Massenspektrometer

专利摘要:
Esist ein Massenspektrometer mit einem elektrischen Feldbereich L2 offenbart, woran ein zeitlich veränderlicheselektrisches Feld angelegt ist. In einem Betriebsmodus läuft einImpuls von Ionen 3 mit Ionen, die unterschiedliche Masse-Ladungs-Verhältnisseaufweisen, durch den elektrischen Feldbereich L2,und das elektrische Feld wird zeitlich geändert, so daß wenigstenseinige der Ionen 3 mit unterschiedlichen Masse-Ladungs-Verhältnissenanschließendim wesentlichen gleichzeitig am Extraktions- oder Beschleunigungsbereich10 eines Flugzeit-Massenanalysators ankommen.
公开号:DE102004011691A1
申请号:DE200410011691
申请日:2004-03-10
公开日:2004-12-23
发明作者:Robert Harold Knutsford Bateman；Jeff Hyde Brown
申请人:Micromass UK Ltd；
IPC主号:G01N27-62

专利说明:
[0001] Dievorliegende Erfindung betrifft ein Massenspektrometer und ein Verfahrenzur Massenspektrometrie.
[0002] Esist ein Querbeschleunigungs-Flugzeit-Massenanalysator in Kombinationmit einer Elektrospray-Ionenquelle bekannt. Es ist bekannt, die Flugzeitvon Ionen durch einen Flugbereich des Querbeschleunigungs-Flugzeit-Massenanalysators zumessen. Weil der Flugbereich senkrecht zur Achse, entlang dererIonen in den Querbeschleunigungs-Flugzeit-Massenanalysator eintreten,angeordnet ist, bleiben die Flugzeitmessungen durch den Flugbereichim wesentlichen durch Änderungender Längsgeschwindigkeitder Ionen unbeeinflußt.Die Entkopplung der Längsgeschwindigkeitder Ionen von der Flugzeitmessung führt zu einer höheren Massenmeßgenauigkeitund einem höherenMassenauflösungsvermögen alsbei axialen Flugzeit-Massenanalysatoren, die in Zusammenhang mitgepulsten Ionenquellen, wie beispielsweise matrixunterstützten Laserdesorptionsionisations-Ionenquellen("MALDI-Ionenquellen"), verwendet werden.
[0003] EinNachteil der Verwendung eines Querbeschleunigungs-Flugzeit-Massenanalysatorsbesteht jedoch darin, daß derTastgrad fürdas Abtasten eines kontinuierlichen Ionenstrahls in einem MS-Betriebsmodusin der Hinsicht relativ begrenzt ist, daß zwischen 75 % und 90 % derIonen in dem kontinuierlichen Ionenstrahl nicht extrahiert werdenund daher nicht quer zum Ionenstrahl beschleunigt werden.
[0004] Demgemäß gehendiese Ionen dem System verloren, wodurch die Gesamtempfindlichkeitdes Querbeschleunigungs-Flugzeit-Massenanalysators verringertwird und sich auch verhältnismäßig schlechteDetektionsgrenzen ergeben.
[0005] Wenneine gepulste Ionenquelle in der Art einer matrixunterstützten Laserdesorptionsionisations-Ionenquelle("MALDI-Ionenquelle") in Zusammenhangmit einem Querbeschleunigungs-Flugzeit-Massenanalysator verwendetwird, wird der Ionenverlust gewöhnlichsogar noch schlechter. Die von einer MALDI-Ionenquelle erzeugtenIonen neigen dazu, unabhängigvon ihrem Masse-Ladungs-Verhältnisim wesentlichen die gleiche Ionenenergie zu haben, weshalb Ionengewöhnlichmit Geschwindigkeiten von der MALDI-Ionenquelle emittiert werden,die umgekehrt proportional zur Wurzel des Masse-Ladungs-Verhältnissesder Ionen sind. Dementsprechend werden die von einer MALDI-Ionenquelleerzeugten Ionen gewöhnlichzerstreut und entsprechend ihrem Masse-Ladungs-Verhältniszeitlich dispergiert, wenn sie aus der Ionenquelle austreten. Diesezeitliche Dispersion der Ionen entsprechend ihrem Masse-Ladungs-Verhältnis führt zusammen mitder Beschränkung,daß derExtraktions- oder Beschleunigungsbereich eines Querbeschleunigungs-Flugzeit-Massenanalysatorszu einem bestimmten Zeitpunkt nur einen Bruchteil eines in den Massenanalysatoreintretenden Ionenstrahls abtasten kann, dazu, daß nur einTeil des gesamten Masse-Ladungs-Verhältnis-Bereichs der in den Querbeschleunigungs-Flugzeit-Massenanalysatoreintretenden Ionen in jedem Extraktionsimpuls abgetastet wird.
[0006] Einbekannter Ansatz, bei dem versucht wird, dieses Problem zu adressieren,besteht in der Verwendung einer Ionenquelle mit verhältnismäßig niedrigerkinetischer Energie (beispielsweise mit weniger als 100 eV) undim Kühlender Ionen durch Kollisionen. Bei diesem Prozeß wird ein Ionenimpuls wirksamin einen pseudokontinuierlichen Ionenstrahl umgewandelt, der besserfür eineVerwendung mit einem Querbeschleunigungs-Flugzeit-Massenanalysatorgeeignet ist. Dieser Ansatz ist jedoch nicht vollkommen wirksam,weil der Ionenimpuls nicht in einen wirklich kontinuierlichen Strahlumgewandelt wird. Das Kollisionskühlen der Ionen kann auch Probleme hervorrufen,weil das Kollisionsgas mit den Analytionen reagieren kann und chemischeAdduktionen bilden kann. Weiterhin neigt die bei MALDI-Ionenquellenverwendete Matrix dazu, ein erhebliches Maß an chemischem Rauschen zuerzeugen, wodurch die Ionendetektionsgrenze reduziert wird.
[0007] Eswurde jedoch herausgefunden, daß eine bekannteAnordnung, die eine MALDI-Ionenquelle, eine Kollisions- oder Fragmentationszelleund ein Querbeschleunigungs-Flugzeit-Massenanalysator aufweist, vorteilhaftist, wenn das Massenspektrometer in einem MS/MS-Betriebsmodus betriebenwird. Mit einer konstanten Energie von der Ionenquelle beschleunigteIonen bewegen sich mit Geschwindigkeiten, die zur Wurzel ihres Masse-Ladungs-Verhältnissesumgekehrt proportional sind. In einem MS-Betriebsmodus kommen nurIonen mit im wesentlichen dem gleichen Masse-Ladungs-Verhältnis oderIonen mit einem verhältnismäßig schmalenBereich von Masse-Ladungs-Verhältnissenim wesentlichen gleichzeitig am Extraktions- oder Beschleunigungsbereichdes Querbeschleunigungs-Flugzeit-Massenanalysators an und werdendaher gepulst in den Flugbereich des Massenanalysators eingebracht. Dagegenhaben in einem MS/MS-Betriebsmodus beispielsweisein einer Kollisionszelle stromabwärts der Ionenquelle und stromaufwärts desQuerbeschleunigungs-Flugzeit-Extraktions- oder Beschleunigungsbereichsgebildete Fragmentionen im wesentlichen die gleiche Geschwindigkeitwie ihre entsprechenden Stammionen. Dementsprechend kommen in einemMS/MS-Betriebsmodus alle Fragmentionen eines bestimmten Stammionsim wesentlichen gleichzeitig zusammen mit allen entsprechenden unfragmentiertenStammionen am Extraktions- oder Beschleunigungsbereich eines Querbeschleunigungs-Flugzeit-Massenanalysatorsan. Die Zeit, zu der die Fragmentionen am Extraktions- oder Beschleunigungsbereichankommen, gleicht auch im wesentlichen der Zeit, zu der das entsprechende Stammionan dem Extraktions- oder Beschleunigungsbereich angekommen wäre, fallsdie entsprechenden Stammionen nicht fragmentiert worden wären. Daherenthalten die Massenspektren, die aufgezeichnet werden, wenn dasMassenspektrometer in einem MS/MS-Betriebsmodus betrieben wird,vorteilhafterweise nur einen schmalen Bereich von Stammionen undalle Fragmentionen von diesen bestimmten Stammionen.
[0008] Esist erwünscht,ein verbessertes Massenspektrometer bereitzustellen und insbesondereein Massenspektrometer bereitzustellen, das es ermöglicht,eine gepulste Ionenquelle in Zusammenhang mit einem Flugzeit-Massenanalysatorin einem MS-Betriebsmodus wirksam zu betreiben.
[0009] Esist auch erwünscht,ein Massenspektrometer bereitzustellen, das in einem MS-Betriebsmoduseinen hohen Tastgrad aufweist.
[0010] Gemäß einemAspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Massenspektrometer miteinem ersten elektrischen Feldbereich und einem Flugzeit-Massenanalysatormit einem Extraktions- oder Beschleunigungsbereich vorgesehen. Ineinem Betriebsmodus wird dafürgesorgt, daß eineGruppe von Ionen mit erheblich verschiedenen Masse-Ladungs-Verhältnissendurch den ersten elektrischen Feldbereich läuft, wobei ein erstes elektrischesFeld, das sich zeitlich ändert, über wenigstenseinen Abschnitt des ersten elektrischen Feldbereichs gelegt ist,so daß dafür gesorgtwird, daß zumindesteinige Ionen mit erheblich verschiedenen Masse-Ladungs-Verhältnissenim wesentlichen gleichzeitig an dem Extraktions- oder Beschleunigungsbereichankommen.
[0011] Vorzugsweisewird dafürgesorgt, daß wenigstens5 %, 10 %, 15 %, 20 %, 25 %, 30 %, 35 %, 40 %, 45 %, 50 %, 55 %,60 %, 65 %, 70 %, 75 %, 80 %, 85 %, 90 %, 95 % oder im wesentlichen100 % der Ionen in der Ionengruppe im wesentlichen zu der gleichenersten Zeit an dem Extraktions- oder Beschleunigungsbereich ankommen.
[0012] Gemäß einerbevorzugten Ausführungsform hatdie Ionengruppe einen Bereich von Masse-Ladungs-Verhältnissen,wobei der Bereich vorzugsweise wenigstens 10, 50, 100, 150, 200,250, 300, 350, 400, 450, 500, 550, 600, 650, 700, 750, 800, 850, 900,950, 1000, 1100, 1200, 1300, 1400, 1500, 1600, 1700, 1800, 1900,2000, 2500, 3000, 3500, 4000, 4500, 5000, 5500, 6000, 6500, 7000,7500, 8000, 8500, 9000, 9500 oder 10000 Masse-Ladungs-Verhältnis-Einheitenist.
[0013] Gemäß der bevorzugtenAusführungsform werdenwenigstens 5 %, 10 %, 15 %, 20 %, 25 %, 30 %, 35 %, 40 %, 45 %,50 %, 55 %, 60 %, 65 %, 70 %, 75 %, 80 %, 85 %, 90 %, 95 % oderim wesentlichen 100 % der im wesentlichen zur gleichen ersten Zeit andem Extraktions- oder Beschleunigungsbereich ankommenden Ionen anschließend ausdem Extraktions- oder Beschleunigungsbereich extrahiert oder beschleunigt.
[0014] Gemäß einerbevorzugten Ausführungsform tretenbei der Verwendung wenigstens einige Ionen mit einem ersten Masse-Ladungs-Verhältnis miteiner ersten Anfangsgeschwindigkeit in den ersten elektrischen Feldbereichein und mit einer ersten Endgeschwindigkeit aus dem ersten elektrischen Feldbereichaus, wobei bei der Verwendung wenigstens einige Ionen mit einemzweiten verschiedenen Masse-Ladungs-Verhältnismit einer zweiten Anfangsgeschwindigkeit in den ersten elektrischen Feldbereicheintreten und mit einer zweiten Endgeschwindigkeit aus dem erstenelektrischen Feldbereich austreten, wobei die erste Anfangsgeschwindigkeitgrößer istals die zweite Anfangsgeschwindigkeit und die erste Endgeschwindigkeitkleiner ist als die zweite Endgeschwindigkeit.
[0015] Gemäß einerbevorzugten Ausführungsform tretenIonen mit unterschiedlichen Masse-Ladungs-Verhältnissen bei der Verwendungmit verschiedenen Anfangsgeschwindigkeiten in den ersten elektrischenFeldbereich ein und mit verschiedenen Endgeschwindigkeiten aus demersten elektrischen Feldbereich aus, wobei die Ionen mit den höchsten Anfangsgeschwindigkeitendie Ionen mit den geringsten Endgeschwindigkeiten sind.
[0016] Gemäß einerbevorzugten Ausführungsform tretenIonen mit unterschiedlichen Masse-Ladungs-Verhältnissen bei der Verwendungmit verschiedenen Anfangsgeschwindigkeiten in den ersten elektrischenFeldbereich ein und mit verschiedenen Endgeschwindigkeiten aus demersten elektrischen Feldbereich aus, wobei die Ionen mit den geringsten Anfangsgeschwindigkeitendie Ionen mit den höchstenEndgeschwindigkeiten sind.
[0017] Gemäß einerbesonders bevorzugten Ausführungsformtreten wenigstens einige Ionen mit unterschiedlichen Masse-Ladungs-Verhältnissenmit einem ersten Geschwindigkeitsbereich in den ersten elektrischenFeldbereich ein und mit einem zweiten Geschwindigkeitsbereich ausdem ersten elektrischen Feldbereich aus, wobei der zweite Geschwindigkeitsbereicherheblich kleiner ist als der erste Geschwindigkeitsbereich.
[0018] Ionenmit einem ersten Masse-Ladungs-Verhältnis treten vorzugsweise vorIonen mit einem zweiten Masse-Ladungs-Verhältnisaus dem ersten elektrischen Feldbereich aus, wobei das erste Masse-Ladungs-Verhältnis kleinerals das zweite Masse-Ladungs-Verhältnis ist. Das erste elektrischeFeld kann so eingerichtet werden, daß bewirkt wird, daß Ionen miteinem ersten Masse-Ladungs-Verhältnismit einer ersten Geschwindigkeit aus dem ersten elektrischen Feldbereichaustreten und Ionen mit einem zweiten Masse-Ladungs-Verhältnis mit einer zweiten Geschwindigkeitaus dem ersten elektrischen Feldbereich austreten. Das zweite Masse-Ladungs-Verhältnis istvorzugsweise größer alsdas erste Masse-Ladungs-Verhältnis.Gemäß einerbesonders bevorzugten Ausführungsformist die zweite Geschwindigkeit größer als die erste Geschwindigkeit.Die zweite Geschwindigkeit kann < 1%, 1 – 5%, 5 – 10 %,10 – 15%, 15 – 20%, 20 – 25%, 25 – 30%, 30 – 35%, 35 – 40%, 40 – 45%, 45 – 50%, 50 – 55%, 55 – 60%, 60 – 65%, 65 – 70%, 70 – 75%, 75 – 80 %,80 – 85%, 85 – 90%, 90 – 95oder 95 – 100% größer alsdie erste Geschwindigkeit sein. Gemäß einer anderen Ausführungsformkann die zweite Geschwindigkeit 100 – 200 %, 200 – 300 %,300 – 400 %,400 – 500%, 500 – 600%, 600 – 700%, 700 – 800 %,800 – 900%, 900 – 1000%, 1000 – 2000%, 2000 – 3000%, 3000 – 4000%, 4000 – 5000%, 5000 – 6000%, 6000 – 7000%, 7000 – 8000%, 8000 – 9000 %,9000 – 10000% oder > 10000 % höher alsdie erste Geschwindigkeit sein.
[0019] Gemäß eineralternativen Ausführungsform kanndie zweite Geschwindigkeit der ersten Geschwindigkeit im wesentlichengleichen bzw. gleich sein. Gemäß dieserAusführungsformkann dafürgesorgt werden, daß Ionenmit im wesentlichen der gleichen Geschwindigkeit aus dem erstenelektrischen Feldbereich austreten, so daß eine Quelle von Ionen konstanterGeschwindigkeit bereitgestellt wird.
[0020] Gemäß einerAusführungsformkann das elektrische Feld so eingerichtet werden, daß bewirkt wird,daß unerwünschte Ionen,wie Matrix-, Hintergrund- oder Störionen, zu einer zweiten Zeit,die von derjenigen der gewünschtenIonen verschieden ist, an dem Extraktions- oder Beschleunigungsbereich ankommen.Wenigstens einige der unerwünschten Ionen,die zu der zweiten verschiedenen Zeit an dem Extraktions- oder Beschleunigungsbereichankommen, werden vorzugsweise nicht anschließend in den Extraktions- oderBeschleunigungsbereich extrahiert oder beschleunigt, so daß der Extraktions-oder Beschleunigungsbereich als ein Massenfilter wirkt, so daß unerwünschte Ionendem System verlorengehen.
[0021] Gemäß einerbevorzugten Ausführungsform kommenwenigstens einige der Ionen mit erheblich verschiedenen Masse-Ladungs-Verhältnissen,die im wesentlichen zur gleichen ersten Zeit an dem Extraktions-oder Beschleunigungsbereich ankommen, auch zur gleichen ersten Zeitan im wesentlichen der gleichen Position oder dem gleichen Ort innerhalb desExtraktions- oder Beschleunigungsbereichs an.
[0022] Dererste elektrische Feldbereich kann zwischen wenigstens einer erstenElektrode und einer zweiten Elektrode angeordnet werden, wobei beider Verwendung das Potential entweder der ersten Elektrode und/oderder zweiten Elektrode zeitlich geändert werden kann. Die ersteund/oder die zweite Elektrode kann eine oder mehrere rohrförmige Elektroden und/odereine oder mehrere Plattenelektroden und/oder eine oder mehrere Gitterelektrodenaufweisen. Gemäß eineranderen Ausführungsformkann die erste Elektrode und/oder die zweite Elektrode eine odermehrere ringförmigeElektroden, eine oder mehrere Einzellinsenanordnungen mit drei oder mehrElektroden, einen oder mehrere segmentierte Stabsätze, einenoder mehrere Quadrupol-, Hexapol-, Oktupol-Stabsätze oder Stabsätze höherer Ordnungoder eine Anzahl von Elektroden mit dadurch verlaufenden Öffnungen,von denen Ionen bei der Verwendung durchgelassen werden, aufweisen.
[0023] Gemäß einerweniger bevorzugten Ausführungsformkann das Massenspektrometer eine oder mehrere innerhalb des erstenelektrischen Feldbereichs angeordnete Elektroden aufweisen, wobeidas Potential von wenigstens einer der einen oder mehreren Elektrodenbei der Verwendung zeitlich geändertwird. Die eine oder die mehreren Elektroden können eine oder mehrere rohrförmige Elektroden,eine oder mehrere ringförmigeElektroden, eine oder mehrere Einzellinsenanordnungen mit drei odermehr Elektroden, einen oder mehrere segmentierte Stabsätze, einenoder mehrere Quadrupol-, Hexapol-, Oktupol-Stabsätze oder Stabsätze höherer Ordnung odereine Anzahl von Elektroden mit dadurch verlaufenden Öffnungen,von denen Ionen bei der Verwendung durchgelassen werden, aufweisen.
[0024] Gemäß einerbesonders bevorzugten Ausführungsform ändert sichder Betrag des ersten elektrischen Felds mit der Zeit, während Ionendurch den ersten elektrischen Feldbereich laufen. Der Betrag desersten elektrischen Felds kann mit der Zeit erhöht werden. Alternativ oderzusätzlichkann der Betrag des ersten elektrischen Felds mit der Zeit verringertwerden. Gemäß einerbevorzugten Ausführungsform ändert sichder Betrag des ersten elektrischen Felds im wesentlichen sinusförmig oderkosinusförmigmit der Zeit. Der Begriff "sinusförmig" wird vorzugsweiseallgemein verwendet und soll jede Funktion einschließen, diesich ähnlicheiner Sinus- oder Kosinuswelle ändert.
