CN102449729A - 带电粒子分析仪以及带电粒子分离方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种使用分析仪将带电粒子分离的方法，该方法包括：致使一个带电粒子束飞行穿过该分析仪、并且在沿一个主飞行路径围绕一个分析仪轴线(z)做轨道运行的同时在该分析仪体积内在该轴线(z)方向上经历至少一个全振荡；限制该射束在飞行通过该分析仪时的圆弧散度；并且根据这些带电粒子的飞行时间将其分离。还提供了一种用于实施该方法的分析仪。优选使用至少一个圆弧聚焦透镜来限制散度，该圆弧聚焦透镜可以包括位于射束的两侧上的一对相对的电极。可以使用多个基本上位于相同z坐标处的圆弧聚焦透镜的一个阵列，该阵列中的这些圆弧聚焦透镜在该圆弧方向上间隔开并且该阵列至少部分地围绕z轴线延伸，由此在该射束飞行通过该分析仪时对它的圆弧散度进行多次限制。

Description

带电粒子分析仪以及带电粒子分离方法

技术领域

本发明涉及带电粒子分析仪以及对带电粒子进行分离和分析的方法，例如使用飞行时间质谱测定法。

背景

飞行时间(TOF)质谱仪被广泛地用于根据带电粒子沿一条路径的飞行时间来确定其质荷比。带电粒子(通常是离子)是以包的形式从脉冲源发射出来的并且沿预定的飞行路径被引导通过真空空间而撞击到一个检测器上或通过该检测器。以其最简单的形式，该路径遵循一条直线，并且在这种情况下，以恒定动能离开该源的离子在一段时间之后达到该检测器，这段时间取决于它们的质量，离子的质量越大就越慢。除其他因素之外，不同质量的离子之间的飞行时间差异取决于飞行路径的长度；较长的飞行路径会增大时间差异，进而导致质量分辨率增加。因此，当需要高的质量分辨率时，令人希望的是增大飞行路径长度。然而，一条简单的线性路径长度的增大导致了扩大的仪器尺寸，这增加了制造成本并且要求更多的实验室空间来容纳该仪器。

已经提出了多种解决方案来在维持实际仪器大小的同时通过采用更复杂的飞行路径来增大路径长度。带电粒子反射镜或反射器的许多实例被描述为具有扇形电场以及扇形磁场，H.Wollnik以及M.Przewloka在Journal of MassSpectrometry and Ion Processes，96(1990)267-274中并且G.Weiss在美国专利6,828,553中给出了一些实例。在一些情况下，两个相对的反射器或反射镜重复地在这些反射器或反射镜之间往复引导带电粒子；偏置的反射器或反射镜致使离子遵循一条折叠的路径而行进；扇形场在一个环内或一个“8”字跑道的图形内引导离子。在此，术语“反射器”和“反射镜”可以互换地使用。人们已经对这样的许多配置进行了研究，并且它们对本领域的普通技术人员将是已知的。

基本上有两种可能的飞行路径：开放的飞行路径以及封闭的飞行路径。在开放的飞行路径中，离子不遵循一条重复的路径行进，并且其结果是在开放的飞行路径内不同质荷比的离子因此在相同飞行路径上在相同方向上行进的同时可以永远不重叠。然而，在封闭的飞行路径中，离子沿一条重复的路径并且在一段给定的时间之后返回到飞行路径中的相同点以便继续再一次在该飞行路径上行进，其中不同质荷比的离子在遵循同一路径行进的同时可能会重叠。具有开放的飞行路径(例如简单的线性飞行路径)的一个特殊优点是能够对脉冲源发射出的每个离子包在理论上无限的质量范围进行分析。在封闭的飞行路径的情况下，例如，如在直接相对的反射镜飞行时间仪器内以及离子重复地遵循一条给定的飞行路径行进的所有设计中，在飞行过程中，由于包变为不同质荷比粒子的包序列(该序列的长度在飞行时间过程中增加)而丧失了这个优点。随着飞行时间的增加，该包序列的前端可以最终弯折并且在该重复的路径上追上后端，然后多种不同质荷比粒子的包同时到达检测器。在这种情况下的检测会产生一个重叠的质谱，该质谱可能要求某种形式的反卷积。在实践中，这一点已经在这种类型的分析仪内导致了质量范围减小或对可以使用的飞行路径的长度构成限制，或两者皆有。为了避免这种情况，令人希望的是维持可以从使用开放的或非重复的路径的飞行时间仪器获得的无限质量范围。然而，产生折叠路径以及多种扇形场设计的反射性飞行时间配置(geometries)具有以下缺点：它们要求多个高容差的离子光学部件，从而增加了成本和复杂度，并且总体上尺寸更大。

除这些考虑因素之外，对于高的质量分辨率，重要的是从脉冲源内的一个有限体积发射出的相同质荷比的、并且具有带有变化的角散度的轨迹的带电粒子全部同时到达检测器。可以将此称为初始角和初始位置上的时间聚焦。飞行时间分析仪应当接受较大范围的角散度(高达几度)和空间扩展(亚毫米到数十mm)，所有接受的粒子被带到检测器处的一个时间焦点，也就是说，相同质荷比的离子同时到达检测器，无论它们在源处的初始角散度或空间位置如何。对于高分辨率，用于增加飞行路径长度的反射器以及扇形场必须被设计为使得该时间聚焦到比一阶要高，优选地该聚焦应该是到三阶或更高。

再另外的考虑因素有，为了高的质量分辨率还必须实现具有不同能量的粒子的时间聚焦。对于由某些类型的脉冲离子源发射的粒子，也许必须适应高达标称射束能量的百分之几十的能量扩展，从而要求其中飞行时间对高阶而言是能量独立的TOF分析仪。人们已经对反射器和扇形场二者提出了多种设计，这些设计已经提高了对不同能量的粒子的时间聚焦。已经提高了对不同能量的粒子的时间聚焦的一些反射器包括格栅，以便更好地控制反射器内的电场，然而，此类反射器不太适用于多反射系统，因为离子在每一次反射时与这些格栅碰撞而丢失，并且在多次反射之后系统的总传输率受到了影响。

对于反射器而言，已经注意到导致带电粒子谐和运动的线性电反射场的应用为具有变化的能量的粒子产生了完美的时间聚焦。W.S.Crane以及A.P.Mills在Rev.Sci.Instrum.56(9)，1723-1726(1985)、Y.Yoshida在美国专利4,625,112以及U.Andersen等人在Rev.Sci.Instrum.69(4)1650-1660(1998)等等中提出了多个实例。线性场对带电粒子产生了一个力，该力随着进入反射器的距离的增大而线性地增大。更高能量的粒子行进得更快，但是在反射场中还行进得更远并且在其中花费与更低能量的粒子相同的时间。这种线性场是由一个抛物线电势形成的。令人困惑的是，许多现有技术公开将这种场称为抛物线场而不是电势场；抛物线场不会导致谐和运动。然而，这种抛物线电势反射器的使用存在很多困难，由于它们倾向于在与反射轴线正交的多个方向上产生强烈的离子束散度。这就使得这些反射镜内的2次或更多次反射完全不实际。当在离子源与这种反射镜的入口之间引入更长的无场区域时，这些场中的聚焦品质也下降了。

对于多反射系统而言，必须限制带电粒子束的角散度以保持高传输率。在与飞行时间分离方向垂直的平面内的空间聚焦要求在反射镜的入口处存在一个强聚焦的(通常是加速性的)透镜以及在反射镜的入口的前方存在一个无场的漂移空间，如在GB2,080,021中所设计的。使用多反射器或多扇形场要求对若干反射器或扇形场中的每一个进行复杂的设计以及高容差的制造，这导致复杂度和成本增加以及典型地更大的仪器尺寸。如果这些反射镜是平面的，可以将结构制作得更简单并且更容易控制，如在SU1,725,289中提出的。可以使用由A.Verentchikov等人在美国专利7,385,187中提出的周期性透镜来限制与反射镜的延伸相平行的移位方向上的散度。然而，这种透镜本身导致射束偏差，除非它们非常弱并且能够限制最终时间聚焦的品质并且因此限制质量分辨率。

对于所有这种系统而言，获得高品质的空间和时间聚焦要求高的聚焦电压。在实践中更重要的是，甚至在所有这种类型的反射镜中的转折点附近的反射场基本上是非线性的，这极大程度地减小了空间电荷的容差，如WO06129109中所描述的。

L.N.Gall等人在SU1247973中提出了一种替代性的抛物线电势安排，其中在一种具有两个同轴电极的结构中对带电粒子进行反射，粒子在这两个电极之间行进、绕内部电极做轨道运行。这些电极之间的电场在纵(Z)轴和径向(r)轴线方向上具有独立的分量，这就是说，带电粒子在纵方向上的力是独立于粒子的径向位置。同心电极的存在在r中产生了一个对数电势项，并且在Z中存在一个抛物线电势项。然而，由Gall等人描述的单一反射的实施方案具有受限的飞行路径长度。Gall等人对于如何在多反射结构中使用这种场未提供任何传授内容。V.P.Ivanov等人在Proc.4^th Int.Seminar on theManufacturing of Scientific Space Instruments，Frunze，1990，IKI AN，Moscow，1990，vol.2，65-69中还给出了使用这种类型的场、但是使用施加到一种环形结构上的分离的电势的另一个单一反射的实例。这两种单一反射TOF仪器具有受限的质量分辨率，后者仅显示出40的分辨能力。这些系统的主要问题与场的精确限定有关，尤其是在离子注入与喷射点处。这个问题来源于必须避免这种系统中的任何无场漂移空间以便在整个离子路径上具有严格线性的轴向场。

对于一种紧凑的、高分辨率的、无限的质量范围的TOF存在着需要，它用最少的高容差部件展现了完美的或近乎完美的角度以及时间聚焦特征。

为了方便起见，在下文中提供了本发明在此使用的术语的一份简明的术语表；在本说明书的其他有关地方提供了这些术语的更详细解释。

分析仪电场(同样在此称为分析仪场)：在分析仪体积内在反射镜的、内部和外部的限定场的电极系统之间的电场，该电场通过向这些限定场的电极系统施加电势而产生。分析仪主场是带电粒子在其中沿主飞行路径移动的分析仪场。

