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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Tandem-Flugzeit-(TOF)-Massenspektrometer (TOF) zur Verwendung in der qualitativen und quantitativen Analyse von Spurenelementen.
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2. Beschreibung des Standes der Technik
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[Massenspektrometer]
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Ein Massenspektrometer ionisiert eine Probe in einer Ionenquelle, trennt die Ionen in einem Massenanalysator entsprechend deren Masse-zu-Ladungsverhältnis (m/z), und detektiert die getrennten Ionen mittels eines Detektors. Das Ergebnis wird in der Form eines Massenspektrums dargestellt, indem m/z-Werte in der horizontalen Achse aufgetragen werden, während die relative Intensität auf der vertikalen Achse aufgetragen wird. Dementsprechend werden m/z-Werte und relative Intensitäten der Bestandteile, die in der Probe vorhanden sind, erhalten.
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Qualitative und quantitative Information über die Probe kann daraus abgeleitet werden. Die Ionisierung, Massentrennung und Ionendetektion können durch verschiedene Verfahren ausgeführt werden. Die vorliegende Erfindung ist unter anderem am nächsten verwandt mit der Massentrennung. Massenspektrometer werden in Vierpol-Massenspektrometer (QMS), Ionenfallen-Massenspektrometer (ITMS), Massenspektrometer des Magnetsektortyps und Flugzeit-Massenspektrometer (TOF-MS), Fourier-Transformations-Zonenzyklotron-Massenspektrometer (FTICRMS) und so weiter je nach dem Prinzip der Massentrennung aufgeteilt.
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[MS/MS-Messungen und MS/MS-Instrumente]
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In einem Massenspektrometer werden die Ionen, die in einer Ionenquelle erzeugt werden, in einem Massenanalysator entsprechend den m/z-Werten getrennt und detektiert. Die Ergebnisse werden durch ein Massenspektrum dargestellt, in dem m/z-Werte und relative Intensitäten der Ionen dargestellt sind. Diese Art von Messung wird im Folgenden als MS-Messung bezeichnet im Gegensatz zu der MS/MS-Messung, die weiter unten beschrieben wird. In einer MS/MS-Messung werden bestimmte Ionen, die in der Ionenquelle erzeugt werden, (Vorläufer-Ionen) durch eine erste Stufe eines Massenspektrometers (im Folgenden abgekürzt MS1) ausgewählt und spontan gespaltet oder zur Spaltung veranlasst, und die erzeugten Ionen (Produktionen) werden in einer späteren Stufe des Massenspektrometers (im Folgenden abgekürzt MS2) massenanalysiert. Ein Instrument, welches zur Durchführung dieser Messung geeignet ist, wird als MS/MS-Instrument (1) bezeichnet.
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In einer MS/MS-Messung kann strukturelle Information über die Vorläufer-Ionen erhalten werden, weil die m/z-Werte der Vorläufer-Ionen, die m/z-Werte der erzeugten Ionen, die in den Spaltungswegen erzeugt worden sind, und Informationen über die jeweiligen relativen Intensitäten abgeleitet werden (2). Verschiedene Abwandlungen von MS/MS-Instrumenten existieren, die in der Lage sind, MS/MS-Messungen durchzuführen, und jede Abwandlung setzt sich zusammen aus irgendwelchen zwei der oben genannten Massenspektrometer. Weiter umfassen die Spaltungsverfahren kollisionsinduzierte Dissoziation (CID) unter Verwendung von Kollisionen mit Gas, Fotodissoziation und Elektroneinfangdissoziation. Zur vorliegenden Erfindung gehört ein MS/MS-Instrument mit zwei TOF-(Flugzeit-)Massenspektrometern, die in einer Tandem-Anordnung mit einer dazwischen liegenden Spaltungsvorrichtung angeordnet sind, die ein CID-Verfahren benutzt. Allgemein wird dies als TOF/TOF-Instrument bezeichnet.
