DE10010902A1 - Tandem-Massenspektrometer aus zwei Quadrupolfiltern - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Tandem-Massenspektrometer und ein Verfahren zur Aufnahme von Tochterionenspektren, das sowohl zur Selektion der Elternionen wie auch zum Messen der Tochterionen je ein Quadrupolmassenspektrometer benutzt. DOLLAR A Die Erfindung besteht darin, als Stoßzelle zum Fragmentieren der Elternionen nicht ein üblicherweise verwendetes drittes Quadrupolfilter zu benutzen, sondern ein Ionenleitsystem mit schraubenförmig gewendelten Drähten, besonders in Form einer Doppelhelix, in dem die Ionen vollständig abgebremst und aktiv zur Austrittsöffnung geführt werden können.

Description

Die Erfindung betrifft ein Tandem-Massenspektrometer und ein Verfahren zur Aufnahme von Tochterionenspektren, das sowohl zur Selektion der Elternionen wie auch zum Messen der Tochterionen je ein Quadrupolmassenspektrometer benutzt.

Die Erfindung besteht darin, als Stoßzelle zum Fragmentieren der Elternionen nicht ein übli­ cherweise verwendetes drittes Quadrupolfilter zu benutzen, sondern ein Ionenleitsystem mit schraubenförmig gewendelten Drähten, besonders in Form einer Doppelhelix, in dem die Ionen vollständig abgebremst und aktiv zur Austrittsöffnung geführt werden können.

Stand der Technik

Quadrupolmassenspektrometer gehen auf Wolfgang Paul zurück. Im Patent DE 944 900 (US 2 939 952) von Paul und Steinwedel aus dem Prioritätsjahr 1953 werden sowohl das Quadrupolmassenfilter wie auch die Quadrupol-Ionenfalle beschrieben. Die Kenntnis der Quadrupolmassenspektrometrie wird hier vorausgesetzt.

Unter Tandem-Massenspektrometrie versteht man die Messung von Tochterionen in einem zweiten Massenspektrometer, wobei die Tochterionen aus Elternionen gewonnen werden, die in einem ersten Massenspektrometer ausgewählt (selektiert) wurden. Meist werden die Toch­ ter- oder Fragmentionen in Stoßprozessen mit Gasmolekülen zwischen erstem und zweitem Massenspektrometer erzeugt, jedoch sind auch andere Fragmentierungsarten für die Eltern­ ionen bekannt.

Tandem-Massenspektrometrie mit Quadrupolfiltern ist seit etwa 20 Jahren bekannt (US 4,234,791, C. G. Enke, R. A. Yost und J. D. Morrison; US 4,329,582, J. B. French und P. H. Dawson) und bedient sich normalerweise einer Technik, die auf "Dreifach-Quadrupolen" (eng­ lisch "triple quadrupoles" oder kurz "triple quads") beruht. Dabei dient das erste Quadrupol als Massenspektrometer zur Auswahl der Elternionen, das zweite Quadrupol als Fragmentie­ rungskammer mit Einschuss der ausgewählten Elternionen in ein Stoßgas, und das dritte Quadrupol als Massenanalysator für die entstandenen Tochter- oder Fragmentionen.

Das erste Quadrupolmassenspektrometer wird mit einer Hochfrequenzspannung mit überla­ gerter Gleichspannung betrieben, so dass ein kleiner Massenbereich ausgewählt werden kann (genauer: ein Bereich für das Verhältnis von Masse zu Ladung, das allein in der Massenspek­ trometrie bestimmt werden kann). Das zweite Quadrupol wird dagegen nur mit einer Hochfrequenzspannung ohne überlagerte Gleichspannung betrieben, es wirkt damit nur als ein Füh­ rungssystem für die Ionen. Die mit etwa 20 bis 30 Elektronenvolt eingeschossenen Ionen dif­ fundieren sehr stark im Stoßgas, das Führungssystem für die Ionen (auch Ionenleitsystem ge­ nannt) verhindert so Ionenverluste. Das dritte Quadrupol wird wiederum mit überlagerter Gleichspannung betrieben, es filtert Ionen einer Masse (besser: eines Masse-zu-Ladungsver­ hältnisses) heraus. Durch Veränderung von Spannungen kann die gefilterte Masse verändert werden, so wird ein ganzen Spektrum über alle Massen aufgenommen.

Ein Dreifach-Quadrupolmassenspektrometer hat sich besonders für die quantitative Analyse von Substanzen von Gemischen bewährt, wobei die Gemische durch Gaschromatographie oder Flüssigkeitchromatographie aufgetrennt und der Ionenquelle eines solchen Spektrometers zu­ geführt werden. Da die Substanzen im Prinzip bekannt sind, ist es nicht notwendig, die Toch­ terionenspektren vollständig zu messen. Man kann das Massenspektrometer so eingestellt las­ sen, das das erste Quadrupolmassenspektrometer ein charakteristisches Ion einer Substanz durchlässt, im zweiten Quadrupol entstehen dann daraus Tochterionen, von denen aber im dritten Quadrupol wiederum nur ein charakeristisches Tochterion gemessen wird. Für die Mes­ sung dieser Substanz wird also weder das erste noch das dritte Quadrupol von Masse zu Masse durchfahren ("gescannt"), sondern beide Filter bleiben dauernd geöffnet. So ergibt sich eine hohe Tranmsmission für die Ionen bei gleichzeitig hoher Selektivität für die gesuchte Substanz.

Um die Meßgenauigkeit in quantitativer Hinsicht zu verbessern, kann man eine Referenzsub­ stanz zugeben, möglichst ein isotopenmarkiertes Derivat der Untersuchungssubstanz; man misst dann beide Substanzen zur gleichen Retentionszeit. Durch einfaches Umschalten der bei­ den Durchlassfenster der Quadrupolfilter für die beiden Substanzen kann man deren Verhältnis bestimmen. Auch hier wird nicht der volle Massenbereich gescannt, es wird nur zwischen den beiden Durchlasszuständen hin- und hergeschaltet.

Es gibt noch andere, sehr interessante Betreibungsarten für Dreifach-Quadrupolmassenspek­ trometer, die aber hier nicht im Einzelnen aufgeführt werden sollen.

