die jetzige Erfindung soll aber ausdrücklich nicht nur auf diese beschränkt werden. Durchgangsspeicher bilden aber die einfachste Art der Zwischenspeicherung. Sie haben einen als solchen festgelegten Eingang für die Ionen, die gespeichert werden sollen, und einen normalerweise gegenüberliegenden Ausgang, durch den die Ionen den Speicher verlassen.
  • Es ist ein weiterer Grundgedanke der Erfindung, den Durchgangsspeicher so auszubilden, daß er die Ionen mit einem permanenten oder temporären Antrieb in Richtung Ionenausgang treibt. Dadurch wird die Befüllung des Zwischenspeichers einfacher, da die Ionen sofort vom Ioneneingang hinweggetrieben werden und sich dort keine Raumladungssperre ausbilden kann. Außerdem wird die Entnahme von Ionen einfacher und schneller, da die Ionen bereits vor dem Ausgang versammelt sind und dort durch den Ionenantrieb eine bestimmte Ionendichte aufrecherhalten wird. Ohne einen solchen Antrieb der Ionen in Richtung Ausgang werden die Ionen, wie in US 5 179 278 geschildert, innerhalb des Zwischenspeichers mit thermischer Geschwindigkeit zwischen den reflektierenden Potentialen an Ioneneingang und Ionenausgang längs der Achse des Stabsystems hin- und herpendeln, wodurch die Leerungszeit auf mindestens zwei volle Pendelbewegungen, das heißt auf einige 10 Millisekunden, gedehnt wird.
  • Der Antrieb der Ionen innerhalb des Zwischenspeichers in Richtung Ionenausgang kann auf verschiedene Weise verwirklicht werden. So ist es bei allen Zwischenspeichern möglich, ein schwaches elektrisches Gleichfeld längs der Achse zu erzeugen, das die Ionen Richtung Ausgang treibt, wo sie während der Speicherphase in erwünschter Weise durch das schaltbare Reflektionspotential am Ausfluß gehindert und so gespeichert werden.
  • In Multipol-Stabsystemen kann ein Gleichfeld erzeugt werden, indem alle Stäbe, zusätzlich zu ihrer Versorgung mit einer Hochfrequenzspannung, gleichsinnig von einem Gleichstrom durchflossen werden. Dabei ist es vorteilhaft, die Stäbe aus einem Widerstandsmaterial zu fertigen. Eine Erzeugung einer achsialen Gleichfeldkomponente in Ringsystemen oder in Doppelhelix-Speichern ist in BFA 25/95 beschrieben.
  • Andererseits kann ein permanenter Antrieb in Richtung Ionenausgang auch dadurch erzeugt werden, daß statt eines zylindrischen Speichers ein konischer verwendet wird. Bei einem konischen Multipol-Stabsystem, aber auch bei allen anderen Hochfrequenz-Ionenleitsystemen, werden die Ionen innerhalb des Speichers durch ein schwaches Pseudo-Potentialfeld permanent in Richtung der Öffnungserweiterung getrieben. Allerdings ist es ein Nachteil des konischen Multipol-Stabsystems, daß der Pseudo-Potentialwall zum Einsperren der Ionen zum weiter geöffneten Ende des Stabsystems hin immer niedriger wird.
  • Diesen Nachteil hat der in BFA 25/95 beschriebene, als Doppel- oder Mehrfachhelix ausgebildete Speicher nicht, wenn dabei die Windungen der Helices auch im weiter geöffneten Bereich des Konus den gleichen Abstand behalten. Die Doppelhelix und deren höhere Abkömmlinge wie Vierfachhelix oder Sechsfachhelix eignen sich daher in besonders guter Weise als Zwischenspeicher.
  • Eine Anordnung von mehreren Zwischenspeichern in Reihe kann leicht durch solche Durchgangsspeicher verwirklicht werden. Bei der Benutzung der Reihenanordnung werden die Ionen des ersten Substanzschubes bis zum letzten Speicher vor dem Massenspektrometer durchgeleitet, und von dort aus massenspektrometrisch in der beschriebenen Weise untersucht. Die Ionen eines kurz darauf erscheinenden Substanzschubes werden bis zum zweitletzten Speicher geleitet und dort gespeichert, wenn die Analyse des vorhergehenden Schubes noch nicht abgeschlossen ist. Die Ionen eines dritten Substanzschubes können in einem drittletzten Speicher untergebracht werden. Ist dann die Analyse der Ionen im letzten Speicher abgeschlossen, so wird dieser letzte Speicher durch kurzfristiges Abschalten der Hochfrequenzspannung vollständig entleert, und die Ionen des vorletzten Speichers werden hierher überführt. In analoger Weise werden dann auch die Ionen der anderen Speicher weitergereicht (
    Figure imgb0001
    Eimerkettenprinzip").
  • Der Ausfluß der Ionen aus dem Zwischenspeicher wird durch das Öffnen des Reflektors am Ende des Zwischenspeichers ermöglicht. Es ist günstig, hier Schaltlinsen einzusetzen, die die ausfließenden Ionen aus einem kleinen Bereich des Zwischenspeichers absaugen und in die nächste Stufe der Verarbeitung dieser Ionen hinein fokussieren können. Der kleine Einzugsbereich der Schaltlinse wird durch das Nachströmen der Ionen wieder gefüllt, vor allem dann, wenn die Ionen einem Vortrieb zum Ausgang unterliegen.
  • Bei gleichen Verhältnissen an der Schaltlinse ist damit die Ausflußgeschwindigkeit der Ionen nur noch von der Ionendichte im Zwischenspeicher, also vom Füllgrad, abhängig. Dieser Zusammenhang kann experimentell bestimmt und beispielsweise dazu benutzt werden, die Füllung von Ionenfallen in aufeinanderfolgenden Füllungen immer gerade bis zur Raumladungsgrenze zu steuern, oder aber auch durch Veränderung der Linsenspannung einen gleichmäßigen Ausfluß zu erzeugen, wie er etwa für ein nachfolgenden Tandem-Massenspektrometer gebraucht wird.
  • Auch die selektive Befüllung einer Ionenfalle mit ausgewählten Elternionen bis knapp an die Raumladungsgrenze heran kann so gesteuert werden. Dabei wird während der Befüllung in bekannter Weise eine Filterung der Ionen vorgenommen, meist durch die Einstrahlung eines Frequenzgemisches, das die unerwünschten Ionen aus der Ionenfalle treibt, die erwünschten aber in ihr beläßt. Aus dem Primärionenspektrum ist das Verhältnis der ausgewählten Elternionen zur Gesamtladung bekannt, und aus der bekannten Füllgeschwindigkeit und dem bekannten Wirkungsgrad der Filterung kann die Befüllung bis zum optimalen Füllungsgrad gesteuert werden.