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Die Spaltungsinformation, die von einem MS/MS-Instrument abgeleitet wird, welches ein CID-Verfahren benutzt, unterscheidet sich in Abhängigkeit von der Kollisionsenergie, d. h. entsprechend der Größe der kinetischen Energie der Ionen, die in die Kollisionszelle eindringen. Im Falle der bisher verfügbaren MS/MS-Instrumente wurde die kinetische Energie in zwei Arten klassifiziert, d. h. niedrige Kollisionsenergien in der Größenordnung von einigen zig eV (Niederenergie CID) und hohe Kollisionsenergien mit etlichen zig keV (Hochenergie CID), abhängig von dem Aufbau des Instruments. Dies ist in Tabelle 1 dargestellt. Tabelle 1
| MS1 | MS2 | Kollisionsenergie |
| QMS | QMS | niedrig |
| QMS | TOF-MS | niedrig |
| TOF-MS | TOF-MS | hoch |
| Magnetsektor MS | Magnetsektor MS | hoch |
| Magnetsektor MS | QMS | niedrig |
| Ionen-Falle MS | Ionen-Falle MS | niedrig |
| Ionen-Falle MS | TOF-MS | niedrig |
| FTICR-MS | FTICR-MS | niedrig |
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Hochenergie CID hat den Vorteil, dass bei der Aufspaltung eines Peptids mit zig Aminosäuren, die aneinander gekettet sind, Information über die Seitenketten erhalten werden kann. Es ist auf diese Weise möglich, beispielsweise Peptide, wie Leucin und Isoleucin, zu unterscheiden, die das gleiche Molekulargewicht aufweisen.
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[Flugzeit-Massenspektrometer (TOF-MS)]
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TOF-MS ist ein Massenspektrometer, in dem die Ionen beschleunigt werden, indem sie mit einer vorgegebenen Energiemenge beaufschlagt werden, um sie zum Fliegen zu veranlassen. Die Masse-zu-Ladungsverhältnisse der Ionen werden anhand der Zeiten ermittelt, die diese brauchen, um den Detektor zu erreichen. In der TOF-MS werden die Ionen durch eine vorgegebene pulsierende Spannung Va beschleunigt. Zu diesem Zeitpunkt kann die Geschwindigkeit v eines jeden Ions aufgrund des Satzes von der Energieerhaltung mit folgender Formel angegeben werden mv2/2 = qeVa (1) v = √2qeV/m (2) wobei m die Masse des Ions, q die Ladung des Ions und e die Elementarladung darstellt.
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Die Ionen kommen an einem Detektor an, der einen gegebenen Abstand L dahinter angeordnet ist, nach einer Flugzeit von T.
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Gleichung (3) gibt an, dass die Flugzeit T in Abhängigkeit von der Masse m des Ions variiert. Das Flugzeit-Massenspektrometer (TOF-MS) trennt die Massen unter Benutzung dieser Tatsache. Ein Beispiel eines linearen TOF-Massenspektrometers ist in 3 dargestellt. Weiter werden Reflektron-TOF-Massenspektrometer (reflectron wird zu deutsch häufig auch als Ionenspiegel bezeichnet) häufig verwendet, die eine Verbesserung der Energiekonvergenz und eine Verlängerung des Flugwegs erlauben, indem ein Reflektronfeld, also ein Ionenspiegelfeld, zwischen der Ionenquelle und dem Detektor angeordnet ist. Ein Beispiel für ein Reflektron-TOF-Massenspektrometer ist in 4 dargestellt.