Die heute bekannten Dreifach-Quadrupolmassenspektrometer haben trotz langjähriger Ent­ wicklung immer noch starke Nachteile, die im Prinzip des Gerätes liegen. Es gibt für Dreifach- Quadrupolmassenspektrometer ein Grundproblem: Erhöht man die Stoßausbeute an Tochteri­ onen durch höhere Stoßgasdichte im mittleren Quadrupol, so vergrößert man die Geschwin­ digkeitsinhomogenität der Tochterionen am Ausgang aus diesem Quadrupol, die zu einer schlechten Transmission beim Übergang auf das dritte Quadrupol und zu einer schlechten Mas­ senauflösung in diesem Quadrupolmassenspektrometer führt. Die Stäbe dieses analytischen Quadrupolmassenspektrometers müssen daher sehr lang sein, um durch eine lange Verweildau­ er auch schnellerer Ionen in diesem Quadrupolfeld zu einer besseren Massenfilterung zu kom­ men; die schlechte Transmission beim Übergang auf dieses Quadrupol kann jedoch nicht ver­ bessert werden. Lange Quadrupolsysteme sind außerdem schwierig und teuer herzustellen.

Zur Lösung dieses Grundproblems ist ein Verfahren bekannt geworden (Fa. Sciex Inc., Thorn­ hill, Canada), das die Stoßgasdichte im zweiten Quadrupol relativ niedrig hält, und gleichzeitig die Fragmentierung durch eine Anregung der Ionenoszillationen in diesem Quadrupol durch ein resonantes Dipol-Wechselfeld für die Elternionen quer zur Flugrichtung der Ionen erhöht. Das kann durch eine zusätzlich Wechselspannung an zwei gegenüberliegenden Polen des Quadru­ pols geschehen. Durch diese zusätzliche Anregung wird die Ausbeute an Tochterionen verbes­ sert, aber das Grundproblem des Dreifach-Quadrupolmassenspektrometers wird nicht vollstän­ dig gelöst.

Der sechsdimensionale Raum aus Orts- und Impulskoordinaten von Teilchen heißt der "Pha­ senraum". In einem Ionenstrahl füllen die Orts- und Impulskoordinaten aller Ionen einen be­ stimmten Teil des Phasenraums aus, dieser Teil heißt das "Phasenvolumen". Das Grundprob­ lem eines jeden Dreifach-Quadrupolmassenspektrometers besteht darin, dass im Stoßquadrupol das Phasenvolumen der Ionen vergrößert und dass das analytische Quadrupolmassenspektro­ meter nur Ionen eines kleinen Phasenvolumens gut trennen kann. Die Massenauflösung des dritten Quadrupolmassenspektrometers hängt also ganz wesentlich von der Orts- und Ge­ schwindigkeitsverteilung der eingeschossenen Ionen ab.

Eine Reduzierung des Phasenvolumens kann nach physikalischen Gesetzen nicht mit ionenopti­ schen Mitteln, sondern nur durch Kühlen des Ionenplasmas des Ionenstrahles, beispielsweise durch Kühlen in einem Dämpfungsgas, erreicht werden. Eine solche Kühlung der Ionen durch ein Dämpfungsgas (auf Kosten der Zeit) ist beispielsweise in Hochfrequenz-Quadrupol-Ionen­ fallen bekannt. Die Kühlung der Ionen mittleren Quadrupolfeld scheitert aber daran, dass die Ionen eine restliche Vorwärtsgeschwindigkeit brauchen, um aus dem Feld sicher wieder he­ rauszufliegen.

Aufgabe der Erfindung

Es ist die Aufgabe dieser Erfindung, eine Vorrichtung zu finden, in der die Ionen nicht nur fragmentiert, sondern auch gekühlt werden, so dass ihr Phasenvolumen reduziert wird. Die Ionen sollen dann als feiner Strahl energiehomogen in das als Analysator wirkende Quadru­ polmassenspektrometer eingeschossen werden können.

Kurze Beschreibung der Erfindung

Die Erfindung besteht darin, für die Fragmentierung der Elternionen ein Ionenleitsystem mit gewendelten Drahtpaaren zu verwenden, in dem sich die Bewegungen aller Ionen nach ihrer Fragmentierung durch eine hohe Gasdichte vollständig dämpfen lassen, so dass sie sich prak­ tisch im Gas ruhend in der Achse des Ionenleitsystems sammeln. Die Ionen müssen dann in einem solchen Ionenleitsystem aktiv zum Ende des Ionenleitsystems geführt, dort extrahiert und in das analysierende Quadrupolmassenspektrometer eingeschossen werden.

Besonders geeignet ist ein Ionenleitsystem, das nur aus einem gewendelten Drahtpaar in Form einer Doppelhelix besteht.

Ein solches Ionenleitsystem in Form einer Doppelhelix ist in US 5,572,035 im Einzelnen be­ schrieben. Es besteht aus zwei schraubenförmig um die gleiche Achse gewendelten Drähten, die mit den beiden Phasen einer Hochfrequenzspannungsversorgung verbunden sind. Diese Doppelhelix kann die Form eines Zylinders, aber auch eines Kegelstumpfs oder einer Trompete besitzen, wobei die Wand aus den Drahtwendeln gebildet wird. Es bildet sich dann in diesem Gebilde ein Pseudopotential aus, das die Ionen bei Annäherung an die Wand zurücktreibt. In der Achse gibt es eine Mulde dieses Pseudopotentials. Das Pseudopotential wirkt auf positive wie auf negative Ionen in gleichem Maße. Das Pseudopotential entsteht als Zeitintegral über die anziehenden und abstoßenden Kräfte des inhomogenen elektrischen Kraftwechselfeldes auf ein schwingendes Teilchen in der Nähe der Drähte. Das Pseudopotential einer Doppelhelix­ anordnung kann außerordentlich hoch gemacht werden, weit höher, als das für Ionenleitsyste­ me aus Polstäben möglich ist.

Für die Reduzierung des Phasenvolumens kommt es insbesondere darauf an, die Länge des Ionenleitsystems und den Druck des Dämpfungsgases so aufeinander abzustimmen, dass die eingeschossenen Ionen - bis auf thermische Diffusionsbewegungen - im Gas vollständig zum Stehen kommen und sich dabei in der Mulde des Pseudopotentials, also in der Achse des Io­ nenleitsystems sammeln. Der Stillstand der Ionen im Gas macht es notwendig, im Gegensatz zum bisherigen Gebrauch von Ionenleitsystemen, die Ionen aktiv zum Ende des Ionenleit­ systems zu führen.

Die Ionen müssen in das Ionenleitsystem mit einer kinetischen Energie eingeschossen werden, die zum Stoßfragmentieren ausreicht. Die relativ langsame Führung (in einigen Millisekunden) der dann praktisch ruhenden Ionen zum Ende des Ionenleitsystems hilft außerdem, die Tochte­ rionen zu kühlen und kurzlebige, hoch angeregte Tochterionen zum Zerfall zu bringen. Da­ durch wird ein weitgehend untergrundfreies Tochterionenspektrum im analytischen Quadru­ polmassenspektrometer erhalten, das nicht durch Streuionen aus Ionenzerfällen während des Fluges im Quadrupolmassenspektrometer verunreinigt ist.

