DE69330447T2

DE69330447T2 - Betriebsverfahren einer Quadrupolionenfalle für Kollisioninduzierte Dissoziation in NS/MS Vorgängen

Info

Publication number: DE69330447T2
Application number: DE69330447T
Authority: DE
Inventors: Gregory J. Wells
Original assignee: Varian Inc
Current assignee: Varian Inc
Priority date: 1992-05-29
Filing date: 1993-05-29
Publication date: 2002-05-16
Anticipated expiration: 2013-05-30
Also published as: EP0580986B1; DE69330447D1; JPH0689697A; JP3424841B2; US5302826A; CA2097212A1; EP0580986A1; CA2097212C

Description

Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zum Induzieren einer Dissoziation von Ionen in einer Quadrupolionenfalle durch Stöße.

Hintergrund der Erfindung

Die Quadrupolionenfalle (QIT) wurde zum ersten Mal im Jahre 1952 in einem Dokument von Paul et al. offenbart. Dieses Dokument offenbarte die QIT und die Offenbarung einer geringfügig anderen Vorrichtung, die Quadrupol- Massenspektrometer (QMS) genannt wurde. Das Quadrupol- Massenspektrometer war von allen früheren Massenspektrometern sehr verschieden, da es nicht die Verwendung eines Magneten erforderte und dä es Radiofrequenzfelder zum Ermöglichen der Trennung von Ionen, d. h. der Durchführung einer Massenanalyse, verwendete. Massenspektrometer sind Vorrichtungen zum Durchführen einer präzisen Ermittlung der Bestandteile eines Materials durch Vorsehen von Trennungen aller verschiedenen Massen in einer Probe gemäß ihrem Masse-Ladungs-Verhältnis. Das zu analysierende Material wird zuerst in Ionen dissoziiert/zerlegt, welche geladene Atome oder eine molekular gebundene Gruppe von Atomen sind.
Das Prinzip des Quadrupol-Massenspektrometers (QMS) beruht auf jener Tatsache, daß innerhalb einer speziell geformten Struktur veranlaßt werden kann, daß Radiofrequenz- (RF) Felder mit einem geladenen Ion in Wechselwirkung treten, so daß die resultierende Kraft an bestimmten der Ionen eine Rückstellkraft ist, wodurch bewirkt wird, daß diese Teilchen um eine gewisse Bezugsposition schwingen. In dem Quadrupol-Massenspektrometer sind vier lange parallele Elektroden, die jeweils sehr präzise hyperbolische Querschnitte aufweisen, elektrisch miteinander verbunden. Sowohl eine Gleichspannung U als auch eine RF-Spannung Vocos t kann angelegt werden. Wenn ein Ion in das Spektrometer eingeführt wird oder in diesem erzeugt wird und wenn die Parameter des Quadrupols geeignet sind, um die Schwingung dieser Ionen aufrechtzuerhalten, würden sich solche Ionen mit einer konstanten Geschwindigkeit die Mittelachse der Elektroden mit konstanter Geschwindigkeit hinabbewegen. Die Betriebsparameter könnten so eingestellt werden, daß veranlaßt werden könnte, daß Ionen mit einem ausgewählten Masse-Ladungs-Verhältnis m/e in der Bewegungsrichtung stabil bleiben, während alle anderen Ionen von der Achse weggestoßen werden würden. Dieses QMS war in der Lage, Rückstellkräfte in nur zwei Richtungen aufrechtzuerhalten, so daß es als Transmissionsmassenfilter bekannt wurde. Die im vorstehend erwähnten Dokument von Paul et al. beschriebene andere Vorrichtung wurde als Quadrupolionenfalle (QIT) bekannt. Die QIT ist in der Lage, Rückstellkräfte an ausgewählten Ionen in allen drei Richtungen vorzusehen. Dies ist der Grund dafür, daß sie Falle genannt wird. So eingefangene Ionen können für relativ lange Zeiträume festgehalten werden, was die Trennung von Massen unterstützt und verschiedene bedeutende wissenschaftliche Experimente und eine industrielle Prüfung ermöglicht, die in anderen Spektrometern nicht so bequem durchgeführt werden können.
