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1. WO2020007581 - DYNAMISCHE IONENFILTERUNG ZUR REDUZIERUNG HOCHABUNDANTER IONEN

Anmerkung: Text basiert auf automatischer optischer Zeichenerkennung (OCR). Verwenden Sie bitte aus rechtlichen Gründen die PDF-Version.

Dynamische lonenfilterung zur Reduzierung hochabundanter Ionen

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Filterung von zumindest einem ausgewählten Ion aus einem lonenstrahl. Bei dem Verfahren handelt es sich

5 insbesondere um ein computerimplementiertes Verfahren. Ferner betrifft die

vorliegende Erfindung ein Computerprogramm, welches zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgestaltet ist und ein Computerprogrammprodukt mit einem erfindungsgemäßen Computerprogramm.

10 Die Analyse und/oder Charakterisierung von Proben mittels Massenspektrometrie ist heute in unterschiedlichsten Bereichen, wie beispielsweise in der Chemie, insbesondere der medizinischen Chemie, weit verbreitet. Aus dem Stand der Technik sind zahlreiche unterschiedliche Arten von Massenspektrometern bekannt geworden, wie etwa Sektorfeld-, Quadrupol-, oder Flugzeit-Massenspektrometer oder auch

15 Massenspektrometer mit induktiv gekoppeltem Plasma. Die Funktionsweisen der verschiedenen Massenspektrometer sind in zahlreichen Veröffentlichungen beschrieben worden und werden deshalb hier nicht im Detail erläutert.

Bei einem Massenspektrometer werden die jeweils zu untersuchenden Moleküle

20 oder Atome zuerst in die Gasphase überführt und ionisiert. Zur Ionisierung sind

verschiedenste, aus dem Stand der Technik an sich bekannte, Methoden verfügbar, wie z. B. die Stoßionisation, Elektronenstoßionisation, chemische Ionisation, Photoionisation, Feldionisation, das sog. Fast Atom Bombardment, die Matrix unterstützte Laser-Desorption/Ionisation oder Elektrospray-Ionisation.

25

Nach der Ionisierung durchlaufen die Ionen einen Analysator, auch als

Massenselektor bezeichnet, in welchem sie nach ihrem Massen-zu- Ladungsverhältnis m/z getrennt werden. Auch bei den Analysatoren ist eine Vielzahl an unterschiedlichen Varianten verfügbar. Die unterschiedlichen Funktionsweisen

30 beruhen beispielsweise auf dem Anlegen statischer oder dynamische elektrischer und/oder magnetischer Felder oder auf unterschiedlichen Flugzeiten

unterschiedlicher Ionen.

Schließlich werden die mittels des Analysators separierten Ionen in einem Detektor

35 erfasst. In dieser Hinsicht sind aus dem Stand der Technik beispielsweise

Photomultiplier, Sekundärelektronenvervielfacher, Faraday-Auffänger, Daly- Detektoren, Mikrokanalplatten oder auch Channeltrons bekannt geworden.

Besondere Anforderungen an das jeweils verwendete Massenspektrometer ergeben

40 sich bei der Analyse komplexer Proben, beispielsweise Proteome von

Körperflüssigkeiten, insbesondere Serumproben. Solche Proben haben einen sehr großen Dynamikbereich hinsichtlich der Konzentration der Ionen, der häufig mittels herkömmlicher Massenspektrometrie nicht vollständig erfassbar ist. Oft liegen die Moleküle, die von Interesse sind, beispielsweise Zytokine, Chemokine oder

5 Tumormarker, im Vergleich zu anderen Molekülen, in so geringen Konzentrationen vor, dass diese gar nicht detektiert werden. Gerade bei klinischen Proben kann dies dazu führen, dass nur ein Bruchteil der Substanzen, wie sie in homogeneren Zelllüberständen identifizierbar sind, erfasst werden können. Hinzu kommt ggf. eine geringe Reproduzierbarkeit der jeweiligen massenspektrometrischen Analysen, da

10 die Wiederauffindungsrate der niedrig konzentrierten Substanzen oft sehr gering ist.

Es ist somit wünschenswert, die Nachweismöglichkeiten niedrig konzentrierter Substanzen in komplexen Proben zu erhöhen.

15 In diesem Zusammenhang ist beispielsweise die sogenannte Tandem- Massenspektrometrie bekannt geworden, bei welcher bestimmte Ionen gezielt zur Fragmentierung angeregt werden. Die Untersuchung der Fragmentierungsmuster erlaubt dabei Rückschlüsse auf die Ausgangsprodukte. In dieser Hinsicht wird zwischen der räumlichen Tandem-Massenspektrometrie, bei der mindestens zwei

20 Analysatoren hintereinander gekoppelt werden, und der zeitlichen Tandem- Massenspektrometrie, bei der lonenfallen verwendet werden, unterschieden. Zuerst wird ein Scan (MS1 ) über den vollständigen Massenbereich durchgeführt.