Eine Befüllung mit Gas ist möglich, indem das Ionenleitsystem in einer eigenen Vakuumkam­ mer betrieben wird, die sich auf einem gewünschten Druck zwischen 0,01 bis 100 Pascal (vor­ zugsweise zwischen 0,1 und 10 Pascal) befindet, oder aber durch eine mindestens teilweise Umhüllung des Ionenleitsystems so, dass nur die Umhüllung mit Gas befüllt wird. Das Gas kann dann durch die Umhüllung und damit längs durch die Doppelhelix strömen.

Der aktive Vortrieb der gedämpften Ionen kann auf mehrere Weisen geschehen: (1) Die Ionen können am einfachsten durch das eingeführte Gas selbst vorgetrieben werden, wenn das Gas am Anfang einer Umhüllung des Ionenleitsystems zugeführt wird und das Ionenleitsystem zum Ende hin durchströmt. (2) Durch eine konische Ausführung des Ionenleitsystems kann ein sachter Vortrieb der Ionen erreicht werden, wenn sich der Konus zum Ionenaustritt hin öffnet, was aber hier nicht bevorzugt wird. (3) Das Ionenleitsystem kann mit einem schwachen achsi­ alen Gleichfeld versehen werden, das die Ionen zum Ende des Leitsystems führt. Beispielsweise kann durch eine Versorgung der Helixdrähte mit je einer Gleichspannung ein Spannungsabfall längs der Achse des Ionenleitsystems erzeugt werden. Zweckmäßigerweise sind dazu die Drähte der Doppelhelix aus Widerstandsdraht gefertigt. Es genügt ein sehr geringes Feld von nur etwa 0,01 bis 1 Volt pro Zentimeter (vorzugsweise etwa 0,1 V/cm), um die Ionen voran­ zutreiben.

Es können auch mehrere Vortriebssystem gleichzeitig wirken. Wenn das Ionenleitsystem sich beispielsweise konusförmig zum Ioneneinschuss hin öffnet (ein durchaus besonders günstiger Fall), so entsteht ein Pseudopotential, das die Ionen schwach zum Eingang hin zurücktreibt. Dieser Effekt kann aber durch ein axial wirkendes Gleichspannungsfeld überkompensiert wer­ den.

Die Ionen, die sich am Ende der Doppelhelix in einem feinen Stromfaden befinden, können jetzt direkt in das analytische Quadrupolmassenspektrometer eingeschossen werden, indem sich das Achsenpotential des räumlich anschließenden Quadrupolmassenspektrometers um einige Volt unter dem Achsenpotential der Doppelhelix befindet. Diese Ausführung ist jedoch nicht besonders vorteilhaft, da zweckmäßigerweise das analytische Quadrupolmassenspektro­ meter in einer eigenen Kammer mit wesentlich besserem Vakuum betrieben wird.

Eine Ziehlinse ist eine Ionenoptische Linse, die den Ionen gleichzeitig mit einer Fokussierung (oder Defokussierung) auch eine Beschleunigung erteilt. Beide Seiten der Linse befinden sich also auf verschiedenen Potentialen. Das steht im Gegensatz zu einer so genannten Einzellinse, die nur eine fokussierende (oder defokussierende) Wirkung, aber keine Beschleunigung ausübt; die Einzellinse hat also stets das gleiche Potential auf beiden Seiten. Ziehlinsen und Einzellinsen bestehen in der Regel aus konzentrischen Lochblenden in festem Abstand zueinander. Ein Ziehlinsensystem ist ein System aus mindestens einer ionenoptischen Linse, in dem mindestens eine Ziehlinse vorhanden ist.

Ein Ziehlinsensystem kann die Ionen aus dem Ionenleitsystem besonders gut herausziehen, wenn das Potential der zweiten Lochblende durch das Loch der ersten Lochblende hindurch in das Ionenleitsystem hineingreift. Die erste Lochblende befindet sich dabei etwa auf dem Ach­ senpotential der Ionenleitvorrichtung. Dabei ist das Loch der zweiten Lochblende günstiger­ weise kleiner im Durchmesser als das Loch der ersten Lochblende. Weiterhin ist es günstig, die drei letzten Blenden eines Ziehlinsensystems als Einzellinse auszubilden, das die gewünschte Fokussierung übernimmt.

Da im Ionenleitsystem ein für Ionenbewegungen gewollt schädlicher Gasdruck herrscht, im analytischen Quadrupolmassenspektrometer aber ein besseres Vakuum herrschen muss, befin­ den sich beide zweckmäßigerweise in getrennten Vakuumkammern. Es ist dann zweckmäßig, die Lochblende des Ziehlinsensystems mit dem kleinsten Loch in die Wand zwischen den Va­ kuumkammern gasdicht zu integrieren. Der Lochdurchmesser kann bei etwa 0,5 Millimetern liegen. Zum Aufrechterhalten einer guten Druckdifferenz hilft es, wenn das Loch zu einem kleinen Kanal geformt wird. Es können auch zwei Lochblenden des Ziehlinsensystems zur Er­ zeugung einer differentiellen Pumpstufe benutzt werden, indem zwischen diesen beiden Loch­ blenden separat abgepumpt wird.

Außerdem hilft es für das Aufrechterhalten eines guten Drucks im analytischen Quadrupolmas­ senspektrometer, wenn im Ionenleitsystem der Druck des Dämpfungsgases zum Ende hin ab­ nimmt. Das kann erreicht werden, wenn das Gas am Anfang einströmt und wenn durch Öff­ nungen in der Umhüllung längs des Ionenleitsystems ein Druckabfall erzeugt wird.

Dem Ionenleitsystem zur Ionenfragmentierung ist ein selektierendes Quadrupolmassenspektro­ meter vorgeschaltet, das wiederum in einer eigenen Vakuumkammer angeordnet sein kann. Es können die Elternionen für die Erzeugung von Tochterionen in verschiedener Weise selektiert werden. So kann man alle Isotopenionen einer Substanz mit gleicher Ladung auswählen, oder aber auch nur eine einzige Isotopensorte ("monisotopische" Ionen). Auch zwischen selektie­ rendem Quadrupolmassenspektrometer und Ionenleitsystem kann ein Ziehlinsensystem zwi­ schengeschaltet werden, das einerseits zur Beschleunigung der Ionen und andererseits zur Trennung der Vakuumkammern dienen kann.

