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Dokumentenidentifikation DE102005025498A1 21.12.2006
Titel Füllstandsregelung in Ionenzyklotronresonanz- Massenspetrometern
Anmelder Bruker Daltonik GmbH, 28359 Bremen, DE
Erfinder Baykut, Gökhan, 28213 Bremen, DE;
Berg, Christian, Roslindale, Mass., US;
Franzen, Jochen, 28359 Bremen, DE
DE-Anmeldedatum 03.06.2005
DE-Aktenzeichen 102005025498
Offenlegungstag 21.12.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 21.12.2006
IPC-Hauptklasse H01J 49/42(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H01J 49/10(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft Verfahren zur Regelung eines für das Auflösungsvermögen und die Massengenauigkeit optimalen Füllstandes in Ionenzyklotronresonanz-Massenspektrometern.
Die Erfindung besteht darin, einem zweiten, parallel betriebenen Referenzmassenspektrometer die gleichen Proben in gleicher Weise zuzuführen und die in diesem Referenzmassenspektrometer erhaltenen Massenspektren zur Regelung des Füllstandes im Ionenzyklotronresonanz-Massenspektrometer zu verwenden.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Regelung eines für das Auflösungsvermögen und die Massengenauigkeit optimalen Füllstandes in Ionenzyklotronresonanz-Massenspektrometern.

Die Erfindung besteht darin, einem zweiten, parallel betriebenen Referenzmassenspektrometer die gleichen Proben in gleicher Weise zuzuführen und die in diesem Referenzmassenspektrometer erhaltenen Massenspektren zur Regelung des Füllstandes im Ionenzyklotronresonanz-Massenspektrometer zu verwenden.

Ionenzyklotronresonanz-Massenspektrometer (ICR-MS), auch Fourier-Transform-Massenspektrometer (FTMS) oder ganz ausführlich Fourier-Transform-Ionenzyklotronresonanz-Massenspektrometer (FTICR-MS) genannt, sind heutzutage die Massenspektrometer mit dem höchsten Massenauflösungsvermögen und der genausten Massenmessung. Die Ionen werden in diesen Spektrometern unter Ultrahochvakuum innerhalb eines sehr hohen Magnetfeldes von sieben, neun, zwölf oder sogar fünfzehn Tesla, das durch supraleitende Spulen bei Temperaturen von flüssigem Helium erzeugt wird, zu Zyklotronbewegungen angeregt, und die Frequenz dieser kreisenden Bewegungen wird gemessen. Die Frequenzen sind den Massen der Ionen umgekehrt proportional. Da das Magnetfeld der supraleitenden Spulen außerordentlich stabil ist, und da Frequenzmessungen zu den genauesten Messungen heutiger physikalischer Technik gehören, lassen sich die Massen der kreisenden Ionen genauer als in jeder anderen Art von Massenspektrometer bestimmen.

Leider verschiebt sich diese Ionenzyklotronfrequenz durch die Raumladung, die durch die Ionen in der Messzelle des ICR-MS erzeugt wird. Gemessen wird eine "reduzierte Zyklotronfrequenz", die in etwa von der Stärke der Raumladung, aber auch von der Mischung der Ionen verschiedener Massen abhängt. Das ist seit langem bekannt. In der Publikation von J. B. Jeffries, S. E. Barlow and G. H. Dunn, International Journal of Mass Spectrometry and Ion Processes 54, 169-187, (1983) werden die Verschiebungseffekte durch die Raumladung theoretisch beschrieben. Wenn die Raumladung von Aufnahme zu Aufnahme variiert, weil nicht geregelt wird, kann dies jedes mal eine verschiedenartige Verschiebung des Massensignals verursachen.

Bei größeren Ionendichten tritt in der ICR-Massenspektrometrie ein weiteres unerwünschtes Phänomen auf, nämlich die so genannte „Peak Coalescence" (Peakverschmelzung). Signale von Ionen eines sehr kleinen Massenunterschieds nähern sich einander, im Grenzfall kann es zu einer Verschmelzung der Ionensignale kommen. Das Produkt dieser Verschmelzung ist meistens wieder ein scharfes Ionensignal, das eine scheinbare Masse signalisiert, die zwischen den wahren Massen der beiden Ionensorten liegt. Die Analyse sehr nahe beieinander liegender Ionensignale ist aber eine häufige auftretende Aufgabe für ein ICR-Massenspektrometer.