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[Spiralbahn TOF-MS]
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Die Massenauflösung eines TOF-MS ist wie folgt definiert: Massenauflösung = T/2ΔT (4) wobei T die gesamte Flugzeit und ΔT die Spitzenbreite ist. Das heißt, die Massenauflösung kann verbessert werden, wenn die gesamte Flugzeit T vergrößert werden kann, während die Spitzenbreite ΔT konstant gehalten wird. Bei entsprechenden linearen und Reflektron-TOF-MS-Instrumenten des Standes der Technik führt eine Vergrößerung der Gesamtflugzeit T (das heißt, der gesamten Flugstrecke) direkt zu einer Vergrößerung der Ausmaße des Apparates. Ein Mehrfachumkehr-TOF-MS ist ein Apparat, der entwickelt worden ist, um die Vergrößerung der Abmaße des Instrumentes zu vermeiden und dennoch eine hohe Massenauflösung zu erzielen (siehe Nicht-Patentliteratur 1). Dieser Apparat verwendet vier torusförmige elektrische Felder, von denen jedes aus einer Kombination einer zylindrischen Elektrode und von Matsuda-Platten besteht. Die Gesamtflugzeit T kann verlängert werden, indem die Ionen gezwungen werden, mehrfache Umkehrungen durchzuführen in einer Flugbahn, die derjenigen einer 8 entspricht. In dieser Vorrichtung kann die räumliche und zeitliche Verteilung an der Detektoroberfläche erfolgreich bis auf die Terme erster Ordnung konvergiert werden, indem die Anfangsposition, der Anfangswinkel und die anfängliche kinetische Energie in geeigneter Weise eingestellt wird.
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TOF-MS-Geräte, in denen die Ionen mehrfach um eine geschlossene Bahn umlaufen, leiden jedoch an dem Problem des Überholens. Das bedeutet, dass die Ionen mehrfach um eine geschlossene Flugbahn umlaufen, wobei Ionen mit kleineren m/z mit höherer Geschwindigkeit laufen und Ionen mit größerer m/z überholen, die mit geringerer Geschwindigkeit laufen. Auf diese Weise ist das Grundkonzept von TOF-MS, dass Ionen an der Detektoroberfläche in der Reihenfolge die Leichtesten zuerst ankommen, nicht mehr anwendbar.
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Die Spiralbahn TOF-MS wurde entwickelt, um dieses Problem zu lösen. Die Spiralbahn TOF-MS ist dadurch gekennzeichnet, dass die Start- und Endpunkte einer geschlossenen Flugbahn in vertikaler Richtung von der geschlossenen Flugbahnebene verschoben werden. Um dies zu erreichen, wird in einem Verfahren der Ionenstrom von Anfang an schräg eingeschossen (Patentdokument 1). In einem anderen Verfahren werden die Start- und Endpunkte der geschlossenen Flugbahn in vertikaler Richtung mittels eines Deflektors verschoben (Patentdokument 2). In einer weiteren Methode finden laminare, torusförmige elektrische Felder Verwendung (Patentdokument 3).
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Ein anderes TOF-MS ist entwickelt worden, welches auf einem ähnlichen Konzept beruht, in dem aber die Flugbahn der mehrfach umkehrenden TOF-MS (Patentdokument 4), bei der der Überholvorgang stattfindet, Zick-Zack-Form aufweist (Patentdokument 5).
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[Tandem TOF-MS]
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Ein MS/MS-Instrument, in dem zwei TOF-Massenspektrometer als Tandem angeordnet sind, ist allgemein als Tandem TOF-Massenspektrometer (oder TOF/TOF-Instrument) bekannt. MS/MS-Instrumente werden meistens in Geräten verwendet, die eine MALDI-Ionenquelle benutzen. Viele im Stand der Technik bekannte Tandem TOF-Instrumente umfassen eine lineare TOF-MS und eine Reflektron-TOF-MS (5). Ein Ionengatter zur Selektion der Vorläuferinnen ist zwischen den beiden TOF-MS angeordnet. Der Brennpunkt des ersten TOF-MS ist in der Nähe des Ionengatters angeordnet.
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Es gibt jüngere Berichte, dass das erste TOF-MS nicht ein lineares TOF-MS, sondern ein Mehrfachumkehr-TOF-MS oder ein Spiralbahn TOF-MS ist. Als zweites TOF-MS wird meist ein Reflektron TOF-MS verwendet, weil es notwendig ist, die Fragmentionen zu analysieren, die eine sehr weite Verteilung der kinetischen Energien aufweisen.
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Beschreibung.
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LISTE DER DOKUMENTE DES STANDES DER TECHNIK:
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- [Nichtpatent-Dokument 1] M. Toyoda, D. Okumura, M. Ishihara und I. Katakuse, J. Mass Spectrom., 2003, 38, S. 1125–1142.