    • Kurze Beschreibung der Bilder
  • Figur 1 zeigt ein Blockdiagramm eines Massenspektrometers mit zwei Zwischenspeichern gemäß dieser Erfindung. Ein Substanzzuführungssystem führt Substanzen schubweise einer Ionenquelle zu, die sich in diesem Beispiel im Vakuumsystem des Massenspektrometers befindet. Als schubweise arbeitende Substanzzuführungssysteme kommen beispielsweise alle chromatographischen und elektrophoretischen Trennverfahren, aber auch pyrolytische oder laser-desorptive Verfahren infrage. Die Ionen aus den Substanzschüben können in den beiden Zwischenspeichern 1 und 2 aufbewahrt werden. Die Ionen des Zwischenspeichers 2 werden portionenweise im Massenspektrometer untersucht, bis eine genügende Charakterisierung der Substanzen des Substanzschubes erreicht ist, oder die Ionen verbraucht sind. Die Zwischenspeicher können durchaus so dimensioniert werden, daß sie Ionen für eine große Zahl nachfolgender massenspektrometrischer Untersuchungen aufnehmen können. Raumladungsbegrenzungen spielen bei Zwischenspeichern eine nur untergeordnete Rolle.
  • Figur 2 zeigt einen solchen Zwischenspeicher, der hier als Doppelhelix (4) ausgelegt ist. Die Doppelhelix (4) befindet sich zwischen dem Linsensystem (1, 2, 3) am Eingang des Zwischenspeichers und dem Linsensystem (7, 8, 9) am Ausgang des Zwischenspeichers. An den Blenden (3) und (7) liegt dabei ein Potential, das die Ionen jeweils in die Doppelhelix zurücktreibt. Die Hochfrequenzspannung für die Speicherung wird über die Anschlüsse (5) und (6) zugeführt. Durch die Schaltung des Potentials an der Linsenapertur (8) können die Ionen aus dem Zwischenspeicher ausgesaugt und einem nachfolgenden System zugeführt werden.
  • Figur 3 zeigt eine besondere Art der Reflektion der gespeicherten Ionen am Ende der Doppelhelix, hier ausgeführt als HF-versorgte Doppelspirale auf einem isolierenden Träger (7a). Der Träger (7a) ersetzt die Potentialblende (7) der Ausgangslinse in Figur 2. Die Doppelspirale wird durch die gleiche Hochfrequenzspannung versorgt wie die Doppelhelix (4). Die Doppelspirale auf dem Träger (7a) hat gegenüber einer metallisch leitenden Potentialblende (7) den Vorteil einer viel geringeren Reichweite des reflektierenden Pseudo-Potentials, so daß mehr Ionen gespeichert werden können, und die Entnahme der Ionen aus dem Zwischenspeicher schneller vonstatten geht.
  • Figur 4 gibt eine Anordnung eines Massenspektrometers mit drei Zwischenspeichern als Prinzipskizze wieder, wobei die einzelnen Funktionseinheiten nur symbolisch, und die elektrischen und vakuumtechnischen Versorgungseinheiten überhaupt nicht dargestellt sind. Die Ionenquelle befindet sich hier - anders als im Blockschaltbild der Figur 1 - außerhalb des Vakuumsystems des Massenspektrometers. Die schubweise Zuführung der Substanzen wird von einer chromatographischen oder elektrophoretischen Kapillarsäulen-Trenneinrichtung übernommen, wobei hier nur symbolisch die Trennkapillare (10) gezeigt ist. Die Substanzen werden zunächst in einer Detektionseinheit (11) detektiert, die beispielsweise eine UV-Absorptionseinheit sein kann, und dann der Nadel (12) einer Elektrosprüh-Ionenquelle zugeführt. Zwischen dieser Nadel (12) und der Eingangskapillaren (13), die die Ionen in das Vakuumsystem überführt, liegt eine Elektrosprüh-Spannung von einigen Kilovolt, durch die sowohl die Trägerflüssigkeit wie auch die darin gelösten Untersuchungssubstanzen versprüht werden. Dabei werden in der Regel die Moleküle der Untersuchungssubstanzen vollständig und fragmentierungsfrei ionisiert.
  • Durch die Eingangskapillare (13) wird ein kräftiger Strom an Umgebungsgas in die Vakuumkammer (14), die über Stutzen (25) bepumpt wird, gesaugt. In diesem Strom wird ein Teil der Ionen viskos mitgenommen. Der Gasstrom dehnt sich in der Kammer (14) der ersten Differenzpumpstufe adiabatisch aus, wobei die mitgenommenen Ionen auf Geschwindigkeiten von etwa 1000 Metern pro Sekunde beschleunigt werden. Ein Teil der Ionen kann die Vakuumkammer (14) durch die feine Öffnung im Abstreifer (15) verlassen und tritt in die Vakuumkammer (17) der nächsten Differenzpumpstufe ein, die durch den Stutzen (26) bepumpt wird. Die Ionen treten dabei in den Zwischenspeicher (16) ein. In diesem Zwischenspeicher (16) werden die Ionen eingefangen, sie verbleiben dort so lange, bis sich ihre kinetischen Energien thermalisiert haben, was bei dem herrschenden Druck von etwa 10-2 Millibar nur wenige 10 Millisekunden dauert.
  • Die thermalisierten Ionen des ersten Substanzschubes werden dann durch den Zwischenspeicher (18) in den Zwischenspeicher (20) geführt und dort wiederum gespeichert. Aus diesem Speicher werden die Ionen portionenweise in das als Hochfrequenz-Quadrupol-Ionenfalle dargestellte Massenspektrometer überführt und dort analysiert. Die Ionenfalle besteht aus den beiden Endkappen-Elektroden (21) und (23), und der Ringelektrode (24). Die Ionen werden bei den Analysenverfahren massenselektiv aus der Ionenfalle durch die Endkappe (23) ausgeworfen und im Ionendetektor (24) gemessen.