Alle Arten von Frequenzverschiebungen führen zu falschen Massenbestimmungen, sie müssen daher vermieden werden. In der Patentschrift US 6,555,814 B1 (G. Baykut, J. Franzen) werden daher Steuerungsarten für die Befüllung einer Messzelle eines ICR-MS beschrieben. Die dort aufgeführten Steuerungen beruhen allerdings immer nur auf der Messung eines Totalionenstroms (oder eines festen Anteils des Totalionenstroms), so dass die Füllstandsregelung immer auf die in die Messzelle eingefüllte totale Ionenladung gerichtet ist. Die Erfahrung zeigt jedoch, dass eine konstant gehaltene Ladungsmenge nicht vor verschiedenartigen und nicht reproduzierbaren Verschiebungen der Frequenzen schützt. Die Art der Mischung aus Ionen verschiedener Masse und Ladung spielt neben der Gesamtladung ebenfalls eine Rolle, wie schon aus dem geschilderten Phänomen der Ionensignalverschmelzung hervorgeht.

Elektrospray-Ionisierung ist das heute meistbenutzte Ionisierungsverfahren für die ICR-Massenspektrometrie von Biomolekülen. Bei diesem Verfahren werden Ionen aus einer Lösung der Analytmoleküle bei Atmosphärendruck unter Hochspannung (3-6 kV) zwischen einer Elektrospraynadel und einer Gegenelektrode erzeugt. Obwohl der Sprühvorgang oft durch eine langsame und fein regulierbare Spritzenpumpe unterstützt wird (oder durch eine Förderpumpe der Flüssigkeitschromatographie, abgekürzt HPLC), ist die Abtrennung kleiner geladener Tröpfchen als Resultat der großen Ionendichte auf der Flüssigkeitsoberfläche (Coulomb-Abstoßung) unter der Wirkung eines starken elektrischen Feldes die treibende Kraft des Sprayvorgangs. Ein „Trockengas", das im Gegenstrom gegen den Flug der geladenen Tröpfchen fließt, führt zur Verdampfung des Lösungsmittels aus den Tröpfchen (Desolvationsprozess) und deswegen zur Verkleinerung der Tröpfchenradien. Wegen der dadurch verstärkten coulombschen Kräfte werden ionisierte Moleküle verdampft, meistens in mehrfach protonierter Form, also als positiv geladene Ionen. Diese Ionen werden durch eine Einlasskapillare, durch ein mehrstufiges Vakuumsystem und durch eine Multipol-Ionenleitvorrichtung dem Massenspektrometer zur Messung zugeführt.

Elektrospray-Ionisierung unter Atmosphärendruck hat es sehr einfach gemacht, Trennmethoden für gelöste Analytsubstanzen wie z.B. Flüssigchromatographie oder Kapillarelektrophorese direkt an die Massenspektrometrie zu koppeln.

Ionisierung durch Laserdesorption (LDI) wird seit langem benutzt, um große organische Moleküle erfolgreich von einer festen Oberfläche in die Gasphase zu überführen und dabei zu ionisieren. Eine spezielle Art der LDI ist die Ionisierung durch matrixunterstützte Laserdesorption (MALDI). In MALDI werden die Analytmoleküle mit einer sogenannten Matrixsubstanz gemischt. Das Molverhältnis Analyt-zu-Matrix beträgt dabei üblicherweise 1:102 bis 1:104. Der Laserstrahl wird von Matrixmolekülen absorbiert; dabei verdampft eine Portion dieses Matrixmaterials und nimmt dabei die Analytmoleküle mit in die Gasphase. Diese werden dabei teilweise ionisiert. Die Ionisierung erfolgt meistens durch eine Protonenaufnahme. Substanzen, die als Matrix verwendet werden, sind zumeist Protonendonatoren, also Substanzen, die leicht Protonen abgeben.

Aufgabe der Erfindung

Es ist die Aufgabe der Erfindung, Verfahren bereit zu stellen, um Messzellen in ICR-Massenspektrometern jeweils so zu füllen, dass reproduzierbar richtige Frequenzmessungen und damit höchste Massengenauigkeiten unter Einhaltung jeweils maximaler Füllmengen an Ionen erzielt werden.