[0025] Gemäß eineranderen Ausführungsform kannsich der Betrag des ersten elektrischen Felds im wesentlichen exponentiellmit der Zeit ändern.Gemäß anderenetwas weniger bevorzugten Ausführungsformenkann sich der Betrag des ersten elektrischen Felds nach anderenFunktionen mit der Zeit ändernund sich beispielsweise im wesentlichen linear mit der Zeit, nacheiner quadratischen Rampenfunktion mit der Zeit, nach einer kubischenRampenfunktion mit der Zeit, nach einer Potenz-Rampenfunktion mitder Zeit, nach einer quadratischen Polynomfunktion oder einer Polynomfunktionhöherer Ordnungmit der Zeit oder nach einer mehrstufigen Funktion mit der Zeit ändern.
[0026] DieRichtung des ersten elektrischen Felds ist vorzugsweise im wesentlichenparallel zur Ionenbewegungsrichtung, wenngleich gemäß anderenweniger bevorzugten Ausführungsformenerwogen wird, daß daselektrische Feld in andere Richtungen weisen könnte. Gemäß einer Ausführungsformkann sich die Richtung des ersten elektrischen Felds ändern, während Ionendurch den ersten elektrischen Feldbereich laufen.
[0027] Gemäß einerbevorzugten Ausführungsform istdie Längedes ersten elektrischen Feldbereichs kleiner als 1 mm, 1 – 2 mm,2 – 3mm, 3 – 4mm, 4 – 5mm, 5 – 6mm, 6 – 7mm, 7 – 8mm, 8 – 9mm, 9 – 10mm oder größer als10 mm.
[0028] Gemäß einerbesonders bevorzugten Ausführungsformbewirkt das erste elektrische Feld das Verzögern wenigstens einiger derdurch den ersten elektrischen Feldbereich laufenden Ionen. Alternativ oderzusätzlichkann das erste elektrische Feld bewirken, daß wenigstens einige der durchden ersten elektrischen Feldbereich laufenden Ionen beschleunigtwerden.
[0029] Dasbevorzugte Massenspektrometer weist weiter einen stromabwärts desersten elektrischen Feldbereichs angeordneten ersten feldfreienBereich auf. Der erste feldfreie Bereich kann durch eine oder mehrererohrförmigeElektroden und/oder eine oder mehrere Plattenelektroden gebildetsein (oder durch diese oder innerhalb von diesen bereitgestellt sein). Alternativkönnenandere Elektrodenanordnungen den ersten feldfreien Bereich bilden.Die Längedes ersten feldfreien Bereichs beträgt vorzugsweise ≤ 50 mm, ≥ 50 mm, ≥ 100 mm, ≥ 150 mm, ≥ 200 mm, ≥ 250 mm, ≥ 300 mm, 350mm, ≥ 400mm, ≥ 450mm oder ≥ 500mm.
[0030] Gemäß einerbevorzugten Ausführungsform kanneine Kollisions- oder Fragmentationszelle im ersten feldfreien Bereichbereitgestellt sein. Vorzugsweise weist die Kollisions- oder Fragmentationszelle einGaskapillarenrohr oder eine andere Form eines rohrförmigen Gehäuses auf,worin sich vorzugsweise eine relativ kleine Bohrung befindet. DieKollisions- oder Fragmentationszelle hat vorzugsweise einen kreisförmigen,quadratischen oder rechteckigen Querschnitt und gewährleistetvorzugsweise, daß darinein Bereich relativ hohen Gasdrucks aufrechterhalten wird, ohnedaß gleichzeitigzu viel Gas in die differentielle Pumpkammer leckt, in der die Kollisions- oder Fragmentationszellebereitgestellt ist. Die Kollisions- oder Fragmentationszelle weistvorzugsweise keine Mittel zum radialen Einschließen der Ionen auf, so daß vorzugsweisekeine Wechsel- oder HF-Spannungen an die Kollisions- oder Fragmentationszelleangelegt sind, um den radialen Einschluß von Ionen bereitzustellen.
[0031] Einelektrostatischer Energieanalysator und/oder ein Massenfilter und/oderein Ionengatter bzw. -gate kann stromaufwärts und/oder stromabwärts derKollisions- oder Fragmentationszelle bereitgestellt sein. Das Massenfilterkann beispielsweise ein Magnetsektor-Massenfilter, ein HF-Quadrupol-Massenfilteroder ein Wien-Filter einschließen.
[0032] Gemäß einerbevorzugten Ausführungsform weistdas Massenspektrometer weiter einen stromaufwärts des ersten elektrischenFeldbereichs angeordneten zweiten elektrischen Feldbereich auf,wobei bei der Verwendung ein zweites elektrisches Feld über wenigstenseinem Abschnitt des zweiten elektrischen Feldbereichs aufrechterhaltenwird. Vorzugsweise bleibt das zweite elektrische Feld im wesentlichenzeitlich konstant, währendIonen durch den zweiten elektrischen Feldbereich laufen. Anschließend kanndas elektrische Feld jedoch erhöhtwerden oder sich zeitlich ändern.
[0033] Daszweite elektrische Feld kann bewirken, daß wenigstens 10 %, 20 %, 30%, 40 %, 50 %, 60 %, 70 %, 80 %, 90 %, 95 oder im wesentlichen 100 %der durch den zweiten elektrischen Feldbereich laufenden Ionen mitim wesentlichen der gleichen kinetischen Energie aus dem zweitenelektrischen Feldbereich austreten. Vorzugsweise wird, während Ionendurch den zweiten elektrischen Feldbereich laufen, eine Potentialdifferenz über wenigstenseinem Abschnitt des zweiten elektrischen Feldbereichs aufrechterhalten,wobei die Potentialdifferenz < 50V, 50 – 100V, 100 – 150V, 150 – 200V, 200 – 250V, 250 – 300V, 300 – 350V, 350 – 400V, 400 – 450V, 450 – 500V, 500 – 600V, 600 – 700V, 700 – 800V, 800 – 900V, 900 – 1000V, 1 – 2kV, 2 – 3kV, 3 – 4 kV,4 – 5kV oder größer als5 kV ist.
[0034] Gemäß einerbevorzugten Ausführungsform istdie Längedes zweiten Feldbereichs kleiner als 1 mm, 1 – 2 mm, 2 – 3 mm, 3 – 4 mm, 4 – 5 mm, 5 – 6 mm, 6 – 7 mm, 7 – 8 mm, 8 – 9 mm, 9 – 10 mm oder größer als10 mm.
[0035] Gemäß einerAusführungsform ändert sich daszweite elektrische Feld mit der Zeit, während Ionen durch den zweitenelektrischen Feldbereich laufen.
[0036] Gemäß der bevorzugtenAusführungsform weistdas Massenspektrometer weiter einen stromaufwärts des ersten elektrischenFeldbereichs angeordneten zweiten feldfreien Bereich auf. Der zweite feldfreieBereich ist vorzugsweise zwischen dem ersten elektrischen Feldbereichund dem zweiten elektrischen Feldbereich angeordnet. Vorzugsweiseist der zweite feldfreie Bereich durch eine oder mehrere rohrförmige Elektrodenund/oder eine oder mehrere Plattenelektroden gebildet (oder durchdiese oder innerhalb von diesen bereitgestellt). Gemäß der bevorzugtenAusführungsformwerden wenigstens einige der durch den zweiten feldfreien Bereichlaufenden Ionen entsprechend ihrem Masse-Ladungs-Verhältnis räumlich und/oder zeitlich getrennt.Die Länge deszweiten feldfreien Bereichs ist vorzugsweise kleiner als 10 mm,10 – 20mm, 20 – 30mm, 30 – 40mm, 40 – 50mm, 50 – 60mm, 60 – 70mm, 70 – 80mm, 80 – 90mm, 90 – 100mm oder größer als100 mm.
[0037] Gemäß der bevorzugtenAusführungsform weistdas Massenspektrometer weiter eine Längsbeschleunigungs-Gleichspannungslinseauf, die stromaufwärtsdes Extraktions- oder Beschleunigungsbereichs angeordnet ist.
[0038] Dereffektive Extraktions- oder Beschleunigungsbereich gemäß der bevorzugtenAusführungsformist kleiner als bei herkömmlichenAnordnungen. Beispielsweise kann der effektive Extraktions- oder Beschleunigungsbereichweniger als 1 mm, 1 – 2 mm,2 – 3mm, 3 – 4mm, 4 – 5mm, 5 – 6mm, 6 – 7 mm,7 – 8mm, 8 – 9mm, 9 – 10mm oder mehr als 10 mm lang sein. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsformist die effektive Achsenlängedes Extraktions- oder Beschleunigungsbereichs einstellbar. Der Extraktions-oder Beschleunigungsbereich kann eine Anzahl von Extraktions- oder Beschleunigungselektrodenaufweisen, und die effektive Längedes Extraktions- oder Beschleunigungsbereichs kann durch Ändern derAnzahl der Extraktions- oder Beschleunigungselektroden, die zumExtrahieren oder Beschleunigen von Ionen verwendet werden, eingestellt werden.
[0039] DasMassenspektrometer weist vorzugsweise eine einstellbare Öffnung,einen einstellbaren Verschluß odereinen einstellbaren Strahlunterbrecher auf, der zwischen einer imExtraktions- oder Beschleunigungsbereich angeordneten Extraktions- oderBeschleunigungselektrode und einem stromabwärts des Extraktions- oder Beschleunigungsbereichsangeordneten Drift- oder Flugbereich angeordnet ist. In einem Betriebsmodusverhindert die einstellbare Öffnung,der einstellbare Verschluß oder dereinstellbare Strahlunterbrecher im wesentlichen, daß wenigstenseinige Ionen, die durch die Extraktions- oder Beschleunigungselektrodeextrahiert oder beschleunigt worden sind, in den Drift- oder Flugbereichdurchgelassen werden, oder dünntdiese erheblich aus. Die Größe, dieFläche,der Durchmesser, die Länge,die Breite oder der Transmissionskoeffizient der Öffnung,des Verschlusses oder des Strahlunterbrechers sind vorzugsweiseeinstellbar. Bei der Verwendung werden vorzugsweise wenigstens einigeStammionen in einer Fragmentations- oder Kollisionszelle in Fragmentionenfragmentiert, wobei Fragmentionen und ihre entsprechenden Stammionenmit im wesentlichen der gleichen Geschwindigkeit aus der Fragmentations-oder Kollisionszelle austreten und die Extraktions- oder Beschleunigungselektrodeim wesentlichen gleichzeitig erreichen. In dem Betriebsmodus werdenmehrere Stammionen mit unterschiedlichen Masse-Ladungs-Verhältnissen und ihre entsprechendenFragmentionen gleichzeitig in den Drift- oder Flugbereich extrahiertoder beschleunigt, und die einstellbare Öffnung, der einstellbare Verschluß oder dereinstellbare Strahlunterbrecher verhindert im wesentlichen, daß wenigstenseinige Stammionen und ihre entsprechenden Fragmentionen in den Drift-oder Flugbereich durchgelassen werden, oder dünnt diese erheblich aus, während wenigstenseinige andere Stammionen und ihre entsprechenden Fragmentionen inerheblichem Maßein den Drift- oder Flugbereich eingelassen oder durchgelassen werden.
[0040] DasMassenspektrometer kann aufweisen: eine Elektrosprayionisations-Ionenquelle("ESI-Ionenquelle"), eine Atmosphärendruck-Ionenquellemit chemischer Ionisation ("APCI-Ionenquelle"), eine Atmosphärendruck-Photoionisations-Ionenquelle ("APPI-Ionenquelle"), eine Laserdesorptionsionisations-Ionenquelle("LDI-Ionenquelle"), eine induktiv gekoppeltePlasma-Ionenquelle ("ICP-Ionenquelle"), eine Elektronenstoß-Ionenquelle("EI-Ionenquelle"), eine Ionenquellemit chemischer Ionisation ("CI-Ionenquelle"), eine Feldionisations-Ionenquelle("FI-Ionenquelle"), eine Ionenquellemit schnellem Atombeschuß ("FAB-Ionenquelle"), eine Flüssig-Sekundärionen-Massenspektrometrie-Ionenquelle("LSIMS-Ionenquelle"), eine Atmosphärendruckionisations-Ionenquelle ("API-Ionenquelle") oder eine Felddesorptions-Ionenquelle ("FD-Ionenquelle"). Gemäß einer besondersbevorzugten Ausführungsformweist das Massenspektrometer eine matrixunterstützte Laserdesorptionsionisations-Ionenquelle("MALDI-Ionenquelle") oder eine Desorption/Ionisation-auf-Silicium-Ionenquelle("DIOS-Ionenquelle") auf. Das Massenspektrometerkann entweder eine kontinuierliche oder eine gepulste Ionenquelleaufweisen.
[0041] Gemäß der bevorzugtenAusführungsform schließt der Flugzeit-Massenanalysatoreinen Querbeschleunigungs-Flugzeit-Massenanalysator ein. Gemäß eineralternativen weniger bevorzugten Ausführungsform schließt der Flugzeit-Massenanalysatoreinen Längsbeschleunigungs-Flugzeit-Massenanalysatorein.
[0042] Gemäß einemanderen Aspekt sieht die vorliegende Erfindung vor: ein Verfahrenzur Massenspektrometrie mit den folgenden Schritten: Bereitstelleneines ersten elektrischen Feldbereichs, Bereitstellen eines Flugzeit-Massenanalysatorsmit einem Extraktions- oder Beschleunigungsbereich und Ändern einesan wenigstens einen Abschnitt des ersten elektrischen Feldbereichsangelegten ersten elektrischen Felds. Das erste elektrische Feldwird so geändert,daß Ionenmit erheblich verschiedenen Masse-Ladungs-Verhältnissen, die durch den ersten elektrischenFeldbereich laufen, so beschleunigt und/oder verzögert werden,daß Ionenmit erheblich verschiedenen Masse-Ladungs-Verhältnissen im wesentlichen gleichzeitigam Extraktions- oderBeschleunigungsbereich ankommen.
[0043] Gemäß der bevorzugtenAusführungsform ändert sichder Betrag des ersten elektrischen Felds mit der Zeit, während Ionendurch den ersten elektrischen Feldbereich laufen. Vorzugsweise nimmtder Betrag des ersten elektrischen Felds mit der Zeit zu. Gemäß eineranderen Ausführungsformnimmt der Betrag des ersten elektrischen Felds mit der Zeit ab. Gemäß einerbesonders bevorzugten Ausführungsform ändert sichder Betrag des ersten elektrischen Felds im wesentlichen sinusförmig oderkosinusförmigmit der Zeit.
[0044] Gemäß einemanderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen: ein Massenspektrometermit: einer Fragmentations- oder Kollisionszelle, einemFlugzeit-Massenanalysator mit einer Extraktions- oder Beschleunigungselektrodeund einem Drift- oder Flugbereich, wobei die Extraktions- oder BeschleunigungselektrodeIonen bei der Verwendung in den Drift- oder Flugbereich extrahiertoder beschleunigt, und einer einstellbaren Öffnung, einem einstellbarenVerschluß odereinem einstellbaren Strahlunterbrecher, der zwischen der Extraktions-oder Beschleunigungselektrode und dem Drift- oder Flugbereich angeordnetist, wobei in einem Betriebsmodus die einstellbare Öffnung,der einstellbare Verschluß oder dereinstellbare Strahlunterbrecher wenigstens einige Ionen, die vonder Extraktions- oder Beschleunigungselektrode extrahiert oder beschleunigtworden sind, im wesentlichen daran hindert, in den Drift- oder Flugbereichweiterzulaufen, oder diese erheblich ausdünnt.
[0045] DerFlugzeit-Massenanalysator ist vorzugsweise ein Querbeschleunigungs-Flugzeit-Massenanalysator.
[0046] DieGröße, dieFläche,der Durchmesser, die Länge,die Breite oder der Transmissionskoeffizient der Öffnung,des Verschlusses oder des Strahlunterbrechers ist vorzugsweise einstellbar.
[0047] Beider Verwendung werden vorzugsweise wenigstens einige Stammionenin der Fragmentations- oder Kollisionszelle in Fragmentionen fragmentiert,wobei Fragmentionen und ihre entsprechenden Stammionen mit im wesentlichender gleichen Geschwindigkeit aus der Fragmentations- oder Kollisionszelleaustreten und die Extraktions- oder Beschleunigungselektrode imwesentlichen gleichzeitig erreichen. In dem Betriebsmodus werdenvorzugsweise mehrere Stammionen mit unterschiedlichen Masse-Ladungs-Verhältnissenund ihre entsprechenden Fragmentionen gleichzeitig in den Drift- oder Flugbereichextrahiert oder beschleunigt, wobei die einstellbare Öffnung,der einstellbare Verschluß oder dereinstellbare Strahlunterbrecher im wesentlichen verhindert, daß wenigstenseinige Stammionen und ihre entsprechenden Fragmentionen in den Drift- oderFlugbereich durchgelassen werden oder diese erheblich abschwächt, während wenigstenseinige andere Stammionen und ihre entsprechenden Fragmentionen inerheblichem Maßein den Drift- oder Flugbereich eingelassen oder durchgelassen werden.
[0048] Gemäß einemanderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zurMassenspektrometrie mit den folgenden Schritten vorgesehen: Bereitstelleneiner Fragmentations- oder Kollisionszelle, eines Flugzeit-Massenanalysatorsmit einer Extraktions- oderBeschleunigungselektrode und einem Drift- oder Flugbereich und einereinstellbaren Öffnung,einem einstellbaren Verschluß odereinem einstellbaren Strahlunterbrecher, der zwischen der Extraktions-oder Beschleunigungselektrode und dem Drift- oder Flugbereich angeordnetist, Extrahieren oder Beschleunigen von Ionen in den Drift-oder Flugbereich und Verwenden der einstellbaren Öffnung,des einstellbaren Verschlusses oder des einstellbaren Strahlunterbrechers,um wenigstens einige Ionen, die von der Extraktions- oder Beschleunigungselektrodeextrahiert oder beschleunigt worden sind, im wesentlichen daranzu hindern, in den Drift- oder Flugbereich weiterzulaufen, odersie erheblich auszudünnen.
[0049] DerFlugzeit-Massenanalysator ist vorzugsweise ein Querbeschleunigungs-Flugzeit-Massenanalysator.
[0050] Dasbevorzugte Massenspektrometer ist dafür geeignet, sowohl im MS- alsauch im MS/MS-Betriebsmodus betrieben zu werden und koppelt eine gepulsteIonenquelle wirksam mit einem Massenanalysator, vorzugsweise einemQuerbeschleunigungs-Flugzeit-Massenanalysator. Das bevorzugte Massenspektrometerermöglichtes, MS- und MS/MS-Massenanalysedaten,verglichen mit herkömmlichenAnordnungen, mit hoher Empfindlichkeit, hoher Massenmeßgenauigkeitund hoher Massenauflösungzu erhalten. Das bevorzugte Massenspektrometer ist in der Lage,den Tastgrad in einem MS-Betriebsmodus in einen Flugzeitbereichbeschleunigter Stammionen zu erhöhen,ohne daß es erforderlichwäre, Ionendurch Kollisionen zu kühlen. Diebevorzugte Ausführungsformvermeidet daher jegliche Probleme, die in Zusammenhang mit der Bildungchemischer Adduktionen stehen, die während des Kollisionskühlens gebildetwerden können,und die Detektionsgrenzen sind daher gegenüber herkömmlichen Anordnungen verbessert.
[0051] Diebevorzugte Ausführungsformbetrifft ein Massenspektrometer mit einem Tastgrad in einem MS-Betriebsmodus,das gegenüberherkömmlichen Massenspektrometernmit einer MALDI-Ionenquelle und einem Querbeschleunigungs-Flugzeit-Massenanalysatorverbessert ist. Die bevorzugte Ausführungsform ist auch in derLage, MS/MS-Spektren aufzuzeichnen und kann einen steuerbaren Verschluß oder einesteuerbare Öffnungverwenden, um die Spezifitätzu verbessern, mit der ausgewählteStammionen und ihre entsprechenden Fragmentionen quer in den Drift-oder Flugbereich des Flugzeit-Massenanalysators beschleunigt werden.
