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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Ionenfalle mit einer Ringelektrode
und zwei Endkappenelektroden, welche Ionen zur Speicherung, Selektion, Fragmentierung
und zum Ausstoß,
insbesondere für ein
Ionenfallen-Massenspektrometer, manipuliert.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Eine
Ionenfalle für
ein Ionenfallen-Massenspektrometer mit einem zentralen Bereich und
zwei Endbereichen, wobei jeder Bereich zwei Paare von gegenüberliegenden
Elektroden enthält,
ist aus der
US-5.420.425 bekannt.
Die Kombination der Bereiche der bekannten Ionenfalle bildet eine
verlängerte und
vergrößerte Fallenkammer
zum Fangen von Ionen in einem vergrößerten Raumvolumen.
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Die
Innenflächen
der Ringelektrode und der Endkappenelektroden eines Ionenfallen-Massenspektrometers
sind als Hyperboloide ausgebildet mit einer hyperbolischen Seitenfläche in ihrem
zentralen Querschnitt. Wenn eine geeignete Spannung an diese Elektroden
angelegt wird, wird ein elektrisches Feld in dem Raum erzeugt, der
von diesen Elektroden umgeben wird, welcher den Analysenraum des Massenspektrometers
darstellt. Das elektrische Feld ϕ(r,z) wird idealerweise
durch das folgende elektrische Quadrupolfeld ausgedrückt: ϕ(r,z) ∝ r2 – 2·z2 (1)worin
r und z die Koordinaten des zylindrischen Koordinatensystems sind,
wobei r den Abstand von der zentralen Achse der Ionenfalle zur Ringelektrode
und z den Abstand von der Mitte der Ionenfalle zu einer Endkappenelektrode
angeben.
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Wenn
eine RF(Radiofrequenz)-Spannung V der Frequenz Ω an die Ringelektrode angelegt
wird, die mit einer DC(Gleichstrom)-Spannung U überlagert ist, werden Ionen
in dem Analysenraum des darin erzeugten elektrischen Quatrupolfeldes
gefangen. Der Ionenfallenzustand wird durch verschiedene Parameter,
einschließlich
der RF-Spannung V, der Frequenz Ω,
der DC-Spannung U und der Abmessungen der Vorrichtung (der Radius
r0 der Ringelektrode und die halbe Distanz
z0 zwischen den Endkappenelektroden), bestimmt.
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Der
Ionenfallenzustand wird beispielsweise durch die qz-az-Ebene, wie in dem Stabilitätsdiagramm
von 14 gezeigt, dargestellt. Die Bewegungsgleichung
für ein
Ion mit einer Masse m und einer elektrischen Ladung e wird durch
die allgemeine Mathieu-Gleichung wiedergegeben: d2u/dξ2 +
(au – 2·qu·cos(2·ξ))·u = 0 (2),wobei u = x, y, z (3), ξ = Ω·t/2 (4), az = –2·ax = –2·ay = –8·e·U/(m·r0 2·Ω2) (5),und qz = –2·qx = –2·qy = 4·e·V/(m·r0 2·Ω2) (6).
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Die
Parameter az und qz werden
durch das Massen-Ladungsverhältnis m/e
des Ions bestimmt. Wenn ein Satz Parameter (az,
qz) innerhalb des Stabilitätsbereichs,
wie in 14 dargestellt, liegt, oszilliert
ein Ion mit entsprechendem m/e bei mit einer bestimmten Frequenz,
welche als Säkularfrequenz
bezeichnet wird, und wird in dem Analysenraum gefangen. Der Parameter β in 14 ist
ein Wert, der von dem Parameter q abhängig ist.