分析仪体积：这两个反射镜的、内部和外部的限定场的电极系统之间的体积。分析仪体积不会在内部的限定场的电极系统内伸展出任何体积，并且不会在外部的限定场的电极系统的内表面之外伸展出任何体积。

轨道运动角度：当轨道前进时在圆弧方向上对向的角度。

圆弧方向：围绕纵向分析仪轴线z的角方向。图1示出了分析仪轴线z、径向方向r以及圆弧方向

的对应方向，这因此可以看作一种柱坐标。

圆弧聚焦：带电粒子在圆弧方向上的聚焦，用以限制它们在该方向上的散度。

非对称反射镜：其物理特征(例如，尺寸和/或形状)亦或其电特征不同的或两者皆不同的、相对的反射镜，用以产生非对称的相对电场。

射束：带电粒子序列或带电粒子包，其中一些或全部有待分离。

带状电极组件：带状的电极组件，至少部分地绕分析仪轴线z延伸。

带电粒子加速器：任何改变带电粒子的速度亦或其总动能(对其进行增大或减小)的装置。

带电粒子偏转器：任何对射束进行偏转的装置。

检测器：从进入的带电粒子束中产生一个可测量信号所要求的所有器件。

喷射器：用于将带电粒子从主飞行路径并且可选地从分析仪体积内喷射出的一个或多个部件。

分析仪的赤道或赤道位置：两个反射镜之间沿分析仪轴线z的中点，即，在分析仪轴线z方向上的最小绝对电场强度点。

外部喷射轨迹：在分析仪体积之外由从分析仪喷射出来的射束所占用的轨迹。

外部注入轨迹：在分析仪体积之外由注入到分析仪内的射束所占用的轨迹。

限定场的电极系统：当受到电偏压时，在分析仪体积内产生分析仪场变形、或者有助于其产生、或者对其进行抑制的电极。

注入器：用于将带电粒子通过分析仪注入到主飞行路径上的一个或多个器件。

内部喷射轨迹：在分析仪体积内由从主飞行路径喷射出来的射束所占用的轨迹。

内部注入轨迹：在分析仪体积内由在连接主飞行路径之前的注入射束所占用的轨迹。

主飞行路径：在正在对粒子进行分离的大部分时间内，带电粒子遵循其行进的、稳定的轨迹。主要在分析仪主场的影响下遵循主飞行路径行进。

m/z：质量对电荷的比

偏置透镜的实施方案：将圆弧聚焦透镜从分析仪的赤道位置移开的实施方案。

主射束：由具有标称射束能量并且没有射束散度的离子所占据的射束路径。

接收器：形成检测器或用于带电粒子的进一步处理的装置的全部或一部分的任何带电粒子装置。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种使用分析仪来将带电粒子分离的方法，该方法包括：

致使一束带电粒子飞行通过该分析仪并且在沿一条主飞行路径绕轴线(z)做轨道运行的同时在一个分析仪轴线(z)的方向上在分析仪内经历至少一次全振荡；

当射束飞行通过分析仪时，对其圆弧散度进行限制；并且

根据这些带电粒子的飞行时间将其分离。

该分析仪优选包括两个相对的反射镜，每个反射镜包括沿轴线z伸长的、内部和外部的限定场的电极系统，该外部系统围绕该内部系统，其中当这些电极系统被电偏压时，这些反射镜产生一个电场，该电场包括沿z的多个相对电场。沿该电场z方向上的绝对强度在平面z＝0处是一个最小值。内部和外部的限定场的电极系统在其间限定了一个分析仪体积。在这样的实施方案中，由于射束绕轴线z做轨道运行，所以它在分析仪体积内、即围绕每个反射镜的内部的限定场的电极系统做轨道运行。

优选地，该方法包括致使这束带电粒子通过从一个反射镜到另一个进行多次反射从而在分析仪体积内绕z轴线做轨道运行的同时在一个分析仪轴线(z)的方向上在分析仪内经历至少一次全振荡。由于该射束在一个反射镜中被反射，由此在一个反射镜内限定了一个最大转折点。如果电场沿z的场强在最大转折点处是X，那么优选地在平面z＝0与每个反射镜内的最大转折点之间沿z的距离的占不多于2/3的部分上，该电场沿z的绝对场强小于|X|/2。

该方法优选地进一步包括将这些具有多个m/z的带电粒子中的至少一些粒子从该分析仪中喷射出来或者对这些具有多个m/z的带电粒子中的至少一些粒子进行检测，该喷射或检测是在这些粒子已经经历了相同数目的围绕轴线z的轨道之后进行的。为此目的，一个喷射器、或一个检测器的至少一部分优选位于该分析仪体积内，用于对应地将来自射束的至少一些带电粒子喷射出该分析仪体积或在该分析仪体积内对其进行检测，该至少一些粒子具有多个m/z，该喷射或检测是在这些粒子已经经历了相同数目的围绕轴线z的轨道之后进行的。优选地，在多个m/z内，存在一个最大m/z值(m/z_max)以及一个最小m/z值(m/z_min)，这样使得m/z_max/m/z_min优选地至少是3。在其他优选实施方案中，比m/z_max/m/z_min可以是至少5、至少10或至少20。以下更详细地对喷射或检测步骤进行描述。

优选地，在该平面z＝0与每个反射镜内的最大转折点之间沿z的距离的占不多于1/2的部分上，该电场沿z的绝对场强小于|X|/2。

优选地，在该平面z＝0与每个反射镜内的最大转折点之间沿z的距离的占不多于1/3的部分上，该电场沿z的绝对场强小于|X|/2。

优选地，在该平面z＝0与每个反射镜内的最大转折点之间沿z的的距离的占2/3与1/3(即，从2/3到1/3)之间的部分上，该电场沿z的绝对场强小于|X|/2。更优选地，在该平面z＝0与每个反射镜内的最大转折点之间沿z的距离的占0.6和0.4之间的部分上、仍更优选地占0.55和0.45之间的部分上、并且甚至仍更优选地占0.52和0.42之间的部分上，该电场沿z的绝对场强小于|X|/2。最优选地，在该平面z＝0与每个反射镜内的最大转折点之间沿z的距离的近似占1/2的部分上，该电场沿z的绝对场强小于|X|/2。

优选地，在该平面z＝0与每个反射镜内的最大转折点之间沿z的距离的占(i)2/3和0.6之间、(ii)0.6和0.55之间、(iii)0.55和0.5之间、(iv)0.5和0.45之间、(v)0.45和0.4之间、或者(vi)0.4和1/3之间的部分上，该电场沿z的绝对场强是小于|X|/2。

优选地，该平面z＝0与每个反射镜内的最大转折点之间沿z的距离的占不多于1/3的部分上，该电场沿z的绝对场强小于|X|/3。

更优选地，在该平面z＝0与每个反射镜内的最大转折点之间沿z的距离的占不多于2/3(优选地不多于1/2)的部分上，该电场沿z的绝对场强大于|X|/2。

更优选地，在该平面z＝0与每个反射镜内的最大转折点之间沿z的距离的占不多于2/3(优选地不大于1/2)并且不少于1/3的部分上，该电场沿z的绝对场强大于|X|/2。

优选地，在该平面z＝0与每个反射镜内的最大转折点之间沿z的的距离的占2/3与1/3(即，从2/3到1/3)之间的部分上，该电场沿z的绝对场强大于|X|/2。更优选地，在该平面z＝0与每个反射镜内的最大转折点之间沿z的距离的占0.6和0.4之间的部分上、仍更优选地占0.55和0.45之间的部分上、并且甚至仍更优选地占0.52和0.42之间的部分上，该电场沿z的绝对场强大于|X|/2。最优选地，在该平面z＝0与每个反射镜内的最大转折点之间沿z的距离的占近似1/2的部分上，该电场沿z的绝对场强大于|X|/2。

最优选地，在该平面z＝0与每个反射镜内的最大转折点之间沿z的距离的占近似1/2的部分上，该电场沿z的绝对场强大于|X|/2。

优选地，在该平面z＝0与每个反射镜内的最大转折点之间沿z的距离的占不多于1/3的部分上，该电场沿z的绝对场强大于2|X|/3。

优选地，在该平面z＝0与每个反射镜内的最大转折点之间沿z的距离的占(i)2/3和0.6之间、(ii)0.6和0.55之间、(iii)0.55和0.5之间、(iv)0.5和0.45之间、(v)0.45和0.4之间、或者(vi)0.4和1/3之间的部分上，该电场沿z的绝对场强是大于|X|/2。

优选地，当射束从一个反射镜反射到另一个反射镜时，它在z轴线方向上经历至少一次基本上简谐运动的振荡。

优选地，这些带电粒子中的至少一些在分析仪内不遵循基本上相同的路径行进多于一次，即不沿一条封闭的路径行进。

优选地，这种在z轴线方向上的基本上简谐运动的振荡是处于一个振荡频率，并且绕z轴线的轨道运行是处于一个轨道运行频率，该轨道运行频率与该振荡频率的比在0.71和5.0之间。

优选地，该电场在分析仪体积沿z的长度的至少一部分上是基本上线性的。优选地，该电场在每个反射镜内的最大转折点之间、在沿z的长度的至少一半上是基本上线性的。更优选地，该电场在每个反射镜内的最大转折点之间、在沿z的长度的至少三分之二上是基本上线性的。

优选地，当粒子在分析仪体积内绕z轴线做轨道运行而飞行通过分析仪时，它们从一个反射镜到另一个反射镜进行多于一次(即多次)的反射。

优选地，带电粒子以基本上恒定的速度沿z飞行在z轴线方向上的总振荡时间的不到一半、更优选地不到三分之一。

该分析仪最优选包括至少一个圆弧聚焦透镜，用于限制带电粒子束在该分析仪内的圆弧散度。该方法因此最优选地包括使带电粒子束穿过该至少一个圆弧聚焦透镜，用于限制该射束的圆弧散度。以下更详细地对该至少一个圆弧聚焦透镜进行描述。