[0052] Gemäß einerbesonders bevorzugten Ausführungsformwird dafürgesorgt, daß Ionenin einen elektrischen Feldbereich eindringen, der ein zeitlich veränderlicheselektrisches Feld erfährt,das sich sinusförmigmit der Zeit ändernkann. Das zeitlich veränderlicheelektrische Feld ist vorzugsweise so eingerichtet, daß wenigstenseinige der durch den elektrischen Feldbereich laufenden Ionen beschleunigt und/oderverzögertwerden, so daß dafür gesorgt wird,daß dievom elektrischen Feldbereich durchgelassenen Ionen im wesentlichengleichzeitig an einem Extraktions- oder Beschleunigungsbereich einesFlugzeit-Massenanalysatorbereichsankommen. Es wird vorzugsweise dafür gesorgt, daß sich das elektrischeFeld zeitlich so ändert,daß Ionenmit unterschiedlichen Masse-Ladungs-Verhältnissenauf kinetische Energien beschleunigt werden, welche die Funktionsweisedes Flugzeit-Massenanalysators optimieren.
[0053] Eswird vorzugsweise dafürgesorgt, daß die Ionenbeim Austreten aus dem elektrischen Feldbereich etwas verschiedeneGeschwindigkeiten aufweisen, so daß die Ionen alle, unabhängig vonihrem Masse-Ladungs-Verhältnisoder ihrer Anfangsgeschwindigkeit, im wesentlichen gleichzeitigam Extraktions- oder Beschleunigungsbereich eines Quer- oder weniger bevorzugtLängsbeschleunigungs-Flugzeit-Massenanalysatorsankommen. Vorzugsweise kann das an den elektrischen Feldbereich angelegtezeitlich veränderlicheelektrische Feld so eingerichtet werden, daß Ionen, die zu einer ersten Zeitdurch den elektrischen Feldbereich laufen und diesen verlassen,zu einer etwas niedrigeren Geschwindigkeit beschleunigt oder verzögert werden alsIonen, die anschließendzu einer zweiten etwas späterenZeit durch den elektrischen Feldbereich laufen und aus diesem austreten.Gemäß der bevorzugtenAusführungsformist ein feldfreier Bereich stromabwärts des zeitlich veränderlichenelektrischen Feldbereichs angeordnet. Gemäß dieser Ausführungsformholen die Ionen, die den elektrischen Feldbereich zu der zweitenetwas späterenZeit verlassen, vorzugsweise Ionen ein, die zuvor zu der ersten Zeitaus dem elektrischen Feldbereich ausgetreten sind.
[0054] Gemäß der bevorzugtenAusführungsform können imwesentlichen alle Ionen von einer gepulsten Quelle in der Art einermatrixunterstütztenLaserdesorptionsionisations- Ionenquelle("MALDI-Ionenquelle") in einem MS-Betriebsmoduszum Extraktions- oder Beschleunigungsbereich eines Querbeschleunigungs-Flugzeit-Massenanalysatorstransportiert werden, so daß dieIonen im wesentlichen gleichzeitig am Extraktions- oder Beschleunigungsbereichankommen. Vorteilhafterweise kann der Tastgrad in einem MS-Betriebsmodus für Ionenaller Masse-Ladungs-Verhältnisseauf im wesentlichen 100 % erhöhtwerden. Vorteilhafterweise gehen in einem MS-Betriebsmodus, wenn überhaupt,sehr wenige Ionen fürdas System verloren. Die bevorzugte Ausführungsform stellt daher einenerheblichen Fortschritt auf dem Fachgebiet dar. Dies wird vorzugsweisedurch das Anlegen eines geeigneten zeitlich veränderlichen elektrischen Felds(geeigneter zeitlich veränderlicherelektrischer Felder) erreicht, die in einem oder mehreren elektrischenFeldbereichen bereitgestellt werden können, die dicht bei der Ionenquelleoder weniger bevorzugt tatsächlichinnerhalb von dieser angeordnet sind.
[0055] Vorteilhafterweisehat die bevorzugte Ausführungsformdie Fähigkeit,gleichzeitig MS/MS-Massenspektren von mehreren Stammionen aufzuzeichnen.Fragmentionen, die sich aus der Fragmentation einiger Stammionen,beispielsweise durch den Prozeß desNachquellenzerfalls ("PSD"), der kollisionsinduziertenZerlegung ("CID"), der oberflächeninduziertenDissoziation ("SID") oder der Elektroneneinfangdissoziation("ECD") zwischen der Ionenquelle unddem Extraktions- oder Beschleunigungsbereich eines Querbeschleunigungs-Flugzeit-Massenanalysatorsergeben, bewegen sich mit im wesentlichen der gleichen Geschwindigkeitwie ihre entsprechenden Stammionen. Die Fragmentionen kommen daher imwesentlichen zur gleichen Zeit wie die entsprechenden Stammionenam Extraktions- oder Beschleunigungsbereich an. Stammionen mit unterschiedlichenMasse-Ladungs-Verhältnissen und/oderunterschiedlichen Anfangsgeschwindigkeiten können einem zeitlich veränderlichenelektrischen Feld ausgesetzt werden, so daß sie im wesentlichen gleichzeitigan einem Fragmentationsbereich (d.h. einer Fragmentationszelle)ankommen. Der Flugzeit-Massenanalysator kann dann ein Spektrum allerStammionen und Fragmentionen mit einem vernachlässigbaren Ionenverlust aufnehmen.Gemäß dieserAusführungsformermöglichtes das zeitlich veränderlicheelektrische Feld, daß Stammionen, unabhängig vomMasse-Ladungs-Verhältnis, imwesentlichen die gleiche Geschwindigkeit erhalten, so daß die Kollisionsenergieim Schwerpunkt-Bezugsrahmen füralle Ionen nahezu gleich ist. Dies ist vorteilhaft, weil bei derkollisionsinduzierten Zerlegung ("CID")die Kollisionsenergie fürdie Fragmentation besser optimiert ist.
[0056] Gemäß der bevorzugtenAusführungsform kanndafür gesorgtwerden, daß Stammionenmit unterschiedlichen Masse-Ladungs-Verhältnissenabsichtlich etwas verschiedene Geschwindigkeiten erhalten, indemdas zeitlich veränderlicheelektrische Feld angelegt wird bzw. zeitlich veränderliche elektrische Felderangelegt werden, so daß dieStammionen im wesentlichen gleichzeitig am Fragmentationsbereichankommen. Diese verhältnismäßig geringe Verbreiterungder Ionengeschwindigkeiten ist vorzugsweise erheblich kleiner alsdie Verbreiterung der Ionengeschwindigkeiten der Stammionen vordem Durchlaufen des zeitlich veränderlichenelektrischen Feldbereichs.
[0057] VerschiedeneAusführungsformender vorliegenden Erfindung werden nun nur als Beispiel mit Bezugauf die anliegende Zeichnung beschrieben, wobei:
[0058] 1 schematisch einen bevorzugtenQuerbeschleunigungs-Flugzeit-Massenanalysatorzeigt,
[0059] 2 einen Längsbeschleunigungs-Flugzeit-Massenanalysatorgemäß eineranderen Ausführungsformzeigt,
[0060] 3A in vereinfachter Formeinen Abschnitt eines bevorzugten Massenspektrometers zeigt, 3B das bevorzugte elektrischePotentialprofil entlang dem Abschnitt des Massenspektrometers zueinem Zeitpunkt zeigt und 3C einan den zeitlich veränderlichenelektrischen Feldbereich angelegtes sich exponentiell zeitlich änderndeselektrisches Feld gemäß einerAusführungsformzeigt,
[0061] 4A die resultierende Geschwindigkeit einfachgeladener Ionen als Funktion des Masse-Ladungs-Verhältnissesfür Ionenmit unterschiedlichen Anfangsgeschwindigkeiten zeigt, welche sowohl durchein konstantes elektrisches Feld als auch durch ein zeitlich veränderlicheselektrisches Feld gemäß einerAusführungsformder vorliegenden Erfindung beschleunigt werden, und 4B die sich ergebende Dispersion derIonen zeigt,
[0062] 5A in vereinfachter Formeinen Abschnitt einer weniger bevorzugten Ausführungsform mit einem zeitlichveränderlichenelektrischen Feldbereich, der unmittelbar neben der Ionenquelleangeordnet ist, zeigt und 5B daselektrische Potentialprofil zeigt, das zu einem Zeitpunkt entlangdem zeitlich veränderlichenelektrischen Feldbereich und einem anschließenden feldfreien Bereich angeordnet werdenkann,
[0063] 6A die sich ergebende Geschwindigkeit einfachgeladener Ionen als Funktion des Masse-Ladungs-Verhältnissesfür Ionenmit unterschiedlichen Anfangsgeschwindigkeiten zeigt, welche nurdurch ein zeitlich veränderlicheselektrisches Feld gemäß einerweniger bevorzugten Ausführungsformbeschleunigt werden, und 6B diesich ergebende Dispersion der Ionen zeigt,
[0064] 7A die Geschwindigkeit einfachgeladener Ionen als Funktion des Masse-Ladungs-Verhältnissesfür Ionenmit unterschiedlichen Anfangsgeschwindigkeiten zeigt, die in herkömmlicherWeise auf eine konstante Energie beschleunigt worden sind, und 7B die sich ergebende Dispersionder Ionen zeigt,
[0065] 8 das elektrische Potentialprofilentlang einem bevorzugten Massenspektrometer zu einem Zeitpunktzeigt und
[0066] 9A schematisch einen Abschnitteines bestimmten bevorzugten Massenspektrometers zeigt, 9B das elektrische Potentialprofilentlang einem Abschnitt des bevorzugten Massenspektrometers zu dreiverschiedenen Zeitpunkten zeigt und 9c einbevorzugtes zeitlich veränderlichesPotential mit einem sinusförmigenProfil zeigt, das gemäß einerbevorzugten Ausführungsforman einen feldfreien Bereich angelegt ist.
[0067] Einebevorzugte Ausführungsformder vorliegenden Erfindung wird nun mit Bezug auf 1 beschrieben. 1 zeigt ein bevorzugtes Massenspektrometermit einem Querbeschleunigungs-Flugzeit-Massenanalysator. Das Massenspektrometer weistvorzugsweise eine matrixunterstützteLaserdesorptionsionisations-Ionenquelle ("MALDI-Ionenquelle") 1 auf. Ionen 3 können voneiner Target- oder Probenplatte 2 einer Ionenquelle 1 erzeugtwerden und laufen vorzugsweise durch zwei getrennte elektrischeFeldbereiche L₁, L₂.Die elektrischen Feldbereiche L₁, L₂ könneninnerhalb und/oder stromabwärtsder Ionenquelle 1 angeordnet sein.
[0068] Deranfänglicheelektrische Feldbereich L₁ ist vorzugsweiseunmittelbar neben der Target- oder Probenplatte 2 angeordnet.Das überden anfänglichenelektrischen Feldbereich L₁ aufrechterhaltene elektrischeFeld bleibt vorzugsweise zumindest bis vorzugsweise im wesentlichenalle Ionen 3 durch den anfänglichen elektrischen FeldbereichL₁ gelaufen sind, im wesentlichen zeitlichkonstant. Das elektrische Feld im anfänglichen elektrischen Feldbereich L₁ ist vorzugsweise so eingerichtet, daß die Ionen 3 bisauf eine im wesentlichen konstante Energie beschleunigt werden.Es wird dann vorzugsweise dafür gesorgt,daß dieIonen 3 in einen anfänglichenfeldfreien Bereich 8 (oder einen ersten Flugzeitbereich) eintreten,der stromabwärtsdes anfänglichenelektrischen Feldbereichs L₁ angeordnetist. Der anfänglichefeldfreie Bereich 8 wirkt vorzugsweise als ein Drift- oderFlugbereich, in dem die Ionen 3, die den anfänglichenfeldfreien Bereich 8 durchlaufen, zeitlich entsprechendihrem Masse-Ladungs-Verhältnis getrenntwerden können.Die Ionen 3 treten dann zu etwas verschiedenen Zeiten ausdem anfänglichen feldfreienBereich 8 aus und treten in einen weiteren elektrischenFeldbereich L₂ ein, der stromabwärts desanfänglichenelektrischen Feldbereichs L₁ und des anfänglichenfeldfreien Bereichs 8 angeordnet ist. Der weitere elektrischeFeldbereich L₂ ist vorzugsweise kürzer alsder anfänglicheelektrische Feldbereich L₁. Ein elektrischesFeld wird vorzugsweise überdem weiteren elektrischen Feldbereich L₂ aufrechterhalten,und das elektrische Feld ändert sichvorzugsweise zeitlich, währendIonen vom weiteren elektrischen Feldbereich L₂ durchgelassenwerden. Ionen 3, die in den weiteren elektrischen FeldbereichL₂ (zu etwas verschiedenen Zeiten) eintreten, habenvorzugsweise einen Bereich von Masse-Ladungs-Verhältnissenund Geschwindigkeiten.
[0069] Ionenmit einer relativ hohen Geschwindigkeit, die an dem weiteren elektrischenFeldbereich L₂ ankommen, bevor andere langsamereIonen ankommen, werden gemäß der bevorzugtenAusführungsformso verzögert(oder beschleunigt), daß dieseIonen dann in einen anschließendenweiteren feldfreien Bereich 9 (oder zweiten Flugzeitbereich),der stromabwärtsdes weiteren elektrischen Feldbereichs L₂ angeordnetist, eintreten und mit einer Endgeschwindigkeit, die etwas niedrigerist als diejenige der Ionen, die an dem weiteren elektrischen FeldbereichL₂ zu einer etwas späteren Zeit und mit einer niedrigerenGeschwindigkeit ankommen, durch diesen laufen. Es wird vorzugsweisedafür gesorgt,daß Ionen,die zu einer etwas späterenZeit an dem weiteren elektrischen Feldbereich L₂ ankommen,so verzögert(oder beschleunigt) werden, daß dieseIonen einen Endgeschwindigkeit erhalten, die vorzugsweise etwashöher istals die Endgeschwindigkeit der Ionen, die zu einer früheren Zeitan dem weiteren elektrischen Feldbereich L₂ angekommen sindund die zuerst in den weiteren feldfreien Bereich 9 eingetretensind. Vorzugsweise wird die Geschwindigkeit der durch den weiterenelektrischen Feldbereich L₂ laufenden Ionenin dem Sinne invertiert, daß schnellere Ionenvergleichsweise langsamer werden und langsamere Ionen vergleichsweiseschneller werden. Gemäß der bevorzugtenAusführungsformwird vorzugsweise dafürgesorgt, daß Ionen,die etwas später andem weiteren elektrischen Feldbereich L₂ ankommen,mit einer Geschwindigkeit aus diesem austreten, die es ihnen vorzugsweiseermöglicht,Ionen effektiv einzuholen, die vor ihnen aus dem weiteren elektrischenFeldbereich L₂ ausgetreten sind. Gemäß einerAusführungsformkönnendie Ionen, die zunächstin den weiteren elektrischen Feldbereich L₂ eingetretensind, verhältnismäßig starkverzögert werden,währenddie Ionen, die anschließendin den weiteren elektrischen Feldbereich L₂ eintreten,weniger stark verzögertwerden können.
[0070] Gemäß einerbesonders bevorzugten Ausführungsformkann dafürgesorgt werden, daß imwesentlichen alle Ionen 3 mit unterschiedlichen Masse-Ladungs-Verhältnissen,die durch den weiteren elektrischen Feldbereich L₂ hindurchlaufen,im wesentlichen zur gleichen Zeit beispielsweise an dem Extraktions-oder Beschleunigungsbereich 10 eines Quer- oder Längsbeschleunigungs-Flugzeit-Massenanalysatorsankommen. Weiterhin kann vorzugsweise dafür gesorgt werden, daß die Ionen 3 imwesentlichen mit der gleichen Energie am Extraktions- oder Beschleunigungsbereich 10 ankommen.Weiterhin kann vorzugsweise auch dafür gesorgt werden, daß die Ionen 3 imwesentlichen zur gleichen Zeit an im wesentlichen dem gleichen relativkleinen Bereich des Extraktions- oder Beschleunigungsbereichs 10 ankommen.
[0071] Gemäß wenigerbevorzugten Ausführungsformenkann dafürgesorgt werden, daß dieIonen 3 an einem anderen Bereich als dem Extraktions- oder Beschleunigungsbereich 10 einesFlugzeit-Massenanalysators ankommen. Beispielsweise kann weniger bevorzugtdafür gesorgtwerden, daß dieIonen 3 an einer Ionenfalle, einer Kollisions- oder Fragmentationszelleoder einem anderen Typ eines Massenanalysators in der Art einesQuadrupol-Ionenfallen-Massenanalysators, im wesentlichen zur gleichenZeit ankommen.
[0072] DerGeschwindigkeitsunterschied, der den Ionen 3 aufgeprägt wird,wenn sie aus dem weiteren elektrischen Feldbereich L₂ austreten,ist vorzugsweise verhältnismäßig kleinund kann beispielsweise von den relativen Längen des anfänglichenfeldfreien Bereichs 8 und des weiteren feldfreien Bereichs 9, d.h.den zwei Flugzeitbereichen, abhängen.Falls beispielsweise der weitere feldfreie Bereich 9, verglichenmit dem anfänglichenfeldfreien Bereich 8, verhältnismäßig lang ist, kann der Bereichder Ionengeschwindigkeiten, der von den Ionen 3 erhaltenwird, wenn sie aus dem weiteren elektrischen Feldbereich L₂ austreten, verhältnismäßig klein sein, weil die Ionen,die etwas späteran dem weiteren elektrischen Feldbereich L₂ ankommen,eine längereZeit haben, um die Ionen 3 einzuholen, die bereits in denweiteren feldfreien Bereich 9 eingetreten sind, so daß alle Ionenschließlichim wesentlichen zur gleichen Zeit den Extraktions- oder Beschleunigungsbereich 10 desFlugzeit-Massenanalysatorserreichen.
[0073] 2 zeigt, wie das gleichePrinzip, das bei einem Querbeschleunigungs-Flugzeit-Massenanalysator,wie er mit Bezug auf 1 beschriebenwurde, verwendet wird, alternativ bei einem Längsbeschleunigungs-Flugzeit-Massenanalysatorverwendet werden kann. Bei einem Längsbeschleunigungs-Flugzeit-Massenanalysatorwerden in diesen eindringende Ionen 3 axial durch Elektroden 5' gepulst inden Drift- oder Flugbereich des Längsbeschleunigungs-Flugzeit-Massenanalysatorseingebracht.
[0074] Gemäß den vorstehendenAusführungsformenkann wahlweise eine Kollisions- oder Fragmentationszelle 4 innerhalboder als Teil des weiteren feldfreien Bereichs 9 bereitgestelltwerden. Die Kollisions- oder Fragmentationszelle 4 kannso eingerichtet werden, daß ineinem Betriebsmodus wenigstens einige der durch den weiteren feldfreienBereich 9 (d.h. den zweiten Flugzeitbereich) laufendenIonen 3 innerhalb der Kollisions- oder Fragmentationszelle 4 zuFragmentionen (oder Tochterionen) fragmentiert werden. Die sichergebenden Fragmentionen laufen dann vorzugsweise im wesentlichenmit der gleichen Geschwindigkeit, mit der sich ihre entsprechenden Stammionen 3 bewegthaben, unmittelbar bevor sie fragmentiert wurden, durch den restlichenTeil des weiteren feldfreien Bereichs 9. Ähnlich laufendurch Nachquellenzerfall ("PSD"), wobei metastabileStammionen spontan zu Fragmentionen zerfallen, gebildete Fragmentionenbei im wesentlichen der gleichen Geschwindigkeit weiter, bei dersich ihre entsprechenden Stammionen 3 unmittelbar vor ihrer spontanenFragmentation bewegt haben. Demgemäß kommen Stammionen 3 undalle entsprechenden Fragmentionen vorzugsweise im wesentlichen zurgleichen Zeit am Extraktions- und Beschleunigungsbereich 10 desQuer- oder Längsbeschleunigungs-Flugzeit-Massenanalysatorsan. Wenn die Ionen 3 am Extraktions- oder Beschleunigungsbereich 10 ankommen,werden Elektroden 5, 5', die vorzugsweise neben dem Extraktions-oder Beschleunigungsbereich 10 angeordnet sind, vorzugsweisegepulst oder auf andere Weise mit Energie versorgt, um Ionen 3 zuextrahieren oder in den Drift- oder Flugbereich des Quer- oder Längsbeschleunigungs-Flugzeit-Massenanalysatorszu beschleunigen.