Anschließend werden die Ionen in einer Stoßkammer, beispielsweise unter

Verwendung eines Stoßgases, fragmentiert. Bezüglich der Zerfallsprodukte werden

25 dann ebenfalls Scans (MS2) durchgeführt, jedoch über reduzierte Massenbereiche.

Unter einem Scan wird hierbei die Aufnahme eines Massenspektrums über einen bestimmten Massebereich verstanden.

Aus dem Artikel„BoxCar aquisition method enables single-shot proteomics at a

30 depth of 10,000 proteins in 100 minute” von Florian Meier et. al., erschienen in

Nature Methods (2018) (doi:10.1038/s41592-018-0003-5) ist ein Verfahren zur Analyse von komplexen Proben mit einer verbesserten Sensitivität hinsichtlich niedrig konzentrierter Substanzen bekannt geworden. Zuerst wird ein Scan über den vollständigen verfügbaren Massenbereich durchgeführt. Anschließend wird der

35 verfügbare Massenbereich in mehrere Teilbereiche unterteilt und die jeweiligen Ionen mit Massen innerhalb des jeweiligen Teilbereichs sukzessive und separat voneinander analysiert. Zudem kann die Anzahl der zu analysierenden Ionen in einem bestimmten Teilbereich beschränkt werden. So können Bereiche mit hohen Intensitäten in Relation zur Gesamtfüllung begrenzt werden. Durch das beschriebene

40 Verfahren lässt sich die erzielbare Sensitivität des Massenspektrometers deutlich vergrößern, insbesondere mit Hinblick auf niedrig konzentrierte Ionen in komplexen Proben. Nachteilig kann jedoch sein, dass stets ein Kompromiss zwischen der Dauer für einen Gesamtdurchlauf und der erzielbaren Sensitivität gefunden werden muss, da die Zeit für einen Gesamtdurchlauf mit der Anzahl der Teilbereiche deutlich ansteigt. Gleichzeitig nimmt die Menge an gesammelten Ionen aus dem gesamten lonenstrahl ab.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Nachweismöglichkeiten niedrig konzentrierter Substanzen in komplexen Proben weiter zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren nach Anspruch 1 , durch das Computerprogramm nach Anspruch 14, sowie durch das Computerprogrammprodukt nach Anspruch 15.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren handelt es sich um ein Verfahren, insbesondere um ein computerimplementiertes Verfahren, zur Filterung von zumindest einem ausgewählten Ion aus einem lonenstrahl umfassend folgende Verfahrensschritte

Bestimmen des ausgewählten Ions mit ausgewählter lonenmasse, ausgewählter Ladung und/oder ausgewähltem Masse-zu-Ladungs- Verhältnis,

Bestimmen zumindest eines vorgebbaren Bereichs mit vorgebbaren Ionen, deren lonenmassen, Ladungen und/oder Masse-zu-Ladungs- Verhältnisse größer oder kleiner als die ausgewählte lonenmasse, die ausgewählte Ladung und/oder das ausgewählte Masse-zu-Ladungs- Verhältnis des ausgewählten Ions sind,

Isolieren des vorgebbaren Bereichs des lonenstrahls entlang einer Flugbahn des lonenstrahls, und

Detektieren der vorgebbarenlonen innerhalb des vorgebbaren Bereichs.

Erfindungsgemäß ist es einerseits denkbar, einzelne ausgewählte Ionen mit einzelnen ausgewählten lonenmassen, Ladungen und/oder Masse-zu-Ladungs-Verhältnissen aus dem lonenstrahl zu entfernen. Ebenso ist es aber denkbar, Ionen innerhalb ausgewählter Bereiche für die lonenmassen, Ladungen und/oder Masse-zu-Ladungs-Verhältnisse aus dem lonenstrahl zu entfernen.

Bei den ausgewählten Ionen handelt es sich insbesondere um Ionen

hochkonzentrierter Substanzen, insbesondere in komplexen Proben, welche jedoch für die jeweilige Massenanalyse nicht von primärem Interesse sind.

Bei dem zumindest vorgebbaren Bereich handelt es sich um vorgebbare Ionen, deren lonenmassen, Ladungen und/oder Masse-zu-Ladungsverhältnisse, sich von der ausgewählten lonenmasse, der ausgewählten Ladung und/oder des

ausgewählten Masse-zu-Ladungs-Verhältnisses des ausgewählten Ions

unterscheiden. Die Größe des jeweiligen vorgebbaren Bereichs ist dabei frei und insbesondere anwendungsspezifisch wählbar. Beispielsweise kann der jeweilige vorgebbare Bereich nur bestimmte Teilbereiche des lonenstrahls oder aber auch sämtliche Ionen des lonenstrahls, deren lonenmassen, Ladungen und/oder Masse-zu-Ladungs-Verhältnisse ungleich der ausgewählten lonenmasse, der ausgewählten Ladung und/oder dem ausgewählten Masse-zu-Ladungs-Verhältnis des

ausgewählten Ions sind, bestimmt werden.