Beschreibung der Bilder

Abb. 1 gibt das Prinzipschema eines günstigen Tandem-Quadrupolinassenspektrometers nach dieser Erfindung wieder. Das Vakuumsystem (30) ist intern aufgeteilt in die Kammern (31) bis (38), die ein komplexes Differentialpumpsystem bilden, das die erforderlichen Gas­ dichten und Vakua in den verschiedenen Kammern aufrecht erhält. Die Pumpen sind aus Grün­ den größerer Klarheit weggelassen.

Die Ionen werden in einer Elektrosprüh-Ionenquelle (21) außerhalb des Vakuumsystems (30) erzeugt und durch eine Kapillare (22) in die erste Vakuumkammer (31) eingeführt. Die Ionen treten dann durch einen Gasabstreifer (39) hindurch in die zweite Vakuumkammer (32), wo sie von einem Hochfrequenz-Ionenleitsystem (23) aufgenommen werden. Dieses Ionenleitsystem (23) ist ein herkömmliches, offenes Multipol-Stabsystem, das sich sich durch die Vakuum­ kammern (32) und (33) hindurch bis in die Kammer (34) erstreckt, in der sich das selektierende Quadrupolmassenspektrometer (24) in gutem Vakuum befindet. Die aus dem Multipol- Ionenleitsystem (23) austretenden Ionen werden durch eine leichte Potentialdifferenz von eini­ gen Volt in das selektierende Quadrupolmassenspektrometer (24) eingeschossen und dort aus­ gefiltert, so dass nur noch die gewünschten Elternionen das Quadrupolmassenspektrometer (24) passieren können. Am Ende dieses Quadrupolmassenspektrometers (24) werden die El­ ternionen durch ein Ziehlinsensystem (25) herausgezogen, beschleunigt, und mit einer Energie von etwa 10 bis 30 Elektronenvolt pro Ionenladung in das konische Doppelhelixsystem (26) eingeschossen. Das Ziehlinsensystem (25) bildet wiederum eine Differentialpumpkammer (35) aus, die das erforderliche gute Vakuum in Kammer (34) von der stoßgasgefüllten Kammer (36) trennt. Das konische Doppelhelixsystem (26) in dieser Kammer (36) wird über die Zuleitung (20) mit Stoßgas versorgt. Die Elternionen werden hier zu Tochterionen fragmentiert, die er­ zeugten Ionen werden gekühlt und zum Ende des Doppelhelixsystems transportiert, wo sie durch ein weiteres Ziehlinsensystem (27) extrahiert, zu einem feinen Ionenstrahl geformt und mit etwa 3 bis 6 Volt Beschleunigung in das analysierende Quadrupolmassenspektrometer (28) eingeschossen werden. Das Ziehlinsensystem (27) bildet wiederum eine Differentialpumpkam­ mer (37), die die stoßgasgefüllte Kammer (36) vom guten Vakuum in der Spektrometerkam­ mer (38) trennt. In dieser Vakuumkammer (38) befindet sich das Quadrupolmassenspektro­ meter (28). Die dieses Massenspektrometer (28) passierenden Ionen werden im Ionendetektor (29) detektiert.

Abb. 2 zeigt das Prinzip einer konischen Doppelhelix als Ionenleitsystem. Die Doppelhe­ lix entspricht dem Ionenleitsystem (26) aus Abb. 1. Eine Wendel reicht von Anschluss (1) zu Anschluss (2), die zweite Wendel reicht von Anschluss (3) zu Anschluss (4). Der axiale Abstand der Drähte voneinander bleibt gleich; damit kann ein zur Herstellung benutzter Wi­ ckelkern mit doppelgängigem Gewinde leicht ausgeschraubt werden. Die Doppelhelix ist von einer aufgeklebten Hülle (5) umgeben und besitzt eine Gaszuleitung (20). Zwischen den An­ schlüssen (1) und (2) und den Anschlüssen (3) und (4) kann je eine Gleichspannung angelegt werden, um ein axiales Gleichfeld zu erzeugen. An die Anschlüsse (1) und (3) werden die bei­ den Phasen der Hochfrequenzspannung angelegt. Der Ioneneinschuss befindet sich am breite­ ren Ende zwischen den Anschlüssen (1) und (3), das Ionenaustrittsende ist zwischen den An­ schlüssen (2) und (4).

Abb. 3 zeigt ein Diagramm des Pseudopotentials über zwei Querschnitte der Doppelhelix hinweg. Die Kurve 10 zeigt das Pseudopotential im Einschussbereich, hier liegt ein breiter Po­ tentialtopf vor. Die Kurve 11 zeigt das Pseudopotential im Austrittsbereich, hier ist die Poten­ tialmulde sehr schmal. Herrscht ein axiales Gleichfeld, so liegt das Minimum im Austrittsbe­ reich tiefer als im Eintrittsbereich, wie im Diagramm gezeigt.

Besonders günstige Ausführungsformen

Ein Tandem-Quadrupolmassenspektrometer wird hauptsächlich dann verwendet, wenn chro­ matographisch getrennte Substanzen schnell und zuverlässig quantitativ bestimmt werden sol­ len. Durch die gestaffelte Auswahl einer Eltern- und einer Tochterionenart kommt eine Selek­ tivität und Spezifität zustande, die es erlaubt, die Chromatographie auf sehr kurze Dauer zu­ sammenzudrängen und so die Analysenzeit abzukürzen. So kann ein hoher Analysendurchsatz mit hoher Zuverlässigkeit erreicht werden. Anwendung findet dieses Verfahren in der vorklini­ schen und klinischen Pharmakokinetik, wo Zehntausende von Proben mit Metaboliten quanti­ tativ über ihre Abbauzeit hinweg zu analysieren sind.

Die Trennung der metabolen Substanzen erfolgt heute meist durch die Flüssigkeitschroma­ tographie (HPLC = high performance liquid chromatography). Die Ionisierung erfolgt vor­ zugsweise durch Elektrosprühen der gelösten Substanzen unter Atmosphärendruck außerhalb des Vakuumsystems (ESI = electrospray ionization). Die Ionen werden durch Eingangsöff­ nungen oder Eingangskapillaren ins Vakuum gebracht, das dabei mitgenommene Umgebungs­ gas (meist Stickstoff) wird dabei in mehreren Differentialpumpstufen (31) bis (34) abgesaugt.

Die Ionen, die durch eine Elektrosprüh-Ionenquelle (21) erzeugt worden sind, werden nach einer günstigen Ausführungsform irgendwo auf ihrem Weg zum Flugzeitmassenspektrometer in ein Ionenleitsystem (23) eingeschossen, das als Quadrupol, Hexapol oder Oktopol aus gera­ den Polstäben aufgebaut ist (siehe dazu US 4 963 736, D. J. Douglas und J. B. French oder US 5 179 278, Donald J. Douglas). Das kann bereits früh in der Differentialdruckstufe (32) ge­ schehen, wobei dann das Ionenleitsystem durch die Wände zwischen Differentialdruckstufen (32), (33) und (34) hindurchführen kann (WO 97/43 036 A1, C. M. Whitehouse, E. Gulcicek).

