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Dokumentenidentifikation DE102005025499A1 21.12.2006
Titel Massenspektrometrische Gemischanalyse
Anmelder Bruker Daltonik GmbH, 28359 Bremen, DE
Erfinder Bäßmann, Carsten, 28215 Bremen, DE;
Lubeck, Markus, 28203 Bremen, DE;
Gebhardt, Christoph, 28209 Bremen, DE;
Ledertheil, Thorsten, 27751 Delmenhorst, DE;
Franzen, Jochen, 28359 Bremen, DE
DE-Anmeldedatum 03.06.2005
DE-Aktenzeichen 102005025499
Offenlegungstag 21.12.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 21.12.2006
IPC-Hauptklasse G01N 27/62(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse G01N 30/72(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   G01N 27/453(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung bezieht sich auf eine massenspektrometrische Gemischanalyse, die neben einfachen Massenspektren der Substanzen auch weitergehende Informationen über Strukturen und andere Charakteristika der Substanzen ermitteln soll.
Die Erfindung besteht darin, das Substanzgemisch in einer Separationseinrichtung wie beispielsweise einem Flüssigkeitschromatographen zeitlich aufzutrennen, den weitgehend, aber meist nicht vollständig, separierten Strom der Substanzen zu teilen und die Teilströme in Form von Spektrenserien zu messen, wobei eine direkte Messung Spektrenserien liefert, deren Auswertung für eine optimale Steuerung des Messzeitpunkts einer Spektrennahme, des Messablaufs und der Messart von verzögert zu messenden Teilströmen verwendet wird. Die Substanzen der verzögerten Teilströme oder ihre Ionen können dabei in vielfältiger Weise chemisch oder physikalisch verändert, beispielsweise fragmentiert, werden, um nicht nur das Molekulargewicht, sondern weitergehende Aussagen über Strukturen, Sequenzen, Affinitäten, Reaktionsvermögen oder andere charakteristische Daten der Substanzen zu liefern.

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf eine massenspektrometrische Gemischanalyse, die neben einfachen Massenspektren der Substanzen auch weitergehende Informationen über Strukturen und andere Charakteristika der Substanzen ermitteln soll.

Die Erfindung besteht darin, das Substanzgemisch in einer Separationseinrichtung wie beispielsweise einem Flüssigkeitschromatographen zeitlich aufzutrennen, den weitgehend, aber meist nicht vollständig, separierten Strom der Substanzen zu teilen, und die Teilströme in Form von Spektrenserien zu messen, wobei eine direkte Messung Spektrenserien liefert, deren Auswertung für eine optimale Steuerung des Messzeitpunkts einer Spektrennahme, des Messablaufs und der Messart von verzögert zu messenden Teilströmen verwendet wird. Die Substanzen der verzögerten Teilströme oder ihre Ionen können dabei in vielfältiger Weise chemisch oder physikalisch verändert, beispielsweise fragmentiert, werden, um nicht nur das Molekulargewicht, sondern weitergehende Aussagen über Strukturen, Sequenzen, Affinitäten, Reaktionsvermögen oder andere charakteristische Daten der Substanzen zu liefern.

Die massenspektrometrische Analyse von Gemischen, besonders von Gemischen großmolekularer Substanzen, wie etwa großen Biomolekülen, verwendet heute in der Regel Trennverfahren in flüssiger Phase und eine Ionisierung der so mindestens teilweise getrennten Substanzen durch Elektrosprühen, um die Analytionen zu erzeugen. Das Elektrosprühen ist aber eine außerordentlich schonende Ionisierung, die im Wesentlichen nur Molekülionen ohne Bruchstückionen liefert und damit eigentlich nur das Molekulargewicht der Substanzen zu ermitteln gestattet. Genauer gesagt werden dabei Pseudomolekülionen gebildet. Diese sind protonierte oder deprotonierte Ionen, die sich von den wahren Molekülionen durch die Gewichte der überschüssigen oder fehlenden Protonen unterscheiden. Auch alternative Ionisierungsmethoden, wie etwa die Laserionisation, bilden Ionen, die sich aus neutralen Substanzen durch Hinzufügen oder Entfernen von Protonen bilden. Im Folgenden werden die Spektren von Pseudomolekülionen einfach „Molekülspektren" genannt, und unter „Molekülionen" werden stets die durch Hinzufügen oder Entfernen elektrisch geladener Einheiten (Protonen, aber auch Alkali-Ionen) entstehenden Pseudomolekülionen verstanden.