根据本发明的另一个方面，提供了一种分离带电粒子的方法，包括以下步骤：

提供一个分析仪，该分析仪包括两个相对的反射镜，每个反射镜包括沿一个轴线z伸长的、内部和外部的限定场的电极系统，该外部系统围绕该内部系统，其中当这些电极系统被电偏压时，这些反射镜产生一个电场，该电场包括沿z的多个相对电场；以及至少一个圆弧聚焦透镜用于在分析仪内限制一束带电粒子的圆弧散度；

致使一束带电粒子飞过该分析仪，在绕z轴线做轨道运行的同时从一个反射镜到另一个反射镜进行至少一次反射并且通过该至少一个圆弧聚焦透镜；并且

根据这些带电粒子的飞行时间将其分离。

根据本发明的又一个方面，提供了一种带电粒子分析仪，该分析仪包括两个相对的反射镜，每个反射镜包括沿一个轴线z伸长的、内部和外部的限定场的电极系统，该外部系统围绕该内部系统，其中当这些电极系统被电偏压时，这些反射镜产生一个电场，该电场包括沿z的多个相对电场；以及至少一个圆弧聚焦透镜，用于在射束绕轴线z做轨道运行的同时在分析仪内限制一个带电粒子束的圆弧散度。

在一些优选实施方案中，该方法包括在带电粒子中的至少一些已经经历了相同数目的绕轴线z的轨道之后对这些粒子通过分析仪的飞行时间进行测量。优选地，带电粒子分析仪是用于根据带电粒子通过分析仪的飞行时间将其分离。如在此所使用的，术语“飞行时间”是指飞行的时间(即在以时间为单位，例如秒)或代表飞行时间的一个值(例如其单位不是时间单位或者是一个无单位的值)。仍优选地，该方法包括例如通过将飞行时间转换为m/z值从而根据所测量的飞行时间来构造一个质谱。在此，术语“质谱”是指在一个与质量有关的域内的任何谱，例如质量、质荷比(m/z)、时间等等。优选地使用计算机来构造质谱，例如当一个检测器检测到已经经历了相同数目的绕轴线z的轨道的至少一些粒子时接收由检测器所产生的检测信号的计算机。例如，该计算机可以从该检测信号推导出飞行时间。

在一些实施方案中，该方法可以包括通过将射束内除具有一个或多个m/z的所选粒子之外的所有其他粒子从分析仪内喷射出来而在分析仪体积内将所选粒子隔离。

优选地，分析仪包括位于该分析仪体积内的至少一个带状电极组件，该组件至少部分地围绕这两个反射镜之一或两者的、内部的限定场的电极系统。

优选地，该至少一个带状电极组件基本上是与z轴线同心。

优选地，该至少一个带状电极组件基本上是与这些反射镜中的一个或两者的、内部和外部的限定场的电极系统同心。

优选地，该至少一个带状电极组件定位在沿z而偏离z＝0平面的一个位置处，即该带状电极组件的中心偏离z＝0平面。

优选地，该至少一个带状电极组件支持一个或多个偏转器电极和/或一个或多个圆弧聚焦透镜。

优选地，这些偏转器电极是带电粒子注入器和/或喷射器的至少一部分。

在一个方面，本发明包括当带电粒子束绕z轴线轨道运行并从一个反射镜反射到另一个反射镜而飞行通过分析仪体积时使该带电粒子束通过至少一个圆弧聚焦透镜。优选地，该至少一个圆弧聚焦透镜至少在圆弧方向上对电场造成扰动。

本发明包括当射束飞行通过分析仪时限制其圆弧散度。优选地，圆弧散度是通过在至少一个圆弧方向上提供电场扰动来限制的。该至少一个圆弧聚焦透镜可以用于该目的。因此，优选地，该分析仪包括至少一个圆弧聚焦透镜，用于在一束带电粒子绕z轴线运行的同时(即在射束在分析仪轴线(z)方向上经历至少一次全振荡的同时)在分析仪内限制射束的圆弧散度。

优选地，该方法包括当射束飞行通过分析仪时多次限制其圆弧散度。例如，该方法优选地包括使射束多次通过该至少一个圆弧聚焦透镜(例如，当仅有一个圆弧聚焦透镜时多次通过该圆弧聚焦透镜，或者当存在多于一个圆弧聚焦透镜时通过每个透镜一次或多次)。优选地，该装置包括多个圆弧聚焦透镜。

优选地，限制射束的圆弧散度和/或使射束通过至少一个圆弧聚焦透镜是在射束在圆弧方向上变得比聚焦透镜的尺寸更大之前进行的。

优选地，在基本上在这些反射镜之间的每次振荡之后、更优选地在基本上这些反射镜的每次反射之后，使射束的圆弧散度受到限制和/或使其通过一个圆弧聚焦透镜。

优选地，该多个圆弧聚焦透镜形成了定位在基本上相同的z坐标处的一个圆弧聚焦透镜阵列。在此，一个阵列是指两个或多于两个。更优选地，该圆弧聚焦透镜阵列定位在基本上相同的z坐标上，该坐标在z＝0处或其附近但是最优选地偏离z＝0。该圆弧聚焦透镜阵列优选地在圆弧方向上至少部分地绕z轴线、更优选地在圆弧方向上基本上绕z轴线延伸。

这些圆弧聚焦透镜在圆弧方向上间隔开。该多个圆弧聚焦透镜在圆弧方向上的间隔可以是规则的亦或不规则的，但是优选地是规则的，即周期性的。

优选地，该至少一个圆弧聚焦透镜各自是由保持在一个电势下的一个电极形成的，例如以便在至少一个圆弧方向上提供电场微扰，例如在三维(3D)上的电场微扰。

在一些优选实施方案中，当这些电极系统被电偏压时，这些反射镜产生一个电场，该电场沿z包括多个相对的电场；其中这些相对的电场彼此不同。

在一些优选实施方案中，射束在行进通过这些反射镜中的一个第一反射镜的同时绕z轴线经历一个第一轨道运动角度，并且射束在行进通过这些反射镜中的一个第二反射镜的同时经历一个第二轨道运动角度，该第一轨道运动角度不同于该第二轨道运动角度。优选地，这些轨道运动角度之一是a1＝π.n弧度，其中n是整数。优选地，当这些轨道运动角度之一是a1＝π.n弧度时，另一个角度是a2＝a1+/-δ，其中|δ|＜＜π。优选地，这些反射镜之一的、内部和外部的限定场的电极系统中的一者或两者具有与另一个反射镜的、内部和外部的限定场的系统中对应的一者或两者不同的尺寸。优选地，这些反射镜之一的、内部和外部的限定场的系统中的一者或两者被保持在与另一个反射镜的、内部和外部的限定场的系统中对应的一者或两者不同的一个或多个电势的一个组内。除致使该带电粒子束优选地沿一条主飞行路径飞行通过分析仪之外，本发明优选地进一步包括沿以下各项中的至少一项引导该带电粒子束：

外部注入轨迹；

内部注入轨迹；

内部喷射轨迹；

外部喷射轨迹。

与内部注入轨道和内部喷射轨迹相关的术语“内部”在此是指定位在分析仪体积之内。与外部注入轨道和外部喷射轨迹相关的术语“外部”在此是指定位在分析仪体积之外。

本发明优选地进一步包括，在任何或所有这些轨迹之间或者在这些轨迹中的一个或多个与该主飞行路径之间的过渡处或在该过渡处之前改变射束方向和/或射束中粒子的动能。

本发明优选地包括如上所述地使用以下各项中的一项或多项来改变射束方向和/或动能：

射束偏转器；

扇形静电场；

带电粒子反射镜；

一个或多个圆弧聚焦透镜的任何部分；以及

在部分或全部分析仪内将分析仪电场切换到一个不同的电势。

本发明可以包括沿一个外部注入轨迹和/或内部注入轨迹来注入该带电粒子束。

在一些以下更详细地说明的优选实施方案中，射束可以不是沿一条具有任何实质长度的内部注入轨迹而被注入的。在这种情况下，射束可以在其进入分析仪体积之后加入主飞行路径。在更优选类型的实施方案中，例如将射束通过注入偏转器从外部注入轨迹注入到分析仪体积内，该偏转器优选地是一个扇形电场或反射镜(即离子反射镜)，其中该偏转器(优选地是扇形电场或反射镜)的出孔在主飞行路径的开始点处。在此类实施方案中，偏转器(优选地是扇形电场或反射镜)的入孔位于分析仪体积之外。注入偏转器优选地在注入时在至少径向r上对射束进行偏转、更优选地用以降低射束的向内径向速度。射束优选地在z＝0平面处或其附近开始主飞行路径，例如射束从分析仪体积之外注入到在z＝0平面处或其附近的一个点，在此射束开始主飞行路径。

射束优选地在其与主飞行路径相遇的点处、在至少径向r上被偏转，更优选地用以降低射束的向内径向速度。

在其他实施方案中(其中一些也是优选的)，沿内部注入轨迹注入射束并且然后注入到主飞行路径上。

在一些优选类型的实施方案中，未受分析仪主电场影响的带电粒子沿行(traverse)该内部注入轨迹的至少一部分(在一些情况中是全部)。在此类实施方案中，例如内部注入轨迹的至少一部分(在一些情况中是全部)可以被屏蔽而不受分析仪主场的影响、或者可以在粒子穿过内部注入轨迹的同时关闭分析仪主场，屏蔽内部注入轨道是避免任何与大电压的快速切换相关的问题的优选方法。

在其他优选类型的实施方案中，带电粒子在分析仪主电场的影响下沿行内部注入轨迹。这具有以下优点：当射束到达主飞行路径时，不需要将内部注入轨迹从分析仪主场屏蔽或切换电势来产生分析仪主场。在此类情况中，优选地保持尽可能短的内部注入轨迹长度。例如，这可以通过在射束加入主飞行路径处的点(点P)附近使一个或两个反射镜的、外部的限定场的系统带有一个收腰(即直径减小)部分并且将射束通过该收腰部分(例如通过其中的一个孔)注入分析仪体积内来实现。由于在点P附近分析仪体积的减小的直径，这保持了短的内部注入轨迹长度以及外部的限定场的电极到主飞行路径的、相应的、更近的距离。