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In
einem Ionenfallen-Massenspektrometer wird ein Massenspektrum durch
ein Verfahren erhalten, welches den massen-selektiven Instabilitäts-Scanmodus
verwendet, bei dem Ionen durch ein oder mehrere Löcher, die
im Zentrum einer Endkappenelektrode ausgebildet sind, ausgestoßen und
detektiert werden, während
die RF-Spannung V kontinuierlich erhöht wird. Wenn die RF-Spannung
allein an die Elektroden angelegt wird, ist az Null
(az = 0), während qz einen
bestimmten Wert in Abhängigkeit von
dem m/e-Verhältnis
des Ions besitzt. Wenn die RF-Spannung
erhöht
wird, steigt qz entsprechend an. Wenn ein
Satz an Parametern (az, qz)
die Grenze des Stabilitätsbereichs
erreicht (az = 0, qz 0,908),
wird die Oszillation der Ionen entlang der z-Richtung unstabil, und
es werden Ionen durch das Loch oder die Löcher der Endkappenelektrode
ausgestoßen.
Dies bedeutet, dass die RF-Spannung, bei der Ionen ausgestoßen werden,
proportional zu dem m/e-Verhältnis
ist, und ein Massenspektrum erhalten wird, welches die RF-Spannung
V als ein Parameter für
das m/e-Verhältnis
abtastet.
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Ein
weiteres Verfahren zum Erhalt eines Massenspektrums in einem Ionenfallen-Massenspektrometer
ist der Resonanz-Ausstoßmodus,
bei dem, ähnlich
wie bei dem zuvor beschriebenen Verfahren, ein Massenspektrum erhalten
wird, während die
RF-Spannung kontinuierlich erhöht
wird. Eine Hilfs-AC(Wechselstrom)-Spannung wird zwischen den Endkappenelektroden
angelegt. Wenn die Frequenz der Hilfs-AC-Spannung mit der Säkularfrequenz der Ionen übereinstimmt,
ruft die AC-Spannung eine Resonanz-Oszillation der Ionen hervor und
stößt sie aus
dem Analysenraum aus. Somit wird ein Massenspektrum durch den Ausstoß von Ionen bei
der Frequenz der Hilfs-AC-Spannung erhalten, da die Säkularfrequenz
der Ionen durch die Parameter az und qz bestimmt wird und nachfolgend mit der Frequenz
bei ansteigender RF-Spannung übereinstimmt.
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Da
die Elektroden eines üblichen
Ionenfallen-Massenspektrometers
begrenzte Ausmaße
haben müssen,
sollte die theoretisch unbegrenzte hyperbolische Fläche bei
einem begrenzten Ausmaß beendet
werden. Dies verursacht eine Abweichung des aktuellen elektrischen
Feldes von einem reinen elektrischen Quadrupolfeld, wie es in der
Theorie verwendet wird, und verschlechtert die Leistung des Massenspektrometers.
Die Richtung der Abweichung in dem peripheren Bereich des Analysenraums
tendiert zu einem schwächeren
e lektrischen Feld als ein reines elektrisches Quadrupolfeld. Wenn das
elektrische Feld in dem Analysenraum durch Multipolausdehnung gekennzeichnet
ist, sind die Vorzeichen der Quadrupolkomponente und der Summe der
anderen Multipolkomponenten (beispielsweise Hexapol und Octopol)
entgegengesetzt.
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Diese
Abweichung reduziert die Kraft, die auf die Ionen wirkt, wenn die
Oszillation in z-Richtung unstabil wird und die Amplitude der Oszillation
ansteigt, um etwa qz ≈ 0,908 in dem massen-selektiven
Instabilitäts-Scanmodus,
im Vergleich zu dem Fall, wenn ein reines elektrisches Quadrupolfeld
verwendet wird. Die Reduktion der Kraft wird als Reduktion der effektiven
RF-Spannung von qz angesehen, und das Ion
wird zurück
in den Stabilitätsbereich
gezogen. Dies erfordert einen weiten Anstieg der RF-Spannung, um
die Ionen auszustoßen,
was zu einer Verschlechterung der Leistung, wie Massenauflösung, führt. Ein ähnliches
Problem wird bei dem Resonanzausstoßmodus beobachtet.
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Die
Abweichung von einem reinen Quadrupolfeld, die durch die Verkürzung der
Elektroden eingeführt
wird, kann gemildert werden, indem die Position der Verkürzung ausgedehnt
wird; die Abweichung des elektrischen Feldes besitzt jedoch immer noch
ein entgegengesetztes Vorzeichen zu einem reinen elektrischen Quadrupolfeld.