  • Figur 5 zeigt ein Diagramm der Trennung von Substanzen in einem Trennsystem. Die zeitlich getrennten Substanzen (a) bis (i) werden als Substanzschübe der Ionenquelle zugeführt und ionisiert. Wird ein Massenspektrometer nach Figur 4 mit drei Zwischenspeichern benutzt, so können die Ionen der rasch aufeinanderfolgenden Substanzschübe (a), (b) und (c) in den letzten (20), vorletzten (18), und drittletzten Zwischenspeicher (16) gebracht und dort gespeichert werden. Die Ionen der Substanzschübe (a), (b) und (c) können dann analysiert werden, bevor Substanzschub (d) eintrifft, dessen Ionen daher wieder im letzten Zwischenspeicher (20) eingelagert werden können. Bevor Substanzschub (e) eintrifft, sind die Ionen von (d) bereits analysiert. Die Schübe (e), (f) und (g) können daher wieder zwischengespeichert werden. Anders aber Substanzschub (h), hier muß, etwa bei der gestrichelten Linie, das Separationsverfahren für kurze Zeit unterbrochen werden, allerdings nur so lange, bis die Ionen des Substanzschubs (e) analysiert sind.
    • Besonders günstige Ausführungsformen
  • Die hier geschilderte Ausführungsform betrifft die Kopplung eines Ionenfallen-Massenspektrometers mit dem Trennverfahren der Kapillar-Elektrophorese, wie sie insbesondere für die Trennung von Proteinen benutzt werden kann. Die Ionisierung erfolgt durch Elektrosprühen an Atmosphärendruck, wodurch sich die im Elektrolyten der Elektrophorese gelösten Proteine fragmentierungsfrei mit praktisch vollständiger Ausbeute ionisieren lassen. Eine solche Anordnung mit drei Zwischenspeichern ist als Prinzipskizze in Figur 4 wiedergegeben. Aus der Prinzipskizze wird jeder Fachmann die Anordnung der meist kommerziell erhältlichen Funktionselemente herstellen können.
  • Diese Ausführungsform ist insofern besonders günstig, als sie die sehr schnelle Kapillar-Elektrophorese mit ihren sehr kurzdauernden Substanzschüben mit einer Art der Massenspektrometrie koppelt, die sich in vielfältiger Weise variieren läßt, einschließlich der Aufnahme von Tochter- und Enkelionenspektren, und einschließlich der Einschaltung von Ionen-Molekül-Reaktionen mit beliebigen Reaktantgasen und der Analyse der Produkt-Ionen. Diese Arten der Untersuchungen brauchen jedoch ihre Zeit, zumal wenn mehrere solche Verfahren in Folge mit Rücksteuerung aus den Ergebnissen der vorangehenden Analysen stattfinden sollen, und waren bis zu dieser Erfindung überhaupt nicht mit schnellen Trennverfahren koppelbar, selbst wenn in den Trennverfahren nur sehr wenige Substanzen aufgetrennt wurden.
  • Die Prinzipskizze in Figur 4 gibt die Kapillarelektrophorese nur symbolisch durch die Kapillarsäule (10) wieder. Am Ende der Kapillarsäule wird der Substanzfluß detektiert, um die Substanzschübe festzustellen. Die Detektion kann beispielsweise durch eine kommerzielle UV-Absorptionseinheit (11) innerhalb der Kapillare geschehen.
  • Die Kapillarsäule endet in einer Elektrosprühnadel (12). Zwischen dieser elektrisch leitfähigen Nadel (12) und der Stirnfläche der Eingangskapillare (13) wird eine Elektrosprühspannung von einigen Kilovolt Spannung angelegt. Das an der Spitze der Nadel stark inhomogene elektrische Feld zieht dabei einen praktisch kontinuierlichen Strom winziger Tröpfchen aus der Elektrophoreseflüssigkeit. Es ist dabei zweckmäßig, die Elektrosprühnadel koaxial mit einer zweiten Nadel zu umgeben, die einen Ausgleich der Flüssigkeitsströme herbeiführen kann, da die Elektrophorese einen elektroosmotischen Flüssigkeitsvortrieb liefert, der sehr klein ist und sogar in die Elektrosprühnadel hinein gerichtet sein kann, während die elektrophoretisch wandernden Untersuchungssubstanzen aus der Nadel herauswandern. Die winzigen Flüssigkeitströpfchen sind stark elektrisch aufgeladen und verdunsten rasch, wobei in der Regel in einem noch nicht voll geklärten Mechanismus die großen Substanzmoleküle geladen zurückbleiben.
  • Die geladenen Tröpfchen und die geladenen Moleküle werden im elektrischen Feld auf die Stirnfläche der Eingangskapillare (13) hin bewegt, wobei ein Gleichgewicht aus Zugkraft des elektrischen Feldes und Bremskraft im umgebenden Gas herrscht. Dieser Vorgang ist als
    Figure imgb0001
    Ionenmobilität" bekannt. Normalerweise wird dem Zwischenraum zwischen Elektrosprühnadel (12) und Eingangskapillare (13) ein angewärmtes, sauberes Gas, meist Stickstoff, zugeführt, um den Verdunstungsvorgang zu begünstigen und den Flüssigkeitsdampf nicht in das Vakuum gelangen zu lassen.
  • Von der Eingangskapillare (13), die etwa 15 Zentimeter Länge und einen inneren Kapillardurchmesser von 500 Mikrometer hat, wird ein kontinuierlicher Gasstrom in das Vakuum der ersten Differenzpumpkammer (14) des Vakuumsystems transportiert. Dabei wird ein Teil der Ionen viskos in die Eingangskapillare (13) eingesaugt, und von diesen Ionen gelangt wiederum ein Teil ohne entladende Wandstöße bis in die Kammer (14). Im letzten Teil der Kapillare findet eine starke Beschleunigung des Gases durch die adiabatische Ausdehnung statt, durch die die Ionen eine Geschwindigkeit von etwa 1000 Metern pro Sekunde bekommen. In der Kammer wird von einer Vorvakuumpumpe über den Pumpstutzen (25) normalerweise ein Druck von einigen Millibar aufrechterhalten.
  • In der Kammer (14) kann ein Teil der Ionen, unterstützt von einem leichten elektrischen Feld, die Kammer (14) durchqueren und durch eine feine Öffnung von etwa 1,2 Millimeter Durchmesser in der Spitze des Abstreifers (15) in die nächste Kammer (17) der Differenzpumpeinrichtung gelangen. Diese Kammer (17) wird durch eine Turbomolekularpumpe über Stutzen (26) auf einem Druck von einigen 10-2 Millibar gehalten.