优选地，内部注入轨迹与主飞行路径相遇的点P位于z＝0平面处或其附近。因此，一个或两个反射镜的外部的限定场的电极系统的收腰部分优选地位于z＝0平面处或其附近。优选地，z＝0平面落在该收腰部分内。

在点P处可以或可以不(但是优选地)对射束进行偏转，该偏转可以是在z方向、径向r以及圆弧方向中的一个或多个上。优选地在点P处在至少径向r上对射束进行偏转，例如内部注入轨迹在与主飞行路径距z轴线不同的径向距离(半径)处。在一些优选实施方案中，该射束优选地在P点至少在z方向上被偏转。在一些更优选的实施方案中，优选地在点P处在至少径向r以及z方向上或者在至少径向r以及圆弧方向上对射束进行偏转。

当射束被注入到主飞行路径上时，优选地由偏转器、更优选地由扇形电场对其进行偏转，其中偏转器(优选地是扇形场)的出孔位于该主飞行路径的开始点处。

内部注入轨迹可以是直的或者不是直的(例如弯曲的)或者可以包括至少一个直线部分以及至少一个非直线部分。

内部注入轨迹优选地通过至少一个带状电极组件、更优选地一个外部带状电极组件。

优选地，内部注入轨迹位于z＝0平面处或其附近，并且更优选地在这种情况下径向向内地将内部注入轨迹导向主飞行路径。然而，在一些实施方案中，内部注入轨迹可以基本上偏离z＝0平面。在一些这种实施方案中，内部注入轨迹可以在一个反射镜内在一个在z方向上离z＝0平面的距离(z距离)处开始，该距离大于该反射镜内距射束的最大转折点的所述平面的z距离。在此类实施方案中，内部注入轨迹可以是或可以不是在与主飞行路径距z轴线基本上相同的径向距离(半径)处，但是优选地在基本上相同的半径处。

在一些优选类型的实施方案中，内部注入轨迹是在与主飞行路径距z轴线不同的径向距离(半径)处。在此类实施方案中，优选地在内部注入轨迹与主飞行路径相遇的点P处在至少径向r上对射束进行偏转。在优选实施方案中，径向向内地将内部注入轨迹导向主飞行路径并且在点P处或其附近的偏转降低了带电粒子的向内径向速度。

在一些优选实施方案中，其中内部注入轨迹是在与主飞行路径距z轴线不同的径向距离(半径)处，内部注入轨迹包括一条螺旋的或非圆形的路径。优选地，该螺旋路径具有朝向主飞行路径不断减小的半径，即内部注入轨迹在比主飞行路径距z轴线更大的径向距离处。然而，该螺旋路径可以具有朝向主飞行路径不断增大的半径，即内部注入轨迹在比主飞行路径距z轴线更小的径向距离处。除包括一条螺旋路径之外，内部注入轨迹在这种情况下可以包括一条非螺旋路径，例如该非螺旋路径指向该螺旋路径，而该螺旋路径指向主飞行路径。射束在分析仪场的影响下沿行内部注入轨迹的螺旋或非圆形路径，该分析仪场更优选地是分析仪主场。

在一些优选实施方案中，用于将带电粒子注入到分析仪体积内的注入器的至少一部分位于分析仪体积之外、与上述收腰部分相邻、但是优选地在这些反射镜中至少一个的外部的限定场的电极系统(即非收腰部分的)距轴线z的最大径向距离之内。在一些优选实施方案中，注入器包括一个脉冲离子源，该离子源位于分析仪体积之外、与收腰部分相邻、但是优选地在这些反射镜中至少一个的外部的限定场的电极系统距轴线z的最大径向距离之内。

在一些优选实施方案中，当带电粒子在点P处或其附近，该注入方法包括改变带电粒子的动能。在这种情况下更优选地是，该注入方法包括在点P处或其附近降低带电粒子的动能。

在一种优选的方法中，本发明包括在带电粒子分析仪内在点P处沿内部注入轨迹将带电粒子注入到主飞行路径上，该方法包括沿内部注入轨迹将带电粒子注入到点P处，未受分析仪主电场影响的带电粒子沿行内部注入轨迹的至少一部分。以下内容优选地适用于该优选方法：优选地，该方法包括在点P处对带电粒子进行偏转以改变它们在z轴线方向上的速度；优选地，该注入带电粒子的方法不包括在径向上对带电粒子进行偏转；优选地，将分析仪主电场关闭直至带电粒子到达点P处；优选地，例如通过位于一个或两个反射镜的内部或外部的限定场的电极系统之间的一个或多个带状电极组件来使内部注入轨迹的至少一部分从分析仪主电场屏蔽；优选地，内部注入轨迹基本上是直的；优选地，内部注入轨迹通过位于一个或两个反射镜的内部或外部的限定场的电极系统之间的至少一个带状电极组件；在一些实施方案中，内部注入轨迹基本上偏离z＝0平面，内部注入轨迹优选地开始于分析仪的一个点处，该点处于比射束在一个反射镜内的最大转折点更大的z处。

在将带电粒子注入到分析仪内部的主飞行路径上的另一个优选方法中，该方法包括将带电粒子从内部注入轨迹注入到主飞行路径上，该内部注入轨迹处在与主飞行路径距z轴线不同的径向距离处。以下内容优选地适用于该优选方法：优选地，该在与主飞行路径距z轴线不同的径向距离处的内部注入轨迹包括一条螺旋或非圆形路径，该路径指向主飞行路径；优选地，内部注入轨迹的螺旋路径具有朝向主飞行路径不断减小的半径；除螺旋路径之外，内部注入轨迹可以包括一条非螺旋路径，该非螺旋路径指向该螺旋路径；优选地，在一个与分析仪主场相同或不同的分析仪场(但是更优选地是分析仪主场)的存在下，带电粒子在与主飞行路径(优选地是该螺旋路径)距z轴线不同的径向距离处沿内部注入轨迹行进；优选地，该方法包括在螺旋或非圆形内部注入轨迹开始处或其附近在z轴线方向上对射束进行偏转以改变带电粒子的速度；优选地，该方法包括在螺旋或非圆形内部注入轨迹开始处或其附近在径向上对射束进行偏转以改变带电粒子的速度；优选地，该方法包括在主飞行路径开始处或其附近在径向上对来自内部注入轨迹的射束进行偏转以改变带电粒子的速度，该内部注入轨迹在与主飞行路径距z轴线不同的距离处；优选地，该方法包括通过外部电极系统朝向内部注入轨迹注入带电粒子。

在带电粒子分析仪内在点P处沿内部注入轨迹将带电粒子注入到主飞行路径上的仍另一种优选的方法中，该方法包括沿内部注入轨迹进行注入以及当带电粒子在点P处或其附近时改变带电粒子的动能。以下内容优选地适用于该优选方法：粒子可以在存在分析仪场(注入分析仪场)的情况下在内部注入轨迹内行进，该分析仪场与分析仪主场相同或不同；优选地，该注入方法包括在点P处或其附近降低带电粒子的动能。

在点P处沿内部注入轨迹将带电粒子注入到主飞行路径上的仍另一种优选的方法中，该方法包括在存在分析仪主场的情况下沿内部注入轨迹进行注入以及当带电粒子在点P处或其附近时对带电粒子进行偏转以便改变其在径向(r)上的速度。以下内容优选地适用于该优选方法：优选地，内部注入轨迹径向向内地指向主飞行路径并且在点P处或其附近的偏转降低了带电粒子的向内径向速度；优选地，内部注入轨迹通过位于一个或两个反射镜的内部和外部的限定场的电极系统之间的至少一个带状电极组件；优选地，内部注入轨迹位于z＝0平面处或其附近；优选地，点P位于z＝0平面处或其附近；优选地，一个或两个反射镜的外部的限定场的电极系统包括一个收腰部分，该收腰部分更优选地位于z＝0平面处或其附近；优选地，该收腰部分的向内的外延位于外部的带状电极组件附近；在一些优选实施方案中，用于将带电粒子注入到分析仪体积内的注入器的至少一部分位于分析仪体积之外、与收腰部分相邻、并且在这些反射镜中至少一个的外部的限定场的电极系统距轴线z的最大距离之内；在一些优选实施方案中，该注入器包括一个脉冲离子源，该离子源位于分析仪体积之外、与收腰部分相邻、并且在这些反射镜中的至少一个的外部的限定场的电极系统距轴线z的最大距离之内；在一些优选实施方案中，位于一个或两个反射镜的内部和外部的限定场的电极系统之间的一个或多个带状电极组件使内部注入轨迹的至少一部分对分析仪主电场屏蔽。

在一些优选实施方案中，本发明包括一个用于将带电粒子束注入到分析仪体积内的注入器；其中一个或两个反射镜的、外部的限定场的电极系统包括一个收腰部分，并且该注入器的至少一部分位于分析仪体积之外、与收腰部分相邻。优选地，注入器的至少一部分位于分析仪体积之外、与收腰部分相邻、并且在这些反射镜中至少一个的、外部的限定场的电极系统距轴线z的最大距离之内。优选地，该收腰部分位于z＝0平面处或附近。优选地，收腰部分的向内的外延位于外部的带状电极组件附近。更优选地，收腰部分的向内的外延支持该外部带状电极组件。仍更优选地，该实施方案中的外部带状电极组件支持至少一个圆弧聚焦透镜。优选地，该收腰部分在z方向上的两侧上具有外部的限定场的系统的多个直径更大的部分。优选地，注入器的至少一部分包括一个带电粒子偏转器，该偏转器位于分析仪体积之外、与收腰部分相邻、并且在这些反射镜中至少一个的外部的限定场的电极系统距轴线z的最大距离之内。在一些优选实施方案中，注入器包括一个脉冲离子源，该离子源位于分析仪体积之外、与收腰部分相邻、但是优选地在这些反射镜中至少一个的、外部的限定场的电极系统距轴线z的最大径向距离之内。优选地，分析仪包括一个或多个带状电极组件，这些组件位于一个或两个反射镜的、内部和外部的限定场的电极系统之间、与收腰部分相邻。