Die QIT war bis zu den letzten Jahren, als relativ zweckmäßige Verfahren zur Verwendung der QIT in einer Massenspektrometeranwendung entwickelt wurden, nur von Laborinteresse. Insbesondere sind nun Verfahren bekannt zum Ionisieren einer unbekannten Probe, nachdem die Probe in die QIT eingeleitet wurde (gewöhnlich durch Elektronenbeschuß), und zum Einstellen der QIT-Parameter so, daß sie nur einen auswählbaren Bereich von Ionen von der Probe innerhalb der QIT speichert. Dann wurde es durch lineares Ändern, d. h. Abtasten, eines der QIT-Parameter möglich, zu bewirken, daß fortlaufende Werte von m/e der gespeicherten Ionen nacheinander instabil werden. Der letzte Schritt in einem Massenspektrometer bestand darin, die getrennten Ionen, die instabil geworden waren, nacheinander in einen Detektor zu leiten. Die erfaßte Ionenstrom-Signalintensität als Funktion des Abtastparameters ist das Massenspektrum der eingefangenen Ionen.
Das US-Patent 4 736 101 beschreibt ein Quadrupolverfahren zum Durchführen eines Experiments, das MS/MS genannt wird. In 4 736 101 wird MS/MS als die Schritte der Erzeugung und Speicherung von Ionen mit einem Bereich von Massen in einer Ionenfalle, der Massenauswahl unter ihnen, um ein zu untersuchendes Ion mit einer speziellen Masse (Mutterion) auszuwählen, der Dissoziation des Mutterions durch Stöße und der Analyse, d. h. der Trennung und des Ausstoßes, der Fragmente (Tochterionen), um ein Massenspektrum der Tochterionen zu erhalten, beschrieben.
In einer gleichzeitig anhängigen, gleichzeitig eingereichten Patentanmeldung EP-A-0 579 935 habe ich ein verbessertes QIT-Verfahren zum Isolieren des Mutterions offenbart und beansprucht.
Das bevorzugte Verfahren zum Dissoziieren des Mutterions in Tochterionenfragmente wird stoßinduzierte Dissoziation (CLD) gekannt. Das CID-Verfahren ist eine sanftere Form der Ionisation als der Elektronenbeschuß und erzeugt nicht so viele Fragmente. Das Verfahren zum Erhalten einer stoßinduzierten Dissoziation (CID), um Tochterionen zu erhalten, welches im US-Patent 4 736 101 verwendet wird, besteht darin, einen zweiten Generator mit fester Frequenz, der mit den Abschlußplatten der QIT verbunden ist, zu verwenden, wobei die Frequenz bei der berechneten säkularen Frequenz des untersuchten festgehaltenen Ions liegt. Die säkulare Frequenz ist die Frequenz, bei der sich das Ion periodisch, physikalisch innerhalb des RF-Einfangfeldes bewegt.
Durch Bereitstellen eines Anregungsfeldes mit der säkularen Frequenz nimmt das Ion Energie auf und die verstärkte Translationsbewegung verursacht mehr Stöße zwischen den Ionen. Die Stöße induzieren eine Umwandlung der Translationsenergie in eine interne Energie und führen zu einer einigermaßen sanften Zerlegung des Ions in die Haupttochterfragmente. Dies wird am häufigsten in Gegenwart eines Hintergrundgases mit leichterer Masse als die Probe ausgeführt, um beim Stoßheizprozeß zu unterstützen.
Das Problem bei der früheren Methode des '101-Patents zum Bewirken einer solchen stoßgestützten Ionisation (CAI) besteht darin, daß die Frequenz der zusätzlichen Abschlußkappenspannung, die manchmal Erregungsspannung genannt wird, nicht korrekt im voraus festgelegt werden kann. Theoretisch ist die säkulare Frequenz irgendeines ausgewählten M/e-Ions gemäß der Gleichung W1 = 1/2 ßzW&sub0; relativ leicht zu berechnen, wobei W&sub1; gleich der säkularen Frequenz ist, W&sub0; die Einfangfeldfrequenz ist und ßz eine bekannte Funktion von qz und az ist, wie durch drei verschiedene Gleichungen definiert, in Abhängigkeit vom Wert von qz, wie auf Seite 200 des Texts "Quadrupole Storage Mass Spectrometry" von Raymond E. March und Richard J. Hughes, John Wiley & Sons, 1989, dargestellt. Es gibt jedoch verschiedene physikalische Effekte, die die QIT beeinflussen und es äußerst schwierig, wenn nicht unmöglich, machen, die präzise säkulare Frequenz im voraus zu ermitteln. Insbesondere verschiebt der Raumladungseffekt, der von der Anzahl von eingefangenen Ionen abhängt, das Stabilitätsdiagramm für die Falle. Geringe mechanische Fehler in der Form der Elektroden und geringe Abweichungen in den an die Elektroden angelegten Potentialen können auch Fehler einführen, was die säkulare Frequenz von den theoretischen Werten verschiebt.