Ein Hochfrequenz-Ionenleitsysten (23) hat die Eigenschaft, Ionen mäßiger Energie und nicht zu kleiner Masse von einer gedachten Zylinderwand des Ionenleitsystems fernzuhalten. Die Ionen werden also quasi wie in einer Rohrleitung eingeschlossen. Das geschieht durch ein so genanntes Pseudopotentialfeld, ein zeitlich gemitteltes Kraftfeld, das auf die Ionen einwirkt (das Pseudopotential ist massenabhängig, was hier aber nur am Rande interessiert). Das Pseu­ dopotential aller bisher bekannt gewordenen Ionenleitsysteme hat eine Mulde in der Achse des Ionenleitsystems, es steigt zu der gedachten zylindrischen Wand hin an und reflektiert anlau­ fende Ionen nicht zu großer kinetischer Energie an der gedachten Zylinderwand.

Die bisher angewandten Ionenleitsysteme sind mit Hochfrequenzspannungen beschickte, so genannte Multipol-Stabsysteme, wobei sich durch vier Stäbe ein Quadrupolsystem, durch sechs Stäbe ein Hexapolsystem, durch acht Stäbe ein Oktopolsystem aufbauen läßt. Es sind für ein Ionenleitsystem mindestens vier Stäbe erforderlich, ein Dipolsystem aus nur zwei Stäben kann die Ionen nicht führen.

Aus diesem Ionenleitsystem (23) werden die Ionen in ein erstes Quadrupolmassenspektrometer (24) eingeschossen. Dieses Quadrupolmassenspektrometer (24) kann durch eine Überlagerung einer Hochfrequenz- und einer Gleichspannung an den vier Polstäben (die bei besonders guten Systemen hyperbolisch geformt sind) Ionen eines kleinen Massenbereichs durchlassen, die üb­ rigen Ionen finden sich auf instabilen Bahnen, werden auf die Polstäbe abgelenkt, entladen sich dort und sind so aus dem Prozess ausgefiltert. Der kleine Massenbereich (besser: Masse-zu- Ladungsbereich) kann mehrere atomare Masseneinheiten pro Ladung umfassen, aber auch auf eine einzige Masse pro Ladung beschränkt werden. In diesem Quadrupollmassenspektrometer (24) werden die zur Fragmentierung ausgewählten Elternionen selektiert.

Die ausgewählten Elternionen werden nun in einer bevorzugten Ausführungsform in ein Io­ nenleitsystem (26) eingeschossen, das aber nicht aus Polstäben, sondern nach US 5,572,035 aus räumlich schraubenförmig gewendelten Drähten besteht, wie in Abb. 2 gezeigt. Es können dabei im Prinzip zwei, vier oder mehr Drahtwendeln verwendet werden. Für den vor­ liegenden Zweck ist aber ein Ionenleitsystem (26) in Form einer Doppelhelix besonders geeig­ net. Dieses Doppelhelixsystem lässt sich durch die Steigung der Wendeln, also dem Abstand der Drähte nebeneinander in seinen Eigenschaften günstig verändern. Eine besonders günstige Form ist ein konisches (siehe Abb. 2) oder trompetenförmiges System, das einen breiten Einschussbereich größeren Durchmessers hat und sich dem Ende zu verjüngt. Hier können die Ionen aus dem Quadrupolmassenspektrometer (24) breit eingefangen werden, im Ionenleit­ system (26) werden sie jedoch zu einem Ionenfaden verjüngt dem Ende des Ionenleitsystems zugeführt.

Zwischen selektierendem Quadrupolmassenspektrometer (24) und dem Doppelhelix-Ionenleit­ system (26) befindet sich ein Ziehlinsensystem (25), das die Ionen in das Ionenleitsystem hinein beschleunigt. Dieses Ziehlinsensystem (25) wird zweckmäßigerweise auch als Differenzpump­ system (35) benutzt, um die relativ hohe Druckdifferenz zwischen Quadrupolmassenspektro­ meter (24) und Ionenleitsystem (26) aufrecht zu erhalten.

Die konische oder trompetenförmige Form ist deswegen so günstig, weil im Einschussbereich eine breite, flache Mulde des Pseudopotentials vorhanden ist (siehe Kurve 10 in Abb. 3), die sich zum Austrittsbereich hin verschmälert (siehe Kurve 11 in Abb. 3). Im Eintrittsbe­ reich wirkt das Pseudopotential praktisch nur in Wandnähe: es kann ein stark orts- und winkel­ streuender Ionenstrahl aufgenommen werden. Es herrschen keine Akzeptanzprobleme, wie das für andere Formen von Ionenleitsystemen, insbesondere aber für Quadrupolsysteme, gilt. Auf dem Wege durch die sich verengende Doppelhelix wird die Pseudopotentialmulde enger, bis sie am Ionenaustrittsende etwa parabelförmig wird (Kurve 11), mit einem deutlichen Minimum, in dem sich die jetzt praktisch im Gas ruhenden Ionen sammeln.

Ein konisches Doppelhelixsystem (26) kann beispielsweise mit einem Innendurchmesser von etwa 12 Millimetern beginnen, wenn der Scheitelabstand des selektierenden Quadrupolmassen­ spektrometer acht Millimeter beträgt. Zum Ende hin verjüngt sich der Konus auf etwa vier Millimeter. Der Abstand der Wendeldrähte voneinander beträgt in diesem Fall günstigerweise etwa 1,5 Millimeter. Das ergibt am Ionenaustritt eine etwa parabelförmige Potentialmulde (sie­ he Kurve 11 und US 5,572,035, in dem berechnete Formen der Pseudopotentialmulden gezeigt werden).

Zweckmäßigerweise wird das Ionenleitsystem (26) mindestens teilweise von einer Hülle (5) umgeben, die das Stoß- und Dämpfungsgas aufnehmen kann, aber auch als mechanischer Halt für die Drahtwendeln dienen kann.

Da das Ionenleitsystem (26) zum Fragmentieren der eingeschossenen Ionen verwendet wird, um ein Tochterionenspektren der eingeschossenen Elternionen aufzunehmen zu können, müs­ sen die Elternionen mit einer kinetischen Energie eingeschossen werden, die zu ihrer eigenen Stoßfragmentierung ausreicht. Dabei ist zu berücksichtigen, dass es im Ionenleitsystem neben harten Stößen, die zur Energieaufnahme im Ion und schließlich zur Fragmentierung führen, auch immer kühlende Stöße gibt, die Energie aus dem Molekülsystem des Ions wieder abfüh­ ren können. Es sind daher Beschleunigungen auf etwa 10 bis 30 Elektronenvolt pro Ionenla­ dung erforderlich, obwohl die chemischen Bindungsenergien im Molekül nur etwa drei bis fünf Elektronenvolt betragen.