Das zuvor erwähnte
Problem, die Verschlechterung der Leistung, kann durch diese Mittel
nicht gelöst
werden.
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Aus
R. E. March, J. F. I. Todel, „Practical Aspects
of Ion Trap Mass Spectrometry Volume I", CRC Press, 1995, Seite 68, sind zwei
Verfahren bekannt, die üblicherweise
zur Lösung
des Problems verwendet werden. Ein Verfahren verwendet einen ausgedehnten
Geometriemodus der Elektroden, in dem die Endkappenelektroden weiter
voneinander entfernt werden, als die theoretisch bestimmten Positionen,
wie in 15 dargestellt. Bei dem anderen,
in 16 dargestellten Verfahren werden die Flächen der
Ringelektrode und der Endkappenelektroden von der theoretisch erforderlichen
Position abgelenkt, so dass die Asymptoten leicht abgeschrägt sind.
Die durchgezogenen Linien zeigen die theoretischen Positionen der
Asymptoten und die gepunkteten Linien ihre Modifikationen in den 15 und 16.
Die zwei Verfahren korrigieren die Abweichungen des elektrischen
Feldes durch ein Überlagern
elektrischer Felder gleicher Polarität, wie das elektrische Quadrupolfeld,
im gesamten Analysenraum.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Wie
bereits beschrieben, sind ein oder mehrere kleine Löcher in
der Mitte der Endkappenelektroden ausgebildet, um Ionen in den Analysenraum
einzuführen
oder Proben und Elektronen einzuführen, um Ionen innerhalb des
Analysenraums zu erzeugen oder Ionen aus dem Analysenraum auszustoßen. Das
elektrische Potential um die Löcher
besitzt eine kleinere Krümmung
aufgrund des feldfreien Raums außerhalb des Analysenraums,
und eine Abweichung des Feldes mit entgegengesetztem Vorzeichen
wird eingeführt,
was zu einer Verschlechterung der Leistung des Massenspektrometers,
wie der Auflösung,
führt.
Während
die Abweichung, die durch Verkürzung
bei einer bestimmten Elektrodengröße eingeführt wird, den gesamten Analysenraum
betrifft, ist die Abweichung, die durch die Löcher in den Endkappenelektroden
verursacht wird, lokal in der Umgebung der Löcher, so dass konventionelle
Verfahren, wie oben beschrieben, bei der Korrektur der entsprechenden
Abweichung nutzlos werden.
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Die
vorliegende Erfindung stellt zur Lösung des Problems ein Ionenfallen-Massenspektrometer zur
Verfügung,
in dem die lokale Abweichung des elektrischen Feldes, welche durch
die Löcher
in den Endkappenelektroden verursacht wird, genau reguliert wird,
wobei die Auflösung
verbessert und die Ionenfallenleistung verstärkt werden.
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Die
vorliegende Erfindung stellt somit eine Ionenfalle zur Verfü gung, bei
der die Endkappenelektrode ein Loch oder Löcher in ihrer Mitte aufweist,
wobei die lokale Abweichung des elektrischen Feldes, die um die
Löcher
auftritt, durch eine hyperbolische Fläche mit einer Ausbauchung,
entweder lokal um jedes Loch herum oder über die gesamte Innenfläche der
Endkappenelektrode und alle Löcher
bedeckend, reguliert wird.
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Die
vorliegende Erfindung stellt somit eine Ionenfalle zur Verfügung, welche
eine Ringelektrode und zwei Endkappenelektroden aufweist, wobei
jede der Endkappenelektroden wenigstens ein Loch etwa in ihrer Mitte
aufweist, und eine Fläche
jeder der Endkappenelektroden eine Ausbauchung aufweist, die um
wenigstens eines der Löcher
ausgebildet ist. Die Ausbauchung ist beispielsweise eine lokale
Erhöhung
oder ein Vorsprung, welcher um das Loch auf der Innenfläche der
Endkappenelektrode ausgebildet ist, wobei die lokale Abweichung
des elektrischen Feldes um das Loch reguliert wird.