Folglich war es notwendig, die säkulare Resonanzfrequenz für jedes anzuregende M/e empirisch zu ermitteln. Obwohl dieser Schritt zum Festlegen der speziellen Resonanzfrequenz für bekannte statische Proben möglich ist, kann es äußerst schwierig durchzuführen sein, wenn nur kleine Werte der Probe auf einer dynamischen Basis verfügbar sind, wie es z. B. die Situation ist, wenn die Probe die Ausgabe aus einem Gaschromatographen ist.
Dieses Problem wurde vorher von Yates und Yost in einem Artikel erkannt, der im Mai 1991 vorgestellt wurde und in der Abhandlung der 39. MAS-Konferenz über "Mass Spectroscopy and Allied Topics", mit dem Titel Resonant Exeitation for GS/MS/MS in the Quadrupole Ion Trap via Frequency Assignment Prescans and Broadband Excitation", S. 132, veröffentlicht wurde.
Yates et al. beschreibt ein komplexes Verfahren zum Ermitteln der exakten säkularen Frequenz für die CID in einem MS/MS-Experiment, das ein automatisches Abtasten der Falle mit einem Frequenzsynthesizer und das Messen der Aufnahme als Funktion der Frequenz beinhaltet. Da einige der Ionen für jede Abtastung aufgrund der Energieaufnahme ausgestoßen werden, ändern sich die Raumladungseffekte und es ist notwendig, mehrere Abtastungen und eine Mittelwertbildung zu verwenden, um dies und andere Instrumenteneffekte zu korrigieren. Yates offenbart ein weiteres Verfahren zum Einleiten einer CID unter Verwendung eines zusätzlichen Breitband-Anregungssignals, um einen Bereich von Frequenzen anzuregen. Die Methode in dem Dokument von Yates verwendet ein Anregungssignal, das eine Bandbreite von ungefähr 10 kHz aufweist. Das Breitbandanregungsverfahren wurde auf der Konferenz mündlich beschrieben als Anlegen einer synthetisierten inversen FT-Zeitdomänenwellenform an die QIT- Abschlußkappen, wobei die Wellenform eine Frequenzdomänendarstellung mit einem Band von gleichmäßig beabstandeten Frequenzen mit gleichmäßiger Intensität bis zu ±5 kHz um eine Mittelfrequenz bei der berechneten theoretischen säkularen Frequenz aufweist.
Die Probleme bei diesem Breitbandverfahren bestehen darin, daß es einen Anregungsbereich aufweist, der breit genug ist, um die Anregung von Ionen mit m(p) + 1 und von Tochterionen, die während des Anregungsprozesses gebildet werden können, zu induzieren. Ferner ist die zum Erhalten einer zugeschnittenen, synthetisierten, inversen Breitbandwellenform erforderliche Vorrichtung teuer und komplex.
In US-A-4 749 860 ist ein Verfahren zum Durchführen einer induzierten Dissoziation von Ionen in einer QIT mit Ring- und Abschlußkappenelektroden durch Anlegen von RF- Einfangspannungen an die Ringelektrode, Anlegen von Zusatzspannungen an die Abschlußkappen, Einstellen der RF- Einfangspannung und der Zusatzspannungen und Folgesteuern der RF-Einfangspannung und der Zusatzspannungen, um ein ausgewähltes Ion oder einen ausgewählten Bereich von Ionen zu isolieren, und Abtasten der RF-Einfangspannung, um Tochterionen auszustoßen, offenbart. Das Potentialfeld innerhalb der QIT wird während des Experiments modifiziert.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist eine Aufgabe dieser Erfindung, ein einfaches, aber wirksames Verfahren und eine Vorrichtung zum Erhalten einer Stoßdissoziation von isolierten Ionen in einem MS/MS- Experiment bereitzustellen.
Es ist noch eine weitere Aufgabe, eine Breitbandanregungsvorrichtung und ein Breitbandanregungsverfahren bereitzustellen, das in Verbindung mit einer QIT nützlich ist und welche Vorrichtung keinen Frequenz-Zeitdomänen-Synthesizer erfordert.
Es ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, die Anforderung zu beseitigen, einen Oszillator mit einer Frequenz bereitzustellen, die der säkularen Frequenz eines Ions präzise entspricht, um das Ion für die CID anzuregen.
Die Erfindung ist durch die Ansprüche 1 bzw. 5 gekennzeichnet.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen dargelegt.