Aus dem Stand der Technik bekannte Massenspektrometer weisen häufig nur eine begrenzte Kapazität zur Aufnahme und Messung von Ionen auf. Es gibt also eine bestimmte Sättigung des Detektors oder einer ggf. vorhandenen lonenfalle. Auf der anderen Seite bedarf es zur Identifizierung eines bestimmten Ions einer Mindestzahl dieses Ions im lonenstrahl. Also Konsequenz dieser beiden Randbedingungen kommt es häufig dazu, dass viele gering konzentrierte Substanzen bei einer Analyse mittels Massenspektrometrie unterhalb der Nachweisgrenze oder auch

Sensitivitätsgrenze des Massenspektrometers liegen und somit nicht identifiziert werden können.

Die vorliegende Erfindung löst dieses Problem, indem bestimmte hochkonzentrierte Substanzen aus dem lonenstrahl gezielt und selektiv entfernt werden, bzw. indem vorgebbare Bereiche oder Teile des lonenstrahls, welche diese Substanzen nicht enthalten, isoliert werden. Innerhalb des zumindest einen vorgebbaren Bereichs liegen dann die niedrig konzentrierten Substanzen in einer größeren Anzahl vor und können beispielsweise mittels eines Detektors, insbesondere eines

Massenspektrometers, identifiziert werden. Das zumindest eine ausgewählte Ion wird erfindungsgemäß selektiv ausgeschlossen und nicht detektiert. Es trifft also nicht auf den jeweiligen Detektor, beispielsweise eines Massenspektrometers. Durch den Ausschluss des ausgewählten Ions kann die Sensitivität des Massenspektrometers oder des jeweils verendeten Detektors deutlich erhöht werden und auch gering konzentrierte Substanzen werden nachweisbar. Dies stellt eine große

messtechnische Verbesserung, insbesondere im Bereich der Massenspektrometrie dar, insbesondere im Bereich der Analytik und medizinischen Diagnostik.

Die Bestimmung des ausgewählten Ions kann vorteilhaft dynamisch und zumindest teilweise automatisiert erfolgen. Das erfindungsgemäße systematische Ausschließen des ausgewählten Ions bringt gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten

Methoden verschiedene Vorteile. Insbesondere werden auch solche vorgebbaren Bereiche mit Ionen mit erhöhter Sensitivität detektiert, deren Massen, Ladungen und/oder Masse-zu-Ladungs-Verhältnisse in der Nähe der ausgewählten Masse, der ausgewählten Ladung und/oder des ausgewählten Masse-zu-Ladungsverhältnisses des ausgewählten Ions befinden. Die Sensitivität lässt sich ferner insbesondere durch passende Wahl des zumindest einen vorgebbaren Bereichs und/oder des ausgewählten Ions anwendungsspezifisch einstellen.

In einer Ausgestaltung des Verfahrens werden zumindest ein erster und ein zweiter vorgebbarer Bereich bestimmt, wobei der erste vorgebbare Bereich vorgebbare Ionen enthält, deren lonenmassen, Ladungen und/oder Masse-zu-Ladungs-Verhältnisse größer als die ausgewählte lonenmasse, die ausgewählte Ladung und/oder das ausgewählte Masse-zu-Ladungs-Verhältnis des ausgewählten Ions sind, und wobei der zweite vorgebbare Bereich vorgebbare Ionen enthält, deren lonenmassen, Ladungen und/oder Masse-zu-Ladungs-Verhältnisse kleiner als die ausgewählte lonenmasse, die ausgewählte Ladung und/oder das ausgewählte Masse-zu-Ladungs-Verhältnis des ausgewählten Ions sind.

Im Falle, dass zumindest zwei ausgewählte Ionen bestimmt werden, können vorteilhaft drei vorgebbare Bereiche bestimmt werden, wobei ein erster vorgebbarer Bereich vorgebbare Ionen enthält, deren lonenmassen, Ladungen und/oder ausgewählte Masse-zu-Ladungs-Verhältnisse kleiner als die erste ausgewählte lonenmasse, die erste ausgewählte Ladung und/oder das erste ausgewählte Masse-zu-Ladungs-Verhältnis des ersten ausgewählten Ions sind. Ein zweiter vorgebbarer Bereich enthält vorgebbare Ionen, deren lonenmassen, Ladungen und/oder ausgewählte Masse-zu-Ladungs-Verhältnisse größer als die erste ausgewählte lonenmasse, die erste ausgewählte Ladung und/oder das erste ausgewählte Masse-zu-Ladungs-Verhältnis des ersten ausgewählten Ions, jedoch kleiner als die zweite ausgewählte lonenmasse, die zweite ausgewählte Ladung und/oder das zweite ausgewählte Masse-zu-Ladungs-Verhältnis des zweiten ausgewählten Ions sind. Der dritte vorgebbare Bereich enthält dann vorgebbare Ionen, deren lonenmassen, Ladungen und/oder ausgewählte Masse-zu-Ladungs-Verhältnisse größer als die zweite ausgewählte lonenmasse, die zweite ausgewählte Ladung und/oder das zweite ausgewählte Masse-zu-Ladungs-Verhältnis des zweiten ausgewählten Ions sind.