Für eine möglichst gute Charakterisierung und Identifizierung der Substanzen sind aber neben der Kenntnis des Molekülgewichts auch weitere Kenntnisse erforderlich, vor allem Kenntnisse der Struktur; für Proteine beispielsweise Kenntnis über Teilsequenzen der Aminosäuren. Die Teilsequenzen können aus Aufnahmen von Bruchstückionen ermittelt werden. Andere charakteristische Eigenschaften der Substanzen werden durch die Aufnahme von Massenspektren gewonnen, bei denen die Substanzen oder ihre Molekülionen chemisch oder physikalisch verändert wurden.

Um Kenntnisse über die Struktur zu erlangen, werden automatisch arbeitende Verfahren zur Messung der Spektren von Bruchstückionen eingesetzt. Die Messung der Bruchstückionen setzt besondere „Tandem-Massenspektrometer" (häufig als MS/MS abgekürzt) voraus, in denen eine Fragmentierung geeigneter, vorzugsweise mehrfach geladener Molekülionen möglich ist, die vorher in einem massenspektrometrischen Filter ausgewählt („selektiert") werden müssen. Solche Spektren werden häufig auch Tochterionenspektren genannt; in manchen Massenspektrometern ist es möglich, nochmals Tochterionen zu selektieren, zu fragmentieren und zu messen, man erhält dann Enkelionenspektren. Für die Fragmentierung der Substanzen sind verschiedenartige Verfahren bekannt geworden, unter anderem Fragmentierung durch energiereiche Stöße mit Neutralteilchen (Stoßgas), Fragmentierung durch Energieaufnahme durch eingestrahlte Photonen, meist im Infraroten (IRMPD = infrared multi photon dissociation), sowie Fragmentierung durch Reaktionen mit Elektronen, negativen Ionen oder hoch angeregten Neutralteilchen.

Durch Reaktionen der Ionen mit anderen Teilchen können bestimmte Substanzen aber auch andere Formen als nur Bruchstückionen bilden; so sind manchmal Komplexbildungen mit Alkali-Ionen, mit Metall-Ionen oder mit Flüssigkeitsmolekülen (Solvatation) charakteristisch für bestimmte Verbindungsarten. Auch deren Spektren können, abwechselnd mit Molekülionen, aufgenommen werden. So ist ein Verfahren bekannt geworden, durch Zugabe von Lithiumsalzen in der Sprühkapillare Lithiumionenkomplexe von Substanzen zu erzeugen, die sich normalerweise schlecht in Elektrosprüh-Ionenquellen ionisieren lassen. Durch Reaktionen von Gemischen aus vielfach positiv geladenen Biomolekülen mit negativen Ionen lassen sich durch einen Prozess, der „charge stripping" genannt wird, Gemische von einfach geladenen Ionen herstellen, die sich viel einfacher interpretieren lassen. Die Spektren solcher chemisch oder physikalisch reaktiv erzeugter Ionen werden im Folgenden unter „Spezialmassenspektren" zusammengefasst.

In den erwähnten automatischen MS/MS-Verfahren werden Spektren von Molekülionen und von Bruchstückionen abwechselnd aufgenommen. Das setzt eine Kenntnis über das Auftreten neu erscheinender Substanzen voraus, wobei diese Kenntnis sofort und in großer Eile aus den soeben gemessenen Molekülspektren gewonnen werden muss. Die abwechselnde Aufnahme von Molekülspektren und Bruchstückspektren und die Unkenntnis über die zukünftig zu erwartende Konzentration der neu auftretenden Substanzen lässt keine Optimierung dieses Verfahrens zu, da aus den Molekularspektren sofort entschieden werden muss, welche Molekülionen zu selektieren und zu fragmentieren sind. Enthält der Substanzstrom trotz der zeitlichen Separation mehrere sich überlappende Substanzen (was in komplexen Gemischen zu praktisch jeder Zeit die Regel ist), so kann diese Entscheidung für eine Substanz sehr schwierig sein, weil allenfalls Information über den Beginn eines Substanzschubs vorliegt, aber kein vollständiges Profil des Substanzschubs mit Lage und Höhe des Maximums. Die Substanzschübe aus der Separationseinrichtung (oft „Substanzpeaks" genannt) haben durchaus sehr verschiedene Konzentration und zeigen aus sehr verschiedene Konzentration und zeigen komplexe Überlappungsmuster. Trotz Anwendung intelligenter Algorithmen verschwinden Substanzen aus dem Substanzfluss, bevor es zu einer Aufnahme von Spektren der Bruchstückionen kommen konnte. Andererseits werden solche Bruchstückionenspektren häufig zu früh genommen, bevor die Substanz auch nur annähernd das Maximum ihrer Konzentration erreicht; ihre Qualität ist dann häufig zu schlecht für weitergehende Verarbeitung. Für eine erneute Spektrenaufnahme bleibt aber meist keine Zeit, da bereits neue Substanzschübe erscheinen.