Kurzbeschreibung der Erfindung

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm meines neuen QIT- Spektrometersystems.
Fig. 2 ist eine Abtastzeitfolge gemäß meiner Erfindung.
Fig. 3 ist ein Diagramm für ein Ausführungsbeispiel der Steuerung des RF-Einfangfeldgenerators meiner Erfindung.
Fig. 4A, 4B und 4C sind MS/MS-Massenspektren von PFTBA für isoliertes M/e = 131 für verschiedene Zusatzfrequenzen, die die säkulare Frequenz für M/e = 131 überlappen.
Fig. 5A, 5B, 5C und 5D sind MS/MS-Spektren für PFIBA für isoliertes M/e = 131 mit der Anwendung der RF-Modulation dieser Erfindung für verschiedene Zusatzfrequenzen, die die säkulare Frequenz für M/e = 131 überlappen.
Fig. 6 ist ein Blockdiagramm eines alternativen Ausführungsbeispiels meiner Erfindung.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

Mit Bezug auf Fig. 1 besteht die Quadrupolionenfalle (QIT) aus einer Ringelektrode 10 mit hyperbolischer Form und Abschlußkappenelektroden 8 und 9 ebenfalls mit hyperbolischer Form, die mit einem RF-Einfangfeldgenerator 3 bzw. einer RF-Transformator-Primärwicklung 7 verbunden dargestellt sind. In diesem Diagramm ist der zentrale Abgriff 6 der Wicklung 7 geerdet. Die Sekundärwicklung 5 des Transformators ist mit mehreren Zusatzfeldgeneratoren parallel geschaltet. Der Zusatzgenerator I, 4, ist ein Wechselspannungsgenerator mit fester Frequenz und der Zusatzgenerator II, 11, ist ein Generator mit festem Breitbandspektrum. Der RF-Einfangfeldgenerator 3 und der Zusatzgenerator I und der Zusatzgenerator II werden verwendet, wie in der vorstehend angeführten, gleichzeitig anhängigen, verwandten Anmeldung genauer erläutert, um ein ausgewählten Mutterion als Teil eines MS/MS-Experiments zu isolieren.
Der Erregungsfrequenz-Zusatzgenerator III, 2, ist ebenfalls mit der sekundären Transformatorwicklung 5 parallel geschaltet. Der Erregungsfrequenz-Zusatzgenerator III ist ein Oszillator mit variabler Frequenz. Die Frequenz des Generators III wird wie durch die Beziehung W&sub1; = 1/2 ßzW&sub0; festgelegt eingestellt, um sie an die säkulare Frequenz der Bewegung des ausgewählten Mutterions anzupassen.
Der Zusatzgenerator III und der CID-Modulationsfrequenz- Generator 1 wirken als Teil meines erfindungsgemäßen Schemas zum Erregen von Stößen des Mutterions, um ein Spektrum von MS/MS-Tochterionen zu erhalten, zusammen. Während der Dauer, die der Erregungsfrequenzgenerator III eingeschaltet ist, bewirkt der CID-Modulationsfrequenz- Generator 1, der auf ungefähr 500 Hz eingestellt ist, daß das Ausgangssignal 19 des RF-Einfangfeldgenerators, das an die Ringelektroden 10 angelegt wird, amplitudenmoduliert wird.
Die Steuereinheit 12 umfaßt einen Programmsequenzgenerator, um die Zusatzgeneratoren I, II und III über die. Leitungen 13, 14 bzw. 15 zu aktivieren. Die Steuereinheit 12 liefert auch die Abtastspannungssteuerung auf der Leitung 16 zum Steuerndes RF-Einfangfeld-Steigungspotential- Ausgangssignals 19 als Funktion der Zeit und den Frequenzsteuerbefehl auf der Leitung 19' zum Erregungsfrequenzgenerator III.
Mit Bezug auf Fig. 3 umfaßt die Steuereinheit 12 einen Mikroprozessor 12-1 mit Bussen 12-3 zum Koppeln mit einem Peripheriegerät oder Speicher zum Vorsehen einer Programmierung für den Mikroprozessor. Der Mikroprozessor sieht Taktsteuerausgangssignale 13, 14, 15 und 18 und einen internen Bus 12-4 zum Steuern und Liefern von Werten zum Digital-Analog-Wandler (DAC) 12-2 vor, der zum Liefern des Abtaststeuer- und Bezugssignals 16 zum RF- Einfangfeldgenerator 3 verwendet wird, der innerhalb der gestrichelten Linien dargestellt ist.