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In
der Ionenfalle wird das elektrische Feld in dem zentralen Bereich
des Analysenraums präzise um
einen kleinen Betrag korrigiert, um ein reines quadratisches Feld
zu liefern, da das elektrische Feld in diesem Bereich hauptsächlich durch
die Gesamtkonfiguration der Elektroden beeinflusst wird. Die Korrektur
des elektrischen Feldes um das Loch ist andererseits effektiver
als das konventionelle Verfahren, da die Fläche der Elektrode aufgrund
der Ausbauchung in dem Bereich des Analysenraums enger ist. Somit
wird in der erfindungsgemäßen Ionenfalle
ein gewünschtes
elektrisches Feld in dem gesamten Analysenraum erzeugt, ohne eine
unerwünschte Änderung
des elektrischen Feldes in dem zentralen Bereich des Analysenraums
zu verursachen. Die Auflösung
des Massenspektrometers wird verbessert, da ein werthohes elektrisches
Multipolfeld mit der gleichen Polarität wie das der elektrischen
Quadrupolfeld-Komponente um das Loch erzeugt wird.
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In
einer weiteren Modifikation der Ionenfalle weist jede der End kappenelektroden
mehrere Löcher etwa
in ihrer Mitte auf, und eine Ausbauchung ist um jedes der Löcher an
der hyperbolischen Fläche
jeder der Endkappenelektroden ausgebildet. Das Ausmaß, in dem
das elektrische Feld reguliert wird, kann durch Änderung der Höhe der Erhöhung oder
des Vorsprungs eingestellt werden.
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In
einer Modifikation der Ionenfalle ist die Ausbauchung ein Teil eines
Kegels, dessen Seitenfläche
die hyperbolische Fläche
der Endkappenelektrode tangential berührt. Das Ausmaß, in dem
das elektrische Feld reguliert wird, kann durch Änderung der radialen Position,
bei der der Kegel die Fläche der
Endkappenelektrode berührt,
eingestellt werden.
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In
einer weiteren Modifikation der erfindungsgemäßen Ionenfalle ist die Ausbauchung
ein Teil eines Kegels, dessen Seitenfläche die hyperbolische Fläche der
Endkappenelektrode unter einem Winkel berührt. Das Ausmaß, in dem
das elektrische Feld reguliert wird, kann durch Änderung der Höhe des Kegels
eingestellt werden.
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In
einer weiteren Modifikation der Ionenfalle ist die Ausbauchung ein
zylindrischer Vorsprung. Das Ausmaß, in dem das elektrische Feld
reguliert wird, kann durch Änderung
der Höhe
des zylindrischen Vorsprungs eingestellt werden.
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Die
vorliegende Erfindung stellt außerdem eine
Ionenfalle zur Verfügung,
welche eine Ringelektrode und zwei Endkappenelektroden mit einer
Anzahl von Löchern
etwa in ihrer Mitte aufweist, wobei eine Fläche jeder der Endkappenelektroden
eine Ausbauchung aufweist, die alle diese zentralen Löcher bedeckt.
Das Ausmaß,
in dem das elektrische Feld reguliert wird, kann durch Änderung
der Höhe der
Erhöhung
oder des Vorsprungs eingestellt werden.
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Außerdem kann
in der Ionenfalle die Ausbauchung ein Vorsprung sein, der die Form
einer Seitenfläche
hat, die durch eine Kurve wiedergegeben wird, die sich mit steigendem
Abstand von dem zentralen Loch schnell an eine hyperbolische Fläche einer
Endkappenelektrode annähert.
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Durch
die erfindungsgemäße Ionenfalle
wird nicht nur die lokale Abweichung des elektrischen Feldes um
das Loch korrigiert, sondern ebenso die Leistung des Massenspektrometers
(z. B. die Auflösung, die
Ionenfallenleistung usw.) verbessert, aufgrund einer Überlagerung
der werthohen elektrischen Multipolfeld-Komponenten, welche die
gleiche Polarität wie
die elektrische Quadrupolfeld-Komponente aufweisen.