- [Patentdokument 1] JP-A-2000-243345
- [Patentdokument 2] JP-A-2003-86129
- [Patentdokument 3] JP-A-2006-12782
- [Patentdokument 4] GB 2080021
- [Patentdokument 5] WO 2005/001878 Pamphlet
- [Patentdokument 6] JP-A-2007-227042 .
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Im Falle eines Tandem TOF-MS mit einem Spiralbahn-TOF-MS und einem Reflektron TOF-MS als erstes und zweites Massenspektrometer ist die Flugbahnlänge, die erforderlich ist, um die Leistung zu erreichen (wie beispielsweise eine Massenauflösung von 50,000) für das erste MS (TOF-MS) im allgemeinen größer als die Flugbahnlänge, die erforderlich ist, um eine hinreichende Vorläuferionenselektivität (wie beispielsweise die Fähigkeit, Ionen mit m/z von 3,000 von Ionen mit m/z von 3,001) zu unterscheiden.
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Aus diesem Grunde ist es zur Sicherstellung der Leistungsfähigkeit des ersten MS erforderlich, dass das erste MS eine Flugbahnlänge aufweist, die unerwünscht groß ist für die Selektivität bezüglich der Vorläuferinnen. Die große Flugbahnlänge trägt zu Verbesserungen in der Massenauflösung und Massengenauigkeit des TOF-MS bei, aber die Ionen-Durchgängigkeit wird schlechter, insbesondere wenn die Ionen zu spontanem Zerfall neigen. Dies kann für die Tandem TOF-MS nachteilig sein, in denen die Ionenintensität zur Abnahme neigt aufgrund des Zerfalls in verschiedene Wege.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Im Hinblick auf das Vorbeschriebene ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Tandem-TOF-MS zur Verfügung zu stellen, dessen erstes MS ein TOF-MS mit einer Flugbahnlänge ist, welche normalerweise zu kurz wäre, um eine gewünschte Massenauflösung für die erste MS zu erreichen, aber trotzdem die gewünschte Massenauflösung in der ersten MS erzielt.
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Diese Aufgabe wird gelöst mittels eines Tandem-TOF(Flugzeit)-Massenspektrometers gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei das Spektrometer umfasst: Eine Ionenquelle zur Ionisierung einer Probe zur Erzeugung von Ionen; einem ersten TOF-Massenanalysator mit mehreren elektrischen Sektoren, der die Ionen aufnimmt, die durch eine Beschleunigungsspannung beschleunigt worden sind; ein erster Detektor zur Detektion von Ionen, die entsprechend ihres Masse/Ladungsverhältnisses von dem ersten TOF-Massenanalysator aufgeteilt worden sind; ein Ionengatter zur Extraktion von lediglich diesen Ionen mit einem gewünschten Massen/Ladungsverhältnis aus den Ionen, die entsprechend ihrer Masse/Ladungsverhältnisse von dem ersten TOF-Massenanalysator aufgeteilt worden sind; Ionenspaltungsvorrichtungen in die Vorläuferinnen, die durch das Ionengatter passiert sind, eingeleitet werden, um die Ionen zu spalten; ein zweiter TOF-Massenanalysator, der hinter der Ionenspaltungsvorrichtung angeordnet ist und die Massen der gespalteten Ionen analysiert; und ein zweiter Detektor zur Detektion von Ionen, die durch den zweiten TOF-Massenanalysator gelaufen sind. Das Tandem-TOF-Massenspektrometer umfasst weiterhin ein Reflektronfeld, welches an dem Ausgang des ersten TOF-Massenanalysators angeordnet ist, Ionenextraktionsvorrichtungen und Steuereinrichtungen. Das Reflektronfeld kann aktiviert und deaktiviert werden und reflektiert Ionen, die vorwärts in einer Flugbahn innerhalb des ersten TOF-Massenanalysators fliegen, und veranlasst diese Ionen, in der Flugbahn rückwärts zu fliegen. Die Ionenextraktionsvorrichtung veranlasst die Ionen, die rückwärts in den ersten TOF-Massenanalysator fliegen, nachdem sie von dem Reflektronfeld reflektiert worden sind, auf den ersten Detektor gerichtet zu werden, so dass sie durch diesen detektiert werden.