  • Die durch den Abstreifer (15) in die Kammer (17) eintretenden Ionen werden praktisch verlustfrei vom Zwischenspeicher (16) eingefangen und aufgenommen. Durch den relativ hohen Vakuumdruck von einigen 10-2 Millibar werden ihre kinetischen Geschwindigkeiten in wenigen 10 Millisekunden thermalisiert. Es ist daher zweckmäßig, alle Ionen eines Substanzschubes zunächst in diesem Zwischenspeicher aufzunehmen, sie dort nach Beendigung des Substanzschubes noch für etwa 30 Millisekunden zwischenzuspeichern, und erst dann in die nächsten Speicher (18) oder (20) weiterzuleiten.
  • Der Zwischenspeicher (16) besteht im optimalen Fall aus einer konisch geformten Doppelhelix, wie sie in Figur 2 dargestellt ist. Die beiden Anschlußdrähte (5) und (6) der Doppelhelix werden mit den beiden Phasen der Hochfrequenzspannung eines entsprechenden HF-Generators verbunden. Die Innenwände der Doppelhelix reflektieren die Ionen in gleicher Weise wie die Innenwände eines Hochfrequenz-Multipol-Stabsystems, doch kann bei der Doppelhelix das reflektierende Pseudo-Potential durch gleichbleibende Abstände der Wendeln auch im Falle eines konischen Systems gleich hoch gehalten werden, anders als bei Multipol-Stabsystemen, bei denen die Höhe des Pseudo-Potentials zum offenen Ende des Konus abnimmt. Die konische Form erzeugt einen permanenten Vortrieb der Ionen zum offeneren Ende des Konus zu, dieser Antrieb ist durch ein schwaches Pseudo-Potential in Achsenrichtung gegeben.
  • Der Zwischenspeicher (16) ist beidseitig durch reflektierende elektrische Potentiale verschlossen. Am Eingang in den Zwischenspeicher ist es ein reales Potential zwischen Abstreifer (15) und dem Mittenpotential der Hochfrequenzspannung. Am Ausgang kann man durch eine Doppelspirale (7a), wie sie in Figur 3 wiedergegeben ist, einen günstigeren Abschluß erreichen. Die Doppelspirale ist mit der gleichen Hochfrequenzspannung verbunden, die auch die Doppelhelix versorgt, dadurch wird ein reflektierendes Pseudo-Potential erzeugt, das eine viel geringere Reichweite hat als ein reales Potential mit flächenhafter Ausdehnung. Die Doppelspirale kann beispielsweise durch Aufdampfen eines spiraligen Leiters auf einem Isolator erzeugt werden. Der Isolator kann wiederum sehr einfach auf der Wand der Kammer (17) befestigt werden. Die Herstellung einer mechanisch außerordentlich stabilen, aber gasdurchlässigen Doppelhelix ist in Anmeldung BFA 25/95 beschrieben.
  • Die Doppelspirale bildet einen Teil einer Schaltlinse, die mit einer Mittelapertur (8) ausgestattet ist. Wird die Mittelapertur auf ein ionenabweisendes Potential geschaltet, so ist der Ausgang verschlossen. Wird aber ein saugendes Potential angelegt, so ist der Ausgang geöffnet. Die Ionen aus der Nähe der Linsenöffnung werden angesaugt, in die Linse hinein beschleunigt, dabei fokussiert, und abbremsend in den nächsten Zwischenspeicher (18) geschnellt.
  • Die beiden Zwischenspeicher (18) und (20) befinden sich beide in der Hauptkammer (19) des Vakuumsystems, die durch eine Turbomolekularpumpe über Stutzen (27) bepumpt wird. Beide Zwischenspeicher (18) und (20) haben einen Aufbau wie der Zwischenspeicher (16), nur wird die eingangsseitige Potentialdifferenz nicht vom Abstreifer (15), sondern von der jeweilig letzten Apertur der Linse der vorausgehenden Stufe gebildet.
  • Der Ausgang aus dem Zwischenspeicher (20) bringt die Ionen in das Ionenfallen-Massenspektrometer, das aus zwei Endkappen (21) und (23) und aus der Ringelektrode (22) besteht. Auf die Funktion des Ionenfallen-Massenspektrometers wird hier nicht weiter eingegangen, da sie jedem einschlägigen Fachmann bekannt ist. Es soll aber bemerkt werden, daß die Befüllung eines solchen Ionenfallen-Massenspektrometers sehr kritisch ist, da oberhalb einer Schwelle für die Füllmenge die Funktion des Massenspektrometers durch Raumladungseinwirkungen beeinträchtigt wird. Insbesondere nimmt die Massenauflösung ab. Ab der zweiten Befüllung kann nun der Befüllvorgang aus den Ergebnissen der ersten Spektrenmessung, bei der unter anderem auch die Totalladung in der Ionenfalle gemessen wird, und aus der bekannten Abnahme der Ionenanzahl im Zwischenspeicher (20) so gesteuert werden, daß keine Überladung der Ionenfalle eintritt. Der Beladungsvorgang kann experimentell kalibriert werden.
  • Enthält ein Substanzschub der Elektrophorese nur 10 Femtomol einer Substanz, so sind das 6x109 Moleküle. 10 Femtomol einer Substanz sind außerordentlich wenig, diese geringe Menge ist kaum hinreichend für eine UV-Detektion. Zum Vergleich: Ein Fleck einer Gel-Elektrophoreseplatte braucht mindestens 100 Picomol bis 10 Mikromol, um nach dem Einfärben sichtbar zu werden, also mindestens 10000mal mehr Substanz für eine visuelle Detektion. Die Moleküle dieser 10 Femtomol Substanz werden in der Elektrosprüh-Ionenquelle praktisch vollständig ionisiert. Kann man nun 1/1000 der gebildeten Ionen in einen Zwischenspeicher im Vakuum überführen, so werden 6x106 Ionen gespeichert. Die Ionenanzahl einer Ionenfalle an der Raumladungsgrenze wird häufig fälschlich mit 106 Ionen angegeben, in Wirklichkeit liegt sie bei einer Hochleistungs-Ionenfalle bei nur etwa 3x104 Ionen. Kann man jeweils 10 % einer entnommenen Ionenportion in die Ionenfalle überführen und dort speichern, so reichen die 10 Femtomol des Substanzschubes für 20 Füllungen der Ionenfalle. Dieses Zahlenbeispiel demonstriert die hohe Empfindlichkeit massenspektrometrischer Verfahren.