Kurze Beschreibung der Erfindung

Die Erfindung besteht darin, einen ICR-Massenanalysator und einen Referenzmassenanalysator parallel zueinander zu betreiben und beiden Massenanalysatoren die gleichen Ionenmischungen, die mit den gleichen Ionisierungsmethoden aus denselben Substanzmischungen gewonnen wurden, zuzuführen. Die Referenzmassenspektren des Referenzmassenanalysators werden dann dazu verwendet, Kennzahlen zu erzeugen, die für die Steuerung der Befüllung der Messzelle des ICR-Massenanalysators verwendet werden können. Die beiden Massenanalysatoren können zwei verschiedenen Massenspektrometern, beispielsweise jeweils mit eigenen Ionenquellen, angehören, sie können aber auch in einem einzigen Gerät vereinigt sein.

Die Ionenmischungen können dem Referenzmassenanalysator etwas früher zugeführt werden als dem ICR-Massenanalysator, um Zeit für eine Auswertung des Referenzmassenspektrums zu erhalten und die Befüllung der Messzelle des ICR-Massenanalysators genau zu dem Zeitpunkt zu steuern, zu dem die gleiche Ionenmischung, die im Referenzmassenanalysator gemessen wurde, dem ICR-Massenanalysator zugeführt wird. Das ist besonders wichtig bei schnell veränderlichen Probensubstanzmischungen, wie sie beispielsweise aus Separationseinrichtungen wie Flüssigkeitschromatographie oder Kapillarelektrophorese angeliefert werden.

Die Substanzflüsse aus einem solchen Separationsverfahren können dabei indirekt, beispielsweise über die Belegung einer MALDI-Probenträgerplatte, oder aber auch direkt gekoppelt sein, beispielsweise über einen Split, der das Eluat zu zwei Ionenquellen führt, je eine Ionenquelle für jedes der beiden Massenspektrometer. Das ICR-Massenspektrometer kann dabei über eine Verzögerungsschleife in der kapillaren Zuführung etwas später mit der Substanzmischung aus dem Separationsvorgang beschickt werden. Die Substanzmischungen aus dem Separationsvorgang können aber auch in nur einer Ionenquelle ionisiert werden, wobei der Ionenstrahl im Vakuumsystem geteilt wird, bevor die beiden Teilstrahlen den beiden Massenanalysatoren zugeführt werden.

Die Steuerung der Füllung der Messzelle im ICR-Massenspektrometer soll über eine Kenngröße erfolgen, die aus dem Referenzspektrum gewonnen wird. Das kann das Integral über den Ionenstrom aller Ionenmassen, oder auch ein massenabhängig gewichtetes Integral über den Ionenstrom sein. Als besonders günstig hat sich eine Kenngröße erwiesen, die die größte Ansammlung von Ionen in einem beschränkten Massenbereich des Massenspektrums beschreibt. Die Kenngröße kann also als „Maximum eines gleitenden Mittelwertes" berechnet werden, wobei der gleitende Mittelwert als Multiplikation des Referenzspektrums mit einer gleitenden Ausschnittsfunktion berechnet wird. Das Maximum des so ermittelten gleitenden Mittelwertes bildet dann die Steuerkenngröße. Die Ausschnittsfunktion kann ein Rechteck einstellbarer Breite auf der Massenskala sein (normaler gleitender Mittelwert), aber auch eine Dreiecksfunktion oder eine Gaußfunktion (gewichtete gleitenden Mittelwerte). Dieses Verfahren bietet eine Füllung an, wobei die größte Intensität eines Massenbereiches mit einem oder mehreren großen Massensignalen als Steuerkenngröße verwendet wird. Dabei wird dem beobachtbaren Effekt Rechnung getragen, dass Ionen völlig anderer Masse das Auflösungsvermögen und die Massengenauigkeit praktisch wenig stören.