Das Doppelhelix-Ionenleitsystem (26) ist nun durch die Gaszuleitung (20) so stark mit Dämp­ fungsgas gefüllt, dass die restlichen Elternionen und die neu gebildeten Tochterionen im Gas vollständig abgebremst werden. Je nach Länge des Ionenleitsystems (26) ist dazu ein Druck zwischen 0,01 bis 100 Pascal erforderlich. Der normalerweise günstigste Gasdruck liegt zwi­ schen 1 und 10 Pascal; das ergibt für ein größeres Ion in Stickstoff etwa 50 bis 500 Stöße pro 100 Millimeter Wegstrecke. Der günstigste Druck wird experimentell ermittelt. Es wird als Stoß- und Dämpfungsgas vorzugsweise Stickstoff verwendet. Für eine gute Fragmentierung der eingeführten Ionen haben sich auch schwerere Gase, beispielsweise Argon, bewährt. Inte­ ressanterweise kann aber selbst das leichte Helium erfolgreich zur Fragmentierung benutzt werden. Das Dämpfungsgas wird der Hülle (5) des Ionenleitsystems oder der entsprechenden Vakuumkammer durch eine eigene Gaszuführung (20) zugeführt.

Wenn die Ionen vollständig abgebremst werden, sammeln sie sich in der Pseudopotentialmulde in der Achse des Ionenleitsystems (26). Aufgrund ihrer Ladung stoßen sie sich gegenseitig ab und verteilen sich so relativ gleichmäßig. Werden die Ionen in einer konischen Doppelhelix zum engeren Ende des Ionenleitsystems transportiert, so sammeln sie sich immer mehr in der Achse des Systems und bilden dort einen feinen Ionenfaden.

Erfindungsgemäß ist es besonders günstig, das Gas auch zum Transport der vollständig abge­ bremsten Ionen durch das Ionenleitsystem (26) zu verwenden: strömt das Gas nahe am Anfang der Hülle des Ionenleitsystems in das System ein, wie in Abb. 1 gezeigt, so fließt ein Teil des Gases zum Ende und kann so die Ionen durch viskose oder molekulare Gasreibung, das heißt durch große Anzahlen an sachten Stößen, mitnehmen. Auf die Ionen wirken in doppelhe­ lixiörmigen zylindrischen Ionenleitsystemen ohne achsiales Gleichfeld keine achsialen Kräfte (es sei denn eine Kraft durch die Raumladung ungleich verteilter Ionen); eine Mitnahme durch das Gas erfolgt somit widerstandslos. Im konischen Doppelhelixsystem (26) der Abb. 1 mit breitem Eingang baut sich jedoch ein schwaches Pseudopotentialfeld auf, das die Ionen zum Einschussende zurücktreibt, hier muss ein geringer Widerstand überwunden werden.

Der Transport der Ionen zum Ende des Ionenleitsystems hin kann aber auch allein oder zusätz­ lich durch andere Arten des Vortriebs erreicht werden. So könnte man das Ionenleitsystem als Konus ausbilden, der sich zum Ende hin öffnet, es entstünde dann eine Pseudopotentialfeld­ komponente in axialer Richtung, die zum Transport ausgenutzt werden könnte. Diese Anord­ nung ist jedoch aus verschiedenen Gründen nicht besonders günstig und wird hier nicht weiter behandelt.

Kann das Gas den Transport der Ionen nicht allein bewirken, so muss ein reales elektrisches Gleichfeld längs der Achse des Ionenleitsystems erzeugt werden. Das kann durch Anlegen zweier gleicher Gleichspannungen beidseitig an die Enden (1) und (2) beziehungsweise (3) und (4) der beiden Helixdrähte geschehen. (Im Grenzfall reicht das Anlegen an nur einen Helixdraht aus; diese Anordnung bewirkt aber eine Massenobergrenze für das Ionenleitsystem). Hier zeigt sich besonders, wie günstig die Doppelhelix ist, da nur zwei gleiche Gleichspannungen not­ wendig sind, im Gegensatz zu einem Multipolsystem, bei dem zur Erzielung des gleichen Ef­ fekts vier, sechs oder gar acht Gleichspannungen getrennt angelegt werden müssten. Die Gleichspannungsversorgungen sind dann mit der Hochfrequenzspannung zu überlagern. Es ist zweckmäßig, für die Doppelhelix Widerstandsdrähte zu verwenden, und durch die beiden Drähte je einen nur sehr kleinen Gleichstrom zu schicken. Auch hier ist die Doppelhelix beson­ ders günstig, weil die Drähte wegen der Wendelung sehr lang sind und auch sehr dünn gehalten werden können, was sich günstig für einen hohen Widerstand auswirkt. Das Abfließen der Hochfrequenz in die Gleichstromversorgung kann recht gut durch HF-Drosseln verhindert werden. Das achsiale Gleichfeld braucht nur sehr schwach zu sein: 0,01 bis maximal 1 Volt pro Zentimeter genügen für den Vortrieb. Vorzugsweise wird etwa 0,05 Volt pro Zentimeter an­ gelegt.

Es genügt auch, die Gleichspannungen nicht an die gesamten Doppelhelixwendeln anzulegen. Da die erste Wegstrecke der eingeschossenen Ionen aus eigener kietischer Energie zurückge­ legt wird, braucht das axiale Gleichfeld nur in den hinteren zwei Dritteln zu herrschen.

Die Zeit, die die Ionen zum Erreichen des Endes des Ionenleitsystems (26) brauchen, dauert einige Millisekunden. Abgesehen von einer sehr schwachen Vermischung durch Diffusion, tritt keine Vermischung von früher und später eingeschossenen Ionen ein. Die Ionen werden am Ende praktisch in derselben Reihenfolge entnommen, in der sie eingeschossen wurden: die Zeitauflösung der Ionenzusammensetzung bleibt erhalten, wenn die Entnahme der Ionen am Ende kontinuierlich erfolgt. Die relativ langsame Führung (in einigen Millisekunden) der dann praktisch ruhenden Ionen zum Ende des Ionenleitsystems (26) hilft außerdem, auch die innere Energie der Tochterionen zu kühlen und kurzlebige, hoch angeregte Tochterionen zum Zerfall zu bringen. Dadurch wird ein weitgehend untergrundfreies Tochterionenspektrum im Quadru­ polmassenspektrometer (28) erhalten, das nicht durch Streuionen aus Ionenzerfällen während des Fluges im letzten Teil des Quadrupolmassenspektrometers (28) verunreinigt ist.