Die Aufnahme der Molekülspektren dauert in modernen Massenspektrometern nur wenige Zehntel Sekunden, je nach Konzentration der angelieferten Substanzen, die Aufnahme von Tochterionenspektren beträgt in der Regel ein mehrfaches davon. Immerhin kann man in einer Sekunde ein bis fünf Paare von Molekülionen- und Tochterionenspektren aufnehmen.

Herkömmliche Flüssigkeitschromatographie bietet Substanzschübe, deren Profile durchaus etwa fünf bis dreißig Sekunden Breite haben. Hier ist eine herkömmliche, automatische Aufnahme von Tochterionenspektren einigermaßen aussichtsreich. Moderne Separationsverfahren haben jedoch immer größere Trennschärfen und, damit verbunden, immer kürzere zeitliche Breiten der aufgetrennten Substanzschübe. Die Verwendung sehr feiner Kapillaren in der so genannten Nano-LC bringt bereits eine Verkürzung der Zeit, in der eine Substanz angeliefert wird, auf einige wenige Sekunden. In der Kapillarelektrophorese können Profilbreiten der Substanzschübe von ein bis drei Sekunden erzielt werden. In der elektrophoretisch unterstützten Kapillarchromatographie liegen die Schubbreiten bereits unter einer Sekunde. In Chip-basierten Mikrotrennsystemen werden Substanzschubbreiten 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 abwechselnde Messung von Molekularspektren und Tochterionenspektren wegen der Konzentrationsänderungen im Zeitversatz zwischen beiden Messungen nicht mehr zu verwenden, wenn auch in den Substanzschüben selbst die Konzentration sehr hoch ist, was eine sehr kurze Aufnahmedauer für die Massenspektren ermöglicht.

Aufgabe der Erfindung

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine bessere Ausnutzung der aufgetrennten Substanzschübe für die Aufnahme von Tochterionen- und anderen Spezialmassenspektren zu ermöglichen, auch wenn die Substanzschübe durch schnelle Trennverfahren immer kürzer werden.

Kurze Beschreibung der Erfindung

Die Erfindung besteht darin, das Substanzgemisch in einer Separationseinrichtung wie beispielsweise einem Flüssigkeitschromatographen zeitlich aufzutrennen, den weitgehend, aber meist nicht vollständig separierten Strom der Substanzen zu teilen, mindestens einen Teilstrom zeitlich zu verzögern, und die Teilströme jeweils in Form von Spektrenserien zu messen, wobei die direkte, unverzögerte Messung Spektrenserien liefert, deren Auswertung für die optimale Steuerung des Messzeitpunkts einer Spektrennahme, des Messablaufs und der Messart der verzögert zu messenden Teilströme verwendet wird. Die direkt gemessene Spektrenserie der Molekülionen liefert Vorauskenntnis über die Profile der Substanzschübe; diese Vorauskenntnis kann zur Optimierung der Messung von Bruchstückionen der Substanzen oder der Messung anderer Spezialmassenspektren verwendet werden, wobei insbesondere Konkurrenzsituationen verschiedener Substanzen mit überlappenden Profilen, besonders solcher mit stark unterschiedlicher Konzentration, berücksichtigt werden können.

Die Verzögerung kann durchaus viele Sekunden betragen; sie sollte nach Möglichkeit größer sein als die halbe, besser noch als die ganze Profilbreite der Substanzschübe, um (vom Zeitpunkt der Spektrennahme der verzögerten Substanzen aus gesehen) im Voraus einen guten Überblick über die zukünftige Entwicklung der Konzentrationen der einzelnen Substanzen zu erhalten. Aber auch kleinere Verzögerungszeiten können gewinnbringend zur Steuerung des Messablaufs herangezogen werden, da dann zumindest das Anstiegsverhalten einer Substanz bekannt ist.