[0075] DerQuer- oder Längsbeschleunigungs-Flugzeit-Massenanalysatorweist vorzugsweise einen Ionenspiegel oder ein Reflektron 6 undeinen Ionendetektor 7 zum Detektieren von Ionen 3 auf.Der Ionendetektor 7 weist vorzugsweise einen Mikrokanalplatten-Ionendetektorauf, wenngleich weniger bevorzugt auch andere Typen von Ionendetektorenverwendet werden können.Massenspektren werden vorzugsweise vom Ionendetektor 7 aufgezeichnet.In einem Betriebsmodus weisen die Massenspektren vorzugsweise Stammionenund entsprechende Fragmentionen auf, die beispielsweise durch Nachquellenzerfall oderdurch kollisionsinduzierte Dissoziation infolge einer Fragmentationder Stammionen innerhalb einer Kollisions- oder Fragmentationszelle 4 erzeugtwerden. Um Fragmentionen 3 innerhalb der Kollisions- oderFragmentationszelle 4 zu fragmentieren, wird vorzugsweisedafür gesorgt,daß dieIonen 3 mit einer ausreichenden Energie in die Kollisions-oder Fragmentationszelle 4 eintreten, um beim Kollidieren mitKollisionsgasmolekülen,die in der Kollisions- oder Fragmentationszelle 4 bereitgestelltsein können,zu fragmentieren.
[0076] DieKollisionsenergie im Schwerpunkt-Bezugsrahmen bzw. -system (E_com) ist
[0077] Fallsdie Stammionen eine konstante Geschwindigkeit haben, gleicht diekinetische Energie E_lab jedes Stammionsim Labor-Bezugsrahmen der Masse M_p des Stammions,multipliziert mit einer Konstanten k. Daher gilt:
[0078] Fallsdemgemäß die MasseM_p des Stammions viel größer ist als die Masse M_t des Kollisionsgasmoleküls, beträgt die Kollisionsenergie E_com im Schwerpunktsrahmen in etwa kM_t (was in etwa konstant ist). HochenergetischeKollisionen könnenunter Verwendung eines Kollisionsgases, wie Xenon (M_t =127), erzeugt werden, und niederenergetische Kollisionen können unterVerwendung eines Kollisionsgases, wie Helium (M_t =4), erzeugt werden.
[0079] Gemäß einerweiteren Ausführungsform können Ionen 3 voneiner Target- oder Probenplatte 2 einer matrixunterstützten Laserdesorptionsionisations-Ionenquelle("MALDI-Ionenquelle") 1 erzeugt werdenund dann unter Verwendung von einem oder mehreren konstanten elektrischenFeldern auf eine im wesentlichen konstante Energie beschleunigtwerden, so daß dievon der Ionenquelle 1 emittierten Ionen 3 vorzugsweiseim wesentlichen die gleiche Energie (beispielsweise 800 eV) aufweisen.Es kann dann dafür gesorgtwerden, daß dieenergetischen Stammionen beim Kollidieren mit Kollisionsgasmolekülen in einerKollisions- oderFragmentationszelle fragmentieren. Ein Ionengeschwindigkeitswähler (beispielsweiseein zeitlich gesteuertes Ionengatter) kann programmiert werden,um Stammionen (und entsprechende Fragmentionen) mit einer spezifischenGeschwindigkeit durchzulassen, so daß sie in den Extraktions- oderBeschleunigungsbereich 10 des Flugzeit-Massenanalysators weitergeleitet werden.Der Extraktions- oderBeschleunigungsbereich 10 des Flugzeit-Massenanalysatorskann selbst alternativ bzw. zusätzlichals ein Geschwindigkeit- oder Masse-zu-Ladungs-Verhältnis-Wähler, d.h.ein Massenfilter, wirken.
[0080] NachdemIonen in den Drift- oder Flugbereich des Flugzeit-Massenanalysatorsinjiziert worden sind, kommen Ionen zu einer Zeit, die zu ihrem Masse-Ladungs-Verhältnis umgekehrtproportional ist, am Ionendetektor 7 an. Das sich ergebendeMassenspektrum kann ein oder mehrere ausgewählte (oder andere) Stammionenoder Ionen und durch Nachquellenzerfall ("PSD")der entsprechenden Stammionen und/oder durch kollisionsinduzierteDissoziation der entsprechenden Stammionen in der Kollisions- oderFragmentationszelle 4 erzeugte entsprechende Fragmentionenaufweisen. Es können auchdurch andere Mechanismen erzeugte Fragmentionen vorhanden sein.
[0081] 3A zeigt in vereinfachterForm die elektrischen Feldbereiche und die feldfreien Bereiche gemäß einerbevorzugten Ausführungsform.Wie vorstehend erörtertwurde, kann eine Kollisions- oder Fragmentationszelle 4 bereitgestelltwerden, diese ist jedoch in 3A lediglichzur Vereinfachung der Darstellung nicht dargestellt. Ionen 3 werdenvorzugsweise an der Oberflächeeiner Target- oder Probenplatte 2 einer Ionenquelle 1 erzeugt,die vorzugsweise eine matrixunterstützte Laserdesorptionsionisations-Ionenquelle("MALDI-Ionenquelle") 1 ist.Die Ionen 3 werden dann vorzugsweise durch ein anfänglicheselektrisches Feld, das übereinen anfänglichen elektrischenFeldbereich L₁ konstant gehalten wird, beschleunigt.Das elektrische Feld bleibt vorzugsweise im wesentlichen konstant,währendIonen von dem anfänglichenelektrischen Feldbereich L₁ durchgelassenwerden. Die Ionen 3 werden vorzugsweise in einen anfänglichenfeldfreien Bereich 8 (oder einen ersten Flugzeitbereich)beschleunigt. Wenn die Ionen 3 durch den anfänglichenelektrischen Feldbereich L₁ laufen, werdensie vorzugsweise so beschleunigt, daß sie im wesentlichen die gleicheEnergie annehmen.
[0082] Sobalddie Ionen 3 mit im wesentlichen der gleichen Energie inden anfänglichenfeldfreien Bereich 8 eingetreten sind, laufen sie mit Geschwindigkeitenweiter, die umgekehrt proportional zur Wurzel ihres Masse-Ladungs-Verhältnissessind. Die Ionen 3 werden daher vorzugsweise entsprechendihrem Masse-Ladungs-Verhältniszeitlich innerhalb des anfänglichenfeldfreien Bereichs 8 getrennt. Die Ionen 3 tretendann aus dem anfänglichenfeldfreien Bereich 8 aus und treten vorzugsweise in einenweiteren elektrischen Feldbereich L₂ ein.Weil die Ionen 3 innerhalb des anfänglichen feldfreien Bereichs 8 zeitlichgetrennt worden sind, treten Ionen mit einem verhältnismäßig niedrigenMasse-Ladungs-Verhältnis vorIonen mit höherenMasse-Ladungs-Verhältnissen ausdem anfänglichenfeldfreien Bereich 8 aus.
[0083] Eswird vorzugsweise dafürgesorgt, daß sichdas im weiteren elektrischen Feldbereich L₂ eingerichteteelektrische Feld zeitlich so ändert,daß die kinetischeEnergie der Ionen 3, die den weiteren elektrischen FeldbereichL₂ verlassen (und die nachfolgend in einenweiteren feldfreien Bereich 9 oder einen zweiten Flugzeitbereicheintreten), in etwa proportional zum Masse-Ladungs-Verhältnis dieserIonen 3 ist. Dies kann erreicht werden, indem eines oderbeide der Potentiale geändertwerden, bei denen der anfänglichefeldfreie Bereich 8 und der weitere feldfreie Bereich 9 gehaltenwerden. Die Potentiale könnenentweder unabhängigvoneinander oder beide zusammen geändert werden, so daß ein gewünschteszeitlich veränderlicheselektrisches Feld einer geeigneten zeitabhängigen Funktion folgt. Beispielsweisekann es effektiv so eingerichtet werden, daß ein sinusförmiges,lineares, quadratisches, kubisches oder abgestuftes zeitabhängiges elektrisches Feld über denweiteren elektrischen Feldbereich L₂ bereitgestelltwird.
[0084] Fallsder weitere elektrische Feldbereich L₂ nichtbereitgestellt wäre,hättendie Ionen 3 eine Durchflugzeit zum Extraktions- oder Beschleunigungsbereich 10 desFlugzeit-Massenanalysators, diezum Kehrwert ihrer Geschwindigkeit proportional wäre (unddaher in etwa proportional zur Wurzel ihres Masse-Ladungs-Verhältnisseswäre).Daher kann durch Beschleunigen der Ionen 3 in dem weiteren elektrischenFeldbereich L₂ durch eine Potentialdifferenz,die beispielsweise entsprechend einem geeignet gewichteten quadratischenGesetz von der Zeit abhängtoder die bevorzugter sinusförmigvon der Zeit abhängt,wenn die Ionen 3 in den weiteren elektrischen FeldbereichL₂ eindringen und durch diesen hindurchtreten,dafür gesorgtwerden, daß dieIonen 3 mit etwas verschiedenen Geschwindigkeiten in den weiterenfeldfreien Bereich 9 (d.h. den zweiten Flugzeitbereich)eintreten und durch diesen hindurchlaufen. Dementsprechend kanndafür gesorgtwerden, daß alleIonen 3 im wesentlichen zur gleichen Zeit am Extraktions-oder Beschleunigungsbereich 10 des Flugzeit-Massenanalysatorsankommen.
[0085] DieGeschwindigkeit von Ionen mit höheren Masse-Ladungs-Verhältnissenkann gemäß einer Ausführungsformetwas gegenüberder Geschwindigkeit von Ionen mit niedrigeren Masse-Ladungs-Verhältnissenerhöhtsein. Indem dafürgesorgt wird, daß dieIonen 3 etwas verschiedene Geschwindigkeiten aufweisen,wenn sie durch den weiteren feldfreien Bereich 9 laufen,wird gewährleistet, daß Ionenmit höherenMasse-Ladungs-VerhältnissenIonen mit niedrigeren Masse-Ladungs-Verhältnissen, die bereits in denweiteren feldfreien Bereich 9 eingetreten sind, einzuholenbeginnen. Dies kann beispielsweise erreicht werden, indem die Stärke des über demweiteren elektrischen Feldbereich L₂ angelegtenzeitabhängigenelektrischen Felds E₂ mit der Zeit erhöht wird.Es wird auch daran gedacht, daß daszeitlich veränderlicheelektrische Feld E₂ weniger bevorzugt eingepulstes elektrisches Feld einschließen kann und daß die Frequenzder Impulse mit der Zeit erhöhtwerden kann.
[0086] Vorteilhafterweisekann dennoch dafürgesorgt werden, daß Ionen 3 mitunterschiedlichen Masse-Ladungs-Verhältnissen und/oder unterschiedlichenGeschwindigkeiten beim Eintreten in den weiteren elektrischen FeldbereichL₂ im wesentlichen gleichzeitig am gleichenAbschnitt eines Extraktions- oder Beschleunigungsbereichs 10 eines Flugzeit-Massenanalysatorsankommen, wodurch eine erhebliche Verbesserung des Tastgrads im MS-Betriebsmoduserhalten werden kann. Tatsächlichist gemäß der bevorzugtenAusführungsformin einem MS-Betriebsmodusein Tastgrad von im wesentlichen 100 erreichbar.
[0087] 3B zeigt die elektrischenPotentiale V₁, V₂,V₃, auf denen die Target- oder Probenplatte 2,der anfänglichefeldfreie Bereich 8 und der weitere feldfreie Bereich 9 gemäß einerAusführungsformzu einem Zeitpunkt gehalten werden können. Die elektrischen PotentialeV₁, V₂, V₃ werden vorzugsweise so angelegt, daß das anden anfänglichenelektrischen Feldbereich L₁ angelegte elektrischeFeld E₁, zumindest bis im wesentlichen alleIonen 3 in den anfänglichenfeldfreien Bereich 8 gelaufen sind, im wesentlichen zeitlichkonstant bleibt. Dagegen ändertsich das an den weiteren elektrischen Feldbereich L₂ angelegteelektrische Feld E₂ vorzugsweise zeitlich, während Ionendurch den weiteren elektrischen Feldbereich L₂ laufen.Die elektrische FeldstärkeE₁ des elektrischen Felds im anfänglichenelektrischen Feldbereich L₁ mit einer Länge d₁ ist gegeben durch:
[0088] Dieelektrische FeldstärkeE₂ im weiteren elektrischen FeldbereichL₂ mit einer Länge d₂ istgegeben durch:
[0089] Dasweitere elektrische Feld E₂ wird vorzugsweisezeitlich geändert,indem entweder das Potential V₃, auf demder weitere feldfreie Bereich 9 gehalten wird, zeitlichgeändertwird und das Potential V₁ und/oder das PotentialV₂ konstant gehalten werden, oder indemdas Potential V₁ und/oder das Potential V₂ zeitlich geändert wird und das PotentialV₃ konstant gehalten wird. Alternativ können gemäß einer wenigerbevorzugten Ausführungsformdas Potential V₁ und/oder das PotentialV₂ und/oder das Potential V₃ zeitlichgeändertwerden, um elektrische Felder E₁ und E₂ zu erzeugen, die sich beide zeitlich ändern. Fallssich das elektrische Feld E₁ nicht zeitlich ändert, ändert sichdie Feldstärkedes elektrischen Felds E₁ vorzugsweise nurerheblich, sobald Ionen aus dem anfänglichen elektrischen FeldbereichL₁ ausgetreten sind.
[0090] Gemäß einerbevorzugten Ausführungsform kanndafür gesorgtwerden, daß Ionen 3 imwesentlichen zur gleichen Zeit am Extraktions- oder Beschleunigungsbereich 10 einesFlugzeit-Massenanalysatorsankommen, indem ein zeitabhängigesPotential V₂ und/oder ein Potential V₃ verwendet wird, das beispielsweise einekubische Zeitabhängigkeit aufweistoder das bevorzugter sinusförmigvon der Zeit abhängt.Gemäß einerAusführungsformkann der anfänglicheelektrische Feldbereich L₁ beispielsweiseeine Länged₁ von 3 mm aufweisen, und ein konstanteselektrisches Feld E₁ kann durch Halten desPotentials V₁ auf 0 V bzw. des PotentialsV₂ auf –800V (Gleichspannung) überdem anfänglichen elektrischenFeldbereich L₁ eingerichtet sein. Der anfänglichefeldfreie Bereich 8 kann eine Länge von 50 mm aufweisen. Derweitere elektrische Feldbereich L₂ kanneine Länged₂ von 3 mm aufweisen, und der weitere feldfreieBereich 9 kann eine Längevon 97 mm aufweisen. Der weitere feldfreie Bereich 9 kann gemäß einerAusführungsformauf einem Potential V₃ gehalten werden,das sich zeitlich so ändert,daß V₃ = –1,25t³ – 20ist, wobei t die Zeit in μsist. Daher kann die überdem weiteren elektrischen Feldbereich L₂ aufrechterhalteneFeldstärkedes elektrischen Felds E₂ durch
[0091] Indem weiteren feldfreien Bereich 9 haben die Ionen 3 einekinetische Energie von q(V₁ – V₃) Elektronenvolt, wobei q die Ionenladungin Coulomb ist. In dem vorstehenden Beispiel haben Ionen verhältnismäßig niedrigeMasse-Ladungs-Verhältnisse, undsie kommen an dem weiteren elektrischen Feldbereich L₂ an,bevor andere Ionen wirksam durch das zeitlich veränderlicheelektrische Feld E₂ verzögert werden können, während andereIonen mit höheren Masse-Ladungs-Verhältnissen,die späteram weiteren elektrischen Feldbereich L₂ ankommen,wirksam durch das zeitlich veränderlicheelektrische Feld E₂ beschleunigt werdenkönnen.Die Richtung des elektrischen Felds E₂ kannsich daher ändern,während Ionen,die durch den weiteren elektrischen Feldbereich L₂ laufen,d.h. die schnellsten Ionen, verzögert werdenkönnenund die langsamsten Ionen beschleunigt werden können.
[0092] 3C zeigt ein Beispiel eineszeitlich veränderlichenelektrischen Felds E₂, das über demweiteren elektrischen Feldbereich L₂ angelegtwerden kann. Gemäß dieserAusführungsformnimmt die Feldstärkedes an den weiteren elektrischen Feldbereich L₂ angelegtenelektrischen Felds E₂ zeitlich im wesentlichenexponentiell zu oder im wesentlichen exponentiell ab. Das elektrischeFeld E₂ kann beispielsweise zeitlich sogeändertwerden, daß dieIonen, die vor anderen Ionen in den weiteren elektrischen FeldbereichL₂ eintreten, verzögert werden können, während Ionen,die zu einer späterenZeit an dem weiteren elektrischen Feldbereich L₂ ankommen,beschleunigt oder weniger stark verzögert werden können. Demgemäß kommenvorzugsweise wenigstens einige Ionen 3 mit sich vorzugsweisestark unterscheidenden Masse-Ladungs-Verhältnissenim wesentlichen zur gleichen Zeit am Extraktions- oder Beschleunigungsbereich 10 desFlugzeit-Massenanalysatorsan.
[0093] 4A zeigt die berechneteGeschwindigkeit von drei Gruppen einfach geladener Ionen als Funktiondes Masse-Ladungs-Verhältnissesfür Ionenmit anfänglichenGeschwindigkeiten von 1, 300 und 750 m/s, die durch ein zeitlichveränderliches elektrischesFeld gemäß der bevorzugtenAusführungsformbeschleunigt worden sind. Die Ionen wurden zuerst durch ein in einemanfänglichenelektrischen Feldbereich L₁ unmittelbarneben der Target- oder Probenplatte 2 der Ionenquelle 1 angeordnetes konstanteselektri sches Feld E₁ beschleunigt. Die Ionenwurden dann durch ein in einem weiteren elektrischen FeldbereichL₂ stromabwärts des konstanten elektrischenFelds E₁ angeordnetes zeitlich veränderlicheselektrisches Feld E₂ weiter beschleunigt.
[0094] 4B zeigt den Versatz oderdie Dispersion dieser Ionen zu der Zeit, zu der Ionen mit einem Masse-Ladungs-Verhältnis von2000 und einer Anfangsgeschwindigkeit von 300 m/s im Zentrum des Extraktions-oder Beschleunigungsbereichs 10 des Querbeschleunigungs-Flugzeit-Massenanalysators ankommen.Wie aus 4B ersichtlichist, beträgt dieVersatzdifferenz (d.h. die räumlicheTrennung) der Ionen 3 zu der Zeit, zu der Ionen mit einemMasse-Ladungs-Verhältnis von2000 und einer Anfangsgeschwindigkeit von 300 m/s das Zentrum desExtraktions- oderBeschleunigungsbereichs 10 erreichen, über einen verhältnismäßig breitenBereich von Masse-Ladungs-Verhältnissenund fürIonen mit stark unterschiedlichen anfänglichen Ionengeschwindigkeitenvorteilhafterweise nur etwa 3,5 mm. Eine solche kleine räumlicheTrennung oder Dispersion ist erheblich kleiner als die räumlicheTrennung oder Dispersion, die andernfalls beobachtet werden würde, fallsdie Ionen zu einer konstanten Energie beschleunigt werden würden unddann in herkömmlicherWeise direkt zu einem Extraktions- oder Beschleunigungsbereich überführt werden,d.h. ohne daß dieIonen gemäß der bevorzugtenAusführungsformdurch einen zeitlich veränderlichenelektrischen Feldbereich L₂ hindurchlaufen.