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Selbstverständlich kann
jedes der zentralen Löcher
mit einer Ausbauchung verbunden sein.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden mit Bezug auf die angefügten Zeichnungen
näher erläutert, wobei:
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1 eine
schematische Darstellung eines Masenspektrometers mit einer erfindungsgemäßen Ionenfalle
zeigt;
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2 den
zentralen Querschnitt einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ionenfalle darstellt,
und 3 eine perspektivische Ansicht einer in der obigen
Ionenfalle verwendeten Endkappenelektrode zeigt;
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4 den
zentralen Querschnitt einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ionenfalle
darstellt, und 5 eine perspektivische Ansicht einer
in der obigen Ionenfalle verwendeten Endkappenelektrode zeigt;
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6 den
zentralen Querschnitt einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ionenfalle darstellt,
und 7 eine perspektivische Ansicht einer in der obigen
Ionenfalle verwendeten Endkappenelektrode zeigt;
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8 den
zentralen Querschnitt einer vierten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ionenfalle
darstellt, 9 eine perspektivische Ansicht
einer in der obigen Ionenfalle verwendeten Endkappenelektrode zeigt,
und 10 eine Aufsicht auf die obige Endkappenelektrode
zeigt;
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11 den
zentralen Querschnitt einer fünften
Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Ionenfalle
darstellt, 12 eine perspektivische Ansicht
einer in der obigen Ionenfalle verwendeten Endkappenelektrode zeigt,
und 13 eine Aufsicht auf die obige Endkappenelektrode
zeigt;
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14 ein
Stabilitätsdiagramm
für die
Ionenfalle, dargestellt in der qz-az-Ebene, zeigt;
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15 ein
Diagramm zur Erklärung
eines konventionellen Verfahrens zur Korrektur einer Abweichung
in einem elektrischen Feld darstellt; und
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16 ein
Diagramm zur Erklärung
eines weiteren konventionellen Verfahrens zur Korrektur einer Abweichung
in einem elektrischen Feld darstellt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRNGSFORM
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Ein
erfindungsgemäßes Ionenfallen-Massenspektrometer
ist in 1 dargestellt, wobei das Ionenfallen-Massenspektrometer 1 eine
Ionenfalle 2, einen Elektronengenerator 3, einen
Ionendetektor 4 und eine Steuervorrichtung 5 enthält. Die
Ionenfalle 2 wird zu Erzeugung, Speicherung, Selektion,
Fragmentierung und zum Ausstoß von
Ionen verwendet und besteht aus einer Ringelektrode 23 und
einem Paar Endkappenelektroden 21 und 22. Die
Ringelektrode 23 ist mit einem RF-Generator 24 verbunden, welcher
normalerweise eine RF-Spannung V·cos(Ω·t) von etwa 1 MHz Frequenz
an die Ringelektrode 23 anlegt, während die Spannung der zwei Endkappenelektroden 21 und 22 bei Null
gehalten wird.
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Die
drei Elektroden 21, 22 und 23 definieren den
Analysenraum 25, wo die RF-Spannung das elektrische Quadrupolfeld
erzeugt und das elektrische Quadrupolfeld Ionen innerhalb des Analysenraums
fängt.
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Wenn
Spannungen entgegengesetzter Polaritäten an die zwei Endkappenelektroden 21 und 22 angelegt
werden, wird ein elektrisches Dipolfeld zur Erregung und/oder zum
Austausch von Ionen in dem Analysenraum 25 erzeugt. Verstärker 26 und 27 sind mit
den Endkappenelektroden 21 und 22 verbunden, um
elektrischen RF-Strom der gleichen Phase durch ihre geringe Output-Impedanz
zu absorbieren. Die Verstärker 26 und 27 liefern
ebenso Spannungen entgegengesetzter Polarität, die durch einen Wellengenerator 28 erzeugt
werden.
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Der
Elektronengenerator 3 ist gerade außerhalb einer Endkappenelektrode 21 platziert,
um Elektronen in den Analysenraum 25 durch ein Loch (oder Löcher) 31 in
der Endkappenelektrode 21 zur Erzeugung von Ionen einzuführen. Es
ist möglich,
anstelle eines Elektronengenerators 3 einen Ionengenerator an
der gleichen Stelle zu verwenden, wobei Ionen von außen in den
Analysenraum 25 eingeführt
werden.