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Die Steuervorrichtung steuert die Ionenextraktionsvorrichtung in einer solchen Weise, dass das Reflektronfeld aktiviert wird, wenn ein Massenspektrum unter Verwendung des ersten TOF-Massenanalysators und des ersten Detektors gemessen wird, und dass Ionen, die vorwärts in den ersten TOF-Massenanalysator fliegen, unbehindert bleiben, während diejenigen Ionen, die rückwärts in den ersten TOF-Massenanalysator fliegen, nachdem sie von dem Reflektronfeld reflektiert worden sind, zu dem ersten Detektor gelenkt werden, um dort detektiert zu werden.
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In einer Ausführungsform der Erfindung ist das Reflektronfeld durch die Verwendung mehrerer Elektroden einschließlich einer Eingangselektrode und einer Ausgangselektrode gebildet. Wenn das Reflektronfeld aktiviert wird, wird ein elektrisches Feld des Reflektrons erzeugt, das dazu dient, Ionen, die von der Eingangselektrode her eintreten, zu veranlassen, rückwärts zu fliegen und aus der Eingangselektrode in umgekehrter Richtung auszutreten. Wenn das Reflektronfeld deaktiviert ist, werden alle Elektroden auf nahezu das gleiche Potential gelegt. Infolgedessen verlassen die Ionen, die von der Eingangselektrode her eintreten, das Feld intakt, ohne von den Elektroden beeinflusst worden zu sein, aus der Ausgangselektrode.
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In einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird das Reflektronfeld erzeugt, indem eine umgekehrte Potentialdifferenz größer als die Beschleunigungsspannung für die Ionen zwischen der Eingangselektrode und der Ausgangselektrode angelegt wird.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind sowohl die Eingangselektrode als auch die Ausgangselektrode als siebartige Elektroden oder als leitende Platte mit einem Ionendurchtrittsloch ausgebildet.
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In einer weiteren anderen Ausführungsform der Erfindung wird entweder die Eingangs- oder die Ausgangselektrode durch eine leitende Platte mit einem Ionendurchtrittsloch gebildet. Es sind weiterhin Vorrichtungen zur Unterdrückung des Spatterns vorgesehen, die dazu dienen, das Spattern von Ionen aufgrund von Störungen des elektrischen Feldes innerhalb des Reflektronfeldes zu unterdrücken, die durch die Ionendurchtrittsöffnung verursacht sind.
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Gemäß eines zusätzlichen Merkmals der Erfindung sind die Vorrichtungen zur Unterdrückung des Spatterns Linsenelektroden, die vor und hinter dem Ionendurchtrittsloch angeordnet sind.
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Gemäß noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist ein Ionenflugbahnkorrekturmechanismus vor oder hinter dem Reflektronfeld angeordnet.
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In noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist der Ionenflugbahnkorrekturmechanismus dergestalt ausgebildet, dass er Deflektor- oder Linsenelektroden umfasst.
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Gemäß einer weiteren zusätzlichen Ausführungsform der Erfindung ist die Ionenspaltungsvorrichtung eine Kollisionszelle zur Spaltung der Ionen durch kollisionsbedingte Spaltung.