In einer weiteren Ausgestaltung werden die Massen, Ladungen, Masse-zu-Ladungs-Verhältnisse und/oder Intensitäten der in dem lonenstrahl oder der in dem vorgebbaren Bereich enthaltenen Ionen bestimmt und/oder detektiert. Dies kann beispielsweise mittels einer Detektoreinheit einer zur Ausführung des

erfindungsgemäßen Verfahrens ausgestalteten Vorrichtung erfolgen.

In noch einer Ausgestaltung wird zumindest ein Massenspektrum des lonenstrahls und/oder des vorgebbaren Bereichs erstellt. Das Massenspektrum kann

beispielsweise einmalig vorab, oder in vorgebbaren Zeitintervallen während der Durchführung des Verfahrens bzw. während der Filterung erstellt werden. Bei dem jeweiligen Massenspektrum handelt es sich insbesondere um einen Scan über den gesamten verfügbaren Massen- oder Masse-zu-Ladungs-Bereich oder über den vorgebbaren Bereich. Das ausgewählte Ion kann also sowohl anhand eines vollständigen Scans oder anhand eines Scans des vorgebbaren Bereichs bestimmt werden. Es können auch sukzessive nacheinander unterschiedliche ausgewählte Ionen bestimmt werden.

Anhand des Massenspektrums können beispielsweise ferner die Massen, Ladungen, Masse-zu-Ladungs-Verhältnisse und/oder Intensitäten der in dem lonenstrahl oder der in dem vorgebbaren Bereich enthaltenen Ionen bestimmt werden. Die Intensität ist ein Maß für die Anzahl bestimmter Ionen. Zusätzlich zu den Intensitäten oder anstelle der Intensitäten kann auch die Anzahl der verschiedenen im lonenstrahl enthaltenen Ionen bestimmt werden.

Das ausgewählte Ion wird bevorzugt anhand zumindest eines vorgebbaren

Kriteriums bestimmt. Es ist von Vorteil, wenn das ausgewählte Ion zumindest anhand des Massenspektrums und/oder anhand einer lonenmasse, einer Ladung, eines Masse-zu-Ladungs-Verhältnisses und/oder einer Intensität bestimmt wird, oder wenn das ausgewählte Ion anhand einer Liste bestimmt wird. Bei der Liste kann es sich beispielsweise um eine Liste (engl. Exclusion list) mit solchen Ionen handeln, welche für die jeweilige Analyse nicht berücksichtigt werden sollen. Auch bezüglich einer derartigen Liste ist es sowohl denkbar, die Liste einmalig vorzugeben, oder sie dynamisch in vorgebbaren Zeitabständen während der Durchführung des Verfahrens zu erzeugen.

Zur Bestimmung der ausgewählten Ionen können aber auch andere Kriterien herangezogen werden, insbesondere auch solche betreffend die Retentionszeit, oder solche in welche aus den genannten Größen abgeleitete Größen mit einfließen.

In einer weiteren Ausgestaltung wird zumindest ein Ion, dessen Intensität einen vorgebbaren Grenzwert überschreitet, ausgewählt. Es werden also Ionen ab einer bestimmten vorgebbaren Konzentration der jeweiligen Substanzen in der jeweiligen Probe ausgewählt und abgelenkt. Eine derartige Auswahl des jeweils zu filternden Ions kann vorteilhaft zumindest teilweise automatisiert erfolgen.

Anhand des ausgewählten Ions kann ein Filtermuster generiert werden, auf dessen Basis der vorgebbare Bereich isoliert wird.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung werden die vorgebbaren Ionen innerhalb des vorgebbaren Bereichs entlang der Flugbahn des lonenstrahls isoliert, indem im Wesentlichen alle Ionen außerhalb des vorgebbaren Bereichs von der Flugbahn abgelenkt werden. Es wird also zumindest das ausgewählte Ion entlang der Flugbahn des lonenstrahls von der Flugbahn abgelenkt.

Die Ablenkung kann beispielsweise mittels einer lonen-Optik vorgenommen werden, die dann dazu dient, die Ionen außerhalb des vorgebbaren Bereichs vom Erreichen eines Detektors, oder einer ggf. vorhandenen und vor dem Detektor angeordneten lonenfalle, wo sie vor der Detektion gesammelt werden, abzuhalten. Beispielsweise kann die Ablenkung der Ionen durch, insbesondere schaltbare, elektrische und/oder magnetische Felder erfolgen. Die lonen-Optik kann zu diesem Zweck beispielsweise zeitabhängig, insbesondere dynamisch, steuerbar ausgestaltet sein. Beispielsweise kann es sich um eine Quadrupol-Ionen-Optik handeln.