[0095] Wenngleichgemäß einerAusführungsform einkubisches zeitabhängigeselektrisches Feld beschrieben wurde, können weitere oder unterschiedlichezeitlich veränderliche Funktionenverwendet werden, indem die Potentiale V₁,V₂, V₃ nach Wunschgeändertwerden. Beispielsweise könneneine oder mehrere verschiedene oder komplexere zeitlich veränderlicheSpannungen an Komponenten des Massenspektrometers angelegt werden.Beispielsweise kann das zeitlich veränderliche elektrische FeldE₂ durch eine oder mehrere Spannungen bereitgestellt werden,die beispielsweise eine exponentielle Rampenfunktion V(t) = a[exp^((t – t₀)/b) – c],eine lineare Rampenfunktion V(t) = a (t – t₀)+ b, eine quadratische Rampenfunktion V(t) = a[(t – t₀)²] + b, eine kubische RampenfunktionV(t) = a(t – t₀)³ + b, eine Potenz-RampenfunktionV(t) = a(t – t₀)^b, eine sinusförmige FunktionV (t) = a + bcos [c (t – t₀) + d] , eine quadratische Polynomfunktionoder eine Polynomfunktion höhererOrdnung v (t) = a + b (t – t₀) + c (t – t₀)² + d (t – t₀)³ oder mehrstufige Funktionen aufweisen,wobei a, b, c, d und t₀ Konstanten sind.Die Potentialfunktionen ändernsich vorzugsweise mit der Zeit, so daß sie für Ionen, die durch den elektrischenFeldbereich L₂ hindurchtreten, ein beschleunigendes und/oderein verzögerndesFeld bereitstellen. Die elektrischen Felder können auch entweder homogeneoder heterogene elektrische Felder E₁, E₂ oder eine Kombination der beiden einschließen.
[0096] 5A zeigt eine weniger bevorzugteAusführungsform,wobei Ionen 3 von einer Target- oder Probenplatte 2 einerIonenquelle 1 übereinen einzigen elektrischen Feldbereich L₁ zumExtraktions- oder Beschleunigungsbereich 10 laufen. Einzeitlich veränderlicheselektrisches Feld E₁ wird vorzugsweise imelektrischen Feldbereich L₁ bereitgestellt.Ionen 3 werden an der Target- oder Probenplatte 2 der Ionenquelle 1 erzeugt,die vorzugsweise eine matrixunterstützte Laserdesorptionsionisations-Ionenquelle("MALDI-Ionenquelle") ist. Der elektrischeFeldbereich L₁ ist vorzugsweise unmittelbarneben der Target- oder Probenplatte 2 und stromabwärts vondieser angeordnet. Das im elektrischen Feldbereich L₁ eingerichteteelektrische Feld E₁ beschleunigt und/oderverzögertvorzugsweise wenigstens einige der an der Target- oder Probenplatte 2 erzeugtenIonen 3, und die Ionen 3 laufen dann vorzugsweisein einen feldfreien Bereich 9'. Der feldfreie Bereich 9' setzt sichvorzugsweise in den Extraktions- oder Beschleunigungsbereich 10 desFlugzeit-Massenanalysators fort. 5B zeigtein Beispiel des elektrischen Potentialprofils, das zu einem Zeitpunktin dem Abschnitt des Flugzeit-Massenanalysators von der Target-oder Probenplatte 2 bis zum Zentrum des Extraktions- oderBeschleunigungsbereichs 10 bereitgestellt werden kann.Das Potential V₁, auf dem die Target- oderProbenplatte 2 gehalten wird, und/oder das Potential V₂, auf dem der feldfreie Bereich 9' gehalten wird,könnenzeitlich geändertwerden, um ein zeitlich veränderlicheselektrisches Feld E₁ zu erzeugen, das dannauf von der Proben- oder Targetplatte 2 emittierte Ioneneinwirkt.
[0097] Wenngleichgemäß den vorstehendenAusführungsformenein zeitlich veränderlicheselektrisches Feld E₁, E₂ durch Ändern desan den feldfreien Bereich bzw. die feldfreien Bereiche (d.h. denFlugzeitbereich bzw. die Flugzeitbereiche) und/oder die Target-oder Probenplatte 2 angelegten Potentials V₁, V₂, V₃ erzeugt werdenkann, wird gemäß anderen Ausführungsformenerwogen, daß eineoder mehrere Elektroden im elektrischen Feldbereich bzw. in den elektrischenFeldbereichen L₁, L₂ angeordnetwerden können, umdas gewünschteelektrische Feld E₁, E₂ zuerzeugen.
[0098] Gemäß einerbevorzugten Ausführungsform ändert sichdas zeitlich veränderlicheelektrische Feld E₁, das Ionen 3 beschleunigtund/oder verzögert,zeitlich entweder im wesentlichen exponentiell oder im wesentlichensinusförmig.Dies kann dadurch erreicht werden, daß eine Potentialdifferenz über denelektrischen Feldbereich L₁ aufrechterhaltenwird, die sich zeitlich exponentiell oder sinusförmig ändert. Ein Beispiel einer solchenAusführungsformwird nachstehend beschrieben.
[0099] Einexponentielles oder sinusförmigeselektrisches Feld kann beispielsweise im weiteren elektrischen FeldbereichL₂ der in bezug auf die 1, 2 und 3A dargestellten und beschriebenenAusführungsformoder in dem einzelnen elektrischen Feldbereich L₁ derin bezug auf 5A dargestelltenund beschriebenen Ausführungsformbereitgestellt werden. Das folgende Beispiel eines exponentiellen elektrischenFelds wird mit Bezug auf den in 5A dargestellteneinzelnen elektrischen Feldbereich L₁ beschrieben.Die Potentialdifferenz überden zeitlich veränderlichenelektrischen Feldbereich L₁ ist, gegebendurch:
[0100] Daherist das lineare elektrische Feld E₁, das zueiner Zeit t überdie Längedes elektrischen Feldbereichs L₁ vorhandenist, gegeben durch:
[0101] DieBeschleunigung (acc) eines Ions mit einem gegebenen Masse-Ladungs-Verhältnis m/zzu einer Zeit t im zeitlich veränderlichenelektrischen Feld E₁ ist approximiert inetwa die folgende (nach der Approximation zu einem leicht von Nullverschiedenen elektrischen Anfangsfeld):
[0102] DurchIntegration der Beschleunigung in bezug auf die Zeit ergibt sichdie Geschwindigkeit (vel) eines Ions zur Zeit t:
[0103] DurchIntegration der Geschwindigkeit in bezug auf die Zeit ergibt sichder Versatz x des Ions zur Zeit t:
[0104] Fallsangenommen wird, daß dieanfängliche Längs geschwindigkeitdes Ions und der anfängliche Ionenversatzx null sind, sind die Integrationskonstanten C₁ undC₂ vernachlässigbar. Daher ergibt sich durchAuflösennach der Flugzeit t₁ über die Länge d₁ deselektrischen Feldbereichs L₁:
[0105] DurchEinsetzen der Flugzeit t₁ in die vorstehendeGleichung fürdie Geschwindigkeit eines Ions ergibt sich die Geschwindigkeit (vel_ffr)eines Ions innerhalb des zwischen dem zeitlich veränderlichen elektrischenFeldbereich L₁ und dem Zentrum des Extraktionsbereichs 10 angeordnetenfeldfreien Bereichs 9'.Die Geschwindigkeit vel_ffr eines Ions im feldfreien Bereich 9' ist vom Masse-Ladungs-Verhältnis unabhängig undgegeben durch:
[0106] Gemäß einerdetaillierteren mathematischen Analyse, wobei anfänglicheIonengeschwindigkeiten und ein elektrisches Anfangsfeld von Nullzugelassen werden, haben jedoch nicht alle Ionen 3 unbedingt diegleiche Flugzeit vom Ausgang des zeitlich veränderlichen elektrischen FeldbereichsL₁ zum Extraktions- oder Beschleunigungsbereich 10,sondern sie könnenerhebliche Unterschiede in der Geschwindigkeit und der Energie aufweisen,wie in den 6A und 6B dargestellt ist und nachstehendin weiteren Einzelheiten beschrieben wird. Trotzdem ist die räumlicheTrennung oder Dispersion der Ionen 3 am Extraktions- oderBeschleunigungsbereich 10 des Flugzeit-Massenanalysatorsnoch erheblich kleiner als die räumlicheTrennung oder Dispersion innerhalb eines herkömmlichen Massenanalysators,wobei Ionen einfach, lediglich unter Verwendung eines konstantenelektrischen Felds, von der Ionenquelle zum Extraktions- oder Beschleunigungsbereich 10 beschleunigtwerden.
[0107] 6A zeigt die berechneteGeschwindigkeit von drei Gruppen einfach geladener Ionen als Funktiondes Masse-Ladungs-Verhältnissesfür Ionenmit anfänglichenGeschwindigkeiten von 1, 300 und 750 m/s, die gerade durch ein zeitlichveränderlicheselektrisches Feld gemäß einerweniger bevorzugten Ausführungsformbeschleunigt worden sind. Bei dieser Simulation betrug die Länge d₁ des zeitlich veränderlichen elektrischen FeldbereichsL₁ 3 mm, die Länge des einzelnen feldfreienBereichs 9' (oder einzelnenFlugzeitbereichs) 150 mm und die Zeitkonstante t_c 0,29 μs. Demgemäß betrugdie Potentialdifferenz überden elektrischen Feldbereich L₁ V₁ – V₂ = exp(t/0,29) – 1, wobei t die Zeit in μs ist.
[0108] 6B zeigt den Versatz oderdie Dispersion dieser Ionen 3 zu der Zeit, zu der Ionenmit einem Masse-Ladungs-Verhältnis von2000 und einer Anfangsgeschwindigkeit von 300 m/s im Zentrum des Extraktions-oder Beschleunigungsbereichs 10 des Querbeschleunigungs-Flugzeit-Massenanalysators ankommen.Wie anhand 6B ersichtlichist, beträgtdie Versatzdifferenz (d.h. die räumlicheTrennung) der Ionen 3 zu der Zeit, zu der Ionen mit einem Masse-Ladungs-Verhältnis von2000 und einer Anfangsgeschwindigkeit von 300 m/s das Zentrum des Extraktions- oder Beschleunigungsbereichs 10 erreichen, über einenverhältnismäßig breitenBereich von Masse-Ladungs-Verhältnissenund sich stark änderndeanfänglicheIonengeschwindigkeiten in etwa 93 mm. Die räumliche Trennung oder die Dispersion derIonen 3 am Extraktions- oderBeschleunigungsbereich 10 des Flugzeit-Massenanalysatorsgemäß dieserweniger bevorzugten Ausführungsformist größer alsdiejenige der bevorzugten Ausführungsform. DieTrennung oder Dispersion ist jedoch noch erheblich kleiner als dieräumlicheTrennung oder Dispersion, die unter Verwendung eines herkömmlichenMassenanalysators beobachtet wird (beispielsweise in etwa die Hälfte davon),wobei die Ionenquelle Ionen unter Verwendung nur eines konstantenelektrischen Felds zum Extraktions- oder Beschleunigungsbereichbeschleunigt.
[0109] 7A zeigt die berechneteGeschwindigkeit von drei Gruppen einfach geladener Ionen als Funktiondes Masse-Ladungs-Verhältnissesfür Ionenmit Anfangsgeschwindigkeiten von 1, 300 und 750 m/s. Die Ionen wurdenin Übereinstimmungmit herkömmlichenTechniken unter Verwendung nur eines konstanten elektrischen Felds beschleunigt.Eine Potentialdifferenz von 800 V wurde zwischen der Target- oderProbenplatte der Ionenquelle und dem feldfreien Bereich simuliert,um die Beschleunigung der Ionen auf eine konstante Energie von 800eV zu simulieren. Dementsprechend sind die Geschwindigkeiten derIonen zur Wurzel ihrer Masse-Ladungs-Verhältnisse umgekehrt proportional.
[0110] 7B zeigt den Versatz dieserIonen zu der Zeit, zu der Ionen mit einem Masse-Ladungs-Verhältnis von2000 und einer Anfangsgeschwindigkeit von 300 m/s im Zentrum desExtraktions- oder Beschleunigungsbereichs des Querbeschleunigungs-Flugzeit-Massenanalysatorsankommen. Wie 7B entnommenwerden kann, beträgtdie Versatzdifferenz (d.h. die räumlicheTrennung) der Ionen zu der Zeit, zu der Ionen mit einem Masse-Ladungs-Verhältnis von2000 und einer Anfangsgeschwindigkeit von 300 m/s das Zentrum desExtraktions- oder Beschleunigungsbereichs erreichen, über einenrelativ breiten Bereich von Masse-Ladungs-Verhältnissen und sich stark unterscheidendeanfänglicheIonengeschwindigkeiten in etwa 194 mm. Dies ist eine viel größere räumlicheTrennung als die entsprechende räumlicheTrennung oder Dispersion, die durch Beschleunigen von Ionen gemäß der bevorzugtenAusführungsformder vorliegenden Erfindung erreicht wird, wobei die räumlicheTrennung nur einige Millimeter oder weniger betrug. Es wird daherverständlichsein, daß beieinem herkömmlichenMassenanalysator der Tastgrad in einem MS-Betriebsmodus verhältnismäßig geringist.
[0111] 8 zeigt ein Beispiel deselektrischen Potentialprofils überein Massenspektrometer gemäß der bevorzugten Ausführungsformzu einem Zeitpunkt. Es kann davon ausgegangen werden, daß das Massenspektrometereinen ersten Abschnitt 11 (mit einer Ionenquelle 1 undeinem Beschleunigungsmittel) und einen zweiten Abschnitt 12 (miteinem Querbeschleunigungs-Flugzeit-Massenanalysator 12,der ein Reflektron 6 aufweist) aufweist. Die Ionenquelle 1 weistvorzugsweise eine matrixunterstützteLaserdesorptionsionisations-Ionenquelle ("MALDI-Ionenquelle") 1 auf und erzeugt Ionen 3 aneiner Targetplatte 2, die auf einem ersten Potential V₁ gehalten werden kann. Die Ionen 3 können vonder Target- oder Probenplatte 2 durch einen anfänglichenelektrischen Feldbereich L₁ und vorzugsweisezu einem anfänglichenfeldfreien Bereich 8 stromabwärts der Target- oder Probenplatte 2 laufen.Der anfänglichefeldfreie Bereich 8 besteht vorzugsweise aus wenigstens einerElektrode, die auf einem zweiten Potential V₂ gehaltenwerden kann. Die Ionen 3 können dann aus dem anfänglichenfeldfreien Bereich 8 (oder dem ersten Flugzeitbereich)austreten und durch einen weiteren elektrischen Feldbereich L₂ und dann vorzugsweise in einen weiterenfeldfreien Bereich 9 (oder einen zweiten Flugzeitbereich)laufen. Der weitere feldfreie Bereich 9 befindet sich vorzugsweisestromaufwärtsdes gepulsten Extraktions- oderBeschleunigungsbereichs 10 eines Querbeschleunigungs-Flugzeit-Massenanalysators 12.Der weitere feldfreie Bereich 9 kann durch eine oder mehrereElektroden gebildet sein, die vorzugsweise auf einem dritten PotentialV₃ gehalten werden. Der weitere feldfreieBereich 9 kann eine Kollisions- oder Fragmentationszelle 4 aufweisen.Die Potentiale V₁, V₂,V₃ könnenverschieden sein und zeitlich so geändert werden, daß das elektrischeFeld im anfänglichenelektrischen Feldbereich L₁ und/oder daselektrische Feld im weiteren elektrischen Feldbereich L₂ diegewünschteForm annehmen. Die Ionen 3 laufen dann durch den weiteren feldfreienBereich 9 und in den gepulsten Extraktions- oder Beschleunigungsbereich 10 desFlugzeit-Massenanalysators 12, wo ein gepulstes ExtraktionspotentialV₄ bewirkt, daß die Ionen 3 durcheinen Beschleunigungs- oder Flugbereich des Flugzeit-Massenanalysatorsbeschleunigt werden. Die Ionen 3 werden vorzugsweise zueinem Ionenspiegel oder Reflektron 6 beschleunigt, wodurchdie Ionen 3 zu einem Ionendetektor 7 zurückreflektiertwerden.
[0112] DieIonenquelle 1 erzeugt vorzugsweise Ionen 3 miteiner in etwa konstanten Geschwindigkeit, und die kinetische Energieder von der Ionenquelle 1 emittierten Ionen 3 istdaher vorzugsweise zu ihrem Masse-Ladungs-Verhältnis proportional. Gemäß einerAusführungsformkann ein spezifischer Bereich von Stammionen mit einem spezifischenBereich kinetischer Energien unter Verwendung eines elektrostatischenIonenenergieanalysators, eines Massenfilters oder eines Ionengatters(nicht dargestellt), das vorzugsweise stromaufwärts einer Kollisions- oder Fragmentationszelle 4 angeordnetist, ausgewählt unddurchgelassen werden. Der Energieanalysator oder das Massenfilterkann so konfiguriert werden, daß Ionenmit einem niedrigen Masse-Ladungs-Verhältnis (unddaher einer niedrigen Energie) unterdrückt werden, ohne daß die Komplexität einer schnellenMatrixunterdrückungslinseerforderlich wäre.Zusätzlichbzw. alternativ kann ein Ionengatter stromabwärts einer Kollisions- oderFragmentationszelle 4 angeordnet werden.
[0113] 9A zeigt ein Schema derelektrischen und feldfreien Bereiche gemäß einer besonders bevorzugtenAusführungsform.Ionen 3 werden vorzugsweise an der Oberfläche einerProben- oder Targetplatte 2 einerIonenquelle 1 erzeugt, die vorzugsweise eine matrixunterstützte Laserdesorptionsionisations-Ionenquelle("MALDI-Ionenquelle") oder eine Desorption/Ionisation-auf-Silicium-Ionenquelle ("DIOS-Ionenquelle") ist. Die Ionen 3 können ander Oberflächeeiner Target- oder Probenplatte 2 in der Ionenquelle 1 erzeugtwerden, indem die Oberfläche derTarget- oder Probenplatte 2 mit einem Laserimpuls oderLaserstrahl von einer Laserquelle 13 beleuchtet wird. Vorzugsweiseist ein Spiegel 14 bereitgestellt, um den Laserimpuls oderLaserstrahl auf die Oberflächeder Target- oder Probenplatte 2 zu reflektieren, um dieIonen 3 zu erzeugen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsformkann der Spiegel 14 einstellbar sein, so daß der Winkel,unter dem der Laserimpuls oder Laserstrahl reflektiert wird, geändert werdenkann. Gemäß einerbevorzugten Ausführungsformist der Spiegel 14 im anfänglichen feldfreien Bereich 8 bereitgestellt,jedoch gegenüberdem Weg versetzt, entlang dem Ionen 3 bei der Verwendungdurchgelassen werden.
[0114] Dieauf der Target- oder Probenplatte 2 erzeugten Ionen 3 werdendann vorzugsweise durch ein elektrisches Feld beschleunigt, das über einem anfänglichenelektrischen Feldbereich L₁ aufrechterhaltenwird. Das elektrische Feld bleibt vorzugsweise im wesentlichen konstant,währendIonen 3 vom anfänglichenelektrischen Feldbereich L₁ durchgelassenwerden. Die Ionen 3 werden vorzugsweise in einen anfänglichenfeldfreien Bereich 8 beschleunigt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsformbefindet sich der anfänglichefeldfreie Bereich vorzugsweise in etwa 8 mm stromabwärts derTarget- oder Probenplatte 2, wenngleich die Trennung zwischendem anfänglichenfeldfreien Bereich 8 und der Target- oder Probenplatte 2 gemäß anderenAusführungsformen abweichenkann. Wenn die Ionen 3 durch den anfänglichen elektrischen FeldbereichL₁ laufen, werden sie vorzugsweise so beschleunigt,daß sieim wesentlichen die gleiche Energie erwerben. Der anfänglichefeldfreie Bereich 8 weist vorzugsweise in etwa eine Länge von45 mm auf, wenngleich er gemäß anderenAusführungsformenabweichende Längenaufweisen kann. Gemäß einerbesonders bevorzugten Ausführungsformweist der anfänglichefeldfreie Bereich 8 eine im wesentlichen zylindrische oderrohrförmigeElektrode auf oder ist dadurch (oder innerhalb dieser) gebildet,welche vorzugsweise einen Fensterabschnitt aufweist, um es einemLaserimpuls oder Laserstrahl von der Laserquelle 13 zuermöglichen,zum Spiegel 14 zu laufen.