分析仪最优选地包括一个偏转器、更优选地包括一个扇形电场，其被定位用于将射束偏转到主飞行路径上，这样使得射束从偏转器直接出现在主飞行路径上。偏转器(优选地是扇形场)优选地被定位为使得偏转器(优选地是扇形场)的出孔位于与主飞行路径距z轴线相同的半径处，即偏转器(优选地是扇形场)的出孔将在主飞行路径的开始点处。优选地，偏转器(优选地是扇形场)位于z＝0平面处或其附近。在运行中，优选地，射束的至少一部分可选地沿内部注入轨迹和外部喷射轨迹之一或二者从主飞行路径行进，并且到达一个带电粒子处理装置。带电粒子处理装置优选地包括以下各项中的一项或多项：

检测器；

后加速装置；

离子存储装置；

碰撞室或反应室；

裂解装置；

质量分析装置；以及

本发明的分析仪(例如，射束的至少一部分保留在分析仪内，或者从其中喷射出来并且然后返回到该分析仪、并且再次行进通过该分析仪进行进一步的处理，例如另一轮质量分离)。

本发明可以包括沿一个外部注入轨迹和/或内部注入轨迹来注入带电粒子束。

在以下更详细地描述的一些优选实施方案中，射束(即该射束的带电粒子中的至少一些)可以不沿具有任何实质长度的内部喷射轨迹而喷射出来。在这种情况下，射束可以在其离开分析仪体积时基本上直接离开主飞行路径。在这种更优选的实施方案中，例如将射束通过喷射偏转器从分析仪体积喷射到外部喷射轨迹中，该喷射偏转器优选地是一个扇形电场或反射镜(即离子反射镜)，其中该偏转器(优选地是扇形电场或反射镜)的入孔在主飞行路径上。在此类实施方案中，偏转器(优选地是扇形电场或反射镜)的出孔位于分析仪体积之外。喷射偏转器优选地在喷射时在至少径向r上对射束进行偏转、更优选地用以增大射束的向外径向速度。

射束优选地在z＝0平面处或其附近离开主飞行路径，例如射束在z＝0平面处或其附近的一个点从主飞行路径喷射出分析仪体积。

射束优选地在其离开主飞行路径的点处、在至少径向r上偏转，更优选地用以增大射束的向外径向速度。

在其他实施方案中(其中一些也是优选的)，沿内部喷射轨迹从主飞行路径对射束进行喷射。

在一些优选类型的实施方案中，未受分析仪主电场影响的带电粒子沿行该内部喷射轨迹的至少一部分(在一些情况中是全部)。在此类实施方案中，例如内部喷射轨迹的至少一部分(在一些情况中是全部)可以被屏蔽而不受分析仪主场的影响、或者可以在粒子穿过内部喷射轨迹的同时关闭分析仪主场，屏蔽内部喷射轨迹是避免与大电压的快速切换相关的任何问题的优选方法。

在其他优选的实施方案中，在分析仪主电场的影响下的带电粒子沿行内部喷射轨迹。这具有以下优点：当射束到达主飞行路径时，不需要将内部喷射轨迹对分析仪主场屏蔽或切换电势来停止分析仪主场。在此类情况中，优选地尽可能保持短的内部喷射轨迹的长度。例如，这可以通过在射束离开主飞行路径处的点(点E)附近使一个或两个反射镜的、外部的限定场的系统带有一个收腰(即直径减小)部分并且将射束通过该收腰部分(例如通过其中的一个孔)从分析仪体积中喷射出来而实现。由于在点E附近分析仪体积的减小的直径，这保持了短的内部注入轨迹长度以及外部的限定场的电极到主飞行路径的、相应的、更近的距离。

在一些情况下，点E可以是基本上与上述点P相同的点，例如在主飞行路径上将射束注入到与其后续从其中喷射出的点相同的一个点上。优选地，一个或两个反射镜的、外部的限定场的电极系统在射束注入到分析仪体积内和/或从其中喷射出的点的附近具有一个收腰部分，通过收腰部分内的一个或多个孔将射束注入到分析仪体积内或从其中喷射出来。

优选地，内部喷射轨迹与主飞行路径相遇的点E位于z＝0平面处或其附近。因此，一个或两个反射镜的外部的限定场的电极系统的收腰部分优选地位于z＝0平面处或其附近。

在点E处可以或可以不(但是优选地)对射束进行偏转，该偏转是在z方向、径向r以及圆弧方向中的一个或多个上。优选地在点E处在至少径向r上对射束进行偏转，例如在内部喷射轨迹在与主飞行路径离z轴线不同的径向距离(半径)处。在一些优选实施方案中，该射束优选地在E点至少在z方向上被偏转。在一些更优选的实施方案中，优选地在点E处在至少r以及z方向上或者在至少径向r以及圆弧方向上对射束进行偏转。

该射束优选地在它从主飞行路径中被喷射出来时被偏转，更优选地是被一个扇形电场偏转，其中偏转器(优选地是扇形场)的入孔位于主飞行路径上。

内部喷射轨迹可以是直的或弯曲的或者可以包括至少一个直线部分以及至少一个弯曲部分。

内部喷射轨迹优选地通过至少一个带状电极组件、更优选地是一个外部的带状电极组件。

优选地，内部喷射轨迹位于z＝0平面处或其附近并且更优选地在这种情况下从主飞行路径径向向外地引导内部注入轨迹。然而，在一些实施方案中，内部喷射轨迹可以基本上偏离z＝0平面。在一些这种实施方案中，内部喷射轨迹可以在一个反射镜内在一个在z方向上距z＝0平面的距离(z距离)处结束，该距离大于该反射镜内的射束的最大转折点距所述平面的z距离。在此类实施方案中，内部喷射轨迹可以是或可以不是在与主飞行路径距z轴线基本上相同的径向距离(半径)处，但是优选地是在基本上相同的半径处。

在一些优选实施方案中，内部喷射轨迹是在与主飞行路径距z轴线不同的径向距离(半径)处。在此类实施方案中，优选地在内部喷射轨迹与主飞行路径相遇的点E处在至少径向r上对射束进行偏转。在优选实施方案中，从主飞行路径径向向外地引导内部喷射轨迹并且在点E处或其附近的偏转增大了带电粒子的向外径向速度。

在一些优选实施方案中，其中内部喷射轨迹是在与主飞行路径距z轴线不同的径向距离(半径)处，该内部喷射轨迹包括一条螺旋或非圆形路径。优选地，该螺旋路径具有从主飞行路径不断增大的半径，即内部喷射轨迹在比主飞行路径距z轴线更大的径向距离处。然而，该螺旋路径可以具有从主飞行路径不断减小的半径，即内部喷射轨迹在比主飞行路径距z轴线更小的径向距离处。除包括一条螺旋路径之外，内部喷射轨迹在这种情况下可以包括一条非螺旋路径，例如该非螺旋路径从该螺旋路径引出，而该螺旋路径从主飞行路径引出。在分析仪场的影响下的射束沿行内部喷射轨迹的螺旋或非圆形路径，该分析仪场更优选地是分析仪主场。

在一些优选实施方案中，当带电粒子在点E处或其附近时，该喷射方法包括改变带电粒子的动能。在这种情况下更优选地是，该喷射方法包括在点E处或其附近增加带电粒子的动能。

在分析仪体积之外，射束可以继续在一个外部喷射轨迹上行进而到达一个处理装置。

在一种优选方法中，本发明包括在带电粒子分析仪内在点E处沿内部喷射轨迹将带电粒子从主飞行路径喷射出来，在未受分析仪主电场影响的情况下沿行内部喷射轨迹的至少一部分。以下内容优选地适用于该优选方法：优选地，该喷射方法包括选择具有一个m/z范围的带电粒子并且将所选粒子喷射出来用于进一步的处理；优选地，该喷射方法包括在点E处对带电粒子进行偏转以便改变其在z轴线方向上速度(增大亦或减小其速度)；优选地，该喷射方法不包括在径向上对带电粒子进行偏转；优选地，在该喷射方法中，在带电粒子到达点E后关闭分析仪主电场；优选地，位于内部和外部的限定场的电极系统之间的一个或多个带状电极使内部喷射轨迹的至少一部分从分析仪主电场屏蔽；优选地，内部喷射轨迹是基本上直的。

在将带电粒子从分析仪喷射出的另一种优选的方法中，该方法包括在与主飞行路径距z轴线不同的距离处将带电粒子从内部喷射轨迹喷射出来。以下内容优选地适用于该优选方法：优选地，在该喷射方法中，分析仪主电场沿分析仪体积沿z的长度的至少一部分是基本上线性的；优选地，在该喷射方法中，内部喷射轨迹包括一个螺旋的或非圆形的路径，该路径从主飞行路径引出；优选地，螺旋的内部喷射轨迹具有从主飞行路径引出而不断增大的半径；优选地，带电粒子在分析仪场的存在下沿内部喷射轨迹行进；优选地，带电粒子在分析仪场的存在下沿内部喷射轨迹行进，该分析仪场是分析仪主场；优选地，存在一个偏转以便在内部喷射轨迹的开始处或其附近在z轴线方向上改变带电粒子的速度；优选地，在内部喷射轨迹的开始处或其附近在径向上存在一个偏转以便改变带电粒子的速度；优选地，存在一个偏转以便在内部喷射轨迹的开始处或其附近在径向上改变带电粒子的速度；优选地，喷射通过外部的电极系统引导粒子离开分析仪体积，例如到外部喷射轨迹。

在将带电粒子沿内部喷射轨迹从主飞行路径喷射出来的仍另一种优选的方法中，该方法包括当带电粒子在点E处或其附近时改变带电粒子的动能并且沿内部喷射轨迹进行喷射。以下内容优选地适用于该优选方法：可以在与分析仪主场相同或不同的一个喷射分析仪场的存在下沿内部喷射轨迹将带电粒子喷射出来；优选地，在该喷射方法中，分析仪主场沿分析仪体积优选地沿z的长度的至少一部分是基本上线性的，该喷射分析仪场与分析仪主场相同；优选地，该喷射方法包括在点E处或其附近增大带电粒子的动能。