Der RF-Einfangfeldgenerator 3 umfaßt einen Summierpunkt 42, der Signale vom CID-Modulator 1 über das Summierelement 32 und das Signal 16 vom Massenbefehls-DAC 12-2 über das Summierelement 31 empfängt. Mit dem Summierpunkt 42 ist auch das Rückführungssignal vom Summierelement 30 vom RF- Detektor 4 0 verbunden.
Der RF-Detektor 40 ist mit einem Tiefpaßkondensator 38 zum Liefern eines entgegengesetzten Gleichspannungspegels über den RF-Detektor 40 gekoppelt, um das Eingangssignal am Summierpunkt 42 auf Null zu setzen. Der Summierpunkt 42 ist mit einem Regelabweichungsverstärker 33 mit hoher Verstärkung und mit einem Rückkopplungselement 34 verbunden, um eine Miller- Regelabweichungsverstärkerschaltung zu umfassen. Der Ausgang des Verstärkers 33 ist mit dem RF-Oszillator 35 verbunden und steuert die Spitze-Spitze-Amplitude des RF- Ausgangs 36, der mit der Ringelektrode 10 über den Transformator 37 und die Zuleitung 19 gekoppelt ist.
Mit Bezug auf Fig. 2 wird die Sequenz, die meine Erfindung verwendet, genauer erläutert. Der Teil des Ablaufdiagramms von. Fig. 2 links von der vertikalen Linie 27 betrifft das Verfahren zum Isolieren eines ausgewählten Mutterions und ist kein Teil dieser Erfindung. Dieser Teil links von der Linie 27 ist in der gleichzeitig anhängigen, vorstehend angeführten, verwandten Anmeldung genau erläutert. Insbesondere während des mit "Ionisation" bezeichneten Zeitraums wird, wie gezeigt, die RF-Einfangspannung 22-1 auf einen Wert gesetzt, um einen großen Bereich von Ionen zu speichern, und das Elektronentor 20-1 wird freigegeben, was ermöglicht, daß ein Elektronenstrahl, der nicht dargestellt ist, in die Falle gelangt, um heftig auf die Moleküle der Probe aufzutreffen und deren Ionisation zu bewirken. Andere Formen der Ionisation können ebenfalls verwendet werden. Als nächstes wird die RF-Einfangspannung durch lineares Erhöhen der Spannung abgetastet, 22-2 und 22-3. Die Spitzenspannung im oberen Flankenabschnitt 22-3 wird ausgewählt, um Ionen mit Massen von M/e-Werten, die geringer sind als ein m(p)-Wert eines ausgewählten Mutterions, d. h. gewöhnlich M(p)-1, aus der Falle auszustoßen. Wie in meiner gleichzeitig anhängigen, verwandten Anmeldung erläutert, ist es nützlich, die zusätzliche feste Frequenz I während eben dieses Zeitraums anzulegen. Es ist sehr vorteilhaft, die zusätzliche feste Frequenz I, 23-1, zum Ende der Flanke 22-3 hin anzulegen, es ist jedoch auch nützlich, wenn sie während der vollen Erhöhungszeit 23-2 angelegt wird. Nachdem die Flanke den programmierten Wert für m(p)-1 erreicht, wird das RF- Einfangfeld etwas verringert, 22-4, oder vorzugsweise wie durch die gestrichelte Linie 22-9 gezeigt, und das Ausgangssignal des Zusatzgenerators II mit festem Breitband wird aktiviert, 24-1. Die Wellenform des Zusatzbreitbandgenerators II ist in der vorstehend beschriebenen, gleichzeitig anhängigen, verwandten Anmeldung genau beschrieben und umfaßt eine Zeitdomänenwellenform mit Frequenzen im Bereich von 420-460 kHz bis zu 10-20 kHz hinab, welche Frequenzen mit gleicher Amplitude und willkürlichen Phasen zusammenaddiert werden. Diese Anregung stößt effizient Ionen aus, die größer sind als m(p), und isoliert das ausgewählte Ion.
Meine Erfindung wird in dem Teil der MS/MS-Sequenz implementiert, die folgt. Wenn das Mutterion m(p) isoliert wurde, ist es nun erwünscht, sanft zu bewirken, daß es in Fragmente oder Töchter dissoziiert wird, und ein Massenspektrum der Tochterionen zu erhalten.