[0115] Nachdemdie Ionen 3 mit im wesentlichen der gleichen Energie inden anfänglichenfeldfreien Bereich 8 eingetreten sind, laufen die Ionen 3 mitGeschwindigkeiten, die umgekehrt proportional zur Wurzel ihres Masse-Ladungs-Verhältnissessind, weiter durch den anfänglichenfeldfreien Bereich 8. Die Ionen 3 werden daherentsprechend ihrem Masse-Ladungs-Verhältnis innerhalb des anfänglichenfeldfreien Bereichs 8 zeitlich getrennt, so daß der anfänglichefeldfreie Bereich als ein Flugzeit- oder Driftbereich wirkt. DieIonen 3 treten dann vorzugsweise in einen weiteren elektrischenFeldbereich L₂ ein. Weil die Ionen 3 innerhalbdes anfänglichenfeldfreien Bereichs 8 zeitlich getrennt werden, tretenIonen mit unterschiedlichen Masse-Ladungs-Verhältnissen zu erheblich verschiedenenZeiten in den weiteren elektrischen Feldbereich L₂ ein.Es wird vorzugsweise dafür gesorgt,daß sichdas im weiteren elektrischen Feldbereich L₂ eingerichteteelektrische Feld zeitlich so ändert,daß Ionenmit unterschiedlichen Masse-Ladungs-Verhältnissen, die zu verschiedenenZeiten in dem weiteren elektrischen Feldbereich L₂ ankommen,mit unterschiedlichen Raten verzögert(oder weniger bevorzugt beschleunigt) werden. Dabei können Ionen 3 mitunterschiedlichen Masse-Ladungs-Verhältnissen im weiteren elektrischenFeldbereich L₂ so verzögert (oder beschleunigt) werden, daß die Ionen 3 dannin einen weiteren feldfreien Bereich 9 mit im wesentlichender gleichen Geschwindigkeit oder bevorzugter mit etwas unterschiedlichen Geschwindigkeiteneintreten, so daß dieIonen 3 schließlichim wesentlichen zur selben Zeit am Extraktions- oder Beschleunigungsbereich 10 ankommen.Der weitere feldfreie Bereich 9 wirkt daher als ein zweiterFlugzeit- oder Driftbereich.Gemäß einer bevorzugtenAusführungsformbeträgtdie Längedes weiteren elektrischen Feldbereichs L₂ inetwa 5 mm, wenngleich diese Längegemäß anderenAusführungsformenabweichen kann.
[0116] Gemäß einerbevorzugten Ausführungsform kannder weitere feldfreie Bereich 9 einen oder mehrere Elektrodenstapel,beispielsweise Ringelektroden, und/oder eine oder mehrere zylindrischeoder rohrförmigeElektroden aufweisen. Gemäß einerbevorzugten Ausführungsformhat der weitere feldfreie Bereich 9 eine Länge vonetwa 150 mm, wenngleich diese Längegemäß anderenAusführungsformenabweichen kann.
[0117] Derweitere feldfreie Bereich 9 weist vorzugsweise eine Kollisions-oder Fragmentationszelle 4 auf oder enthält diese.Die Kollisions- oder Fragmentationszelle 4 weist vorzugsweiseeine Kapillare oder einen Kanal mit einer verhältnismäßig schmalen Bohrung zum Aufnehmeneines Gases auf, wobei bei der Verwendung Ionen 3 vorzugsweisedurch die Kapillare oder den Kanal laufen. Die Kapillare oder der Kanalkann einen quadratischen, kreisförmigen, rechteckigenoder anders geformten Querschnitt aufweisen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform hatdie Kapillare oder der Kanal der Kollisions- oder Fragmentationszelle 4 einenrechteckigen Querschnitt von 1 mm × 12,5 mm und eine Länge von etwa50 mm, wenngleich diese Dimensionen gemäß anderen Ausführungsformenabweichen können. Vorzugsweiseist innerhalb oder an der Kollisions- oder Fragmentationszelle 4 keinelektrisches HF- oder Wechselfeld bereitgestellt, so daß die Ionen nichtradial eingeschlossen sind. Gemäß der bevorzugtenAusführungsformkann die Kollisions- oder Fragmentationszelle 4 innerhalbdes weiteren feldfreien Bereichs 9 angeordnet werden undist vorzugsweise vom stromaufwärtsund/oder stromabwärtsgelegenen Ende oder Bereich des weiteren feldfreien Bereichs 9 beabstandet.Ein Isoliermaterial, beispielsweise ein Keramikmaterial, kann radialaußerhalbder Kollisions- oder Fragmentationszelle 4 bereitgestelltsein. Gemäß einerbevorzugten Ausführungsformkönnendie Abschnitte des weiteren feldfreien Bereichs 9 stromaufwärts undstromabwärts derKollisions- oder Fragmentationszelle 4 durch das Isoliermaterialbeabstandet sein. Gemäß einerbevorzugten Ausführungsformkann ein Ionengatter 16 oder eine andere Form eines Massenfiltersstromaufwärtsund/oder stromabwärtsder Kollisions- oder Fragmentationszelle 4 bereitgestelltsein. In einem MS/MS-Betriebsmoduskann ein Ionengatter verwendet werden, um Stammionen (und Fragmentionen) miteiner spezifischen Geschwindigkeit auszuwählen und durchzulassen, sodaß sie zurKollisions- oder Fragmentationszelle 4 durchgelassen odervon dieser weitergeleitet werden und zum Extraktions- oder Beschleunigungsbereich 10 desFlugzeit-Massenanalysators weiterlaufen gelassen werden. Das Ionengatter 16 kannzwei halbe Plattenelektroden aufweisen.
[0118] Gemäß einerbevorzugten Ausführungsform können eineoder mehrere Gitterelektroden 15 zwischen dem anfänglichenfeldfreien Bereich 8 und dem weiteren feldfreien Bereich 9 und/oderzum Festlegen des weiteren elektrischen Feldbereichs L₂ bereitgestelltsein. Die eine oder die mehreren Gitterelektroden 15 habenvorzugsweise eine hohe Durchlässigkeitvon beispielsweise wenigstens 90 % und sind vorzugsweise im wesentlichenparallel zueinander, falls zwei oder mehr Gitterelektroden 15 bereitgestelltsind. Die Gitterelektroden 15 halten das elektrische Feldim weiteren elektrischen Feldbereich L₂ vorzugsweiseim wesentlichen parallel zur Achse des anfänglichen feldfreien Bereichs 8 unddes weiteren feldfreien Bereichs 9.
[0119] Gemäß einerbesonders bevorzugten Ausführungsformist ein Beschleunigungsbereich L₃ zwischendem weiteren feldfreien Bereich 9 und dem Extraktions-oder Beschleunigungsbereich 10 bereitgestellt. Bei derVerwendung wird der weitere feldfreie Bereich 9 vorzugsweiseauf einem Potential gehalten, das positiver ist als dasjenige desExtraktions- oderBeschleunigungsbereichs 10, bevor der Extraktions- oder Beschleunigungsbereich 10 gepulstwird. Die Potentialdifferenz überden Beschleunigungsbereich L₃ wird vorzugsweisekonstant gehalten, bis zumindest einige der Ionen mit unterschiedlichenMasse-Ladungs-Verhältnissenin den Extraktions- oder Beschleunigungsbereich 10 eingetreten sind.Die Ionen 3 werden vorzugsweise vom weiteren feldfreien Bereich 9 inden Extraktions- oder Beschleunigungsbereich 10 beschleunigt,wenn sie durch den Beschleunigungsbereich L₃ laufen.Die Ionen 3 können daherim Beschleunigungsbereich L₃ beschleunigt werden,so daß sieim wesentlichen zur gleichen Zeit und mit im wesentlichen der gleichenEnergie am Extraktions- oder Beschleunigungsbereich 10 desFlugzeit-Massenanalysators ankommen. Vorteilhafterweise kann dieLänge derDetektorplatten in einem Querbeschleunigungs-Flugzeit-Massenanalysator durchBeschleunigen der Ionen 3 durch den BeschleunigungsbereichL₃ verringert werden. Der BeschleunigungsbereichL₃ ist vorzugsweise relativ kurz und kanneine Längevon beispielsweise 10 mm aufweisen, wenngleich sie gemäß anderenAusführungsformendavon abweichen kann.
[0120] 9B zeigt die elektrischenPotentiale V₁, V₂,V₃, V₄, auf denendie Target- oder Probenplatte 2, der anfänglichefeldfreie Bereich 8, der weitere feldfreie Bereich 9 undder Beschleunigungsbereich L3 zu drei aufeinanderfolgenden Zeitpunktent₀, t₁, t₂ gemäß einerbevorzugten Ausführungsformgehalten werden können.Gemäß der bevorzugtenAusführungsformwerden das Potential V₁ der Target- oder Probenplatte 2 unddas Potential V₃ des weiteren feldfreienBereichs 9 zeitlich konstant gehalten und wird das PotentialV₂ des anfänglichen feldfreien Bereichs 8 (odergenauer der einen oder mehreren Elektroden, die den anfänglichenfeldfreien Bereich 8 bilden) zeitlich geändert. Vorzugsweisewerden die Target- oder Probenplatte 2 und der weiterefeldfreie Bereich 9 auf positiven Gleichspannungspotentialen vonbeispielsweise +50 V bzw. +25 V gehalten.
[0121] DieTarget- oder Probenplatte 2 und der weitere feldfreie Bereich 9 können gemäß anderenAusführungsformenauch auf anderen Potentialen gehalten werden. Der anfänglichefeldfreie Bereich 8 wird vorzugsweise zu einer Anfangszeitt₀ auf einem negativen Gleichspannungspotentialvon beispielsweise –3,9kV schwebend gehalten. Der anfängliche feldfreieBereich 8 kann gemäß anderenAusführungsformenanfänglichauf anderen Gleichspannungspotentialen von beispielsweise –5 kV oder –10 kV schwebendgehalten werden. Ein zeitlich veränderliches Potential wird vorzugsweisean den anfänglichenfeldfreien Bereich 8 (oder genauer an die eine oder mehrerenElektroden, die den anfänglichenfeldfreien Bereich 8 bilden) angelegt, um ein zeitlichveränderlicheselektrisches Feld E₂ in dem weiteren elektrischenFeldbereich L₂ zu erzeugen, weil das PotentialV₃ des weiteren feldfreien Bereichs fest bleibt.
[0122] Esist anhand 9B ersichtlich,daß zueiner Anfangszeit t₀, zu der der Impulsvon Ionen 3 an der Target- oder Probenplatte 2 erzeugtwird, der anfänglichefeldfreie Bereich 8 vorzugsweise auf einem verhältnismäßig hohennegativen Potential V₂(t₀)gehalten wird. Die überdem anfänglichenelektrischen Feldbereich L₁ erzeugte Potentialdifferenzbeschleunigt die Ionen 3 vorzugsweise so, daß sie imwesentlichen die gleiche Energie gewinnen. Sobald die Ionen 3 imwesentlichen mit der gleichen Energie in den anfänglichen feldfreien Bereich 8 eingetreten sind,bewegen sie sich vorzugsweise mit Geschwindigkeiten weiter, dieumgekehrt proportional zur Wurzel ihres Masse-Ladungs-Verhältnissessind. Die Ionen 3 werden daher entsprechend ihrem Masse-Ladungs-Verhältnis imanfänglichenfeldfreien Bereich 8, der als ein Flugzeitbereich wirkt,zeitlich getrennt. Sobald im wesentlichen alle Ionen 3 inden anfänglichenfeldfreien Bereich 8 eingetreten sind, kann vorzugsweiseein zeitlich veränderlichesPotential effektiv an den anfänglichenfeldfreien Bereich 8 oder genauer an die eine oder diemehreren Elektroden, die den anfänglichenfeldfreien Bereich 8 bilden, angelegt werden.
[0123] Ionen 3 mitunterschiedlichen Masse-Ladungs-Verhältnissen laufen mit unterschiedlichen Geschwindigkeitendurch den anfänglichenfeldfreien Bereich 8 und treten daher zu erheblich verschiedenenZeiten in den weiteren elektrischen Feldbereich L₂ ein.Weil sich das Potential V₂ des anfänglichen feldfreienBereichs 8 zeitlich ändert, ändert sichdie Potentialdifferenz überdem weiteren elektrischen Feldbereich L₂ unddaher die Stärkedes verzögerndenelektrischen Felds E₂ im weiteren elektrischen FeldbereichL₂ zeitlich, weil das Potential V₃ vorzugsweise zeitlich konstant gehaltenwird. Vorzugsweise wird das Potential V₂ desanfänglichenfeldfreien Bereichs 8, zumindest bis zu einer Zeit t₁, zu der im wesentlichen alle Ionen 3 ausdem weiteren elektrischen Feldbereich L₂ ausgetretenund in den weiteren feldfreien Bereich 9 eingetreten sind,im Laufe der Zeit weniger negativ. Im wesentlichen alle Ionen 3 treten daherin den weiteren elektrischen Feldbereich L₂ ein,währenddas Potential V₂ des anfänglichen feldfreien Bereichs 8 zuder Zeit, zu der im wesentlichen alle Ionen 3 in den weiterenfeldfreien Bereich 9 eingetreten sind, zwischen dem anfänglichenPotential V₂(t₀)und dem Potential V₂(t₁)liegt.
[0124] Weildie Ionen 3 vorzugsweise im wesentlichen die gleiche Energiehaben und im anfänglichen feldfreienBereich 8 zeitlich getrennt werden, treten Ionen mit einemverhältnismäßig niedrigenMasse-Ladungs-Verhältnisvor Ionen mit höherenMasse-Ladungs-Verhältnissenaus dem anfänglichen feldfreienBereich 8 aus. Die Ionen mit einem verhältnismäßig niedrigen Masse-Ladungs-Verhältnis treten dahervorzugsweise in den weiteren elektrischen Feldbereich L₂ ein,währenddas Potential V₂ des anfänglichen feldfreien Bereichs 8 stärker negativist. Zu der Zeit, zu der die Ionen mit relativ niedrigen Masse-Ladungs-Verhältnissenin den weiteren elektrischen Feldbereich L₂ eintreten,ist die Potentialdifferenz überdem weiteren elektrischen Feldbereich L₂ dahervorzugsweise verhältnismäßig hoch.Demgemäß spüren dieIonen mit einem verhältnismäßig niedrigenMasse-Ladungs-Verhältnisein verhältnismäßig starkesverzögerndeselektrisches Feld im weiteren elektrischen Feldbereich L₂, und diese Ionen werden daher mit einerverhältnismäßig hohen Rateverzögert,bevor sie in den weiteren feldfreien Bereich 9 eindringenund mit einer konstanten Geschwindigkeit durch diesen hindurchlaufen.Ionen mit einem verhältnismäßig hohenMasse-Ladungs-Verhältnis tretenzu einer späterenZeit in den weiteren elektrischen Feldbereich L₂ einals die Ionen mit einem verhältnismäßig niedrigenMasse-Ladungs-Verhältnis.Zu dieser späterenZeit ist das Potential V₂ des anfänglichenfeldfreien Bereichs 8 vorzugsweise weniger negativ alsdas Potential V₂ zu der Zeit, zu der Ionenmit einem verhältnismäßig niedrigenMasse-Ladungs-Verhältnisin den weiteren elektrischen Feldbereich L₂ eingetretensind und durch diesen hindurchgelaufen sind. Während der Zeit, zu der dieIonen mit dem höchstenMasse-Ladungs-Verhältnisin den weiteren elektrischen Feldbereich L₂ eingetreten unddurch diesen hindurchgelaufen sind, ist die Potential differenz über demweiteren elektrischen Feldbereich L₂ daherweniger negativ. Demgemäß spüren Ionenmit einem verhältnismäßig hohenMasse-Ladungs-Verhältnisvorzugsweise ein verhältnismäßig schwachesverzögerndeselektrisches Feld im weiteren elektrischen Feldbereich L₂, und diese Ionen werden daher mit einerverhältnismäßig niedrigenRate verzögert,bevor sie zu einer Zeit t₁ in den weiteren feldfreienBereich 9 eintreten und mit einer konstanten Geschwindigkeitdurch diesen hindurchlaufen.
[0125] Nachdemim wesentlichen alle Ionen 3 durch den weiteren elektrischenFeldbereich L₂ hindurchgelaufen sind undaus diesem ausgetreten sind, kann sich das Potential V₂ desanfänglichenfeldfreien Bereichs 8 weiter kontinuierlich mit der Zeit ändern. Beispielsweisekann, wie in 9C dargestelltist, das Potential V₂(t₂)zu einer späterenZeit t₂ sogar noch weniger negativ sein,weil die Ionen jedoch bereits aus dem weiteren elektrischen FeldbereichL₂ ausgetreten sind, hat das Potential V2(t2)keine Wirkung auf die Ionen.
[0126] Gemäß der bevorzugtenAusführungsform ändert sichdas zeitlich veränderlichePotential V₂ des anfänglichen feldfreien Bereichs 8 mitder Zeit so, daß Ionen 3 mitunterschiedlichen Masse-Ladungs-Verhältnissen im weiteren elektrischenFeldbereich L₂ mit unterschiedlichen Ratenoder mit unterschiedlichen Graden verzögert werden, so daß Ionenmit unterschiedlichen Masse-Ladungs-Verhältnissen im wesentlichen zurgleichen Zeit am Extraktions- oder Beschleunigungsbereich 10 desFlugzeit-Massenanalysators ankommen. Gemäß der bevorzugten Ausführungsformwerden die Ionen 3 mit unterschiedlichen Masse-Ladungs-Verhältnissen zu etwasverschiedenen Geschwindigkeiten verzögert, so daß die Ionen mit einem verhältnismäßig hohen Masse-Ladungs-Verhältnis dieIonen mit einem verhältnismäßig niedrigenMasse-Ladungs-Verhältnis effektiveinholen, so daß imwesentlichen alle der Ionen 3 im wesentlichen zur gleichenZeit am selben Ort innerhalb des Extraktions- oder Beschleunigungsbereichs 10 ankommen.
[0127] 9C zeigt ein Beispiel davon,wie sich das Potential V₂ des anfänglichenfeldfreien Bereichs 8 gemäß einer bevorzugten Ausführungsformzeitlich ändert,wobei die Target- oder Probenplatte 2 auf einem festenPotential V₁ gehalten werden kann und derweitere feldfreie Bereich 9 ähnlich fest auf einem PotentialV₃ liegen kann. Gemäß dieser Ausführungsformschwebt der anfänglichefeldfreie Bereich 8 zunächstvorzugsweise auf einem Gleichspannungspotential von –3,9 kV.Ein Impuls von Ionen 3 wird im wesentlichen zu einer Anfangszeitt₀ an der Target- oder Probenplatte 2 derIonenquelle 1 erzeugt. Zur Zeit t₀,zu der die Ionen 3 erzeugt werden, wird der anfänglichefeldfreie Bereich 8 auf einem Potential V₂(t₀) gehalten, das vorzugsweise das Gleichspannungspotentialist, auf dem der anfänglichefeldfreie Bereich 8 schwebt. Kurz nachdem der Impuls vonIonen 3 erzeugt wurde und vorzugsweise zu einer Zeit, zuder im wesentlichen alle Ionen 3 in den anfänglichenfeldfreien Bereich 8 eingetreten sind (oder während diesgeschieht), wird ein zeitlich veränderliches Potential effektivan den anfänglichen feldfreienBereich 8 angelegt. Gemäß dieserAusführungsform ändert sichdas an den anfänglichenfeldfreien Bereich 8 angelegte zeitlich veränderlichePotential zeitlich im wesentlichen sinusförmig. Vorzugsweise hat dasan den anfänglichenfeldfreien Bereich 8 angelegte zeitlich veränderlichePotential eine Frequenz von in etwa 40 kHz, wenngleich das zeitlich veränderlichePotential gemäß anderenAusführungsformenabweichende Frequenzen aufweisen kann. Der bevorzugte Frequenzbereichdes zeitlich veränderlichenPotentials reicht von etwa 10 kHz bis etwa 200 kHz. Gemäß anderenAusführungsformen können jedochandere von der Frequenz und der Zeit abhängige Felder verwendet werden.Gemäß der in 9C dargestellten bevorzugtenAusführungsform hatdas sinusförmigzeitlich veränderlichePotential eine Amplitude von Spitze zu Spitze von etwa 2 kV, wenngleicherwogen wird, daß anden anfänglichen feldfreienBereich 8 angelegte zeitlich veränderliche Potentiale andereAmplituden von Spitze zu Spitze aufweisen können. Gemäß anderen Ausführungsformenkann die Amplitude des zeitlich veränderlichen Potentials von Spitzezu Spitze größer als2 kV sein, und gemäß einerAusführungsformkann die Amplitude von Spitze zu Spitze beispielsweise 3 kV betragen.