在将带电粒子从主飞行路径喷射出来的仍另一种优选的方法中，该方法包括当带电粒子在点E处或其附近时，对带电粒子进行偏转以便改变其在径向(r)上的速度并且在分析仪主场的存在下(即在其影响下)沿内部喷射轨迹将带电粒子喷射出来。以下内容优选地适用于该优选方法：在优选实施方案中，内部喷射轨迹径向向外地从主飞行路径引出并且在点E处或其附近的偏转增大了带电粒子的向外径向速度；优选地，内部喷射轨迹位于z＝0平面处或其附近；优选地，点E位于z＝0平面处或其附近；优选地，内部喷射轨迹通过位于一个或两个反射镜的内部和外部的限定场的电极系统之间的至少一个带状电极组件；优选地，在该喷射方法中，一个或两个反射镜的外部的限定场的电极系统包括一个收腰部分并且通过该收腰部分将带电粒子喷射出分析仪体积；更优选地，该收腰部分位于z＝0平面处或其附近；优选地，在该喷射方法中，该收腰部分的向内的外延位于外部的带状电极组件附近；更优选地，该收腰部分的向内的外延支持该外部的带状电极组件。仍更优选地，该实施方案中的外部带状电极组件支持至少一个圆弧聚焦透镜；优选地，位于一个或两个反射镜的内部与外部的限定场的电极系统之间的一个或多个带状电极组件使内部喷射轨迹的至少一部分从分析仪主电场屏蔽。

在一些优选实施方案中，本发明包括一个喷射器用于将带电粒子束从分析仪体积内喷射出来；

其中一个或两个反射镜的外部的限定场的电极系统包括一个收腰部分并且该喷射器可运行用于通过收腰部分内的一个孔将射束喷射出来。

分析仪最优选地包括一个偏转器(例如作为喷射器的一部分)、更优选地是一个扇形电场，其被定位用于将射束偏转从而从主飞行路径中喷射出来，这样使得射束直接从主飞行路径上进入偏转器。偏转器(优选地是扇形场)优选地被定位为使得偏转器(优选地是扇形场)的入孔位于与主飞行路径距z轴线相同的半径处，即偏转器(优选地是扇形场)的入孔将在主飞行路径的开始点处。优选地，偏转器(优选地是扇形场)是用于将射束至少径向地向外偏转。优选地，偏转器(优选地是扇形场)位于z＝0平面处或其附近。

在一些实施方案中，本发明包括在主飞行路径上的一个点处对粒子进行检测，即用定位在主飞行路径上的一个检测器。在一些其他类型的实施方案中，该方法包括于不在主飞行路上的一个点处对粒子进行检测。

在一些优选实施方案中，该方法包括通过致使粒子撞击到检测器表面上来对粒子进行检测(破坏性检测)。

在一些优选实施方案中，该方法包括通过致使粒子在一个检测器内通过来对粒子进行检测(非破坏性检测)。非破坏性检测的一种优选方法是通过像电流检测(image current detection)。

在一些实施方案中，当对其进行检测时，带电粒子的时间聚焦平面是基本上平坦的。在一些实施方案中，当对其进行检测时，带电粒子的时间聚焦平面是基本上弯曲的。

在一些实施方案中，当对其进行检测时，带电粒子的时间聚焦平面是基本上与z轴线垂直的。

在一些实施方案中，当对其进行检测时，带电粒子的时间聚焦平面是处于一个与z轴线基本上不垂直的角度处。

在一些优选实施方案中，检测器平面与带电粒子的时间聚焦平面是基本上共同定位的。优选地，检测器平面定位在与一个z为常数的平面(即与z轴线正交的平面)的一个角度处。优选地，该角度是使得检测器平面与射束的时间聚焦平面基本上是共同定位的，例如该时间聚焦平面已经由一个后加速装置旋转过。

在一些优选实施方案中，检测之后是增大带电粒子的动能的步骤，例如包括一个后加速步骤。优选地，在检测之前增大带电粒子的动能的步骤致使带电粒子的时间聚焦平面进行旋转。

优选地，本发明包括在具有多个m/z的粒子中的至少一些已经经历了相同数目的绕轴线z的轨道之后，在分析仪体积之外的一个检测器处对其进行检测，该检测器的至少一部分定位在一个或两个反射镜的外部的限定场的电极系统距分析仪轴线的最大距离内，例如与一个或两个反射镜的外部的限定场的电极系统的收腰部分相邻。因此优选地，本发明包括一个检测器，该检测器定位在分析仪体积之外用于在具有多个m/z的粒子中的至少一些已经经历了相同数目的绕轴线z的轨道之后对其进行检测；其中一个或两个反射镜的外部的限定场的电极系统包括一个收腰部分并且该检测器的至少一部分被定位为与该收腰部分相邻。

优选地，检测器的至少一部分被定位为与收腰部分相邻并且在这些反射镜中至少一个的、外部的限定场的电极系统距轴线z的最大距离内。

优选地，该收腰部分位于z＝0平面处或附近。

优选地，收腰部分的向内的外延位于一个外部的带状电极组件附近。

优选地，检测器的至少一部分包括一个转换倍增电极，该转换倍增电极位于分析仪体积之外、与收腰部分相邻、并且更优选地在这些反射镜中至少一个的外部的限定场的电极系统距轴线z的最大距离内。

在一些优选实施方案中，该检测器包括一个电子倍增器。

在其他独立的方面中，本发明还提供了以下(1)至(26)的发明：

(1)一种分离带电粒子的方法，包括以下步骤：

提供一个分析仪，该分析仪包括两个相对的反射镜，每个反射镜包括沿一个轴线z伸长的、内部和外部的限定场的电极系统，该外部系统围绕该内部系统并且在其间限定一个分析仪体积，其中当这些电极系统被电偏压时，这些反射镜在该分析仪体积内产生一个电场，该电场包括沿z的多个相对电场，该电场沿z的场强在一个平面z＝0处是一个最小值；

致使一束带电粒子飞过该分析仪、在该分析仪体积内沿z轴线运行、从一个反射镜到另一个反射镜进行至少一次反射，由此在一个反射镜内限定一个最大转折点；该电场沿z的场强在该最大转折点处是X，并且在该平面z＝0与每个反射镜内的最大转折点之间沿z的距离的占不大于2/3的部分上，该电场沿z的绝对场强小于|X|/2；

根据这些带电粒子的飞行时间将其分离；并且

将这些具有多个m/z的带电粒子中的至少一些粒子从该分析仪中喷射出来或者对这些具有多个m/z的带电粒子中的至少一些粒子进行检测，该喷射或检测是在这些粒子已经经历了相同数目的围绕轴线z的轨道之后进行的。

(2)一种带电粒子分析仪，包括：

两个相对的反射镜，每个反射镜包括沿一个轴线z伸长的、内部和外部的限定场的电极系统，该外部系统围绕该内部系统并且在其间限定一个分析仪体积，其中，在使用中，致使一束带电粒子飞行通过该分析仪、在该分析仪体积内绕z轴线做轨道运行、从一个反射镜到另一个反射镜进行至少一次反射，由此在一个反射镜内限定一个最大转折点，并且其中，当这些电极系统被电偏压时，这些反射镜在该分析仪体积内产生一个电场，该电场包括沿z的多个相对电场，该电场沿z的场强在一个平面z＝0处是一个最小值，并且该电场沿z的场强在该最大转折点处是X，并且在该平面z＝0与每个反射镜内的最大转折点之间沿z的距离的占不大于2/3的部分上，该电场沿z的绝对场强小于|X|/2；以及

位于该分析仪体积内的一个喷射器、或一个检测器的至少一部分，用于对应地将来自射束的至少一些带电粒子喷射出该分析仪体积或在该分析仪体积内对其进行检测，该至少一些粒子具有多个m/z，该喷射或检测是在这些粒子已经经历了相同数目的围绕轴线z的轨道之后进行的。

(3)一种分离带电粒子的方法，包括以下步骤：

提供一个分析仪，该分析仪包括两个相对的反射镜，每个反射镜包括沿一个轴线z伸长的、内部和外部的限定场的电极系统，该外部系统围绕该内部系统并且在其间限定一个分析仪体积，其中当这些电极系统被电偏压时，这些反射镜在该分析仪体积内产生一个电场，该电场包括沿z的多个相对电场，这些相对电场沿分析仪体积的长度的至少一部分上是基本上线性的；

致使一束带电粒子飞过该分析仪，在该分析仪体积内绕z轴线做轨道运行的同时从一个反射镜到另一个反射镜进行至少一次反射；

根据这些带电粒子的飞行时间将其分离；并且

将这些具有多个m/z的带电粒子中的至少一些粒子从该分析仪中喷射出来或者对这些具有多个m/z的带电粒子中的至少一些粒子进行检测，该喷射或检测是在这些粒子已经经历了相同数目的围绕轴线z的轨道之后进行的。

(4)一种带电粒子分析仪，包括：

两个相对的反射镜，每个反射镜包括沿一个轴线z伸长的、内部和外部的限定场的电极系统，该外部系统围绕该内部系统并且在其间限定一个分析仪体积，其中，当这些电极系统被电偏压时，这些反射镜在该分析仪体积内产生一个电场，该电场包括沿z的多个相对电场，这些相对电场沿分析仪体积的长度的至少一部分是基本上线性的，并且其中，在使用中，致使一束带电粒子飞行通过该分析仪，在该分析仪体积内绕z轴线做轨道运行的同时从一个反射镜到另一个反射镜进行至少一次反射；以及

位于该分析仪体积内的一个喷射器、或一个检测器的至少一部分，用于对应地将来自射束的至少一些带电粒子喷射出该分析仪体积或在该分析仪体积内对其进行检测，该至少一些粒子具有多个m/z，该喷射或检测是在这些粒子已经经历了相同数目的围绕轴线z的轨道之后进行的。