Die Verwendung einer solchen Kenngröße ist interessant: Besteht beispielsweise das Massenspektrum aus 10 Ionensignalen gleicher Intensität, wobei sich die Massen gleichmäßig über den gemessenen Massenbereich verteilen, so kann die Messzelle ungestört etwa zehnmal mehr Ionen aufnehmen, als wenn nur eine einzige Ionensorte vorhanden wäre. Das entspricht auch etwa den beobachtbaren Einflüssen. Es erklärt sich dadurch, dass sich die Ionen einer Ionensorte, die auf ihrer Umlaufbahn weitgehend beieinander bleiben, jeweils selbst mehr durch Coulomb-Abstoßung stören als es die anderen Ionensorten tun, die ja ihre eigene Zyklotronfrequenz besitzen und nur gelegentlich beim Überholen durch die Wolken andersartiger Ionen hindurch fliegen. Solche Ionensorten hingegen, deren Massen nahezu gleich sind, führen zu einer Reduzierung der Steuerkenngröße, um induzierte Störungen, aber auch „Peak Coalescence" zu vermeiden.

Die Berechnung der Kenngröße kann auf Grund weiterer Erfahrungen auch in verschiedener Weise anders gestaltet werden. So kann es günstig sein, schwere Ionen anders zu berücksichtigen als leichte Ionen. Das kann durch die Einführung eines masseabhängigen Gewichtfaktors geschehen.

Als parallel betriebener Referenzmassenanalysator kann beispielsweise ein Flugzeitmassenspektrometer mit orthogonalem Einschuss der Ionen (OTOF) verwendet werden. Dieses Flugzeitmassenspektrometer kann dabei relativ klein sein, da es auf eine hohe Massengenauigkeit nicht ankommt. Selbst mit einer Flugrohrlänge von nur 30 Zentimetern lässt sich in einem Spektrometer mit Reflektor eine Auflösung von etwa 3000 bis 5000 erreichen, die für die vorliegenden Zwecke weitaus ausreicht.

Idealer Weise wird für das Referenzmassenspektrometer die gleiche Ionenerzeugung und Ionenführung verwendet wie für das ICR-Spektrometer, also gleiche Ionenquelle, gleiche Ionenführung, gegebenenfalls gleiche Ionenselektions- und Ionenfragmentierungsstufen. Es können dann alle Verarbeitungen der Ionen auf dem Wege zum eigentlichen massenspektrometrischen Analysator in gleicher Weise durchgeführt werden.

Die beiden Massenanalysatoren können dabei sogar Teile des Vakuumpumpsystems gemeinsam haben. Sie können sogar Teile der Ionenerzeugung und Ionenweiterführung gemeinsam haben, wobei ein Split der Ionenströme irgendwo vor den beiden Massenanalysatoren vorzunehmen ist. Dieser Split kann eine zeitlich konstante Aufspaltung der Ionenströme sein, aber auch ein zeitlicher Split, der den beiden Massenanalysatoren die Ionenmischungen in einem Wechseltakt zuführt.

Beschreibung der Abbildungen

zeigt ein Schema zweier parallel betriebener Massenspektrometer nach dieser Erfindung. Das Eluat aus einer Separationseinrichtung wird in einer Spliteinrichtung geteilt und den beiden Massenspektrometern getrennt zugeführt, wobei der Fluss zum Ionenzyklotronresonanz-Massenspektrometer in einer Schleife verzögert wird.

zeigt ein Schema, bei dem zwei Massenanalysatoren in einem Vakuumsystem vereinigt sind und dort parallel betrieben werden. Das Eluat der Separationseinrichtung wird hier nur einer Ionenquelle zugeführt, und es werden erst die Ionenströme im Vakuumsystem in einer Spliteinrichtung geteilt. Der Ionenstrom zum Ionenzyklotronresonanz-Massenanalysator kann in einem Ionenspeicher verzögert werden.

Besonders vorteilhafte Ausführungsformen

Eine erste Ausführungsform besteht im Parallelbetrieb eines FTICR-Massenspektrometers mit einem völlig unabhängigen Flugzeitmassenspektrometer mit orthogonalem Ioneneinschuss. Das Flugzeitmassenspektrometer dient als Referenzmassenspektrometer und besitzt eine gleichartige Ionenquelle, einen gleichartigen Ioneneinlass in das Vakuumsystem, und, bis auf systemabhängig notwendige Unterschiede, eine gleichartige Einrichtung zur Beförderung der Ionen im Vakuum zum Massenanalysator. Die beiden Ionenquellen sind über eine Einrichtung zur Teilung der Flüssigkeitsströme („Split") an dieselbe Separationseinrichtung angeschlossen, wobei diese Separationseinrichtung eine Apparatur zur Flüssigkeitschromatographie oder zur Kapillarelektrophorese sein kann. Aus dem Referenzmassenspektrum des Flugzeitmassenspektrometers wird dann die Kenngröße berechnet, die zur Steuerung der Füllung der Messzelle des FTICR-Massenspektrometers verwendet wird.