In einer anderen besonders bevorzugten Ausgestaltung werden die vorgebbaren Ionen innerhalb des vorgebbaren Bereichs entlang der Flugbahn des lonenstrahls isoliert werden, indem im Wesentlichen alle Ionen außerhalb des vorgebbaren Bereichs entlang der Flugbahn aufgehalten werden. Es wird also zumindest das ausgewählte Ion entlang der Flugbahn des lonenstrahls aufgehalten. Es gibt demnach einen bestimmten Punkt entlang der Flugbahn, welchen die Ionen außerhalb des vorgebbaren Bereichs nicht passieren können.

Dies kann beispielsweise durch eine lonenfalle erreicht werden, welche entlang der Flugbahn des lonenstrahls angeordnet ist. Diese kann derart gesteuert werden, dass die Ionen außerhalb des vorgebbaren Bereichs in der lonenfalle verbleiben. Die lonenfalle kann zu diesem Zweck beispielsweise zeitabhängig, insbesondere dynamisch, steuerbar ausgestaltet sein.

Eine weitere besonders bevorzugte Ausgestaltung beinhaltet, dass die vorgebbaren Ionen innerhalb des vorgebbaren Bereichs angereichert oder abgereichert werden. Die angereicherten oder abgereicherten Ionen werden dann im Anschluss detektiert. Dabei wird zumindest das ausgewählte Ion nicht angereichert oder abgereichert.

Durch die An- oder Abreicherung kann die Sensitivität bezüglich der Nachweisbarkeit niedrig konzentrierter Substanzen noch weiter erhöht werden, was insbesondere bei besonders niedrig konzentrierten Ionen von Vorteil sein kann. Die Anreicherung oder Abreicherung der Ionen erfolgt bevorzugt mittels einer lonenfalle, insbesondere mittels einer Orbitrap oder einer C-T rap.

Hierbei ist es von Vorteil, wenn ein Anreicherungsfaktor oder Abreicherungsfaktor bestimmt wird. Bei einer Anreicherung oder Abreicherung in einer lonenfalle sind beispielsweise die Kapazität der lonenfalle und der loneneingangsstrom bekannt. Bestimmt man zusätzlich die bekannte Menge an angewandter Filterung anhand eines Vergleichs von aufgenommenen Massenspektren vor und nach einer durchgeführten Filterung, kann die Menge der Ionen, welche die lonenfalle erreicht bestimmt und entsprechend auch vorab festgelegt werden.

So ist es ferner von Vorteil, wenn die vorgebbaren Ionen innerhalb des vorgebbaren Bereichs mit einem vorgebbaren Anreicherungsfaktor oder mit einem vorgebbaren Abreicherungsfaktor angereichert oder abgereichert werden. Durch die Anreicherung oder Abreicherung mit einem vorgebbaren Anreicherungsfaktor oder

Abreicherungsfaktor kann für die vorgebbaren Ionen des vorgebbaren Bereichs vorteilhaft festgelegt werden, um welchen Anteil diese in dem lonenstrahl angereichert oder abgereichert werden sollen.

Es ist von Vorteil, wenn im Wesentlichen nur das ausgewählte Ion aus dem lonenstrahl entfernt wird. Auf diese Weise kann vorteilhaft der gesamte verbleibende lonenstrahl mit erhöhter Sensitivität untersucht und analysiert werden.

Es ist ebenso von Vorteil, wenn zumindest zwei unterschiedliche ausgewählte Ionen bestimmt werden. Auf diese Weise können mehrere Filtervorgänge parallel oder sequentiell aufeinanderfolgend durchgeführt werden. Bei einer parallelen Filterung können die unterschiedlichen ausgewählten Ionen dabei gleichzeitig oder nacheinander aus dem lonenstrahl isoliert werden. Bei mehreren sequentiell aufeinanderfolgend durchgeführten Filterungen kann eine Komponente, mittels welcher das ausgewählte Ion aus dem lonenstrahl entfernt wird, passend eingestellt werden.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird ferner gelöst durch ein

Computerprogramm zur Filterung von zumindest einem ausgewählten Ion aus einem lonenstrahl mit computerlesbaren Programmcodeelementen, die, wenn sie auf einem Computer ausgeführt werden, den Computer dazu veranlassen, ein

erfindungsgemäßes Verfahren nach zumindest einer der beschriebenen

Ausgestaltungen auszuführen.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird schließlich auch gelöst durch ein Computerprogrammprodukt mit einem erfindungsgemäßen Computerprogramm und zumindest einem computerlesbaren Medium, auf dem zumindest das

Computerprogramm zumindest teilweise gespeichert ist.

Zusammenfassend ermöglicht es die vorliegende Erfindung vorteilhaft, zumindest ein ausgewähltes Ion präzise und selektiv aus einem lonenstrahl zu entfernen, und damit einhergehend, den lonenstrahl zu filtern. Es können aber auch mehrere ausgewählte Ionen oder ausgewählte Bereiche von Ionen, beispielsweise anhand ihrer Massen, Ladungen, Masse-zu-Ladungs-Verhältnisse und/oder Intensitäten, ausgewählt und gleichzeitig oder nacheinander gefiltert werden.