Im. Stand der Technik, wie vorher in dem Abschnitt mit dem Titel HINTERGRUND DER ERFINDUNG erläutert, wurde eine Erregungsfrequenz an die Abschlußkappen angelegt. Die Schwierigkeit bestand darin, daß es unmöglich war, im voraus die zweckmäßige Erregungsfrequenz für die CID zu kennen. Dies führte zu einer Unannehmlichkeit und zu beträchtlichem Aufwand bei MS/MS-Experimenten.
Wir haben dieses Problem durch die Bereitstellung einer Modulation mit niedriger Frequenz, d. h. 500 Hz, 21-1, für die RF-Einfangfeldspannung 22-5 während der Zeit, in der die Spannung 25-1 des Erregungswellenform-Zusatzgenerators III angelegt wird, beseitigt. Unsere Experimente haben gezeigt, daß, selbst wenn die Erregungsfrequenz nicht bei der präzisen säkularen Frequenz liegt, die für die Anregung der stoßgestützten Dissoziation erforderlich ist, aufgrund der Modulation der RF-Einfangspannung eine ausreichende Frequenzanregung mit der säkularen Frequenz übereinstimmt, um die CID einzuleiten. Im Anschluß an die CID wird die RF- Einfangspannungserhöhung gewöhnlich wieder übernommen, 22-6 und 22-7, während der Elektronenvervielfacher aktiviert wird, 26-1, um ein Ausgangssignal zu erfassen und zu liefern, das verarbeitet wird und das Massenspektrum der Töchter des Mutterions darstellt. Ein Tochterion könnte auch dissoziiert und Enkelionen isoliert werden. Dies wird (MS)N genannt.
Die Amplitude und Frequenz des CID-Modulationsfrequenz- Generators 1 muß so ausgewählt werden, daß er die Tochterionen nicht anregt, und um die Mutter sanft zu dissoziieren. Wir haben festgestellt, daß wir in der verwendeten experimentellen Ausrüstung im wesentlichen dieselbe Dissoziationseffizienz erzeugen, wie wenn die Erregungsfrequenz perfekt der säkularen Frequenz entsprechen würde, durch Verdoppeln der Erregungsspannung von 0,65 Volt auf 1,35 Volt für eine Erregungsfrequenz, die um ±1,62% außerhalb der Resonanz liegt.
Mit Bezug auf Fig. 4A-4C und Fig. 5A-5D habe ich die Ergebnisse eines Experiments gezeigt, um die CID- Wirksamkeit meiner Erfindung zu demonstrieren. Das Experiment beinhaltet die Vorrichtung von Fig. 1 und betrifft die Durchführung von CID-Experimenten mit dem und ohne den CID-Modulationsfrequenz-Generator 1.
Jedes Spektrum von Fig. 4A-C ist das Ergebnis. der Anregung eines isolierten Ions von PFTBA, m/e = 131, und des Aufzeichnens des Massenspektrums der Tochterionen. Die aktive säkulare Frequenz für das Ion mit M/e 131 beträgt F = 172,8 kHz für die experimentelle QIT beim Wert des RF- Einfangfeldes. Das Einfangfeld wird während des Anlegens von mehreren unterschiedlichen Erregungsfrequenzen auf einem konstanten Wert gehalten.
Wenn in Fig. 4B die Erregungsfrequenz vom Generator III exakt gleich der säkularen Frequenz ist, d. h. 172,8 kHz, ist zu sehen, daß das Ion mit M/e 131 fast vollständig in die Tochter M/e = 69 dissoziiert wird, durch den Verlust der neutralen Masse 62 (C&sub2;F&sub2;). Durch wiederholte experimentelle Durchführung des obigen Experiments für eine Erregungsfrequenz in Schritten von 100 Hz von der präzisen säkularen Frequenz wurde festgestellt, daß F = 170 kHz und F = 173,6 kHz auf der entgegengesetzten Seite der Resonanz lagen. Es ist in Fig. 4A und Fig. 4C zu sehen, daß keine Energiedissoziation des Ions mit M/e = 131 bei diesen Erregungsfrequenzen vorliegt. Der CID-Modulationsfrequenz- Generator wurde während der Zeit, in der der Erregungsgenerator III eingeschaltet war, bei jedem der Experimente von Fig. 4A-4C abgeschaltet.
In Fig. 5A-5D ist für denselben Wert des RF-Einfangfeldes und mit einem geringfügig höheren Wert der Spannung des Erregungsgenerators III, wobei sich der CID- Modulationsfrequenz-Generator I während des "Ein"-Zustands des Erregers im "Ein"-Zustand bei 500 Hz befindet, zu sehen, daß das Tochterion mit M/e = 69 mit im wesentlichen gleichmäßiger Intensität effizient erzeugt wird, selbst wenn der Erregungsfrequenzgenerator III bis zu W&sub1; ± 1,6% außerhalb der Resonanz liegt.