Für eine langsame Flüssigkeitschromatographie ist eine zeitsynchrone Anlieferung der Substanzmischungen aus dem Split zu den beiden Ionenquellen vertretbar. Die Aufnahme eines Referenzmassenspektrums im Flugzeitmassenspektrometer dauert nur einige Zehntel einer Sekunde, und auch die Auswertung bis zur Berechnung der Kenngröße als Steuergröße für die Befüllung des FTICR-Massenspektrometers addiert nur wenige Zehntel einer Sekunde. In dieser Zeit von etwa einer halben bis zu einer ganzen Sekunde ändert sich die Mischung des Eluats aus der Flüssigkeitschromatographie nur sehr wenig; die aus dem Referenzmassenspektrum berechnete Steuergröße kann hier gut verwendet werden, obwohl zwischen der Messung des Referenzmassenspektrums und der Befüllung der Messzelle eine kurze Zeit vergangen ist.

Moderne Separatoren haben jedoch immer größere Trennschärfen und, damit verbunden, immer kürzere Peakbreiten der aufgetrennten Substanzen. Die Verwendung sehr feiner Kapillaren in der so genannten Nano-LC bringt bereits eine Verkürzung der Zeit, in der eine Substanz angeliefert wird, von über zehn Sekunden in der Normal-LC zu einigen wenigen Sekunden in der Nano-LC. In der Kapillarelektrophorese können Substanzpeakbreiten von ein bis fünf Sekunden erzielt werden. In der elektrophoretisch unterstützten Kapillarchromatographie liegen die Peakbreiten bereits unter einer Sekunde. In Chip-basierten Mikrotrennsystemen werden ebenfalls Substanzpeakbreiten von nur einigen Zehnteln einer Sekunde erzeugt. Für solche Trennsysteme, in denen sich die Substanzmischungen innerhalb von Zehnteln einer Sekunde bereits stark verändern, ist eine zeitsynchrone Anlieferung der Ionenmischungen zu beiden Massenspektrometern wegen des Zeitversatzes zwischen Messung des Referenzmassenspektrums und der Steuerung der Befüllung eines FTICR-Massenspektrometers nicht mehr zu verwenden.

Der Flüssigkeitsstrom zwischen dem Split und der Ionenquelle des FTICR-Massenspektrometers kann in diesen Fällen durch eine Schleife in der Transportkapillare verzögert werden, so dass eine gleiche Mischung aufgetrennter Substanzen im Flugzeitmassenspektrometer etwas früher gemessen wird. Der Zeitunterschied soll ausreichen, um ein Referenzmassenspektrum im Flugzeitmassenspektrometer zu messen, das Referenzmassenspektrum auszuwerten, und die Kenngröße für die Befüllung der Messzelle des FTICR-Massenspektrometers zu berechnen. Diese Kenngröße wird dann dazu verwendet, die Füllung der Messzelle des FTICR-Massenspektrometers mit der exakt gleichen, etwas später angelieferten Ionenmischung zu steuern. Die Ionenmischung zur Befüllung ist durch dieses Verfahren identisch mit der Ionenmischung, deren Referenzmassenspektrum im Flugzeitmassenspektrometer gemessen wurde.

Als Kenngröße für die Befüllung kann beispielsweise ein Integral über das Referenzmassenspektrum, oder besser, ein massengewichtetes Integral über das Referenzmassenspektrum genommen werden. Das massengewichtete Integral kann berücksichtigen, dass sich Ionen verschiedener Massen im FTICR-Masenspektrometer in verschiedener Weise stören.

Unter dem Begriff „Masse" soll hier immer, wie in der Massenspektrometrie üblich, die ladungsbezogene Masse m/z verstanden werden, also die physikalische Masse m geteilt durch die Anzahl z der Elementarladungen des Ions.