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Die Erfindung sieht ebenso ein Tandem-TOF-Massenspektrometer vor, welches folgende Merkmale umfasst: Eine Ionenquelle zur Ionisierung einer Probe zur Erzeugung von Ionen; einen ersten TOF-Massenanalysator mit mehreren elektrischen Sektoren, der die Ionen aufnimmt, die durch eine Beschleunigungsspannung beschleunigt worden sind; einen ersten Detektor zur Detektion von Ionen, die entsprechend ihrem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis von dem ersten TOF-Massenanalysator aufgeteilt worden sind; ein Ionengatter zur Extraktion von Ionen mit ausschließlich einem bestimmten Masse-zu-Ladungs-Verhältnis aus den Ionen, die entsprechend ihrem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis von dem ersten TOF-Massenanalysator aufgeteilt worden sind; Ionenspaltungsvorrichtungen in die Vorläuferinnen durch das Ionengatter eingeführt werden, um diese Ionen zu spalten; ein zweiter TOF-Massenanalysator, der hinter der Ionenspaltungsvorrichtung angeordnet ist und die Massen der gespalteten Ionen analysiert; ein zweiter Detektor zur Detektion von Ionen, die durch den zweiten TOF-Massenanalysator gelaufen sind; und ein Reflektronfeld, welches an dem Ausgang des ersten TOF-Massenanalysators angeordnet ist. Das Reflektronfeld kann aktiviert und deaktiviert werden und reflektiert Ionen, die vorwärts in einer Flugbahn innerhalb des ersten TOF-Massenanalysators fliegen und veranlasst diese Ionen, in der Flugbahn rückwärts zu fliegen. Das Tandem-TOF-Massenspektrometer hat einen ersten Analysenmodus und einen zweiten Analysenmodus. In dem ersten Modus wird das Reflektronfeld aktiviert, um die Ionen zu reflektieren und sie so zu veranlassen, rückwärts in dem ersten TOF-Massenanalysator zu laufen. In dem zweiten Modus ist das Reflektronfeld deaktiviert, um den Ionen zu erlauben, auf die Ionenspaltungsvorrichtung zuzulaufen, ohne durch das Reflektronfeld reflektiert zu werden.
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Ein Tandem-TOF-Massenspektrometer gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst: Eine Ionenquelle zur Ionisierung einer Probe zur Erzeugung von Ionen; einen ersten TOF-Massenanalysator mit mehreren elektrischen Sektoren, der zur Aufnahme der Ionen dient, die von einer Beschleunigungsspannung beschleunigt worden sind; einen ersten Detektor zur Detektion von Ionen, die entsprechend ihres Masse-zu-Ladungs-Verhältnisses durch den ersten TOF-Massenanalysator aufgeteilt worden sind; ein Ionengatter zur Extraktion lediglich derjenigen Ionen mit einem gewünschten Masse-zu-Ladungs-Verhältnis von den Ionen, die durch den ersten TOF-Massenanalysator entsprechend ihres Masse-zu-Ladungs-Verhältnisses aufgeteilt worden sind; Ionenspaltungsvorrichtungen, in die die Vorläuferinnen durch das Ionengatter hindurch eingeführt werden, um die Ionen zu spalten; einen zweiten TOF-Massenanalysator, der hinter der Ionenspaltungsvorrichtung angeordnet ist und die Massen der gespalteten Ionen analysiert; und einen zweiten Detektor zur Detektion von Ionen, die durch den zweiten TOF-Massenanalysator gegangen sind. Das Tandem-TOF-Massenspektrometer umfasst weiterhin ein Reflektronfeld, welches an dem Ausgang des ersten TOF-Massenanalysators angeordnet ist, eine Ionenextraktionsvorrichtung und Steuereinrichtungen. Das Reflektronfeld kann aktiviert und deaktiviert werden und reflektiert Ionen, die vorwärts in einer Flugbahn innerhalb des ersten TOF-Massenanalysators fliegen und veranlasst diese Ionen, rückwärts auf der Flugbahn zu fliegen. Die Ionenextraktionsvorrichtung veranlasst die Ionen, die in dem ersten TOF-Massenanalysator rückwärts fliegen, nachdem sie durch das Reflektronfeld reflektiert worden sind, dazu, dass sie an den ersten Detektor geführt werden, um dort detektiert zu werden. Die Steuervorrichtung steuert die Ionenextraktionsvorrichtung dergestalt, dass, wenn ein Massenspektrum unter Verwendung des ersten TOF-Massenanalysators und des ersten Detektors gemessen wird, das Reflektronfeld aktiviert ist und dass Ionen, die vorwärts in dem ersten TOF-Massenanalysator fliegen, unbehindert bleiben, während Ionen, die in dem ersten TOF-Massenanalysator rückwärts fliegen, nachdem sie durch das Reflektronfeld reflektiert worden sind, auf den ersten Detektor gerichtet werden, um dort detektiert zu werden. Dementsprechend kann ein TOF-Massenspektrometer angeboten werden, welches eine gewünschte Massenauflösung leisten kann, bei Verwendung eines TOF-Massenanalysators mit einer Flugdistanz kürzer als die Flugdistanz, die normalerweise die gewünschte Massenauflösung bei dem ersten Massenanalysator bewirken würde.