Auf diese Weise kann die Sensitivität hinsichtlich der Detektion niedrig dosierter Substanzen deutlich erhöht werden. Neben der Analyse komplexer Proben kann die vorliegende Erfindung auch in Zusammenhang mit der sog. Molekül-Sortierung eingesetzt werden, beispielsweise um bestimmte Ionen aus einer Mischung herauszufiltern. Darüber hinaus liegt ein weiteres mögliches Anwendungsgebiet der vorliegenden Erfindung im Bereich der sog. Data-Independent-Aquisition (DIA), oder auch in der sog.„All-Ion-Fragmentation“. Hier können nicht nur bestimmte Bereiche sequenziell analysiert werden. Vielmehr erlaubt die vorliegende Erfindung,

Molekülmuster und/oder Molekülklassen aus dem gesamten Bereich, insbesondere durch speziell angepasste Filtermuster zur Filterung der jeweiligen Ionen zu entfernen bzw. zu selektieren und/oder zu multiplizieren. Beispielsweise kann eine Selektion hinsichtlich der Ladung und/oder Intensität der Ionen erfolgen.

Es sei darauf verwiesen, dass sich die in Zusammenhang mit dem

erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Ausgestaltungen mutatis mutandis auch auf das erfindungsgemäße Computerprogramm und das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt anwenden lassen und umgekehrt.

Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Gleiche Elemente in den Figuren sind dabei mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigt:

Fig. 1 eine erste schematisch dargestellte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, bei welchem die Ionen außerhalb des vorgebbaren Bereichs von der Flugbahn abgelenkt werden,

Fig. 2 eine zweite schematisch dargestellte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, bei welchem die Ionen außerhalb des vorgebbaren Bereichs entlang der Flugbahn aufgehalten werden, und

Fig. 3 schematisch dargestellte Massenspektren (a) vor und (b-d) nach Filterung ausgewählter Ionen aus dem jeweiligen lonenstrahl.

In Fig. 1 ist eine erste mögliche Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch dargestellt. Ein lonenstrahl 1 enthält unterschiedliche Ionen mit unterschiedlichen lonenmassen mi-m3. Die Ionen können sich auch hinsichtlich ihrer Ladungen Z1-Z3 und/oder Masse-zu-Ladungsverhältnisse m-i/z-i- rri3/z3 unterscheiden. Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich der Einfachheit halber jedoch nur auf drei im lonenstrahl 1 enthaltenen, unterschiedliche Ionen mit den lonenmassen m-i-1TI3. Die Überlegungen lassen sich jeweils sinngemäß bezüglich der Ladungen Z1-Z3 und/oder Masse-zu-Ladungsverhältnisse mi/z-i- m3/z3 anwenden.

Der lonenstrahl 1 kann mit einem beliebigen aus dem Stand der Technik bekannten lonisierungsverfahren erzeugt werden. In der Realität enthält ein lonenstrahl 1 eine Vielzahl unterschiedlicher Ionen und lonenfragmente. Die drei unterschiedlichen Ionen m-i-m3 sind entsprechend exemplarisch zu verstehen.

Erfindungsgemäß wird zumindest ein Ion - hier das Ion 1TI3 des lonenstrahls 1 ausgewählt. Zudem wird zumindest ein vorgebbarer Bereich Bi bestimmt, welcher das ausgewählte Ion mi nicht enthält. Im vorliegenden Falle enthält der vorgebbare Bereich Bi die Ionen mit den lonenmassen rri2 und 1TI3.

Entlang ihrer Flugbahn F wird dann der vorgebbare Bereich Bi isoliert, indem das ausgewählte Ion bzw. die ausgewählten Ionen mit der lonenmasse IGH des lonenstrahls 1 von der Flugbahn F abgelenkt werden (2). Die Ablenkung der Ionen kann beispielsweise mittels einer geeigneten lonen-Optik vorgenommen werden. Die ausgewählten Ionen rri3 können gemäß einer der zuvor beschriebenen

Ausgestaltungen bestimmt werden, beispielsweise anhand ihrer Intensität innerhalb eines Massenspektrums des lonenstrahls 1 . Die nicht abgelenkten Ionen m2 und m3 innerhalb des Bereichs Bi können dann schließlich mittels einem Detektor 3 detektiert werden. Bei dem Detektor 3 kann es sich ebenfalls um einen beliebigen aus dem Stand der Technik bekannten Detektor handeln.

Neben einzelnen ausgewählten Ionen mit lonenmassen mi ist es ebenfalls möglich, ausgewählte Ionen innerhalb ausgewählter Bereiche für die lonenmassen, Ladungen und/oder Masse-zu-Ladungsverhältnisse als Ganzes von der Flugbahn F abzulenken.

In Fig. 2 ist eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens

5 schematisch dargestellt. Auch im Falle der Fig. 2 wird das Ion mi des lonenstrahls 1 ausgewählt und der vorgebbare Bereich Bi bestimmt, welcher das ausgewählte Ion mi nicht enthält. Im vorliegenden Falle enthält der vorgebbare Bereich Bi ebenfalls die Ionen mit den lonenmassen rri2 und 1TI3.