  • Die Zahlen des Beispiels liegen allerdings heute noch im Grenzbereich des Machbaren und lassen sich heute nur unter günstigen Verhältnissen erreichen. Es ist jedoch zu erwarten, daß sie mit fortschreitender Technik, Erfahrung und Entwicklung routinemäßig erreicht werden können. In einem Zwischenspeicher lassen sich aber sehr viel mehr Ionen speichern, als in diesem Beispiel angegeben. Ein gut konstruierter Zwischenspeicher nimmt etwa 109 Ionen auf, also gut das hundertfache des obigen Beispiels. Unter den oben angegebenen günstigen Verhältnissen können also immer noch alle in das Vakuum überführte Ionen eines Substanzschubs aufgenommen werden, der etwa einem Picomol einer Substanz entspricht. Mit dieser Anzahl von Ionen kann die Ionenfalle etwa 2000mal gefüllt werden, wenn die Füllung ohne Filterung der Ionen vorgenommen wird. Es ist aber gerade die Stärke der Verfahren, nur ausgewählte Ionen zu untersuchen, also die Ionen bei ihrer Einspeicherung in die Ionenfalle so zu filtern, daß nur eine einzige Ionensorte gespeichert wird. Mit dieser Technik geht die Anzahl der möglichen Füllungen wieder stark zurück.
  • In dem Zahlenbeispiel wurde angenommen, daß nur jeweils ein Ion aus 10000 für die Analyse zur Verfügung steht. Die anderen 9999 Ionen gehen bei der Überführung ins Vakuum umd in die Ionenfalle verloren. Wenn in der Zukunft eine verlustfreiere Überführung möglich sein wird, können möglicherweise Substanzmengen von 1 Picomol oder sogar 100 Attomol entsprechend charakterisiert werden.
  • Das Meßverfahren kann am besten anhand des Substanzflusses eines Elektrophorese-Chromatogramms beschrieben werden, wie es in Figur 5 dargestellt ist. Es werde angenommen, daß sich um eine Mischung aus Peptiden handelt, die sich aus einem unbekannten Eiweiß durch Schneiden mit Trypsin hergestellt wurde. Dieses Verfahren ist in der Biochemie weit verbreitet und wird standardmäßig für die Identifizierung von Eiweißen angewandt. Sobald durch den Substanzdetektor (12) ein erster Substanzschub (a) dieser Peptidmischung festgestellt worden ist, wird der Ausgang des ersten Zwischenspeichers (16) geschlossen, damit die Ionen des Substanzschubs (a) darin gespeichert werden können. Sind die Ionen des Substanzschubs (a) vollständig aufgenommen, wird noch etwa 30 Millisekunden gewartet, um die Thermalisierung zu vollenden, und die Ionen dieses Substanzschubs (a) werden dann bis in den letzten Zwischenspeicher (20) weitergeleitet und dort gespeichert.
  • Es beginnt sodann die Untersuchung dieser Ionen des Substanzschubs (a). Beispielsweise wird zunächst ein normales, niederaufgelöstes Spektrum aufgenommen, wobei festgestellt wird, daß es sich um n-fach, (n+1)-fach, (n+2)-fach, ..., (n+i)-fach geladene Ionen eines Peptids mit einem aus dem Spektrum berechenbaren Molekulargewicht m handelt. In einem nächsten Untersuchungsschritt können beispielsweise die zweifach geladenen Ionen dieses Peptids mit bekannten Methoden isoliert in die Ionenfalle eingespeichert, sodann durch leichte Energiezufuhr stoßfragmentiert und anschließend analysiert werden. Dabei kann ein Fragmentspektrum gemessen werden, das bereits zu einer ersten Aminosäuresequenzanalyse dieses Peptids führt. Da sich jedoch zwei der etwa zwanzig Aminosäuren nicht durch ihr Molekulargewicht unterscheiden, kann es sich als notwendig erweisen, in einem dritten Schritt ein Enkelionenspektrum einer ausgewählten Tochter zu messen, um zu einer eindeutigen Sequenz zu kommen. Diese Art der Analyse gehört zu den einfachsten Untersuchungen, und anhand der Sequenz einiger Peptide läßt sich das untersuchte Eiweiß identifizieren, falls es schon bekannt ist. An unbekannten Eiweißen läßt sich eine Reihe von Teilsequenzen bestimmen.
  • Mittlerweile sind die Ionen des Substanzschubs (b) im Zwischenspeicher (18) gespeichert, und die Ionen des Substanzschubs (c) im Zwischenspeicher (16). Nach der Untersuchung der Ionen des Substanzschubs (a) wird nun der Zwischenspeicher (20) einfach vollkommen geleert, indem die Hochfrequenzspannung für etwa 20 Millisekunden abgeschaltet wird. Anschließend werden die Ionen aus Zwischenspeicher (18) in den Zwischenspeicher (20) überführt und aus diesem heraus analysiert. Die Ionen aus Zwischenspeicher (16) werden in den Zwischenspeicher (18) gebracht, und Zwischenspeicher (16) steht wieder für die Speicherung der Ionen eines neuen Substanzschubs zur Verfügung.
  • Auf diese Weise lassen sich die Substanzschübe ohne Abschalten der Elektrophorese nacheinander untersuchen. Nur wenn, wie im Fall der Substanzschübe (e), (f), (g) und (h), die Substanzschübe so dicht aufeinanderfolgen, daß die Zeit zur Untersuchung nicht zur Verfügung steht, muß die Elektrophorese durch Abschalten der Elektrophoresespannung kurzzeitig unterbrochen werden.
  • Die Zwischenspeicher können eine sehr große Menge an Ionen aufnehmen, da bei ihnen schädliche Einflüsse durch die Raumladung nur in sehr geringem Maße beobachtet werden. Der Zwischenspeicher reicht, wie oben durch das Zahlenbeispiel erläutert, durchaus für etwa 2000 unselektierte Füllungen der Ionenfalle aus, wie sie für die Aufnahme einfacher Massenspektren gebraucht werden. Einerseits steht meistens überhaupt nicht soviel Untersuchungssubstanz zur Verfügung, um mit einem Substanzschub den Speicher wirklich zu füllen. Andererseits werden bei der Aufnahme der Tochterspektren von selektierten Elternionen nur die ausgewählten Elternionen in die Ionenfalle eingespeichert und die übrigen Ionen vernichtet, somit ist für diese filternde Einspeicherung die Anzahl von Tochterspektren (und Enkelspektren) entsprechend der Konzentration der Elternionen (oder sogar Tochterionen) weitaus geringer.