Die Substanzen der verzögerten Teilströme oder ihre Ionen können dabei in vielfältiger Weise chemisch oder physikalisch verändert, beispielsweise fragmentiert, werden, um nicht nur das Molekulargewicht, sondern weitergehende Aussagen über Strukturen, Sequenzen, Affinitäten, Reaktionsvermögen oder andere charakteristische Daten der Substanzen zu liefern.

Die Teilung der Substanzströme und die Verzögerung eines Teilstroms kann vor der Ionisierung erfolgen, beispielsweise durch einen Kapillarsplit und eine Verzögerungsschleife in einer der Kapillaren, die zu den dann mindestens doppelt vorhandenen Ionenquellen führen. Die Teilung kann aber auch nach der Ionisierung durch Teilung des Ionenstroms erfolgen, wobei die Verzögerung durch eine Anordnung von Ionenspeichern erreicht werden kann.

Die Messung der Spektrenserien für die Teilströme kann in getrennten Massenspektrometern vorgenommen werden, aber auch in regelmäßiger oder unregelmäßiger Abwechslung der Spektrennahme in einem einzigen Massenanalysator.

Kurze Beschreibung der Abbildungen

Die Abbildungen zeigen drei Beispiele von erfindungsgemäßen Ausführungsformen.

zeigt die Verwendung von zwei unabhängigen Massenspektrometern, die parallel betrieben werden, wobei der Substanzenstrom aus der Separationseinrichtung geteilt zugeführt wird. Der eine Teil wird dem zweiten Massenspektrometer durch eine Kapillarenschleife verzögert zugeführt, so dass Zeit bleibt, aus den Massenspektren des direkt gemessenen Substanzenstroms des ersten Massenspektrometers die besten Bedingungen für die speziellen Messungen des zweiten Massenspektrometers zu ermitteln und dieses Massenspektrometer entsprechend zu steuern.

stellt eine Konfiguration dar, in der der Ionenstrom der Substanzen im Vakuumsystem geteilt wird. Die Massenspektren der direkt im ersten Massenanalysator gemessenen Ionenströme werden dazu verwendet, die besten Bedingungen für die im zweiten Massenanalysator durch Ionenspeicher verzögert gemessenen 'Tochterionenspektren zu ermitteln.

gibt eine Anordnung wieder, in der beide Substanzströme in verschiedener Weise im selben Massenanalysator gemessen werden, wobei wieder die direkt gemessenen Massenspektren zur Bestimmung optimaler Bedingungen für die verzögert zu messenden Tochterionenspektren dienen.

Beste Ausführungsformen

Eine einfache, aber sehr effektive Ausführungsform unter Benutzung zweier, unabhängig voneinander arbeitender Massenspektrometer ist in wiedergegeben. Der weitgehend, aber bei komplexen Substanzgemischen keineswegs vollständig separierte Substanzstrom aus der Separationseinrichtung, beispielsweise eines Flüssigkeitschromatographen wird in einem Kapillarsplit geteilt. Der eine Teilstrom wird der Elektrosprüh-Ionenquelle des Direkt-Massenspektrometers unverzögert zugeführt und dort in Form einer Serie von Molekülionenspektren gemessen. Als Direkt-Massenspektrometer kann beispielsweise ein Flugzeitmassenspektrometer mit orthogonalem Ioneneinschuss verwendet werden, das sehr gute Massenbestimmungen und eine hohe Messdynamik liefert und eine schnelle Folge von Molekülionenspektren aufzunehmen erlaubt. Diese Messungen werden in einem Datensystem ausgewertet und liefern Kenntnisse über die Profile der Substanzschübe, vor allem auch Kenntnisse über präzise Molekülmassen und deren verschiedenen Ladungszustände, bevor Tochterionen- oder andere Spezialmessungen am zweiten Teilstrom ausgeführt werden. Die Elektrosprüh-Ionenquelle liefert neben einfach protonierten Molekülionen insbesondere auch mehrfach geladene Ionen, die sich besonders gut für eine Fragmentierung eignen.