(5)一种使用分析仪将带电粒子分离的方法，该方法包括：

致使一束带电粒子飞行通过该分析仪并且在绕纵(z)轴做轨道运行的同时在纵(z)轴方向上在分析仪内经历至少一次全振荡；

其中这些带电粒子沿z以基本上恒定的速度飞行小于该振荡的总时间的一半；

根据这些带电粒子的飞行时间将其分离；并且

将这些具有多个m/z的带电粒子中的至少一些粒子从该分析仪中喷射出来或者对这些具有多个m/z的带电粒子中的至少一些粒子进行检测，该喷射或检测是在这些粒子已经经历了相同数目的围绕轴线z的轨道之后进行的。

(6)一种带电粒子分析仪，包括：

两个相对的反射镜，每个反射镜包括沿一个轴线z伸长的内部和外部的限定场的电极系统，该外部系统围绕该内部系统并且在其间限定一个分析仪体积，其中，当这些电极系统被电偏压时，这些反射镜在该分析仪体积内产生一个电场，该电场包括沿z的多个相对电场，并且其中，在使用中，致使一束带电粒子飞行通过该分析仪，在分析仪的z轴线方向上在这些反射镜之间经历至少一次全振荡的同时在该分析仪体积内绕z轴线做轨道运行，其中带电粒子以基本上恒定的速度沿z飞行少于总振荡时间的一半；以及

位于该分析仪体积内的一个喷射器、或一个检测器的至少一部分，用于对应地将来自射束的至少一些带电粒子喷射出该分析仪体积或在该分析仪体积内对其进行检测，该至少一些粒子具有多个m/z，该喷射或检测是在这些粒子已经经历了相同数目的围绕轴线z的轨道之后进行的。

(7)一种对带电粒子进行飞行时间分析的方法，包括以下步骤：

提供一个分析仪，该分析仪包括两个相对的反射镜，每个反射镜包括沿一个轴线z伸长的、内部和外部的限定场的电极系统，该外部系统围绕该内部系统并且在其间限定一个分析仪体积，其中当这些电极系统被电偏压时，这些反射镜产生沿z的多个相对电场，这些相对电场沿分析仪体积的长度的至少一部分是基本上线性的；

致使一束带电粒子飞过该分析仪，在该内部和外部电极系统之间绕z轴线做轨道运行的同时从一个反射镜到另一个反射镜进行至少一次反射；

并且在粒子已经经历了相同数目的绕轴线z的轨道之后对带电粒子的飞行时间进行测量。

(8)一个带电粒子分析仪，该分析仪包括两个相对的反射镜，每个反射镜包括沿一个轴线z伸长的、内部和外部的限定场的电极系统，该外部系统围绕该内部系统并且在其间限定一个分析仪体积，其中当这些电极系统被电偏压时，这些反射镜在该分析仪体积内产生一个电场，该电场包括沿z的多个相对电场；

以及位于该分析仪体积内的至少一个带状电极组件，该组件至少部分地围绕一个或两个反射镜的、内部的限定场的电极系统。

(9)一种分离带电粒子的方法，包括以下步骤：

提供一个带电粒子分析仪，该分析仪包括两个相对的反射镜，每个反射镜包括沿一个轴线z伸长的、内部和外部的限定场的电极系统，该外部系统围绕该内部系统并且在其间限定一个分析仪体积，其中当这些电极系统被电偏压时，这些反射镜在该分析仪体积内产生一个电场，该电场包括沿z的多个相对电场；

以及位于该分析仪体积内的至少一个带状电极组件，该组件至少部分地围绕一个或两个反射镜的、内部的限定场的电极系统；并且

致使一束带电粒子飞过该分析仪，在绕z轴线做轨道运行的同时从一个反射镜到另一个反射镜进行至少一次反射；并且

根据这些带电粒子的飞行时间将其分离。

(10)一种分离带电粒子的方法，包括以下步骤：

提供一个分析仪，该分析仪包括两个相对的反射镜，每个反射镜包括沿一个轴线z伸长的、内部和外部的限定场的电极系统，该外部系统围绕该内部系统，其中当这些电极系统被电偏压时，这些反射镜产生一个电场，该电场包括沿z的多个相对电场；

致使一束带电粒子飞过该分析仪、从一个反射镜到另一个反射镜进行至少一次反射；其中射束在绕z轴线做轨道运行的同时在一个沿分析仪z轴线的方向上行进，射束在其行进通过这些反射镜中的一个第一反射镜时经历一个第一轨道运动角度并且射束在其行进通过这些反射镜中的一个第二反射镜时经历一个第二轨道运动角度，该第一轨道运动角度与该第二轨道运动角度不同；并且

根据这些带电粒子的飞行时间将其分离。

(11)一种分离带电粒子的方法，包括以下步骤：

提供一个分析仪，该分析仪包括两个相对的反射镜，每个反射镜包括沿一个轴线z伸长的、内部和外部的限定场的电极系统，该外部系统围绕该内部系统，其中当这些电极系统被电偏压时，这些反射镜在该分析仪体积内产生一个电场，该电场包括沿z的多个相对电场；其中这些相对电场彼此不同；

致使一束带电粒子飞过该分析仪，从一个反射镜到另一个反射镜进行至少一次反射；并且

根据这些带电粒子的飞行时间将其分离。

(12)一个带电粒子分析仪，该分析仪包括两个相对的反射镜，每个反射镜包括沿一个轴线z伸长的、内部和外部的限定场的电极系统，该外部系统围绕该内部系统，其中当这些电极系统被电偏压时，这些反射镜产生一个电场，该电场包括沿z的多个相对电场；其中这些相对电场彼此不同。

(13)一种在带电粒子分析仪内的一个点P处沿内部注入轨迹注入带电粒子的方法，其中该分析仪包括两个相对的反射镜，每个反射镜包括沿一个轴线z伸长的、内部和外部的限定场的电极系统，该外部系统围绕该内部系统并且在其间限定一个分析仪体积，其中当向这些电极系统施加一个第一组的一个或多个电势时，这些反射镜产生一个分析仪主电场，该电场包括沿z的多个相对电场，这些相对电场沿分析仪体积的长度的至少一部分是基本上线性的，主飞行路径定位在分析仪体积内，带电粒子在绕z轴线做轨道运行的同时在分析仪主电场的影响下遵循主飞行路径行进、从一个反射镜到另一个反射镜进行至少一次反射，该方法包括沿内部注入轨迹将带电粒子注入到点P，未受分析仪主电场影响的带电粒子沿行内部注入轨迹的至少一部分。

(14)一种将带电粒子注入到分析仪内部的主飞行路径上的方法，其中该分析仪包括两个相对的反射镜，每个反射镜包括沿一个轴线z伸长的、内部和外部的限定场的电极系统，该外部系统围绕该内部系统并且在其间限定一个分析仪体积，其中当向这些电极系统施加一个第一组的一个或多个电势时，这些反射镜产生一个分析仪主电场，该电场包括沿z的多个相对电场，主飞行路径定位在分析仪体积内，带电粒子在绕z轴线做轨道运行的同时在分析仪主电场的影响下遵循主飞行路径行进、从一个反射镜到另一个反射镜进行至少一次反射，该方法包括将带电粒子从一个内部注入轨迹注入到主飞行路径上，该内部注入轨迹在与主飞行路径距z轴线不同的径向距离处。

(15)一种在带电粒子分析仪中在一个点P处将带电粒子沿内部注入轨迹注入到主飞行路径上的方法，其中该分析仪包括两个相对的反射镜，每个反射镜包括沿一个轴线z伸长的、内部和外部的限定场的电极系统，该外部系统围绕该内部系统并且在其间限定一个分析仪体积，其中当这些电极系统被电偏压时，这些反射镜产生一个分析仪电场，该电场包括沿z的多个相对电场，一条主飞行路径定位在分析仪体积内，带电粒子在绕z轴线做轨道运行的同时在通过向这些电极系统施加一个第一组的一个或多个电势而产生的一个分析仪主电场的影响下遵循主飞行路径行进、从一个反射镜到另一个反射镜进行至少一次反射，该方法包括沿内部注入轨迹进行注入并且当带电粒子在点P处或其附近改变带电粒子的动能。

(16)一种在一个点P处将带电粒子沿内部注入轨迹注入到主飞行路径上的方法，其中该分析仪包括两个相对的反射镜，每个反射镜包括沿一个轴线z伸长的、内部和外部的限定场的电极系统，该外部系统围绕该内部系统并且在其间限定一个分析仪体积，其中当这些电极系统被电偏压时，这些反射镜产生一个分析仪电场，该电场包括沿z的多个相对电场，一条主飞行路径定位在分析仪体积内，带电粒子在绕z轴线做轨道运行的同时在通过向这些电极系统施加一个第一组的一个或多个电势而产生的一个分析仪主电场的影响下遵循主飞行路径行进并且从一个反射镜到另一个反射镜进行至少一次反射，该方法包括在分析仪主场的存在下沿内部注入轨迹进行注入并且当带电粒子在点P处或其附近时对带电粒子进行偏转以改变其在径向(r)上的速度。

(17)一种带电粒子分析仪，包括：

两个相对的反射镜，每个反射镜包括沿一个轴线z伸长的、内部和外部的限定场的电极系统，该外部系统围绕该内部系统并且在其间限定一个分析仪体积，其中，当这些电极系统被电偏压时，这些反射镜在该分析仪体积内产生一个电场，该电场包括沿z的多个相对电场，并且其中，在使用中，致使一束带电粒子飞行通过该分析仪，在该分析仪体积内绕z轴线做轨道运行的同时从一个反射镜到另一个反射镜进行至少一次反射；以及