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Ein
Ionendetektor 41 ist gerade außerhalb der anderen Endkappenelektrode 22 angeordnet,
um Ionen zu detektieren, die aus dem Loch (oder den Löchern) 32 in
der Endkappenelektrode 22 austreten. Ein Vorverstärker 42 und
eine Datenverarbeitungsanlage 43 sind mit dem Ionendetektor 41 verbunden. Der
Elektronengenerator 3, der RF-Generator 24, der Wellenformgenerator 28 und
die Datenverarbeitungsanlage 43 sind alle mit der Steuervorrichtung 5 verbunden
und werden von dieser gesteuert.
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Wenn
die Größen der
hyperbolischen Flächen
der Ringelektrode 23 und der Endkappenelektroden 21 und 22 groß genug
sind im Vergleich zu den kennzeichnenden Dimensionsparametern der
Ionenfalle 2 (d. h. r0 und z0), und wenn die Endkappenelektroden 21 und 22 kein Loch 31 oder 32 aufweisen, wird
ein ideales elektrisches Quadrupolfeld in dem Analysenraum 25 der
Ionenfalle 2 gebildet. Das tatsächliche elektrische Feld weist
jedoch eine Abweichung von dem idealen Feld in Richtung eines kleineren
Wertes um die Löcher 31 und 32 auf,
welches die Leistung des Massenspektrometers verschlechtert.
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In
dem Ionenfallen-Massenspektrometer der vorliegenden Ausführungsform
sind Ausbauchungen 33 und 34 um die Löcher 31 und 32 der
Endkappenelektroden 21 und 22 ausgebildet, so
dass die lokale Abweichung des elektrischen Feldes um die Löcher 31 und 32 korrigiert
und reguliert wird, um eine elektrische Multipolfeld-Komponente
zu erzeugen, welche die Leistung, z. B. die Massenauflösung und
die Stabilität
des Ionenfangens in der Ionenfalle, verbessert.
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Die
Ausführungsform
wird mit Bezug auf die 2–13 detailliert
beschrieben. Wie in den 2 und 3 dargestellt,
sind Ausbauchungen 33a und 34a um jedes der Löcher 31 und 32 der
Endkappenelektroden 21 und 22, die die Form eines kreisförmigen Kegels
aufweisen, dessen Seitenflächen
die hyperbolische Fläche
der Endkappenelektrode bei dem Kreis, größer als der Endkreis der Löcher, tangential
berührt,
ausgebildet. Ein derartiger Kegel sollte eine Ausbauchung an der
Spitze des Hyperboloids der Endkappenelektroden bilden. Die in den 2 und 3 dargestellten
Ausbauchungen sind zum Zwecke der Veranschaulichung übertrieben dargestellt;
tatsächlich
können
die Ausbauchungen kleiner sein, um die Abweichung des elektrischen Feldes
um die Löcher
zu regulieren.
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Das
zweite Beispiel für
die Ausbauchung ist in den 4 und 5 dargestellt,
in denen die Ausbauchungen 33b und 34b als kreisförmige Kegel ausgebildet
sind, dessen Seitenfläche
nicht notwendigerweise die hyperbolische Fläche der Endkappenelektroden 21 und 22 tangiert.
Die in den 4 und 5 dargestellten
Ausbauchungen 33b und 34b sind ebenso zum Zweck
der Veranschaulichung übertrieben
dargestellt; tatsächlich
können
die Ausbauchungen kleiner sein, um die Abweichung des elektrischen
Feldes um die Löcher
zu regulieren.
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Die
Ausbauchungen 33b und 34b des zweiten Beispiels
können
das elektrische Feld in einem begrenzteren Bereich um das Loch regulieren.