Das obige Experiment zeigt, daß, wenn man den CID- Modulationsgenerator 1 verwendet, die Erregungsfrequenz gemäß der Gleichung für die säkulare Frequenz W&sub1; = 1/2 ßzW&sub0; berechnet werden kann, ohne Sorge hinsichtlich Korrekturen für Raumladungs- oder Elektrodenbearbeitungsfehler. Bei 500 Hz am CID-Modulationsfrequenz-Generator werden die Ionen innerhalb des Bereichs m(p)±2 angeregt und dies scheint angemessen zu sein, um Raumladungseffekte und kleine mechanische Fehler zu kompensieren. Der spezielle Wert von ß&sub2; für das verwendete RF-Feld müßte dennoch durch Kalibrierung ermittelt werden, aber diese Kurve bleibt für einen angemessen langen Zeitraum konstant, so daß keine weitere Kompensation während eines Experiments erforderlich ist.
Mit Bezug auf Fig. 6 zeige ich ein weiteres Ausführungsbeispiel meiner Erfindung. Angesichts der Tatsache, daß der Zusatzgenerator I und der Zusatzgenerator III nicht gleichzeitig aktiviert werden, während ein MS/MS- Experiment durchgeführt wird, ist es möglich, daß ihre Funktionen zu einem Generator 4' mit variabler Frequenz in Fig. 6 kombiniert werden. Die Steuereinheit 12 muß nun das Freigabesignal auf der Leitung 15' für die CID-Funktion und das Freigabesignal auf der Leitung 13 für die Isolationsfunktion liefern. Zusätzlich zu diesen Freigabesignalen liefert die Steuereinheit 12 Frequenz- und Amplitudensteuersignale auf der Verbindungsleitung 19', um den Zusatzgenerator 4' mit variabler Frequenz auf die erforderlichen Werte zu führen. Die Verbindung 19' kann nach Bedarf in Abhängigkeit davon, ob die Eingangssteuerschaltung am Zusatzgenerator 4' mit variabler Frequenz dazu ausgelegt ist, analoge, digitale, serielle oder parallele Steuerdaten zu empfangen, ein Bus mit mehreren Zuleitungen sein. In jedem Fall ist der Betrieb der Vorrichtung von Fig. 6 identisch zur Beschreibung mit Bezug auf Fig. 1 und Fig. 2, wobei der Zusatzgenerator 4' mit variabler Frequenz die Signale von Fig. 2(D) und Fig. 2(F) liefert.
Obwohl diese Erfindung mit Bezug auf das Ausführungsbeispiel von Fig. 1 beschrieben wird, könnte sie in einer Konfiguration ausgeführt werden, die ein festes Gleichspannungsfeld U in Reihe mit dem RF-Einfangfeld V beinhaltet. Außerdem könnte der Erregungsgenerator III frequenzmoduliert werden oder die CID-Feldmodulation könnte eingeschaltet sein, während der Erregungsgenerator für einen begrenzten Zeitraum gepulst wird.
In Fig. 6 ist der alternative Modulationsgenerator 1' der Gleichspannung U, die an die Ringelektrode angelegt wird, dargestellt. Der Modulator 1-2 wird über die Verbindung 1-4 nach der Ionenisolation aktiviert und er bewirkt die Modulation der Ausgangsspannung der Gleichspannungsversorgung 1-1, die mit der Ringelektrode 10 verbunden ist. Die säkulare Schwingungsfrequenz eines Ions ist eine Funktion von β und β ist eine Funktion des Parameters "q" und "a". Die Modulation der Gleichspannung U, die an die Ringelektrode angelegt wird, induziert eine Änderung des Parameters "a" und daher von β. Die Modulationsfrequenz sollte aus denselben Gründen, wie mit Bezug auf die RF-Einfangfeldmodulation erläutert, nahe 500 Hz liegen.
Die Erfindung wurde hierin mit Bezug auf spezielle Figuren dieser Anmeldung beschrieben. Es ist nicht meine Absicht, die Erfindung auf irgendein spezielles Ausführungsbeispiel zu begrenzen, sondern der Schutzbereich der Erfindung sollte durch die Ansprüche festgelegt werden.