  • Die Erfindung ist aber nicht auf die hier beschriebene besonders günstige Ausführungsform beschränkt. Dieser besonders günstigen Ausführungsform stehen vielmehr eine große Anzahl leicht abgewandelter Ausführungsformen gegenüber, die alle ihre speziellen Vorteile haben. Die Abwandlungen können leicht von einem einschlägigen Fachmann vorgenommen werden, sie werden daher nicht in der obigen Ausführlichkeit beschrieben.
  • So kann nicht nur die Kapillarelektrophorese entsprechende Substanzschübe liefern, sondern auch die Flüssigkeitschromatographie, insbesondere eine mit Mikrosäulen. Selbst die Gaschromatographie läßt sich auf diese Weise einsetzen, wobei es bei der letzteren günstig sein kann, die Anzahl der Zwischenspeicher noch zu erhöhen.
  • Die Detektion der Substanzschübe braucht nicht durch UV-Detektoren zu erfolgen. Durch das Verfahren der Aufteilung von Trägergas- oder Flüssigkeitsströmen (
    Figure imgb0001
    splitting") kann ein Teilstrom in jedem handelsüblichen Detektor analysiert werden, um die Substanzschübe zu detektieren. So kann neben vielen anderen Detektoren beispielsweise der in der Gaschromatographie übliche Flammenionisationsdetektor (FID) benutzt werden. Es kann aber insbesondere auch eine Doppelionenquelle verwendet werden, bei der ein Teilionenstrom für die Detektion der Substanzschübe abgezweigt wird. Auch kann ein Teil des Ionenstroms nach Überführung der Ionen ins Vakuum abgezweigt und gemessen werden.
  • Die Substanzschübe brauchen auch nicht von physikalisch-chemischen Trennverfahren geliefert werden. Es können die Substanzschübe auch aus gepulsten Pyrolysen, beispielsweise den bekannten Curie-Punkt-Pyrolysen, oder aus Desorptionen stammen, die durch Laser-Pulse induziert wurden. In diesem Fall ist eine Detektion der Substanzschübe nicht notwendig, da die Zeiten für das Auftreten der Substanzschübe bereits bekannt sind. Für diese Arten der Analyse sind auch weniger Zwischenspeicher erforderlich, da die Taktrate ja vom Verfahren selbst gesteuert werden kann. Soll die Thermalisierung weiterhin in einem eigenen Zwischenspeicher erfolgen, so genügen insgesamt zwei Zwischenspeicher, einer für die Thermalisierung und einer für die Belieferung des Massenspektrometers. Für die Pyrolyse sind aber im allgemeinen sehr große Zwischenspeicher erforderlich, da Pyrolysegemische sehr komplex sind und viele nachfolgende Untersuchungen, häufig mit selektivem Einspeichern seltener Ionensorten, benötigen.
  • Für die Untersuchung von Ionen aus Pyrolysevorgängen ist diese Erfindung besonders hilfreich. Die Substanzen der Pyrolysedämpfe reichen bis zu sehr hohen Molekulargewichten. Diese Moleküle dürfen keine Wandstöße erleiden, da sie sonst sofort in Form des bekannten Pyrolyseteers auskondensieren. Sie müssen vielmehr sofort ionisiert werden, beispielsweise durch chemische Ionisierung bei Atmosphärendruck (APCI). Als Ionen können sie dann besser stoßfrei geführt werden als in Form neutraler Moleküle. Die längerdauernde Speicherung für mehrere aufeinanderfolgende Untersuchungen ist sogar nur in Form von Ionen möglich.
  • Anstelle des Elektrosprühens kann auch die chemische Ionisierung bei Atmosphärendruck (APCI) für die Ionisierung der Substanzen verwendet werden. Diese Art der Ionisierung ist besonders für Pyrolysedämpfe und Desorptionsdämpfe günstig, aber auch für Substanzen, die durch Gaschromatographie getrennt wurden.
  • Die Einführung der Ionen ins Vakuum kann ebenfalls anders verlaufen, als in Figur 4 gezeigt. Es sind mit viel Erfolg einfache, düsenartige Öffnungen, beispielsweise solche mit 30 Mikrometer Durchmesser, verwendet worden, die allerdings wesentlich größere Pumpen bedingen als die oben geschilderten Eingangskapillaren.
  • Die Eingangskapillare (13) kann aber auch viel kürzer, dafür aber mit kleinerem Innendurchmesser, ausgebildet sein. Der Gasstrom in das Vakuumsystem ist dann viel geringer, und es kann die Differenzpumpstufe (14) vollkommen eingespart werden. Die Eingangskapillare (13) führt dann die Ionen direkt in den ersten Zwischenspeicher (16) der Differenzpumpkammer (17). Die günstigste Art der Einführung der Ionen ins Vakuum - Öffnung, weite Kapillare, enge Kapillare - hängt davon ab, auf wie engem Raum die Ionen gebildet werden, und wieviele Ionen gebildet werden.
  • Die Anzahl der Zwischenspeicher in der Hauptvakuumkammer (19) kann selbstredend an das Meßproblem angepaßt werden. Es kann dort nur ein Zwischenspeicher vorhanden sein, beispielsweise für die Analyse von Pyrolysedämpfen oder Desorptionsionen, es können aber auch vier oder mehr Zwischenspeicher eingebaut werden, wenn es sich vorwiegend um die Analyse komplexer Gemische mit schneller Trennung handelt. Da die Ionen relativ verlustfrei von einem Speicher in den nächsten überführt werden können, ist die Anzahl der Zwischenspeicher frei wählbar.
  • Auch das Ionenfallen-Massenspektrometer (21, 22, 23) kann durch andere Arten von Massenspektrometern ersetzt werden. Für die Aufnahme von hochaufgelösten Massenspektren von Primärionen oder sekundären (Tochter-)ionen eignen sich Ionen-Cyclotron-Resonanz-Massenspektrometer (ICR oder FTMS) in ganz besonders guter Weise. Da die Aufnahme von Massenspektren je nach Anforderungen an Massenbereich und Massenauflösung mit dem ICR-Spektrometer besonders lange dauern kann, ist für ICR-Massenspektrometer durch die Erfindung ein besonderer Vorteil gegeben.
  • Aber auch andere Arten von Massenspektrometern, insbesondere alle Arten von Tandem-Massenspektrometern, können verwendet werden. Da diese Massenspektrometer mit einem kontinuierlichen Ionenstrom versorgt werden müssen, kann hier die Schaltlinse des Zwischenspeichers (20) so gesteuert werden, daß ein über lange Zeit kontinuierlicher Ausfluß gegeben ist.