10 Im Unterschied zu Fig. 1 wird gemäß Fig. 2 zur Isolierung des vorgebbaren Bereichs Bi das ausgewählte Ion mit lonenmasse mi des lonenstrahls 1 entlang der Flugbahn F aufgehalten (4). Zu diesem Zweck kann beispielsweise eine lonenfalle verwendet werden, die so ausgestaltet ist, dass das ausgewählte Ion mit lonenmasse IGH des lonenstrahls 1 entlang der Flugbahn F in der lonenfalle 4 verbleiben. Die nicht

15 abgelenkten Ionen mit den lonenmassen m2 und mi3 innerhalb des Bereichs Bi können dann schließlich mittels des Detektors 3 detektiert werden.

Wie im Falle der Fig. 1 können die ausgewählten Ionen mit lonenmassen IGH gemäß einer der zuvor beschriebenen Ausgestaltungen bestimmt werden, beispielsweise

20 anhand ihrer Intensität innerhalb eines Massenspektrums des lonenstrahls 1 . Auch im Falle der Fig. 2 kann es sich bei dem Detektor 3 um einen beliebigen aus dem Stand der Technik bekannten Detektor handeln.

Zusätzlich zur Ausgestaltung gemäß Fig 1 umfasst die Vorrichtung 1 nach Fig. 2 eine

25 weitere lonenfalle 5, welche vor dem Detektor 3 angeordnet ist. Die Ionen mit den lonenmassen m2 und rri3 innerhalb des vorgebbaren Bereichs Bi werden in der lonenfalle 5 angereichert oder abgereichert, bevor sie auf den Detektor 3 treffen.

Eine schematische Illustrierung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist Gegenstand

30 von Fig. 3. Dort sind unterschiedliche Massenspektren über den jeweils vollständigen verfügbaren Bereich der Masse-zu-Ladungs-Verhältnisse l(m/z) dargestellt. Ferner werden die jeweils ausgewählten Ionen für die Zwecke von Fig. 3 anhand ihrer Masse-zu-Ladungsverhältnisse m z* ausgewählt.

35 Im in Fig. 3a dargestellten Massenspektrum sind Ionen mit dem Masse-zu-Ladungs- Verhältnis mi/zi identifizierbar. Das Massenspektrum weist also für Ionen mit dem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis mi/zi eine Intensität I oberhalb der Sensitivitätsgrenze di_ des Massenspektrometers, mit welchem das Massenspektrum erstellt wurde, auf. Ionen mit anderen Masse-zu-Ladungsverhältnissen rrix/zx sind aufgrund ihrer

40 niedrigen Konzentrationen innerhalb des lonenstrahls 1 nicht identifizierbar.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Ionen mit dem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis mi/zi ausgewählt und gefiltert bzw. aus dem lonenstrahl 1 entfernt. Hierzu kann beispielsweise ein das Masse-zu-Ladungs- Verhältnis mi/zi enthaltendes Filterfenster Fi bzw. ein das Masse-zu-Ladungs- 5 Verhältnis mi/zi enthaltender ausgewählter Bereich enthaltend ausgewählte Ionen bestimmt werden. Es kann aber auch ausschließlich Ionen mit einem Masse-zu- Ladungs-Verhältnis m-i/zi ausgewählt werden.

Anschließend wird ein erster vorgebbarer Bereich Bi bestimmt, der Ionen mit Masse- 10 zu-Ladungs-Verhältnissen mx/zx enthält, welche kleiner als das Masse-zu-Ladungs- Verhältnis mi/zi sind. Im vorliegenden Fall umfasst der erste vorgebbare Bereich Bi alle Ionen mit Masse-zu-Ladungs-Verhältnissen mx/zx<mi/zi. Dies ist aber nicht zwingend notwendig. Es kann sich bei dem ersten vorgebbaren Bereich Bi auch um einen Teil der Ionen mit Masse-zu-Ladungsverhältnissen mx/zx<mi/zi handeln.

15 Gemäß Fig. 3a wird außerdem ein zweiter vorgebbarer Bereich B2 bestimmt, der Ionen mit Masse-zu-Ladungs-Verhältnissen my/zy enthält, für die gilt: mi/zi< my/zy.

In anderen Ausgestaltungen kann auch nur ein einziger vorgebbarer Bereich Bi bestimmt werden. Ebenfalls können auch mehr als zwei vorgebbare Bereiche Bi und

20 B2 bestimmt werden. Alle diese Fälle fallen ebenfalls unter die vorliegende Erfindung.

Jeder vorgebbare Bereich Bx enthält vorgebbare Ionen mit mindestens einem vorgebbaren Masse-zu-Ladungs-Verhältnis mjz x. Es sei aber darauf verwiesen, dass die jeweils ausgewählten Ionen und vorgebbaren Bereiche auch auf andere Arten und Weisen bestimmt werden können, beispielsweise anhand von

25 lonenmassen, Ladungen und/oder Intensitäten.