Je mehr der Spitzenwinkel in Richtung des tangentialen Kontakts
erhöht
wird, wie in dem ersten Beispiel, desto größer ist die relative Wirkung
der Ausbauchung auf das elektrische Feld in der Mitte der Ionenfalle
im Vergleich zu dem das Loch umgebenden Feld. Somit können durch
Einstellung des Spitzenwinkels des kreisförmigen Kegels in dem zweiten
Beispiel die Korrektur in dem elektrischen Feld in der Mitte des Analysenraums
und außerdem
die Einstellung der Multipol-Komponente des elektrischen Feldes
um das Loch gleichzeitig optimiert werden.
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Ein
drittes Beispiel für
die Ausbauchung ist in den 6 und 7 dargestellt.
Die Ausbauchung ist derart, dass die Seitenfläche der Ausbauchung durch eine
funktionelle Kurve erzeugt wird. Die Kurve kann derart ausgewählt werden,
dass die Ausbauchung auf einen Bereich begrenzt wird, der das Loch umgibt,
wie in den vorherigen Beispielen, oder sich über die gesamte Endkappenelektrode
erstreckt. Im letzteren Fall nähert
sich die Kurve der Seitenfläche der
Ausbauchung schnell der theoretischen hyperbolischen Fläche der
Ionenfalle, wenn der Abstand von dem Loch größer wird.
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Die
in den 6 und 7 dargestellten Ausbauchungen 33c und 34c sind
derart, dass ein Teilbereich um das Loch um einen bestimmten Betrag
angehoben wird, d. h., die Ausbauchung wie ein Zylinder ausgebildet
ist. Die Seitenfläche
des Zylinders kann konisch erweitert sein, und/oder die obere Fläche des
Zylinders kann abgeflacht sein (eigentlicher Zylinder). Die in den 6 und 7 dargestellten
Ausbauchungen 33c und 34c sind ebenso aus Gründen der
Anschaulichkeit übertrieben
dargestellt; die tatsächlichen
Ausbauchungen können
jedoch kleiner sein, um die Abweichung des elektrischen Feldes um
das Loch zu regu lieren.
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Das
vierte Beispiel für
die Ausbauchung ist in den 8 bis 10 dargestellt,
wo die vorliegende Erfindung auf eine Endkappenelektrode angewendet wird,
die eine Mehrzahl an Löchern
aufweist. In diesem Fall sind die Ausbauchungen 33d und 34d um jedes
einzelne Loch 31 und 32 der Endkappenelektroden 21 und 22 ausgebildet.
Die in den 8 bis 10 dargestellten
Ausbauchungen 33d und 34d sind ebenso aus Gründen der
Anschaulichkeit übertrieben
dargestellt; tatsächlich
können
die Ausbauchungen kleiner sein, um die Abweichung des elektrischen
Feldes um das Loch zu regulieren.
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Das
fünfte
Beispiel für
die Ausbauchung ist in den 11 bis 13 dargestellt,
wobei die vorliegende Erfindung auf eine Endkappenelektrode angewendet
wird, die mehrere Löcher
aufweist. In diesem Fall sind die Ausbauchungen 33e und 34e in
dem Bereich ausgebildet, der die Löcher 31 und 32 bedeckt. Die
Ausbauchungen 33e und 34e sind zylindrisch oder
gemäß einer
bestimmten funktionellen Kurve, wie in dem dritten Beispiel beschrieben,
geformt. Die in den 11 bis 13 dargestellten
Ausbauchungen 33e und 34e sind ebenso aus Gründen der
Anschaulichkeit übertrieben
dargestellt; tatsächlich
können
die Ausbauchungen kleiner sein, um die Abweichung des elektrischen
Feldes um das Loch zu regulieren.
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Die
Außenflächen der
Endkappenelektroden 21 und 22 sind in den 1 bis 13 flach
dargestellt. Es ist möglich,
die äußeren Oberflächen in
einer Form auszubilden, die der inneren (hyperbolischen) Fläche, der
kegelförmigen
Fläche
oder Hohlfläche
in irgendeiner Weise entspricht, so dass die Endkappenelektroden
eine dünne
Wand aufweisen können,
um verschiedene Mittel, wie ein Linsensystem zur Fokussierung von
Ionen, die von der Ionenfalle extrahiert werden oder in die Ionenfalle
injiziert werden, aufzunehmen.