Jedes Ionenleitsystem hat die Eigenschaft, nur Ionen oberhalb eines vorgegebenen Masse-zu- Ladungsverhälnisses zu sammeln und zu führen. Leichtere Ionen entweichen aus dem System. Man spricht dabei von einer unteren Massengrenze des Ionenleitsystems; diese hängt von der Geometrie des Ionenleitsystems, der Frequenz und der Amplitude der Hochfrequenzspannung ab. Für die Analyse großer Ionen von biochemisch interessanten Substanzen ist diese Grenze im Allgemeinen ohne Belang. Bei einem konischen System (26) gleichen Drahtabstands der Wendeln wird die Abschneidegrenze durch den engsten Teil des Ionenleitsystems vorgegeben.

Mit einer Frequenz von etwa 6 Mehahertz und einer Spannung von etwa 250 Volt werden in einer Doppelhelix von etwa 4 Millimeter Innendurchmesser alle einfach geladenen Ionen mit Massen oberhalb von 50 atomaren Masseneinheiten fokussiert. Leichtere Ionen, beispielsweise Luftionen N₂ ⁺ und O₂ ⁺, verlassen die Ionenleitvorrichtung. Durch höhere Spannungen oder geringere Frequenzen kann die Abschneidegrenze für die Ionenmassen erhöht werden. Die genaue Funktion der untere Massen-Abschneidegrenze in Abhängigkeit von Spannung und Frequenz wird durch einen Kalibriervorgang experimentell ermittelt.

Eine Massenobergrenze existiert für ein solches System nicht, wenn den Phasen der Hochfre­ quenzspannung keine Gleichspannung überlagert wird; die oben erwähnten Gleichspannungen längs der Drähte bewirken keine obere Massengrenze.

Sind die Ionen zum Ende des Ionenleitsystems (26) geführt, so werden sie günstigerweise durch ein Ziehlinsensystem (27) herausgezogen. Ein Ziehlinsensystem ist ein ionenoptisches Mittel, mit dem energiehomogene Ionen in einen feinen Ionenstrahls geformt werden können, wobei die Ionen gleichzeitig eine Beschleunigung erfahren. Ein feiner Parallelstrahl ist für den Einschuss in das analytische Quadrupolmassenspektrometer besonders günstig, man kann so eine hohe Ionenakzeptanz erreichen.

Die fadenförmig in der Achse des Ionenleitsystems (26) befindlichen, nur noch mit thermischen Energien behafteten Ionen können somit mit einem Ziehlinsensystem (27) exzellent zu einem extrem feinen Primärionenstrahl großer Energiehomogenität geformt werden, der in das Quadrupolmassenspektrometer (28) gerichtet wird. Die Ionen im feinen Primärionenstrahl, der durch das Ziehlinsensystem (27) gebildet wird, werden dabei durch eine einstellbare Spannung auf eine Energie beschleunigt, die für das Massenauflösungsvermögen im Quadrupolmassen­ spektrometer (28) besonders günstig ist. Je nach Länge des Quadrupolmassenspektrometers (28) liegen die Energien zwischen etwa 3 und 6 Elektronenvolt. Häufig ist auch ein Einschuss außerhalb der Achse oder ein leicht schräger Einschuss günstig. Die günstigste Einstellweise (Ort, Winkel, Energie) für den erzeugten Ionenstrahl hängt von den Eigenschaften des Quadru­ polmassenspektrometers (28) ab; sie kann leicht experimentell bestimmt werden.

Der analytisch gefilterte Ionenstrom, der das analytische Quadrupolmassenspektrometer (28) passiert, wird in einem Ionenstromdetektor (29) gemessen. Aus diesem Messsignal wird das Analysenergebnis gewonnen.

Das Ziehlinsensystem (27) besteht zweckmäßigerweise aus einer Ziehlinse, die die Ionen aus dem Ionenleitsystem herauszieht und dabei in der Regel einen Zwischenfokus erzeugt, und einer nachfolgenden Einzellinse, die den Zwischenfokus in das Quadrupolmassenspektrometer (28) hinein abbildet. Das Sytem aus Ziehlinse und Einzellinse kann im Extrem auf nur vier Lochblenden reduziert werden (wie in Abb. 1 symbolisch dargestellt), von denen die letzten drei die Einzellinse bilden. Günstig ist es jedoch, ein System aus fünf Lochblenden zu benutzen, wobei die ersten drei Lochblenden die Ziehlinse, und die letzten drei Lochblenden die Einzellinse bilden. Die mittlere Lochblende gehört beiden Linsen gemeinsam an. Die erste Lochblende befindet sich dabei praktisch auf dem Achsenpotential des Ionenleitsytems (26), die dritte und fünfte auf dem Beschleunigungspotential für die Ionen im Primärstrahl. Das Po­ tential der zweiten Blende steuert die Ionenextraktion der Ziehlinse, das Potential der vierten Blende steuert die Fokusweite der Einzellinse.

Naturgemäß muss im Quadrupolmassenspektrometer (28) ein besseres Vakuum herrschen, als im Ionenleitsystem (26), das als Fragmentierungszelle benutzt wird. Im Ionenleitsystem (26) herrscht gewollt ein Gasdruck, der sehr viele Stöße mit den Ionen erzeugt. Spektrometer (28) und Ionenleitsystem (26) müssen also in verschiedenen Vakuumkammern (38) bzw. (36) un­ tergebracht sein, die verschieden gute Vakua enthalten. Die Ionenpassage zwischen beiden Kammern (38) und (36) darf somit keinen guten Leitwert für den Durchtritt von Gasen besit­ zen. Es ist daher zweckmäßig, die Ziehlinsenblende mit dem kleinsten Loch zur einzigen Ver­ bindung zwischen den Kammern zu machen, die Blende also in die Wand zwischen beiden Kammern gasdicht zu integrieren. Die Blendenöffnung kann bei einer richtig berechneten Zieh­ linse etwa 0,5 bis 1 Millimeter Durchmesser haben, ohne den Ionenstrahl wesentlich zu be­ schneiden. Diese Blende kann auch als kleiner Kanal ausgebildet werden, der den Leitwert der Öffnung noch einmal herabsetzt. Für eine Vakuumpumpe großer Saugleistung an der Spek­ trometerkammer reicht diese Anordnung aus. Soll aus ökonomischen Gründen eine kleinere Pumpe verwendet werden, so ist es günstig, das Ziehlinsensystem (27) zwischen zwei geeig­ neten Blenden eigens zu bepumpen, also eine Differentialpumpanordnung mit einer eigenen Kammer (37) zu wählen, wobei die zwei ausgewählten Lochblenden als Begrenzung dienen, wie in Abb. 1 gezeigt. Dabei können verschiedene Differentialpumpkammern, beispiels­ weise die Kammern (33), (35) und (37), durch eine einzige Vakuumpumpe bepumpt werden.