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Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden im Laufe der folgenden Beschreibung offenbar werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt ein Blockdiagramm eines MS/MS-Instruments gemäß dem Stand der Technik;
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2 ist ein Diagramm, welches die MS/MS-Messung gemäß dem Stand der Technik erläutert;
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3 erläutert ein lineares TOF-Massenspektrometer gemäß dem Stand der Technik;
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4 erläutert ein Reflektron-TOF-Massensprektrometer gemäß dem Stand der Technik;
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5 zeigt ein Blockdiagramm eines Tandem-TOF-Massenspektrometers gemäß dem Stand der Technik;
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6 ist eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Tandem-TOF-Massenspektrometers; und
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7 erläutert eine einfache Ausführungsform eines ersten Reflektronfeldes.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind im Folgenden mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. In der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform findet ein Spiralflugbahn-TOF-Massenspektrometer mit vier elektrischen Sektoren Verwendung als erster TOF-Massenanalysator als ein Beispiel Verwendung. Gleichermaßen könnte ein Vielfachwendetyp mit einer Sägezahnflugbahn als erster TOF-Massenanalysator verwendet werden.
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6 erläutert eine Ausführungsform der Erfindung. 6a (oberer Teil) ist ein Schaltbild des Instruments, wie es entlang der Z-Richtung gesehen wird. 6b (unterer Abschnitt) ist ein Diagramm, das in der Y-Richtung von 6a aufgenommen ist (diese ist durch den breiten Pfeil in 6a angegeben). Das erläuterte Instrument umfasst eine Ionenquelle 1, elektrische Sektoren 2–5, die in mehreren Lagen in der Z-Richtung aufgestapelt sind, um eine 8-förmige Spiralflugbahn zu bilden, ein Ionengatter 6 zur Auswahl von Vorläuferionen, ein erstes Reflektronfeld 7 zur Reflektion der Ionen, einen Deflektor 8 zur Deflektion der Ionen von der Spiralflugbahn in einen ersten Detektor 9, der die Ionen detektiert, die aus der Spiralflugbahn abgelenkt worden sind, eine Kollisionszelle 10 zur Spaltung von Ionen durch kollisionsbegründete Dissoziation, ein zweites Reflektronfeld 11 zur Massenauftrennung der gespalteten Ionen, und einen zweiten Detektor 12 zur Detektion der Ionen, die hinsichtlich ihrer Masse aufgetrennt worden sind, durch das Reflektronfeld 11. Ein Ionenabbremsbereich kann in einer Stufe vor der Kollisionszelle 10 angeordnet sein. In dem Beispiel der 6 ist das Ionengatter innerhalb der Spiralflugbahn angeordnet. Alternativ kann das Gatter auch hinter der Spiralflugbahn angeordnet sein.
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Das erste Reflektronfeld, welches das wichtigste Merkmal der vorliegenden Ausführungsform ist, wird als erstes beschrieben. Das erste Reflektronfeld 7 wird unter Verwendung von zwei oder mehr Elektroden gebildet. 7 zeigt ein einfaches Beispiel mit einer Eingangs- und einer Ausgangselektrode. Wenn dieses Reflektronfeld aktiviert ist, werden die Ionen reflektiert, während im Falle der Deaktivierung des Feldes die Ionen hindurch treten können.
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Das heißt, wenn die Ionen durch das Reflektronfeld 7 reflektiert werden (wenn das Feld aktiviert ist), wird eine umgekehrte Potentialdifferenz größer als die Beschleunigungsspannung für die Ionen zwischen der Eingangs- und der Ausgangselektrode angelegt. Wenn die Ionen andererseits hindurch treten können (wenn das Feld deaktiviert ist) haben Eingangs- und Ausgangselektrode gleiches Potential. Sowohl die Eingangselektrode als auch die Ausgangselektrode können aus einer siebartigen Elektrode oder einer leitenden Platte mit einem Ionendurchtrittsloch bestehen.