Im Falle der Fig. 3 werden der erste und zweite Bereich Bi und B2 des lonenstrahls 1 zum Zwecke der Filterung von den restlichen Teilen des lonenstrahls 1 isoliert. Dies kann beispielsweise anhand einer der in den Figuren Fig. 1 oder Fig.2 gezeigten

30 Ausgestaltungen erfolgen. Das im Rahmen von Fig. 3a angewendete Filtermuster umfasst dazu das Filterfenster Fi .

Das Ergebnis der Filterung ist in Fig. 3b dargestellt. Durch die Entfernung der ausgewählten Ionen mit einem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis m-i/zi ist die

35 Sensitivitätsgrenze di_ deutlich reduziert worden, so dass nun auch die Ionen mit den Masse-zu-Ladungs-Verhältnissen rri /z und ms/zs durch die Verschiebung des dynamischen Sensitivitätsbereichs di_ nach unten nachweisbar sind. Die Intensitäten der gestrichelt eingezeichneten Ionen mit Masse-zu-Ladungs-Verhältnissen m2/z2, m4/z4 und rri6/z6 liegen allerdings nach wie vor unterhalb der Sensitivitätsgrenze di_.

40

Um auch diese Ionen nachweisen zu können, muss eine weitere oder weiterführende Filterung durchgeführt werden. Beispielsweise können mehrere ausgewählte Ionen in einem Filtervorgang aus dem lonenstrahl 1 entfernt werden. Alternativ können mehrere Filtervorgänge nacheinander bezüglich unterschiedlicher ausgewählter Ionen durchgeführt werden. Dies ist auch für die Figuren Fig. 3c und Fig. 3d der Fall.

Um noch geringer konzentrierte Substanzen, wie die Ionen mit den Masse-zu-Ladungs-Verhältnissen rri2/z2, rru/z^der itΐb/zb nachweisen zu können, werden gemäß Fig. 3c Ionen mit den Masse-zu-Ladungsverhältnissen 1TI3/Z3 und 1TI5/Z5 ausgewählt und drei weitere vorgebbare Bereiche B3-B5 bestimmt. Anhand der ausgewählten Ionen können ferner die Filterfenster F2 und F3 bestimmt bestimmt werden. Der dritte vorgebbare Bereich B3 enthält im gezeigten Beispiel Ionen mit Masse-zu-Ladungs-Verhältnissen, für die gilt mjzy<mzlzz. Der vierte vorgebbare Bereich B4 enthält Ionen mit Masse-zu-Ladungs-Verhältnissen, für die gilt m3/z3<mx/zx<m5/z5 und der fünfte vorgebbare Bereich B5 Ionen mit Masse-zu-Ladungs-Verhältnissen, für die gilt Jz >mJz 5.

Nach der Isolierung der vorgebbaren Bereiche B3-B5 sind die Ionen mit den Masse-zu-Ladungs-Verhältnissen rri2/z2, rri4/z40der itΐb/zb ebenfalls eindeutig nachweisbar, wie in Fig. 3d illustriert.

Es sei darauf verwiesen, dass zur Isolierung und Detektion der vorgebbaren Bereiche B1-B5 im Falle von mehr als einem vorgebbaren Bereich unterschiedlichste Möglichkeiten denkbar sind und unter die vorliegende Erfindung fallen. Die vorgebbaren Bereiche B1-B5 können beispielsweise nacheinander oder gleichzeitig isoliert und detektiert werden. Auch können die einzelnen Bereiche nacheinander isoliert, gesammelt, jedoch im Anschluss gemeinsam detektiert werden.

Je nach Anwendung können mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens passende Filtermuster konzipiert werden, die ausgewählte Ionen mit einem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis itΐc/Zc oder Ionen ausgewählter Bereiche für ausgewählte Masse-zu-Ladungs-Verhältnisse itΐc/Zc- my/zy filtern, bzw. die entsprechenden Ionen aus dem lonenstrahl 1 entfernen.

Bezugszeichen

1 lonenstrahl

2 lonen-Optik

5 3 Detektor

4 lonenfalle

5 lonenfalle

F Flugbahn

10 m, m-i-m6, mx lonenmassen

Z, Zl-Z6,Zx Ladungen

m/z, mi/zi-m6/z6, itΐc/Zc Masse-zu-Ladungs- Verhältnisse

mi ausgewähltes Ion mit ausgewählter lonenmasse mi/zi,m3/z3,m5/z5 ausgewählte Ionen mit ausgewählten Masse-zu- 15 Ladungs-Verhältnissen

vorgebbare Ionen mit lonenmassen aus vorgebbaren Bereichen

m2/z2,rri4/z4,m6/z6 vorgebbare Ionen mit Masse-zu-Ladungs- Verhältnissen aus vorgebbaren Bereichen

20 B1-B5 vorgebbare Bereiche

F1-F3 Filterfenster von Filtermustern

Intensität

25