Die Profile der Substanzschübe aus dem Flüssigkeitschromatographen mögen etwa zehn Sekunden breit sein. Es ist dann günstig, den Teilsubstanzstrom für das zweite Massenspektrometer um mindestens fünf besser um etwa 15 Sekunden zu verzögern. Es sind dann die Substanzprofile, die das zweite Massenspektrometer erreichen, etwa 15 Sekunden im Voraus bekannt. Es können aus dieser Kenntnis die jeweilig günstigsten Zeitpunkte für die Aufnahme von Tochterionenspektren für die sich überlappenden Substanzschübe bestimmt werden. Es stehen alle Kenntnisse über die Massen der Molekülionen und über die relativen Häufigkeiten der mehrfach geladenen Molekülionen, sowie über den Verlauf der Konzentrationen, insbesondere über den Zeitpunkt des Konzentrationsmaximums, zur Verfügung.

Als zweites Massenspektrometer kann beispielsweise eine Hochfrequenz-Quadrupol-Ionenfalle verwendet werden. Dieses Ionenfallen-Massenspektrometer erlaubt es nicht nur, in relativ einfacher Weise Tochterionenspektren zu messen, sondern auch Enkelionenspektren, falls eine solche Messung Vorteile bringt. Ein Nachteil des Ionenfallen-Massenspektrometers ist seine relativ geringe Messdynamik von nur etwa zwei bis drei Zehnerpotenzen zur Erkennung von Substanzen sehr kleiner Konzentration. Dieser Nachteil kann aber weitgehend ausgeschaltet werden, wenn die Molekülmasse einer gesuchten Substanz bekannt ist. Es kann dann die Ionenfalle mit prinzipiell bekannten Methoden blind mit Ionen der gesuchten Substanz befüllt werden, und diese Ionen können in ebenfalls bekannter Weise fragmentiert werden. Das parallel dazu betriebene Flugzeitmassenspektrometer hat nun eine ausgesprochen große Messdynamik von fünf bis sechs Zehnerpotenzen. Es können damit also auch Substanzen geringer Konzentration gefunden und ihre Massen präzise bestimmt werden. Mit dieser Kenntnis gelingt es dann, auch von diesen Substanzen Tochterionenspektren im Ionenfallen-Massenspektrometer aufzunehmen. Eine solche Kombination bietet also besondere Vorteile: Präzise Massenbestimmung der Molekülmassen im Flugzeitmassenspektrometer, Erkennung von Substanzen geringer Konzentration im Flugzeitmassenspektrometer, und Messung der Tochterionenspektren zur Strukturaufklärung und zur eindeutigen Identifizierung im Ionenfallen-Massenspektrometer.

Beide Massenspektrometer können von einem einzigen Rechner aus betrieben werden. In diesem Rechner werden auch die Spektrenserien abgelegt und ausgewertet. Es ist dann besonders einfach, die Rücksteuerung des zweiten Massenspektrometers durch die Spektrenserien des ersten Massenspektrometers vorzunehmen. Es ist allerdings nicht zwingend, nur einen Rechner für diese Aufgabe zu verwenden; es können ebenso gut vernetzte Rechner verwendet werden. Günstig und bedienungsfreundlicher ist es allerdings, die Benutzeroberfläche für beide Massenspektrometer gemeinsam auf einem Rechner zu haben.

zeigt eine Ausführungsform, bei der zwei verschiedene Massenanalysatoren durch eine einzige Ionenquelle gespeist werden, wobei die Teilung durch einen Ionenstromsplit im Vakuumsystem erzeugt wird. Ein Teilionenstrom wird dem Direkt-Massenanalysator zugeführt und ergibt die Serie an Molekülionenspektren, deren Auswertung zur Optimierung der Tochterionenspektren aus dem Tochterionenmassenanalysator verwendet wird. Die Verzögerung wird hier durch eine Einrichtung mit Verzögerungsionenspeichern vorgenommen. Damit sich die Ionenströme nicht zeitlich vermischen, wie es in einem einzigen Ionenspeicher der Fall wäre, kann eine Reihe von Ionenspeichern in Form eines Eimerketten-Prinzips verwendet werden. Jeder Ionenspeicher des Eimerketten-Ionenspeichers nimmt optimal etwa so viele Ionen auf, wie für ein gutes Tochterionenspektrum notwendig sind. Es können hier beispielsweise zwei gleiche Massenanalysatoren verwendet werden, da die Selektion und die Fragmentierung der Elternionen außerhalb des zweiten Massenanalysators stattfindet. Beide Massenanalysatoren können zum Beispiel wieder Flugzeitmassenspektrometer mit orthogonalem Ioneneinschuss sein. Es kann natürlich auch eine Ionenfalle als zweiter Massenanalysator verwendet werden, in diesem Fall können Filter-Massenspektrometer und Fragmentierungseinrichtung der entfallen, da die Prozesse der Selektion und Fragmentierung in der Ionenfalle selbst vorgenommen werden können.