Claims

1. Verfahren zum Durchführen einer stoßinduzierten Dissoziation (CID) von Ionen in einer Quadrupolionenfalle (QIT) mit Ring- (10) und Abschlußkappen- (8, 9) Elektroden, mit den Schritten:

(a) Anlegen von RF-Einfangspannungen (22-1 bis 22-9) an die Ringelektrode (10) mit einer Frequenz WO;

(b) Anlegen von Zusatzspannungen (23, 24) an die Abschlußkappen (8, 9);

(c) Einstellen der RF-Einfangspannung und der Zusatzspannungen und Folgesteuern der RF-Einfangspannung und der Zusatzspannungen, um ein ausgewähltes Ion oder einen ausgewählten Bereich von Ionen zu isolieren;

(d) Anlegen einer zusätzlichen Erregungsspannung (25) an die Abschlußkappen (8, 9) mit einer ausgewählten Frequenz, um das ausgewählte Ion oder den ausgewählten Bereich von Ionen anzuregen, so daß sie durch Stoß dissoziiert werden; und

(e) Abtasten der RF-Einfangspannung, um Tochterionen aus der Quadrupolionenfalle (QIT) auszustoßen; gekennzeichnet durch

(f) Modulieren (21) der RF-Einfangspannung (22-5) mit einer niedrigen Frequenz W&sub2; während des Schritts des Anlegens der zusätzlichen Erregungsspannung (25).

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Modulierens (21) der RF- Einfangspannung (22-5) den Schritt der Amplitudenmodulation umfaßt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei W&sub2; ungefähr 500 Hz beträgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des zusätzlichen Erregungsfeldes auf der Frequenz W&sub1; liegt, wobei die Frequenz W&sub1; durch die Gleichung der säkularen Schwingung W&sub1; = 1/2 BzW&sub0; ohne irgendeine Korrektur für Raumladungs- oder nicht-lineare Elektrodeneffekte festgelegt ist.

5. Quadrupolionenfalle (QIT) mit

einer Ringelektrode (10), wobei die Ringelektrode (10) ein Volumen abgesehen von der Oberseite und Unterseite im wesentlichen umschließt;

einem Paar von Abschlußkappenelektroden (8, 9), wobei die Abschlußkappenelektroden (8, 9) die Oberseite und Unterseite des Volumens im wesentlichen umschließen;

einem Generatormittel (3, 4, 11) zum Entwickeln eines Einfangfeldes (22-1 bis 22-9; 23; 24) in dem Volumen durch Anlegen von Spannungen an die Ring- (10) und an die Abschlußkappen- (8, 9) Elektroden; wobei die Spannung, die an die Ringelektroden (10) angelegt wird, eine feste RF- Frequenz WO aufweist;

einem Generatormittel (2) zum Anlegen eines zusätzlichen RF-Erregungsfeldes (25) an die Abschlußkappen (8, 9),

gekennzeichnet durch

ein Modulationsmittel (1, 3) zum Modulieren der RF- Frequenz Wo mit einer niedrigeren festen Frequenz W&sub2;, um eine stoßinduzierte Dissoziation (CID) einzuleiten, ein Steuermittel (12) zum Steuern der Erregungssequenz und Zeitdauer der Anregung des Generatormittels (3) zum Modulieren des RF-Einfangfeldes (21, 22-5) und des zusätzlichen RF-Erregungsfeldes (25).

6. Quadrupolionenfalle (QIT) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des zusätzlichen Erregungsfeldes auf der Frequenz W&sub1; liegt, wobei die Frequenz W&sub1; durch die Gleichung der säkularen Schwingung W&sub1; 1/2 βzW&sub0; ohne irgendeine Korrektur für Raumladungs- oder nicht-lineare Elektrodeneffekte festgelegt ist.

7. Quadrupolionenfalle (QIT) nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch ein Steuermittel (12) in Betrieb, um zu bewirken, daß die Frequenz des zusätzlichen Erregungsfeldes (25) nur während eines Teils der Zeit, in der die Modulation (21) an dem RF-Einfangfeld aktiviert wird (22-5), aktiviert wird.

8. Quadrupolionenfalle (QIT) nach einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei das Modulationsmittel (1, 3) zum Modulieren der RF-Frequenz mit einer niedrigeren festen Frequenz eine Summierschaltung (30, 31, 32) umfaßt, die mit einem Regelabweichungsverstärker (33) gekoppelt ist, wobei die Summierschaltung (30, 31, 32) drei Signale kombiniert und die Summe aller drei Signale zum Regelabweichungsverstärker (33) sendet.

9. Quadrupolionenfalle (QIT) nach Anspruch 8, wobei das Modulationsmittel (1, 3) zum Modulieren der RF-Frequenz ferner ein Mittel (38, 40) zum Koppeln eines Niederfrequenz-CID-Modulator- (1) Signals mit der Summierschaltung (30, 31, 32) als eines der Signale umfaßt.