[0128] Gemäß einerbevorzugten Ausführungsform sindim wesentlichen alle Ionen 3 in weniger als etwa 10 μs durch denanfänglichenfeldfreien Bereich 8 und den weiteren elektrischen FeldbereichL₂ hindurchgelaufen und daraus ausgetreten.Beispielsweise sind gemäß der mitBezug auf 9C dargestelltenspeziellen Ausführungsformvorzugsweise alle Ionen 3 zu einer Zeit t₁,die in etwa 6 μsbeträgt, durchden weiteren elektrischen Feldbereich L₂ hindurchgelaufen.Vorzugsweise sind die Ionen 3 vor der Zeit t₂,zu der das zeitlich veränderlichePotential seinen am wenigsten negativen Wert erreicht, sicher durchden anfänglichenfeldfreien Bereich 8 und den weiteren elektrischen FeldbereichL₂ hindurchgelaufen und daraus ausgetreten.Es wird daher erwogen, daß dasPotential V₂ des anfänglichen feldfreien Bereichs 8 nichtzeitlich kontinuierlich oder zyklisch geändert werden muß und daß gemäß der in 9C dargestellten Ausführungsformvorzugsweise nur ein Abschnitt der sinusförmigen zeitabhängigen Potentialwellenformbis zu einer Zeit t₁ an den anfänglichen feldfreienBereich 8 angelegt wird oder angelegt werden muß.
[0129] Gemäß einerbevorzugten Ausführungsform können dieim anfänglichenelektrischen Feldbereich L₁ und im weiterenelektrischen Feldbereich L₂ eingerichtetenelektrischen Felder E₁, E₂,die innerhalb der Ionenquelle 1 oder neben dieser bereitgestelltwerden können,unter Verwendung von Software und Elektronik gesteuert werden undso eingerichtet werden, daß Ionen 3 erzeugtwerden, die entweder die gleiche Energie, einen gewünschtenGeschwindigkeitsbereich und/oder im wesentlichen die gleiche Geschwindigkeitaufweisen.
[0130] Gemäß eineranderen bevorzugten Ausführungsformkann dafürgesorgt werden, daß einBereich von Ionen mit unterschiedlichen interessierenden Masse-Ladungs-Verhältnissenzu einer bestimmten Zeit am Extraktions- oder Beschleunigungsbereich 10 einesQuerbeschleunigungs-Flugzeit-Massenanalysators ankommt, während dafür gesorgtwerden kann, daß andereunerwünschteIonen zu einer anderen (beispielsweise früheren oder späteren) Zeitankommen. Die Ionenquelle 1 kann so eingerichtet werden,daß bewirktwird, daß dieinteressierenden Ionen eine etwas andere Geschwindigkeit aufweisenals die Ionen, die fürdie Analyse nicht erforderlich sind (wie Matrixionen). Gemäß dieser Ausführungsformkommen im wesentlichen nur interessierende Ionen am Extraktions-oder Beschleunigungsbereich 10 des Querbeschleunigungs-Flugzeit-Massenanalysatorsim wesentlichen zur gleichen Zeit an, zu der ein Extraktionsimpulsan den Extraktions- oder Beschleunigungsbereich 10 angelegt wird.Die unerwünschtenMatrix- oder Hintergrundionen, die zu einer Zeit ankommen, zu derein Extraktionsimpuls nicht angelegt ist, werden daher nicht in denDrift- oder Flugzeitbereichdes Massenanalysators beschleunigt.
[0131] Wenngleichdie bevorzugte Ausführungsformdas Beschleunigen von Ionen 3 mit unterschiedlichen Masse-Ladungs-Verhältnissenauf vorzugsweise in etwa ähnlicheGeschwindigkeiten betrifft, wodurch ermöglicht wird, daß eine Ionenquelle1 wirksam mit einem Extraktions- oder Beschleunigungsbereich 10 einesFlugzeit-Massenanalysators gekoppelt wird, wird auch erwogen, daß die zeitlich veränderlichenelektrischen Felder fürdas wirksame Transportieren von Ionen von oder zwischen anderen Bereichenoder Vorrichtungen in einem Massenspektrometer geeignet sein können. BeispielsweisekönnenIonen von einer 2D- oder 3D-Ionenfallezum Extraktions- oder Beschleunigungsbereich 10 eines Querbeschleunigungs-Flugzeit-Massenanalysators odereinem anderen gewünschtenBereich transportiert werden. Alternativ kann dafür gesorgtwerden, daß Ionendurchgelassen werden, so daß sieim wesentlichen zur gleichen Zeit an einer Ionenfalle ankommen.Gemäß einerAusführungsformkann das Massenspektrometer eine Ionenquelle in der Art einer matrixunterstützten Laserdesorptionsionisations-Ionenquelle ("MALDI-Ionenquelle") 1, Mittelzum Kollisionskühlenvon Ionen und Ionentransportmittel in der Art einer Wechselspannungs-oder HF-Ionenführungaufweisen. Stamm ionen könnenbeispielsweise unter Verwendung eines Quadrupol-Massenfilters odereiner anderen Form eines Massenfilters ausgewählt werden. Die Fragmentationvon Stammionen kann unter Verwendung einer Kollisions- oder Fragmentationszellemit oder ohne HF- oder Wechsel-Einschlußfeldererreicht werden, worauf eine Beschleunigung auf eine in etwa konstanteGeschwindigkeit von Stamm- und Fragmentionen in einen Extraktions-oder Beschleunigungsbereich eines Flugzeit-Massenanalysators folgt.
[0132] Weildie unterschiedliche Masse-Ladungs-Verhältnisse aufweisenden Ionen 3 vorteilhafterweiseso beschleunigt bzw. verzögertwerden können,daß sieim wesentlichen zur selben Zeit an dem gewünschten Abschnitt des Extraktions-oder Beschleunigungsbereichs 10 ankommen, ermöglicht es diebevorzugte Ausführungsform,daß dieeffektive oder erforderliche Längedes Extraktions- oder Beschleunigungsbereichs 10 in einemMS-Betriebsmodus kürzerist als bei herkömmlichenExtraktions- oder Beschleunigungsbereichen 10, die typischerweise10 – 50mm lang sind. Die verringerte Länge deseffektiven oder erforderlichen Extraktions- oder Beschleunigungsbereichs 10 ermöglicht einehöhere Auflösung oderSpezifitätder MS/MS-Stammionen, wenn der Extraktions- oder Beschleunigungsbereich 10 effektivals ein zeitlich gesteuertes Ionengatter oder ein zeitlich gesteuerterGeschwindigkeitswähler verwendetwird. Die effektive Längeoder Größe des Extraktions-oder Beschleunigungsbereichs 10 kann unter Verwendung einerschaltbaren mechanischen Öffnung(beispielsweise einer Gleitplatte) verkürzt werden, die zwischen demExtraktions- oderBeschleunigungsbereich 10 und dem Drift- oder Flugbereichangeordnet ist. Das Verringern der effektiven Größe oder Fläche des effektiven Extraktions-oder Beschleunigungsbereichs ist besonders vorteilhaft bei einemMS/MS-Betriebsmodus, wenn ein Quadrupol- oder anderes Massenfilternicht verwendet wird, um spezifische Stammionen zur Fragmentationauszuwählen,um die Spezifitätzu erhöhen,mit der Stammionen und verwandte Fragmentionen orthogonal beschleunigtwerden. Die einstellbare Natur der Öffnung ermöglicht es, daß der Extraktions-oder Beschleunigungsbereich 10 wieder verlängert wird, wennder Massenanalysator in einem MS-Betriebsmodus betrieben wird. Gemäß eineranderen Ausführungsformkann der Extraktions- oderBeschleunigungsbereich 10 eine Anzahl von Extraktionselektrodensegmentenaufweisen. Gemäß dieserAusführungsformkann die effektive axiale Längedes Extraktions- oder Beschleunigungsbereichs 10, insbesonderein einem MS/MS-Betriebsmodus,nach Wunsch verkürztoder geändertwerden, indem nur einige, jedoch nicht alle Extraktionselektrodensegmentebetrieben werden.
[0133] Wenngleichdie vorstehend erwähntenbevorzugten Ausführungsformenunter Verwendung eines Querbeschleunigungs-Flugzeit-Massenanalysatorsbeschrieben worden sind, kann gemäß weniger bevorzugten Ausführungsformenstattdessen ein Längsbeschleunigungs-Flugzeit-Massenanalysator verwendetwerden.
[0134] Wenngleichdie vorliegende Erfindung mit Bezug auf bevorzugte Ausführungsformenbeschrieben wurde, werden Fachleute verstehen, daß verschiedene Änderungenan der Form und den Einzelheiten vorgenommen werden können, ohnevom in den anliegenden Ansprüchendargelegten Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.

权利要求:
Claims (83)
[1] Massenspektrometer mit: einem ersten elektrischenFeldbereich und einem Flugzeit-Massenanalysator mit einem Extraktions-oder Beschleunigungsbereich, wobei in einem Betriebsmodus dafür gesorgtwird, daß eineIonengruppe mit erheblich verschiedenen Masse-Ladungs-Verhältnissendurch den ersten elektrischen Feldbereich läuft, wobei ein erstes elektrischesFeld, das sich zeitlich ändert, über wenigstenseinen Abschnitt des ersten elektrischen Feldbereichs gelegt ist,so daß dafür gesorgtwird, daß zumindesteinige Ionen mit erheblich verschiedenen Masse-Ladungs-Verhältnissenim wesentlichen gleichzeitig an dem Extraktions- oder Beschleunigungsbereichankommen.
[2] Massenspektrometer nach Anspruch 1, wobei wenigstens5 %, 10 %, 15 %, 20 %, 25 %, 30 %, 35 %, 40 %, 45 %, 50 %, 55 %,60 %, 65 %, 70 %, 75 %, 80 %, 85 %, 90 %, 95 % oder im wesentlichen100 % der Ionen in der Ionengruppe im wesentlichen zur gleichenersten Zeit an dem Extraktions- oderBeschleunigungsbereich ankommen.
[3] Massenspektrometer nach Anspruch 1 oder 2, wobeidie Ionengruppe einen Bereich von Masse-Ladungs-Verhältnissen aufweistund der Bereich wenigstens 10, 50, 100, 150, 200, 250, 300, 350,400, 450, 500, 550, 600, 650, 700, 750, 800, 850, 900, 950, 1000,1100, 1200, 1300, 1400, 1500, 1600, 1700, 1800, 1900, 2000, 2500,3000, 3500, 4000, 4500, 5000, 5500, 6000, 6500, 7000, 7500, 8000, 8500,9000, 9500 oder 10000 Masse-Ladungs-Verhältnis-Einheiten ist.
[4] Massenspektrometer nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobeiwenigstens 5 %, 10 %, 15 %, 20 %, 25 %, 30 %, 35 %, 40 %, 45 %,50 %, 55 %, 60 %, 65 %, 70 %, 75 %, 80 %, 85 %, 90 %, 95 % oderim wesentlichen 100 % der an dem Extraktions- oder Beschleunigungsbereich im wesentlichenzur gleichen ersten Zeit ankommenden Ionen anschließend ausdem Extraktions- oder Beschleunigungsbereich extrahiert oder beschleunigtwerden.
[5] Massenspektrometer nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobeibei der Verwendung wenigstens einige Ionen mit einem ersten Masse-Ladungs-Verhältnis miteiner ersten Anfangsgeschwindigkeit in den ersten elektrischen Feldbereicheintreten und mit einer ersten Endgeschwindigkeit aus dem erstenelektrischen Feldbereich austreten und wobei bei der Verwendungwenigstens einige Ionen mit einem zweiten verschiedenen Masse-Ladungs-Verhältnis miteiner zweiten Anfangsgeschwindigkeit in den ersten elektrischenFeldbereich eintreten und mit einer zweiten Endgeschwindigkeit ausdem ersten elektrischen Feldbereich austreten, wobei die erste Anfangsgeschwindigkeitgrößer istals die zweite Anfangsgeschwindigkeit und die erste Endgeschwindigkeitkleiner ist als die zweite Endgeschwindigkeit.
[6] Massenspektrometer nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobeiIonen mit unterschiedlichen Masse-Ladungs-Verhältnissenbei der Verwendung mit verschiedenen Anfangsgeschwindigkeiten inden ersten elektrischen Feldbereich eintreten und mit verschiedenenEndgeschwindigkeiten aus dem ersten elektrischen Feldbereich austreten,wobei die Ionen mit den höchstenAnfangsgeschwindigkeiten die Ionen mit den geringsten Endgeschwindigkeiten sind.
[7] Massenspektrometer nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobeiIonen mit unterschiedlichen Masse-Ladungs-Verhältnissenbei der Verwendung mit verschiedenen Anfangsgeschwindigkeiten inden ersten elektrischen Feldbereich eintreten und mit verschiedenenEndgeschwindigkeiten aus dem ersten elektrischen Feldbereich austreten,wobei die Ionen mit den geringsten Anfangsgeschwindigkeiten dieIonen mit den höchstenEndgeschwindigkeiten sind.
[8] Massenspektrometer nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobeibei der Verwendung wenigstens einige Ionen mit unterschiedlichenMasse-Ladungs-Verhältnissenmit einem ersten Geschwindigkeitsbereich in den ersten elektrischen Feldbereicheintreten und mit einem zweiten Geschwindigkeitsbereich aus demersten elektrischen Feldbereich austreten, wobei der zweite Geschwindigkeitsbereicherheblich kleiner als der erste Geschwindigkeitsbereich ist.
[9] Massenspektrometer nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobeiIonen mit einem ersten Masse-Ladungs-Verhältnisvor Ionen mit einem zweiten Masse-Ladungs-Verhältnisaus dem ersten elektrischen Feldbereich aus treten, wobei das ersteMasse-Ladungs-Verhältniskleiner als das zweite Masse-Ladungs-Verhältnis ist.
[10] Massenspektrometer nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobeidas erste elektrische Feld bewirkt, daß Ionen mit einem ersten Masse-Ladungs-Verhältnis miteiner ersten Geschwindigkeit aus dem ersten elektrischen Feldbereichaustreten und Ionen mit einem zweiten Masse-Ladungs-Verhältnis mit einer zweiten Geschwindigkeitaus dem ersten elektrischen Feldbereich austreten.
[11] Massenspektrometer nach Anspruch 10, wobei das zweiteMasse-Ladungs-Verhältnisgrößer als daserste Masse-Ladungs-Verhältnis ist.
[12] Massenspektrometer nach Anspruch 10 oder 11, wobeidie zweite Geschwindigkeit größer alsdie erste Geschwindigkeit ist.
[13] Massenspektrometer nach Anspruch 12, wobei die zweiteGeschwindigkeit < 1%, 1 – 5%, 5 – 10 %,10 – 15%, 15 – 20%, 20 – 25%, 25 – 30%, 30 – 35%, 35 – 40%, 40 – 45%, 45 – 50%, 50 – 55%, 55 – 60%, 60 – 65%, 65 – 70%, 70 – 75%, 75 – 80 %,80 – 85%, 85 – 90%, 90 – 95oder 95 – 100% größer alsdie erste Geschwindigkeit ist.
[14] Massenspektrometer nach Anspruch 12, wobei die zweiteGeschwindigkeit 100 – 200%, 200 – 300%, 300 – 400%, 400 – 500%, 500 – 600%, 600 – 700%, 700 – 800%, 800 – 900%, 900 – 1000%, 1000 – 2000%, 2000 – 3000%, 3000 – 4000%, 4000 – 5000%, 5000 – 6000%, 6000 – 7000%, 7000 – 8000%, 8000 – 9000%, 9000 – 10000% oder > 10000 % größer alsdie erste Geschwindigkeit ist.
[15] Massenspektrometer nach Anspruch 10 oder 11, wobeidie zweite Geschwindigkeit der ersten Geschwindigkeit im wesentlichengleicht bzw. gleich ist.
[16] Massenspektrometer nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobeibei der Verwendung das erste elektrische Feld bewirkt, daß unerwünschte Ionenzu einer zweiten verschiedenen Zeit an dem Extraktions- oder Beschleunigungsbereichankommen.
[17] Massenspektrometer nach Anspruch 16, wobei wenigstenseinige der an dem Extraktions- oder Beschleunigungsbereich zu derzweiten verschiedenen Zeit ankommenden unerwünschten Ionen anschließend nichtin den Extraktions- oder Beschleunigungsbereich extrahiert oderbeschleunigt werden.
[18] Massenspektrometer nach Anspruch 16 oder 17, wobeidie unerwünschtenIonen Matrix-, Hintergrund- oder Störionen umfassen.
[19] Massenspektrometer nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobeiwenigstens einige der Ionen mit erheblich verschiedenen Masse-Ladungs-Verhältnissen,die an dem Extraktions- oder Beschleunigungsbereich im wesentlichenzur gleichen ersten Zeit ankommen, auch im wesentlichen an der gleichenPosition oder am gleichen Ort innerhalb des Extraktions- oder Beschleunigungsbereichs zurgleichen ersten Zeit ankommen.
[20] Massenspektrometer nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobeider erste elektrische Feldbereich zwischen wenigstens einer erstenElektrode und einer zweiten Elektrode eingerichtet ist und wobeidas Potential der ersten Elektrode und/oder der zweiten Elektrodebei der Verwendung zeitlich geändertwird.
[21] Massenspektrometer nach Anspruch 20, wobei die ersteElektrode eine oder mehrere rohrförmige Elektroden und/oder eineoder mehrere Plattenelektroden und/oder eine oder mehrere Gitterelektrodenumfasst.
[22] Massenspektrometer nach Anspruch 20 oder 21, wobeidie zweite Elektrode eine oder mehrere rohrförmige Elektroden und/oder eineoder mehrere Plattenelektroden und/oder eine oder mehrere Gitterelektrodenumfasst.
[23] Massenspektrometer nach Anspruch 20, wobei die ersteElektrode und/oder die zweite Elektrode aufweisen: (i) eine odermehrere ringförmigeElektroden, (ii) eine oder mehrere Einzellinsenanordnungen mit dreioder mehr Elektroden, (iii) einen oder mehrere segmentierte Stabsätze, (iv)einen oder mehrere Quadrupol-, Hexapol-, Oktupol-Stabsätze oderStabsätzehöhererOrdnung oder (v) eine Anzahl von Elektroden mit dadurch verlaufenden Öffnungen,von denen Ionen bei der Verwendung durchgelassen werden.
[24] Massenspektrometer nach einem der vorstehenden Ansprüche, welchesweiter eine oder mehrere innerhalb des ersten elektrischen Feldbereichsangeordnete Elektroden aufweist, wobei das Potential von wenigstenseiner der einen oder mehreren Elektroden bei der Verwendung zeitlichgeändertwird.
[25] Massenspektrometer nach Anspruch 24, wobei die eineoder die mehreren Elektroden aufweisen: (i) eine oder mehrere rohrförmige Elektroden,(ii) eine oder mehrere ringförmigeElektroden, (iii) eine oder mehrere Einzellinsenanordnungen mitdrei oder mehr Elektroden, (iv) einen oder mehrere segmentierteStabsätze,(v) einen oder mehrere Quadrupol-, Hexapol-, Oktupol-Stabsätze oderStabsätzehöherer Ordnungoder (vi) eine Anzahl von Elektroden mit dadurch verlaufenden Öffnungen,von denen Ionen bei der Verwendung durchgelassen werden.