  • Der Massenspektrometrie-Fachmann kann mit Kenntnis seines speziellen Fachgebietes innerhalb der Massenspektrometrie leicht weitere Beispiele für die Vorteile des Einsatzes dieser Erfindung finden.
    • Anhang an Patentanmeldung BFA 26/95, mit Textauszügen der Patentanmeldungen, die für Prioritäten in Anspruch genommen werden: 1) Anmeldung DE 19 509 939.7 vom 18. 3. 95 (BFA 15/95),
    • 1. Auszug aus BFA 15/95:
      Figure imgb0001
      Bei Kopplungen der Ionenquelle mit chromatographischen oder elektrophoretischen Separationsverfahren in der Substanzzuführung ergibt sich ein weiterer Vorteil dieser Anordnung. Es können die Ionen aus einzelnen Substanzpeaks über längere Zeit gespeichert und in schnell aufeinanderfolgenden Füll- und Untersuchungsperioden unter verschiedenen Aspekten untersucht werden. So ist es möglich, zunächst ein normales Massenspektrum zu messen, und in anschließenden Schritten Tochterionenspektren aller auftretenden Ionensorten zu erzeugen."
    • 2. Auszug aus BFA 15/95:
      Figure imgb0001
      Die Ionenquelle kann insbesondere mit Einrichtungen zur Probenseparation, beispielsweise mit kapillarer Elektrophorese, gekoppelt werden. Die kapillare Elektrophorese liefert dann zeitgetrennte Substanzen in sehr kurzen Zeitperioden sehr konzentriert an. Die Zwischenspeicherung der Ionen kann dann besonders günstig eingesetzt werden, um die Ionen einer Substanz für mehrere Füllungen der Ionenfalle aufzubewahren, wodurch zahlreiche MS/MS-Untersuchungen von Tochterionenspektren verschiedener Elternionen möglich werden. Sogar MS/MS/MS-Untersuchungen mit Enkelionenspektren können durchgeführt werden; letztere sind von besonderem Interesse für die Aminosäuresequenzanalyse von Proteinen. Der Elektrophoreselauf kann für längerdauernde Untersuchung leicht durch Abschalten der Spannung zwischenzeitlich unterbrochen werden."
    2) Anmeldung DE 19 520 282.1 vom 2. 6. 95 (BFA 21/95)
  • Auszug aus BFA 21/95:
    Figure imgb0001
    Bei Kopplungen der Ionenquelle mit chromatographischen oder elektrophoretischen Separationsverfahren in der Substanzzuführung ergibt sich ein weiterer Vorteil dieser Anordnung. Es können die Ionen aus einzelnen Substanzschüben über längere Zeit gespeichert und massenspektrometrisch untersucht werden, indem die Ausflußrate der Ionen an die Bedürfnisse des Massenspektrometers angepaßt wird.
  • In speichernden Massenspektrometern, beispielsweise Ionenfallen, können die Ionen in aufeinanderfolgenden Füll- und Untersuchungsperioden unter verschiedenen Aspekten untersucht werden. So ist es möglich, zunächst ein normales Massenspektrum zu messen, und in anschließenden Schritten Tochterionenspektren aller auftretenden Ionensorten zu erzeugen. Dabei ist es ein weiterer Vorteil der Zwischenspeicherung, daß die Zeitdauer für die Befüllung stark verkürzt werden kann, und damit eine schnellere Folge in der Aufnahme der Spektren erreicht wird.
  • Aber auch in kontinuierlich arbeitenden Massenspektrometern, beispielsweise in Dreifach-Quadrupol-Massenspektrometern (
    Figure imgb0001
    Triple Quads") für die Untersuchung von Tochterionenspektren, kann die Anpassung der Ausflußrate sehr förderlich sein."
    • 3) Anmeldung DE 19 523 859.1 vom 30. 6. 95 (BFA 25/95)
  • Auszug aus BFA 25/95:
    Figure imgb0001
    Die Ionenquelle kann insbesondere mit Einrichtungen zur Probenseparation, beispielsweise mit kapillarer Elektrophorese, gekoppelt werden. Die kapillare Elektrophorese liefert dann zeitgetrennte Substanzschübe kurzer Zeitdauer sehr konzentriert an. Die Zwischenspeicherung der Ionen in der ersten Doppel-Helix 8 kann dann besonders günstig eingesetzt werden, um die Ionen einer Substanz für mehrere Füllungen der Ionenfalle aufzubewahren, wodurch zahlreiche MS/MS-Untersuchungen von Tochterionenspektren verschiedener Elternionen möglich werden. Sogar MS/MS/MS-Untersuchungen mit Enkelionenspektren können durchgeführt werden; letztere sind von besonderem Interesse für die Aminosäuresequenzanalyse von Proteinen. Der Elektrophoreselauf kann für längerdauernde Untersuchung leicht durch Abschalten der Spannung zwischenzeitlich unterbrochen werden."
  • Anspruch 18 aus BFA 25/95:
    Figure imgb0001
    Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung für die Speicherung der Substanzionen eines chromatographischen oder elektrophoretisch getrenntem Substanzschubs verwendet wird."

Claims (20)

  1. Verfahren zur Charakterisierung der Ionen von Substanzen oder Substanzgemischen, die einer Ionenquelle in Schüben zugeführt werden, mit Hilfe eines Massenspektrometers und eines Zwischenspeichers zwischen Ionenquelle und Massenspektrometer, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionen eines oder mehrerer Substanzschübe zunächst im Zwischenspeicher gespeichert werden, und daß diese Ionen portionenweise massenspektrometrisch untersucht werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß noch weitere Zusatz-Zwischenspeicher für Ionen verwendet werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatz-Zwischenspeicher zwischen der Ionenquelle und dem Zwischenspeicher in Reihe angeordnet sind, und daß diese Zusatz-Zwischenspeicher bei Bedarf die Ionen weiterer Substanzschübe aufnehmen und bei Bedarf an den jeweils nächsten Zwischenspeicher weitergeben.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß multipolare (vielpolige) Hochfrequenz-Ionenführungssysteme als Zwischenspeicher benutzt werden, wobei die Ionenführungssysteme beidseitig mit reflektierenden Potentialverteilungen abgeschlossen sind, von denen aber mindestens eine Potentialverteilung auf Ionendurchgang schaltbar ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hochfrequenz-Multipol-Stabsystem als Zwischenspeicher benutzt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein System aus vertikal zu einer Achse angeordneten Ringen, die in abwechselnder Reihenfolge mit den Phasen einer Hochfrequenzspannung verbunden sind, als Zwischenspeicher benutzt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit den beiden gegenläufigen Phasen einer Hochfrequenzspannung betriebene Doppel- oder Mehrfachhelix als Zwischenspeicher benutzt wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das als Zwischenspeicher benutzte System einen konisch geformten Innenraum hat, so daß ein permanenter Antrieb der Ionen in Achsenrichtung vorhanden ist.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß längs der Achse des Zwischenspeichers zumindest temporär ein elektrisches Gleichfeld erzeugt wird.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine HF-Quadrupol- oder ICR-Ionenfalle als Massenspektrometer benutzt wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionenfalle nur bis zur Raumladungsgrenze befüllt wird, und daß der Füllvorgang durch die Füllrate der vorhergehenden Befüllung, durch die bekannte Abnahme der Ionenanzahl im Zwischenspeicher und durch die Wirkrate eines eventuell eingeschalteten Ionenfilters gesteuert wird.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Massenspektrometer um ein räumliches Tandem-Massenspektrometer handelt.