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In dem zweiten Fall ist es jedoch notwendig, die Streuung der Ionen aufgrund der Störungen des elektrischen Feldes innerhalb des Reflektronfeldes durch das Ionendurchtrittsloch zu unterdrücken. Zu diesem Zweck können Linsenelektroden vor und hinter dem Ionendurchtrittsloch angeordnet sein. Weiter kann eine Ionenflugbahnkorrekturvorrichtung, wie beispielsweise ein Deflektor oder Linsenelektroden, vor der Eingangselektrode und/oder hinter der Ausgangselektrode angeordnet sein.
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Die Arbeitsweise der vorliegenden Ausführungsform ist im Folgenden beschrieben
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Zuerst werden Probenbestandteile in der Ionenquelle ionisiert und beschleunigt und in die Spiralflugbahn TOF-MS (den ersten TOF-Massenanalysator) geführt.
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Wenn ein Massenspektrum durch den ersten TOF-Massenanalysator gemessen wird, ist das erste Reflektronfeld 7 aktiviert. Auf diese Weise können die Ionen durch die aufeinander folgenden Lagen der elektrischen Sektoren 2–5 (Pfad wird durch die durchgezogenen Linien in 6 angegeben) laufen und werden dann durch das erste Reflektronfeld 7 reflektiert und fliegen in die Gegenrichtung (Pfad angegeben durch die unterbrochenen Linien in 6).
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Wenn die Ionen einen ersten Durchlauf ausführen, ist der Deflektor 8 deaktiviert. Der Deflektor 8 wird aktiviert, bevor die Ionen nach der Reise rückwärts durch die Spiralflugbahn zurückkehren. Infolgedessen werden die Ionen aus der Spiralflugbahn abgelenkt und auf dem ersten Detektor 9 detektiert. Auf diese Weise können die Ionen als Massenspektrum beobachtet werden. Nachdem der Deflektor aktiviert worden ist, können die Ionen nicht zu den elektrischen Sektoren fliegen und so werden nur diejenigen Ionen gemessen, die durch den Deflektor 8 während eines Zeitraums hindurch getreten sind, der mit der Deaktivierung des Deflektors beginnt und mit dessen Aktivierung endet.
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Sofern Vorläuferinnen durch den ersten TOF-Massenanalysator selektiert werden und gespaltete Ionen durch den zweiten TOF-Massenanalysator gemessen werden, ist das erste Reflektronfeld 7 deaktiviert. Dementsprechend werden aus Ionen, die sequentiell durch die Lagen der elektrischen Sektoren 2–5 laufen (Pfade angegeben durch die durchgezogene Linie in 6), Vorläuferionen an dem Ionengatter 6 ausgewählt (Pfad angegeben durch die strichpunktierte Linie in 6).
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Die ausgewählten Vorläuferinnen laufen durch das erste Reflektronfeld 7, ohne reflektiert zu werden, und erzeugen Ionenbruchstücke in der Kollisionszelle 10. Sodann werden die Massen in dem zweiten TOF-Massenanalysator mit dem zweiten Reflektronfeld 11 aufgeteilt. Die Ionen werden als Massenspektrum an dem zweiten Detektor 12 beobachtet (Pfad angegeben durch die strichpunktierte Linie in 6).
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Die vorliegende Erfindung kann vielfältige Anwendung bei Messungen unter Verwendung eines Tandem-TOF-Massenspektrometers finden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2000-243345 A [0017]
- JP 2003-86129 A [0017]
- JP 2006-12782 A [0017]
- GB 2080021 [0017]
- WO 2005/001878 [0017]
- JP 2007-227042 A [0017]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- M. Toyoda, D. Okumura, M. Ishihara und I. Katakuse, J. Mass Spectrom., 2003, 38, S. 1125–1142 [0017]