Das Integral über das Referenzmassenspektrum berücksichtigt aber nicht, dass sich die Ionenpulks sehr verschiedener Massen im FTICR-Massenspektrometer kaum gegenseitig stören, da sie sich mit sehr verschiedenen Umlauffrequenzen bewegen und sich daher nur bei Überholmanövern nahe kommen. Hier ist das Maximum eines gleitenden Mittelwerts über das Referenzmassenspektrum als Kenngröße sehr viel günstiger, wobei die Breite des gleitenden Mittelwerts so zu wählen ist, dass eine gute Reproduzierbarkeit der Massenbestimmung erzielt wird. Es wird also die maximale Intensität in einem kleinen Massenbereich gesucht. Es handelt sich hier im weiteren Sinne um die Erzeugung einer Korrelationsfunktion K(&tgr;) aus Referenzmassenspektrum S(m) und einer Ausschnittsfunktion A(&tgr; – m):

K(&tgr;) = ∫S(m) × A(&tgr; – m) dm. Für einen gleitenden Mittelwert ist die Ausschnittsfunktion eine Rechteckfunktion; es können für die Berechnung der Kenngröße aber auch andere Ausschnittsfunktionen, beispielsweise Dreiecksfunktion oder Gaußfunktion, verwendet werden. Als Kenngröße dient jedes Mal das Maximum dieser Korrelationsfunktion K.

Das Maximum der Korrelationsfunktion K werde hier sinngemäß als „Maximum eines gleitenden Mittelwertes" bezeichnet, da es sich um eine maximale Intensität in einem kleinen Massenbereich handelt, ausgewählt aus allen kleinen Massenbereiche des Referenzmassenspektrums.

Eine solche Kenngröße hat überraschende Eigenschaften. Hat beispielsweise das Referenzmassenspektrum zehn Ionensorten verschiedener Massen gleichmäßig über das Spektrum verteilt, so können zehnmal so viele Ionen in die Messzelle des FTICR-Massenspektrometers geladen werden, wie wenn das Referenzmassenspektrum nur eine einzige Ionensorte enthielte. Das entspricht in etwa auch der Erfahrung: sehr linienreiche Spektren mit vielen Ionensorten ergeben im Allgemeinen sehr viel bessere Massenbestimmungen als Spektren mit sehr wenigen Ionensorten; jedenfalls, wenn bei Kalibrierungen des FTICR-Massenspektrometers Referenzproben mit vielen Substanzen verwendet wurden.

Noch bessere Ergebnisse können mit Kenngrößen erzielt werden, die aus Kombinationen von Maximum der Korrelationsfunktion (Maximum des gleitenden Mittelwerts) mit Integral über das Massenspektrum (Gesamtladung) gewonnen wurden.

Das Referenzmassenspektrometer braucht selbstredend kein Flugzeitmassenspektrometer zu sein. Es kann praktisch jede andere Art von Massenspektrometer verwendet werden, beispielsweise ein Ionenfallenmassenspektrometer, ein Quadrupol-Filter-Massenspektrometer, selbst ein magnetisches Sektorfeld-Massenspektrometer. Das Referenzmassenspektrometer kann sehr klein sein; es sollte jedoch den Massenbereich des FTICR-Massenspektrometers umfassen. Das kann bei Ionenfallenmassenspektrometern bereits schwierig sein. Wird ein Massenspektrometer mit sehr niedrigem Auflösungsvermögen benutzt, so kann bereits die maximale Intensität des so aufgenommenen Spektrums die Kenngröße zur Steuerung bilden, da es sich hier wegen der geringen Auflösung bereits um einen gleitenden Mittelwert handelt.

Das Referenzmassenspektrometer muss auch nicht ein völlig getrenntes, eigenständiges Massenspektrometer sein. Es können beispielsweise die beiden Massenspektrometer dasselbe Pumpsystem verwenden. Beide Massenspektrometer können im selben Gehäuse untergebracht sein. Sie können sogar dieselbe Ionenquelle verwenden, wobei der Split dann sinngemäß nicht in der Zuführung der Substanzen vor der Ionenquelle, sondern im Ionenstromweg zu den beiden Massenanalysatoren liegt. Auch hier kann die zeitliche Synchronisation der Zuführung der Ionenmischungen zu den beiden Massenanalysatoren durch die Verwendung von Ionenspeichern aufgehoben werden. Dem Fachmann sind entsprechende Mittel bekannt. Bei starker Integration beider Geräte ist letztendlich nach außen nur noch ein einziges Massenspektrometer sichtbar, das innerlich jedoch zwei Massenanalysatoren, einen Referenzmassenanalysator und einen FTICR-Massenanalysator, enthält.