Auch die Spektrometerkammern (34) und (38) können durch eine einzige Hochvakuumpumpe bepumpt werden.

Des weiteren hilft es für das Aufrechterhalten eines guten Drucks im Quadrupolmassenspek­ trometer (28), wenn im Ionenleitsystem (26) der Druck des Dämpfungsgases zum Ende hin abnimmt. Das kann erreicht werden, wenn das Gas am Anfang in das umhüllte Ionenleitsystem (26) einströmt und wenn durch Öffnungen in der Umhüllung längs des Ionenleitsystems ein kontinuierlicher oder diskontinuierlicher Druckabfall erzeugt wird, so dass an der Lochblende zur Spektrometerkammer keine extrem hohe Gasdichte mehr ansteht.

Eine Ionenleitvorrichtung (26) in Form einer Doppelhelix läßt sich sehr leicht herstellen. Unter Benutzung eines zweigängigen Schraubenkerns, der zu diesem Zweck sehr einfach auf einer Drehbank angefertigt werden kann, lassen sich die beiden Drähte der Doppelhelix sehr leicht wickeln, wobei die Drähte in die beiden Gewindegänge des zweigängigen Schraubenkerns ein­ gelegt werden. Es ist dabei von Vorteil, wenn die Gewindegänge weniger als halb so tief sind wie der Drahtdurchmesser. Federnder, harter Draht kann durch vorheriges Aufwickeln auf einen dünnen Kern und anschließendes Recken vorgewendelt werden, so daß praktisch keine Wickelspannung mehr auftritt. Auf die Wicklungen werden dann isolierende Haltestreifen oder - als Hüllen (5) - isolierende Halbschalen aufgeklebt oder aufgelötet, während sich die Wick­ lungen noch auf dem Schraubenkern befinden. Die Halbschalen können Löcher besitzen, um einen Druckabfall zum Ende hin zu erzeugen. Die Haltestreifen oder Halbschalen können aus Glas, Keramik oder sogar aus Kunststoff gefertigt sein. Die Haltestreifen oder Halbschalen können dabei schräg eingefräste Rundnuten besitzen, die dem Durchmesser, dem Abstand und der Steigung der Drähte entsprechen. Durch die Verklebung oder Verlötung entsteht eine sehr feste Struktur. Nach der Aushärtung des Klebstoffs kann der vorher leicht gefettete Schrau­ benkern aus der Struktur herausgeschraubt werden. Das fertige Ionenleitsystem bildet dann ein robustes Gebilde, das sehr widerstandsfähig gegen mechanische Beschädigungen und Vibratio­ nen ist.

Auch konus- oder trompetenförmige Doppelhelixsysteme lassen sich so herstellen, wenn der Drahtabstand in Achsenrichtung gleich bleibt, wie in Abb. 2 gezeigt. Der Gewindekern lässt sich hier noch leichter herausschrauben als der eines zylindrischen Systems.

Mit den hier angegebenen Grundprinzipien der Erfindung kann der Fachmann in der Entwick­ lung von Massenspektrometern sehr leicht Tandem-Quadrupolmassenspektrometer entwickeln, die bestimmten analytischen Aufgaben in besonders guter Weise angepasst sind.

Claims (14)

1. Tandem-Quadrupolmassenspektrometer, gekennzeichnet durch ein Hochfrequenz- Ionenleitsystem aus schraubenförmig gewendelten Drähten als Stoßfragmentierungzelle zwischen dem selektierenden und dem analytischen Quadrupolmassenspektrometer.

2. Tandem-Quadrupolmassenspektrometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ionenleitsystem nur ein Paar gewendelter Drähte in Form einer Doppelhelix enthält.

3. Tandem-Quadrupolmassenspektrometer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Doppelhelix konisch oder trompetenförmig ausgebildet ist, wobei der größere Innen­ durchmesser dem Ioneneinschuss dient.

4. Tandem-Quadrupolmassenspektrometer nach einem der bisherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ionenleitsystem überwiegend in eine Hülle eingeschlossen ist.

5. Tandem-Quadrupolmassenspektrometer nach einem der bisherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasdichte im Ionenleitsystem durch eine Gaszufuhr so hoch ein­ gestellt werden kann, dass die eingeschossenen Ionen praktisch im Gas des Ionenleit­ systems zum Stehen kommen.

6. Tandem-Quadrupolmassenspektrometer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ionen durch ein aktives Vorschubsystem zum Ende des Ionenleitsystems transportiert werden.

7. Tandem-Quadrupolmassenspektrometer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ionentransport allein oder teilweise durch das Stoßgas selbst bewirkt wird, das nach Zuführung in der Nähe des Ioneneinschusses zum Ende des Ionenleitsystems fließt.

8. Tandem-Quadrupolmassenspektrometer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ionentransport allein oder teilweise durch ein axiales Gleichfeld bewirkt wird.

9. Tandem-Quadrupolmassenspektrometer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das axiale Gleichfeld durch zwei gleichlaufende Gleichspannungen bewirkt wird, die an je zwei Anschlusspunkte der beiden Helixdrähte angeschlossen wird.

10. Tandem-Quadrupolmassenspektrometer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Helixdrähte aus Widerstandsdraht gefertigt sind.

11. Tandem-Quadrupolmassenspektrometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass die Ionen am Ende durch ein Ziehlinsensystem extrahiert und in das analytische Quadrupolmassenspektrometer eingeschossen werden.

12. Tandem-Quadrupolmassenspektrometer nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lochblende des Ziehlinsensystems einen Teil der Wand zwischen den Vakuumkam­ mern für Ionenleitsystem und analytisches Quadrupolmassenspektrometer bildet.

13. Tandem-Quadrupolmassenspektrometer nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Ziehlinsensystem eine Differenzpumpstufe zwischen den Vakuumkammern für Ionen­ leitsystem und analytisches Quadrupolmassenspektrometer bildet.

14. Verfahren für die Messung von Tochterionen mit einem Tandem-Quadrupolmassenspek­ trometer in einem Tandem-Quadrupolmassenspektrometer nach einer der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ionen aus einem selektierenden Quadrupol­ massenspektrometer so in ein Ionenleitsystem eingeschossen werden, dass sie im Stoßgas dieses Ionenleitsystems zur Ruhe kommen und nur durch einen aktiven Transport der Io­ nen an das Ende des Ionenleitsystems gelangen.