  13. Massenspektrometrisches System für die Charakterisierung von Substanzionen, bestehend aus einem Substanzzuführungssystem, das Substanzen in Schüben anliefert, einer Ionenquelle für die Ionisierung der Substanzmoleküle aus den Substanzschüben, und einem Massenspektrometer für die Untersuchung der Ionen, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Ionenquelle und Massenspektrometer ein Zwischenspeicher für eine temporäre Speicherung der Ionen aus den Substanzschüben angeordnet ist.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Ionenquelle und Massenspektrometer mehrere Zwischenspeicher in Reihe für die Aufnahme der Ionen aus mehreren Substanzschüben vorhanden sind.
  15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenspeicher als drahtgewendelte Mehrfachhelices mit Anschluß an Spannungen aus je einem HF-Generator und mit jeweils endständigen Reflektoren ausgebildet sind.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Reflektoren eine Doppelspirale mit Anschluß an die Hochfrequenzspannung des HF-Generators der Mehrfachhelix ist.
  17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionen in den Zwischenspeichern einem Antrieb in Achsenrichtung des Zwischenspeichers durch elektrische Felder unterliegen.
  18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Ionenantrieb in Achsenrichtung durch das Pseudopotential gebildet wird, das sich durch eine konische Ausbildung des Zwischenspeichers ergibt.
  19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß sich der erste Zwischenspeicher in der ersten Stufe einer Differenzpumpeinheit befindet, die durch eine Vakuumpumpe in einem Druckbereich zwischen 5x10-4 und 5x10-2 Millibar gehalten wird.
  20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der letzte Zwischenspeicher eine Gaszuleitung besitzt, durch die ein Reaktantgas zugeführt werden kann.
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DE19523859 1995-06-30

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1997047025A1 (en) * 1996-06-06 1997-12-11 Mds, Inc. Axial ejection in a multipole mass spectrometer
WO1999063578A3 (en) * 1998-06-01 2000-01-27 Mds Inc Axial ejection in a multipole mass spectrometer
AU2003218530B2 (en) * 2002-04-16 2009-07-16 Diakyne Pty Ltd Multi-element screening of trace elements
EP2965075B1 (de) 2013-03-06 2019-12-25 Micromass UK Limited Optimierte ionenmobilitäts-abscheidungszeitpunkte für angezielte ionen

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19523859C2 (de) * 1995-06-30 2000-04-27 Bruker Daltonik Gmbh Vorrichtung für die Reflektion geladener Teilchen
DE102006040000B4 (de) * 2006-08-25 2010-10-28 Bruker Daltonik Gmbh Speicherbatterie für Ionen

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4962736A (en) 1988-06-02 1990-10-16 Yamaha Hatsudoki Kabushiki Kaisha Diesel engine
US5179278A (en) 1991-08-23 1993-01-12 Mds Health Group Limited Multipole inlet system for ion traps

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4962736A (en) 1988-06-02 1990-10-16 Yamaha Hatsudoki Kabushiki Kaisha Diesel engine
US5179278A (en) 1991-08-23 1993-01-12 Mds Health Group Limited Multipole inlet system for ion traps

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ERICH W. BLAUTH: "DYNAMIC MASS SPECTROMETERS", 1966, ELSEVIER, AMSTERDAM NL, XP002006939 *
HUANG Y ET AL: "COLLISION-INDUCED DISSOCIATION FOR MASS SPECTROMETRIC ANALYSIS OF BIOPOLYMERS: HIGH-RESOLUTION FOURIER TRANSFORM ION CYCLOTRON RESONANCE MS4", ANALYTICAL CHEMISTRY, vol. 66, no. 24, 15 December 1994 (1994-12-15), pages 4385 - 4389, XP000485675 *
MICHAEL S M ET AL: "AN ION TRAP STORAGE/TIME-OF-FLIGHT MASS SPECTROMETER", REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS, vol. 63, no. 10 PT. 01, 1 October 1992 (1992-10-01), pages 4277 - 4284, XP000316284 *
SCHWARTZ J C ET AL: "A PENTA-QUADRUPOLE INSTRUMENT FOR REACTION INTERMEDIATE SCANS AND OTHER MS-MS-MS EXPERIMENTS", INTERNATIONAL JOURNAL OF MASS SPECTROMETRY AND ION PROCESSES, vol. 101, no. 1, 15 November 1990 (1990-11-15), pages 1 - 20, XP000168146 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1997047025A1 (en) * 1996-06-06 1997-12-11 Mds, Inc. Axial ejection in a multipole mass spectrometer
WO1999063578A3 (en) * 1998-06-01 2000-01-27 Mds Inc Axial ejection in a multipole mass spectrometer
AU2003218530B2 (en) * 2002-04-16 2009-07-16 Diakyne Pty Ltd Multi-element screening of trace elements
EP2965075B1 (de) 2013-03-06 2019-12-25 Micromass UK Limited Optimierte ionenmobilitäts-abscheidungszeitpunkte für angezielte ionen
US11255817B2 (en) 2013-03-06 2022-02-22 Micromass Uk Limited Optimised ion mobility separation timescales for targeted ions
EP2965075B2 (de) † 2013-03-06 2022-09-21 Micromass UK Limited Optimierte ionenmobilitäts-abscheidungszeitpunkte für angezielte ionen

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