Die Ionen können innerhalb des Vakuumsystems nicht nur einfach an die Massenanalysatoren abgegeben werden; es können stattdessen einzelne Ionensorten durch ein Ionenfilter selektiert und in einer Fragmentierungseinrichtung zu Tochterionen fragmentiert werden. Diese Tochterionen werden zum Massenanalysator weitergegeben und dort als Tochterionenspektrum gemessen. Mit Blick auf den Erfindungsgedanken ist es selbstverständlich, dass Selektierungs- und Fragmentierungseinrichtungen auf beiden Ionenwegen zu den beiden Massenanalysatoren möglichst gleich sein müssen. Es ist hier besonders zweckmäßig, die Selektierung und Fragmentierung in solchen Geräten vorzunehmen, bei denen Ionenquelle, Ioneneinlass ins Vakuum und weitere Ionenführungssysteme gemeinsam genutzt werden. Selektierung und Fragmentierung können dann auf dem gemeinsam durchlaufenen Teilwegstück liegen, bevor der Ionenstrom geteilt und den beiden Massenanalysatoren getrennt zugeführt wird.

Aus den Beschreibungen der Verfahren ergeben sich auch leicht die benötigten Vorrichtungen.


Anspruch[de]
Verfahren zur Regelung der Befüllung der Messzelle eines Ionenzyklotronresonanz-Massenspektrometers mit Ionenmischungen,

dadurch gekennzeichnet, dass

(a) parallel zum Ionenzyklotronresonanz-Massenanalysator ein Referenzmassenanalysator betrieben wird, der mit der gleichen Ionenmischung beschickt wird wie der Ionenzyklotronresonanz-Massenanalysator,

(b) in dem Referenzmassenanalysator ein Referenzmassenspektrum dieser Ionenmischung gemessen wird, und

(c) aus dem Referenzmassenspektrum eine Kenngröße für die Regelung der Befüllung der Messzelle des Ionenzyklotronresonanz-Massenanalysators gewonnen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein gleitender Mittelwert über das Referenzmassenspektrum als Kenngröße dient. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Berechnung des gleitenden Mittelwerts eine Rechteckfunktion, eine Gaußfunktion oder eine Dreiecksfunktion verwendet wird. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der Rechteckfunktion, Gaußfunktion oder Dreiecksfunktion wählbar ist. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die gleitenden Mittelwerte massenabhängig gewichtet sind. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Referenzmassenanalysator und Ionenzyklotronresonanz-Massenanalysator jeweils eigene Ionenquellen, eigene Pumpsysteme, und eigene Ionenführungseinrichtungen haben. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Referenzmassenanalysator und Ionenzyklotronresonanz-Massenanalysator ein gemeinsames Pumpsystem, aber jeweils eigene Ionenquellen und eigene Ionenführunseinrichtungen haben. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Referenzmassenanalysator und Ionenzyklotronresonanz-Massenanalysator eine gemeinsame Ionenquelle, ein gemeinsames Pumpsystem, und teilweise gemeinsame Ionenführungseinrichtungen haben, wobei die Ionenmischung nach dem gemeinsamen Teil der Ionenführungseinrichtung geteilt und den beiden Massenanalysatoren jeweils ein Teil zugeführ wird. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Teil der Ionenmischung, die dem Ionenzyklotronresonanz-Massenanalysator zugeführt wird, in einem Ionenspeicher zwischengespeichert werden kann. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Referenzmassenanalysator und Ionenzyklotronresonanz-Massenanalysator eine gemeinsame Ionenquelle, ein gemeinsames Pumpsystem, und teilweise gemeinsame Ionenführungseinrichtungen haben, wobei die Ionenmischung nach dem gemeinsamen Teil der Ionenführungseinrichtung den beiden Massenanalysatoren zeitlich alternierend zugeführ wird.






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