Die Anordnung in ist besonders kostengünstig, weil hier nur ein einziger Massenanalysator zum Einsatz kommt. Der geteilte Substanzenstrom wird hier zwei getrennten Ionenquellen (Ionenquelle 1 und Ionenquelle 2) zugeführt, einmal direkt, und einmal in einer Kapillarenschleife verzögert. Unter Kapillarenschleife soll hier grundsätzlich immer eine Verlängerung oder eine Verdickung einer Kapillare verstanden. werden, so dass der Teilstrom verzögert wird; es muss sich nicht wörtlich um eine Schleife handeln. Die Ionen der beiden Ionenquellen können in zwei Speichern (Speicher 1 und Speicher 2) zwischengespeichert werden, so dass keine Ionen den Messungen verlustig gehen. Ein Ionenschalter lässt abwechselnd Ionen des direkten und des verzögerten Weges zum Massenanalysator. Die Ionen des direkten Weges erzielen die Spektrenserien, die zur Steuerung der Messung der Ionen des verzögerten Weges verwendet werden. Das Abwechseln der Messungen beider Wege muss dabei nicht regelmäßig sein; wenn es nach Auswertung der direkt gemessenen Spektrenserie günstig erscheint, können auch mehrere verzögerte Messungen (oder auch direkte Messungen) hintereinander ausgeführt werden, bevor auf den anderen Weg umgeschaltet wird.

Ein besonders günstiger Massenanalysator ist hier der Analysator eines Flugzeitmassenspektrometers mit orthogonalem Ioneneinschuss, da dieser Analysator eine hohe Messfrequenz für Massenspektren erlaubt, eine hohe Massengenauigkeit liefert, eine hohe Messdynamik aufweist und keine Ladungskontrolle benötigt, sondern eine stabile und vom Ionenstrom unabhängige Massenkalibrierung aufweist.

Als Filter-Massenspektrometer zur Selektion der Elternionen, die anschließend zu Tochterionen fragmentiert werden sollen, bietet sich hier ein Quadrupolfilter an, wie es klassisch in Tandem-Massenspektrometern verwendet wird. Es können aber auch andere Arten von Massenfiltern verwendet werden, beispielsweise Wien-Filter. Das Quadrupol-Massenfilter hat den Vorteil, dass es elektrisch auf den Durchgang aller Ionen (oberhalb einer Abschneidegrenze) einzustellen ist. Damit lässt sich gelegentlich, wenn auch die nachfolgende Fragmentierungszelle ausgeschaltet ist, ein Molekülspektrum des verzögerten Substanzstroms aufnehmen. Ein solches Molekülspektrum kann zur Kontrolle der Verzögerungszeit verwendet werden, zumal wenn ein Molekülspektrum dann genommen wird, wenn sich ein auslaufender und ein einlaufender Substanzschub überlappen. Die Verzögerungszeit kann sich verschieben, wenn sich das Splitverhältnis ändert, was wiederum durch Störungen des Flüssigkeitsstroms in einer der Elektrosprüh-Ionenquellen erzeugt sein könnte.

Als Fragmentierungseinrichtungen kommen insbesondere Stoßzellen zur Stoßfragmentierung (CID = collision induced dissociation) zur Anwendung, wie sie in den meisten Tandem-Massenspektrometern verwendet werden, aber auch Einrichtungen zur Fragmentierung durch Photonen, Elektronen, negative Ionen oder hoch angeregte Neutralteilchen. Reaktionen mehrfach geladener positiver Ionen mit langsamen Elektronen (ECD = electron capture dissociation), speziellen negativen Ionen (ETD = electron transfer dissociation) oder hoch angeregten Atomen liefern Fragmentionen einer Art, die von der der Stoßfragmentierung verschieden ist und zusätzliche Informationen liefert. Der Betrieb der Fragmentierungszellen ist dem Fachmann bekannt und braucht daher hier nicht im Einzelnen geschildert zu werden.