[26] Massenspektrometer nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobeisich der Betrag des ersten elektrischen Felds zeitlich ändert, während Ionen durchden ersten elektrischen Feldbereich hindurchlaufen.
[27] Massenspektrometer nach Anspruch 26, wobei der Betragdes ersten elektrischen Felds mit der Zeit zunimmt.
[28] Massenspektrometer nach Anspruch 26, wobei der Betragdes ersten elektrischen Felds mit der Zeit abnimmt.
[29] Massenspektrometer nach einem der Ansprüche 26,27 oder 28, wobei sich der Betrag des ersten elektrischen Feldsim wesentlichen sinusförmigoder kosinusförmigmit der Zeit ändert.
[30] Massenspektrometer nach Anspruch 26, 27 oder 28,wobei sich der Betrag des ersten elektrischen Felds im wesentlichenexponentiell mit der Zeit ändert.
[31] Massenspektrometer nach einem der Ansprüche 26,27 oder 28, wobei sich der Betrag des ersten elektrischen Feldsim wesentlichen (i) linear mit der Zeit, (ii) nach einer quadratischenRampenfunktion mit der Zeit, (iii) nach einer kubischen Rampenfunktionmit der Zeit, (iv) nach einer Potenz-Rampenfunktion mit der Zeit,(v) nach einer quadratischen Polynomfunktion oder einer PolynomfunktionhöhererOrdnung mit der Zeit oder (vi) nach einer mehrstufigen Funktionmit der Zeit ändert.
[32] Massenspektrometer nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobeidie Richtung des ersten elektrischen Felds im wesentlichen parallelzur Ionenbewegungsrichtung verläuft.
[33] Massenspektrometer nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobeisich die Richtung des ersten elektrischen Felds ändert, während Ionen durch den erstenelektrischen Feldbereich laufen.
[34] Massenspektrometer nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobeidie Längedes ersten elektrischen Feldbereichs aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist:(i) < 1 mm, (ii)1 – 2mm, (iii) 2 – 3mm, (iv) 3 – 4mm, (v) 4 – 5mm, (vi) 5 – 6mm, (vii) 6 – 7mm, (viii) 7 – 8mm, (ix) 8 – 9mm, (x) 9 – 10mm und (xi) > 10 mm.
[35] Massenspektrometer nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobeidas erste elektrische Feld bewirkt, daß wenigstens einige der durchden ersten elektrischen Feldbereich laufenden Ionen verzögert werden.
[36] Massenspektrometer nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobeidas erste elektrische Feld bewirkt, daß wenigstens einige der durchden ersten elektrischen Feldbereich laufenden Ionen beschleunigtwerden.
[37] Massenspektrometer nach einem der vorstehenden Ansprüche, welchesweiter einen stromabwärtsdes ersten elektrischen Feldbereichs angeordneten ersten feldfreienBereich aufweist.
[38] Massenspektrometer nach Anspruch 37, wobei der erstefeldfreie Bereich aus einer oder mehreren rohrförmigen Elektroden und/odereiner oder mehreren Plattenelektroden besteht.
[39] Massenspektrometer nach Anspruch 37 oder 38, wobeidie Längedes ersten feldfreien Bereichs aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist:(i) ≤ 50 mm,(ii) ≥ 50mm, (iii) ≥ 100mm, (iv) ≥ 150mm, (v) ≥ 200mm, (vi) ≥ 250mm, (vii) ≥ 300mm, (viii) ≥ 350 mm,(ix) ≥ 400mm, (x) 450 mm und (xi) ≥ 500mm.
[40] Massenspektrometer nach Anspruch 37, 38 oder 39,welches weiter eine in dem ersten feldfreien Bereich angeordneteKollisions- oder Fragmentationszelle aufweist.
[41] Massenspektrometer nach Anspruch 40, wobei die Kollisions-oder Fragmentationszelle ein rohrförmiges Gehäuse aufweist.
[42] Massenspektrometer nach Anspruch 40 oder 41, wobeiIonen nicht radial durch Pseudopotentialwannen in der Kollisions-oder Fragmentationszelle eingeschlossen sind.
[43] Massenspektrometer nach Anspruch 40, 41 oder 42,wobei keine Wechsel- oder HF-Spannungen an die Kollisions- oderFragmentationszelle angelegt sind, um ein radiales Einschließen vonIonen bereitzustellen.
[44] Massenspektrometer nach einem der Ansprüche 40 bis43, welches weiter einen elektrostatischen Energieanalysator und/oderein Massenfilter und/oder ein Ionengatter aufweist, das stromaufwärts derKollisions- oder Fragmentationszelle angeordnet ist.
[45] Massenspektrometer nach einem der Ansprüche 40 bis44, welches weiter einen elektrostatischen Energieanalysator und/oderein Massenfilter und/oder ein Ionengatter aufweist, das stromabwärts derKollisions- oder Fragmentationszelle angeordnet ist.
[46] Massenspektrometer nach Anspruch 44 oder 45, wobeidas Massenfilter ein Magnetsektor-Massenfilter, ein HF-Quadrupol-Massenfilteroder ein Wien-Filter einschließt.
[47] Massenspektrometer nach einem der vorstehenden Ansprüche, welchesweiter einen zweiten elektrischen Feldbereich aufweist, der stromaufwärts desersten elektrischen Feldbereichs angeordnet ist, wobei bei der Verwendungein zweites elektrisches Feld überwenigstens einem Abschnitt des zweiten elektrischen Feldbereichsaufrechterhalten wird.
[48] Massenspektrometer nach Anspruch 47, wobei das zweite elektrischeFeld zeitlich im wesentlichen konstant bleibt, während Ionen durch den zweitenelektrischen Feldbereich laufen.
[49] Massenspektrometer nach Anspruch 47 oder 48, wobeidas zweite elektrische Feld bewirkt, daß wenigstens 10 %, 20 %, 30%, 40 %, 50 %, 60 %, 70 %, 80 %, 90 %, 95 % oder im wesentlichen100 % der durch den zweiten elektrischen Feldbereich laufenden Ionenmit im wesentlichen der gleichen kinetischen Energie aus dem zweitenelektrischen Feldbereich austreten.
[50] Massenspektrometer nach einem der Ansprüche 47,48 oder 49, wobei, währendIonen durch den zweiten elektrischen Feldbereich laufen, eine Potentialdifferenz über wenigstenseinem Abschnitt des zweiten elektrischen Feldbereichs aufrechterhaltenwird, die aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: (i) < 50 V, (ii) 50 – 100 V,(iii) 100 – 150V, (iv) 150 – 200V, (v) 200 – 250V, (vi) 250 – 300V, (vii) 300 – 350V, (viii) 350 – 400V, (ix) 400 – 450V, (x) 450 – 500V, (xi) 500 – 600V, (xii) 600 – 700V, (xiii) 700 – 800V, (xiv) 800 – 900V, (xv) 900 – 1000V, (xvi) 1 – 2kV, (xvii) 2 – 3kV, (xviii) 3 – 4kV, (xix) 4 – 5kV und (xx) > 5 kV.
[51] Massenspektrometer nach einem der Ansprüche 47 bis50, wobei die Längedes zweiten elektrischen Feldbereichs aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist:(i) < 1 mm, (ii)1 – 2mm, (iii) 2 – 3mm, (iv) 3 – 4mm, (v) 4 – 5mm, (vi) 5 – 6mm, (vii) 6 – 7mm, (viii) 7 – 8mm, (ix) 8 – 9mm, (x) 9 – 10mm und (xi) > 10 mm.
[52] Massenspektrometer nach Anspruch 47, wobei das zweiteelektrische Feld zeitlich geändertwird, währendIonen durch den zweiten elektrischen Feldbereich laufen.
[53] Massenspektrometer nach einem der vorstehenden Ansprüche, welchesweiter einen zweiten feldfreien Bereich aufweist, der stromaufwärts des erstenelektrischen Feldbereichs angeordnet ist.
[54] Massenspektrometer nach einem der Ansprüche 47 bis52, welches weiter einen zweiten feldfreien Bereich aufweist, derzwischen dem ersten elektrischen Feldbereich und dem zweiten elektrischenFeldbereich angeordnet ist.
[55] Massenspektrometer nach Anspruch 53 oder 54, wobeider zweite feldfreie Bereich durch eine oder mehrere rohrförmige Elektrodenund/oder eine oder mehrere Plattenelektroden gebildet ist.
[56] Massenspektrometer nach Anspruch 53, 54 oder 55,wobei wenigstens einige der durch den zweiten feldfreien Bereichlaufenden Ionen entsprechend ihrem Masse-Ladungs-Verhältnis räumlich und/oderzeitlich getrennt werden.
[57] Massenspektrometer nach einem der Ansprüche 53 bis56, wobei die Längedes zweiten feldfreien Bereichs aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist:(i) < 10 mm, (ii)10 – 20mm, (iii) 20 – 30mm, (iv) 30 – 40mm, (v) 40 – 50mm, (vi) 50 – 60mm, (vii) 60 – 70mm, (viii) 70 – 80mm, (ix) 80 – 90mm, (x) 90 – 100mm und (xi) > 100mm.
[58] Massenspektrometer nach einem der vorstehenden Ansprüche, welchesweiter eine stromaufwärtsdes Extraktions- oder Beschleunigungsbereichs angeordnete Längsbeschleunigungs-Gleichspannungslinseaufweist.
[59] Massenspektrometer nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobeider Extraktions- oder Beschleunigungsbereich eine aus der folgendenGruppe ausgewählteLänge aufweist:(i) < 1 mm, (ii)1 – 2 mm,(iii) 2 – 3mm, (iv) 3 – 4mm, (v) 4 – 5mm, (vi) 5 – 6mm, (vii) 6 – 7mm, (viii) 7 – 8mm, (ix) 8 – 9mm, (x) 9 – 10mm und (xi) > 10 mm.
[60] Massenspektrometer nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobeidie axiale Längedes Extraktions- oder Beschleunigungsbereichs einstellbar ist.
[61] Massenspektrometer nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobeider Extraktions- oder Beschleunigungsbereich eine Anzahl von Extraktions- oderBeschleunigungselektroden aufweist.
[62] Massenspektrometer nach Anspruch 61, wobei bei derVerwendung die effektive Längedes Extraktions- oder Beschleunigungsbereichs durch Ändern derAnzahl der zum Extrahieren oder Beschleunigen von Ionen verwendetenExtraktions- oder Beschleunigungselektroden eingestellt wird.
[63] Massenspektrometer nach einem der vorstehenden Ansprüche, welchesweiter eine einstellbare Öffnung,einen einstellbaren Verschluß odereinen einstellbaren Strahlunterbrecher aufweist, der zwischen einerin dem Extraktions- oder Beschleunigungsbereich angeordneten Extraktions-oder Beschleunigungselektrode und einem stromabwärts des Extraktions- oder Beschleunigungsbereichsangeordneten Drift- oder Flugbereich angeordnet ist, wobei in einemBetriebsmodus die einstellbare Öffnung,der einstellbare Verschluß oderder einstellbare Strahlunterbrecher wenigstens einige Ionen, die vonder Extraktions- oder Beschleunigungselektrode extrahiert oder beschleunigtworden sind, im wesentlichen daran hindert, in den Drift- oder Flugbereich weiterzulaufen,oder sie erheblich ausdünnt.
[64] Massenspektrometer nach Anspruch 63, wobei die Größe, dieFläche,der Durchmesser, die Länge,die Breite oder der Transmissionskoeffizient der Öffnung,des Verschlusses oder des Strahlunterbrechers einstellbar ist.
[65] Massenspektrometer nach Anspruch 63 oder 64, wobeiwenigstens einige Stammionen bei der Verwendung in einer Fragmentations-oder Kollisionszelle in Fragmentionen fragmentiert werden und wobeiFragmentionen und ihre entsprechenden Stammionen mit im wesentlichender gleichen Geschwindigkeit aus der Fragmentations- oder Kollisionszelleaustreten und die Extraktions- oder Beschleunigungselektrode imwesentlichen gleichzeitig erreichen.
[66] Massenspektrometer nach Anspruch 63, 64 oder 65,wobei in dem Betriebsmodus mehrere Stammionen mit unterschiedlichenMasse-Ladungs-Verhältnissenund ihre entsprechenden Fragmentionen gleichzeitig in den Drift-oder Flugbereich extrahiert oder beschleunigt werden und wobei dieeinstellbare Öffnung,der einstellbare Verschluß oder dereinstellbare Strahlunterbrecher wenigstens einige Stammionen undihre entsprechenden Fragmentionen im wesentlichen daran hindert,in den Drift- oder Flugbereich weiterzulaufen, oder sie erheblichausdünnt, während wenigstenseinige andere Stammionen und ihre entsprechenden Fragmentionen inerheblichem Maßein den Drift- oder Flugbereich eingelassen oder durchgelassen werden.
[67] Massenspektrometer nach einem der vorstehenden Ansprüche, welchesweiter eine aus der folgenden Gruppe ausgewählte Ionenquelle aufweist: (i)eine Elektrosprayionisations-Ionenquelle ("ESI-Ionenquelle"), (ii) eine Atmosphärendruck-Ionenquelle mit chemischerIonisation ("APCI-Ionenquelle"), (iii) eine Atmosphärendruck-Photoionisations-Ionenquelle("APPI-Ionenquelle"), (iv) einer Laserdesorptionsionisations-Ionenquelle("LDI-Ionenquelle"), (v) einer induktivgekoppelten Plasma-Ionenquelle ("ICP-Ionenquelle"), (vi) eine Elektronenstoß-Ionenquelle ("EI-Ionenquelle"), (vii) eine Ionenquellemit chemischer Ionisation ("CI-Ionenquelle"), (viii) eine Feldionisations-Ionenquelle ("FI-Ionenquelle"), (ix) eine Ionenquellemit schnellem Atombeschuß ("FAB-Ionenquelle"), (x) eine Flüssig-Sekundärionen-Massenspektrometrie-Ionenquelle("LSIMS-Ionenquelle"), (xi) eine Atmosphärendruckionisations-Ionenquelle ("API-Ionenquelle") und (xii) eineFelddesorptions-Ionenquelle("FD-Ionenquelle").
[68] Massenspektrometer nach einem der Ansprüche 1 bis66, welches weiter eine matrixunterstützte Laserdesorptionsionisations-Ionenquelle ("MALDI-Ionenquelle") aufweist.
[69] Massenspektrometer nach einem der Ansprüche 1 bis66, welches weiter eine Desorption/Ionisation-auf-Silicium-Ionenquelle ("DIOS-Ionenquelle") aufweist.
[70] Massenspektrometer nach einem der vorstehenden Ansprüche, welchesweiter eine kontinuierliche Ionenquelle aufweist.
[71] Massenspektrometer nach einem der Ansprüche 1 bis69, welches weiter eine gepulste Ionenquelle aufweist.
[72] Massenspektrometer nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobeider Flugzeit-Massenanalysator einen Querbeschleunigungs-Flugzeit-Massenanalysatoreinschließt.
[73] Massenspektrometer nach einem der Ansprüche 1 bis71, wobei der Flugzeit-Massenanalysator einen Längsbeschleunigungs-Flugzeit-Massenanalysatoreinschließt.
[74] Verfahren zur Massenspektrometrie mit den folgendenSchritten: Bereitstellen eines ersten elektrischen Feldbereichs, Bereitstelleneines Flugzeit-Massenanalysators mit einem Extraktions- oder Beschleunigungsbereich und Ändern einesersten elektrischen Felds, das an wenigstens einen Abschnitt desersten elektrischen Feldbereichs angelegt ist, so daß Ionenmit erheblich verschiedenen Masse-Ladungs-Verhältnissen, die durch den erstenelektrischen Feldbereich laufen, beschleunigt und/oder verzögert werden,so daß Ionen miterheblich verschiedenen Masse-Ladungs-Verhältnissen im wesentlichen gleichzeitigan dem Extraktions- oder Beschleunigungsbereich ankommen.
[75] Verfahren nach Anspruch 74, wobei sich der Betragdes ersten elektrischen Felds zeitlich ändert, während Ionen durch den erstenelektrischen Feldbereich laufen.
[76] Verfahren nach Anspruch 74, wobei der Betrag desersten elektrischen Felds mit der Zeit zunimmt.
[77] Verfahren nach Anspruch 74, wobei der Betrag desersten elektrischen Felds mit der Zeit abnimmt.
[78] Verfahren nach Anspruch 74, 75 oder 76, wobei sichder Betrag des ersten elektrischen Felds mit der Zeit im wesentlichensinusförmigoder kosinusförmig ändert.
[79] Massenspektrometer mit: einer Fragmentations-oder Kollisionszelle, einem Flugzeit-Massenanalysator mit einerExtraktions- oder Beschleunigungselektrode und einem Drift- oderFlugbereich, wobei die Extraktions- oder BeschleunigungselektrodeIonen bei der Verwendung in den Drift- oder Flugbereich extrahiertoder beschleunigt, und einer einstellbaren Öffnung, einem einstellbarenVerschluß odereinem einstellbaren Strahlunterbrecher, der zwischen der Extraktions-oder Beschleunigungselektrode und dem Drift- oder Flugbereich angeordnetist, wobei in einem Betriebsmodus die einstellbare Öffnung,der einstellbare Verschluß oder dereinstellbare Strahlunterbrecher wenigstens einige Ionen, die vonder Extraktions- oder Beschleunigungselektrode extrahiert oder beschleunigtworden sind, im wesentlichen daran hindert, in den Drift- oder Flugbereichweiterzulaufen, oder sie erheblich ausdünnt.
[80] Massenspektrometer nach Anspruch 79, wobei die Größe, dieFläche,der Durchmesser, die Länge,die Breite oder der Transmissionskoeffizient der Öffnung,des Verschlusses oder des Strahlunterbrechers einstellbar ist.
[81] Massenspektrometer nach Anspruch 79 oder 80, wobeiwenigstens einige Stammionen bei der Verwendung in einer Fragmentations-oder Kollisionszelle in Fragmentionen fragmentiert werden und wobeiFragmentionen und ihre entsprechenden Stammionen mit im wesentlichender gleichen Geschwindigkeit aus der Fragmentations- oder Kollisionszelleaustreten und die Extraktions- oder Beschleunigungselektrode imwesentlichen gleichzeitig erreichen.
[82] Massenspektrometer nach Anspruch 79, 80 oder 81,wobei in dem Betriebsmodus mehrere Stammionen mit unterschiedlichenMasse-Ladungs-Verhältnissenund ihre entsprechenden Fragmentionen gleichzeitig in den Drift-oder Flugbereich extrahiert oder beschleunigt werden und wobei dieeinstellbare Öffnung,der einstellbare Verschluß oderder einstellbare Strahlunterbrecher wenigstens einige Stammionenund ihre entsprechenden Fragmentionen im wesentlichen daran hindert,in den Drift- oder Flugbereich weiterzulaufen, oder sie erheblichausdünnt, während wenigstenseinige andere Stammionen und ihre entsprechenden Fragmentionen inerheblichem Maßein den Drift- oder Flugbereich eingelassen oder durchgelassen werden.
[83] Verfahren zur Massenspektrometrie mit den folgendenSchritten: Bereitstellen einer Fragmentations- oder Kollisionszelle,eines Flugzeit-Massenanalysators mit einer Extraktions- oder Beschleunigungselektrodeund einem Drift- oder Flugbereich und einer einstellbaren Öffnung,einem einstellbaren Verschluß odereinem einstellbaren Strahlunterbrecher, der zwischen der Extraktions-oder Beschleunigungselektrode und dem Drift- oder Flugbereich angeordnetist, Extrahieren oder Beschleunigen von Ionen in den Drift-oder Flugbereich und Verwenden der einstellbaren Öffnung,des einstellbaren Verschlusses oder des einstellbaren Strahlunterbrechers,um wenigstens einige Ionen, die von der Extraktions- oder Beschleunigungselektrodeextrahiert oder beschleunigt worden sind, im wesentlichen daranzu hindern, in den Drift- oder Flugbereich weiterzulaufen, odersie erheblich auszudünnen.

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公开号 | 公开日

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CA2460469C|2012-10-02|

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DE102004011691B4|2011-08-18|

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引用文献:

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