Der Split muss die Substanzströme nicht im Verhältnis 1:1 teilen, sondern kann auch andere Teilungsverhältnisse herstellen, wenn das für die verzögerten Tochterionen- oder Spezialmessungen günstiger ist. In besonderer Ausführungsform kann das Teilungsverhältnis steuerbar sein, daraus ergibt sich aber sofort auch eine Änderung der Verzögerung. Eine Kontrolle für die Messung der Verzögerung durch die Aufnahme eines Molekülspektrums des verzögerten Ionenstroms ist oben beschrieben. Der Split kann auch mehr als zwei Teilströme generieren, wenn das günstig ist. Es können beispielsweise drei Teilströme mit zwei verschiedenen Verzögerungen für eine grundsätzlich parallele Aufnahme von Molekülionen, Tochterionen und Enkelionen erzeugt werden, wobei für die Aufnahme der Tochterionen die Kenntnis der Substanzprofile aus den Molekülspektren, und für die Aufnahme der Enkelionen die Kenntnis der Tochterionenspektren verwendet werden kann. Die drei Teilströme können in drei, zwei oder sogar nur in einem Massenanalysator gemessen werden. Drei Teilströme können ebenfalls verwendet werden, um neben den Molekülspektren Tochterionen durch CID (Stoßfragmentierung) und durch ECD (Elektroneneinfang-Fragmentierung) oder andere Fragmentierungsarten parallel aufzunehmen.

Die in den bis vorgestellten Anordnungen sind somit nur Beispiele. Es ist dem Fachmann auf diesem Gebiet in Kenntnis dieser Erfindung durchaus möglich, sehr verschiedenartige Apparaturen für sehr verschiedenartige Verfahren zu bauen, bei denen aber stets in besonderer Weise aufgenommene Massenspektren von Substanzflüssen durch die Auswertung von Spektrenserien gesteuert werden, die im Voraus an Teilströmen gemessen wurden. Die in besonderer Weise aufgenommenen Massenspektren können Tochterionenspektren, Enkelionenspektren, aber auch Massenspektren von sonst chemisch oder physikalisch veränderten Substanzen oder Ionen sein. Dabei können diese Veränderungen an den Substanzen in den Teilströmen der Substanzen vor der Ionenquelle, aber auch an den Ionen der Substanzen im Massenspektrometer vorgenommen werden.


Anspruch[de]
Verfahren zur Analyse von Substanzgemischen,

dadurch gekennzeichnet, dass

(a) das Substanzgemisch in einer Separationseinrichtung zeitlich separiert wird,

(b) der Strom zeitlich separierter Substanzen geteilt wird,

(c) ein Teilstrom direkt massenspektrometrisch als Spektrenserie gemessen wird, und

(e) mindestens ein weiterer Teilstrom verzögert massenspektrometrisch gemessen wird,

wobei die verzögerten Messungen durch eine Auswertung der direkt gemessenen Spektrenserie gesteuert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die verzögerten Messungen an solchen Ionen vorgenommen werden, die durch chemische oder physikalische Veränderungen der zugrunde liegenden Substanzen oder ihrer Ionen erzeugt wurden. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die verzögerten Messungen an fragmentierten Ionen vorgenommen werden, wodurch Tochterionenspektren oder Enkelionenspektren aufgenommen werden. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Separationseinrichtung mit Chromatographie oder Elektrophorese oder mit einer Kombination aus beiden arbeitet. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilung des Substanzstromes vor der Ionisierung der Substanzen erfolgt, und dass die Verzögerungen in Kapillarenschleifen erfolgen, durch die ein Teil des Substanzstroms fließt. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilung des Substanzstromes nach der Ionisierung der Substanzen als Teilung der Ionenströme erfolgt, und dass die Verzögerungen durch das Durchlaufen von Ionenspeichern erzeugt werden. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ionenspeicher als Eimerketten-Ionenspeicher aufgebaut sind. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zeitliche Verzögerung mindestens etwa der halben Profilbreite eines Substanzschubs aus der Separationseinrichtung entspricht. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die direkten und die verzögerten Messungen in verschiedenen Massenanalysatoren ausgeführt werden. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die direkten und die verzögerten Messungen regelmäßig oder unregelmäßig abwechselnd in dem selben Massenanalysator ausgeführt werden.






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