一个注入器，用于将带电粒子束注入到分析仪体积内；

其中一个或两个反射镜的外部的限定场的电极系统包括一个收腰部分并且该喷射器的至少一部分定位在分析仪体积内、与收腰部分相邻。

(18)一种在带电粒子分析仪内的一个点E处沿内部喷射轨迹喷射带电粒子的方法，其中该分析仪包括两个相对的反射镜，每个反射镜包括沿一个轴线z伸长的、内部和外部的限定场的电极系统，该外部系统围绕该内部系统并且在其间限定一个分析仪体积，其中当向这些电极系统施加一个第一组的一个或多个电势时，这些反射镜产生一个分析仪主电场，该电场包括沿z基本上线性的多个相对电场，主飞行路径定位在分析仪体积内，带电粒子在绕z轴线做轨道运行的同时在分析仪主电场的影响下遵循主飞行路径行进、从一个反射镜到另一个反射镜进行至少一次反射，该方法包括沿内部喷射轨迹将带电粒子从点E喷射出来，在不存在分析仪主电场的情况下沿行内部喷射轨道的至少一部分。

(19)一种将带电粒子从分析仪喷射出来的方法，其中该分析仪包括两个相对的反射镜，每个反射镜包括沿一个轴线z伸长的、内部和外部的限定场的电极系统，该外部系统围绕该内部系统并且在其间限定一个分析仪体积，其中当向这些电极系统施加一个第一组的一个或多个电势时，这些反射镜产生一个分析仪主电场，该电场包括沿z的多个相对电场，主飞行路径定位在分析仪体积内，带电粒子在绕z轴线做轨道运行的同时在分析仪主电场的影响下遵循主飞行路径行进、从一个反射镜到另一个反射镜进行至少一次反射，该方法包括将带电粒子从一个内部喷射轨迹喷射出来，该内部喷射轨迹在与主飞行路径距z轴线不同的距离处。

(20)一种在带电粒子分析仪内在一个点E处将带电粒子沿内部喷射轨迹从主飞行路径喷射出来的方法，其中该分析仪包括两个相对的反射镜，每个反射镜包括沿一个轴线z伸长的、内部和外部的限定场的电极系统，该外部系统围绕该内部系统并且在其间限定一个分析仪体积，其中当这些电极系统被电偏压时，这些反射镜产生一个分析仪电场，该电场包括沿z的多个相对电场，一条主飞行路径定位在分析仪体积内，带电粒子在绕z轴线做轨道运行的同时在通过向这些电极系统施加一个第一组的一个或多个电势而产生的一个分析仪主电场的影响下遵循主飞行路径行进、从一个反射镜到另一个反射镜进行至少一次反射，该方法包括当带电粒子在点E处或其附近时改变带电粒子的动能并且沿内部喷射轨迹进行喷射。

(21)一种在一个点E处将带电粒子沿内部喷射轨迹从主飞行路径喷射出来的方法，其中该分析仪包括两个相对的反射镜，每个反射镜包括沿一个轴线z伸长的、内部和外部的限定场的电极系统，该外部系统围绕该内部系统并且在其间限定一个分析仪体积，其中当这些电极系统被电偏压时，这些反射镜产生一个分析仪电场，该电场包括沿z的多个相对电场，一条主飞行路径定位在分析仪体积内，带电粒子在绕z轴线做轨道运行的同时在通过向这些电极系统施加一个第一组的一个或多个电势而产生的一个分析仪主电场的影响下遵循主飞行路径行进并且从一个反射镜到另一个反射镜进行至少一次反射，该方法包括当带电粒子在点E处或其附近时对带电粒子进行偏转以改变其在径向(r)上的速度并且在存在分析仪主场的情况下沿内部喷射轨迹来喷射带电粒子。

(22)一种带电粒子分析仪，包括：

两个相对的反射镜，每个反射镜包括沿一个轴线z伸长的、内部和外部的限定场的电极系统，该外部系统围绕该内部系统并且在其间限定一个分析仪体积，其中，当这些电极系统被电偏压时，这些反射镜在该分析仪体积内产生一个电场，该电场包括沿z的多个相对电场，并且其中，在使用中，致使一束带电粒子飞行通过该分析仪，在该分析仪体积内绕z轴线做轨道运行的同时从一个反射镜到另一个反射镜进行至少一次反射；以及

一个喷射器，用于将带电粒子束从分析仪体积中喷射出来；

其中一个或两个反射镜的外部的限定场的电极系统包括一个收腰部分并且该喷射器可运行用于通过收腰部分内的一个孔将射束喷射出来。

(23)一种对带电粒子进行分析的方法，包括以下步骤：

提供一个分析仪，该分析仪包括两个相对的反射镜，每个反射镜包括沿一个轴线z伸长的、内部和外部的限定场的电极系统，该外部系统围绕该内部系统并且在其间限定一个分析仪体积，其中当这些电极系统被电偏压时，这些反射镜产生一个分析仪电场，该电场包括沿z的多个相对电场；

致使一束带电粒子飞过该分析仪，在该内部和外部电极系统之间绕z轴线做轨道运行的同时从一个反射镜到另一个反射镜进行至少一次反射；

根据这些带电粒子的飞行时间将其分离；并且

在具有多个m/z的粒子中的至少一些已经经历了相同数目的绕轴线z的轨道之后在分析仪体积内对其进行检测。

(24)一种带电粒子分析仪，包括：

两个相对的反射镜，每个反射镜包括沿一个轴线z伸长的、内部和外部的限定场的电极系统，该外部系统围绕该内部系统并且在其间限定一个分析仪体积，其中，当这些电极系统被电偏压时，这些反射镜在该分析仪体积内产生一个电场，该电场包括沿z的多个相对电场，并且其中，在使用中，致使一束带电粒子飞行通过该分析仪，在该分析仪体积内绕z轴线做轨道运行的同时从一个反射镜到另一个反射镜进行至少一次反射；以及

一个定位在分析仪体积内的检测器，用于在具有多个m/z的粒子中的至少一些已经经历了相同数目的绕轴线z的轨道之后对其进行检测。

(25)一种对带电粒子进行分析的方法，包括以下步骤：

提供一个分析仪，该分析仪包括两个相对的反射镜，每个反射镜包括沿一个轴线z伸长的、内部和外部的限定场的电极系统，该外部系统围绕该内部系统并且在其间限定一个分析仪体积，其中当这些电极系统被电偏压时，这些反射镜产生一个分析仪电场，该电场包括沿z的多个相对电场；

致使一束带电粒子飞过该分析仪，在该内部和外部电极系统之间绕z轴线做轨道运行的同时从一个反射镜到另一个反射镜进行至少一次反射；

根据这些带电粒子的飞行时间将其分离；并且

在具有多个m/z的粒子中的至少一些已经经历了相同数目的绕轴线z的轨道之后在分析仪体积之外的一个检测器处对其进行检测，该检测器的至少一部分定位在一个或两个反射镜的外部的限定场的电极系统距分析仪轴线的最大距离内。

(26)一种带电粒子分析仪，包括：

两个相对的反射镜，每个反射镜包括沿一个轴线z伸长的、内部和外部的限定场的电极系统，该外部系统围绕该内部系统并且在其间限定一个分析仪体积，其中，当这些电极系统被电偏压时，这些反射镜在该分析仪体积内产生一个电场，该电场包括沿z的多个相对电场，并且其中，在使用中，致使一束带电粒子飞行通过该分析仪，在该分析仪体积内绕z轴线做轨道运行的同时从一个反射镜到另一个反射镜进行至少一次反射；以及

一个检测器，该检测器定位在分析仪体积之外，用于在具有多个m/z的粒子中的至少一些已经经历了相同数目的绕轴线z的轨道之后对其进行检测；其中一个或两个反射镜的外部的限定场的电极系统包括一个收腰部分，并且该检测器的至少一部分被定位为与该收腰部分相邻。

(27)一种从带电粒子束中隔离选定的带电粒子的方法，该方法包括以下步骤：

提供一个分析仪，该分析仪包括两个相对的反射镜，每个反射镜包括沿一个轴线z伸长的、内部和外部的限定场的电极系统，该外部系统围绕该内部系统并且在其间限定一个分析仪体积，其中当这些电极系统被电偏压时，这些反射镜在该分析仪体积内产生一个电场，该电场包括沿z的多个相对电场，该电场沿z的场强在一个平面z＝0处是一个最小值；

致使一束带电粒子飞过该分析仪，在该分析仪体积内绕z轴线做轨道运行，从一个反射镜到另一个反射镜进行至少一次反射，由此在一个反射镜内限定一个最大转折点；该电场沿z的场强在该最大转折点处是X，并且在该平面z＝0与每个反射镜内的最大转折点之间沿z的距离的占不多于2/3的部分上，该电场沿z的绝对场强小于|X|/2；其中该带电粒子束包括具有一个或多个m/z的所选带电粒子以及另外的带电粒子；并且

在这些另外的粒子已经经历了相同数目的绕轴线z的轨道之后通过将这些另外的带电粒子从分析仪喷射出来而将所选带电粒子隔离在分析仪体积中。

在其他方面中，本发明提供了：

一种飞行时间质谱仪，包括本发明的带电粒子分析仪；

一种飞行时间质谱测定法，包括使用本发明的分析仪将带电粒子分离的方法；

一种飞行时间质谱测定法，包括本发明的喷射带电粒子的方法；

一种飞行时间质谱测定法，包括本发明的注入带电粒子的方法；

一种飞行时间质谱测定法，包括本发明的对带电粒子进行检测的方法。

在一些实施方案中，本发明提供了一种带电粒子分析仪以及一种分离带电粒子的方法，它们使得可能获得一种用最少的高容差部件实现近乎完美的角度及时间聚焦特征的、紧凑的、高分辨率的、无限质量范围的TOF质谱仪。在一些其他实施方案中，对质量范围进行限制以便进一步增大质量分辨率。

分析仪的结构可以是由少数高容差部件制成。具体而言，根据本发明的分析仪仅要求两个相对的反射镜，它们各自包括两个电极系统。而且，在一些实施方案中，可以采用一种仅包括两个限定场的电极系统的简单结构以便提供在此描述的两个反射镜。因此，分析仪优选地仅具有两个相对的反射镜。

典型地，有待根据其飞行时间而分离的带电粒子是离子。

在此与带电粒子有关的术语“射束”是指带电粒子序列或带电粒子包，它们中的一些或全部有待根据其m/z值而分离。

在此带电粒子分析仪可以仅用于分离带电粒子。可选地可以对所分离的带电粒子的飞行时间进行测量。飞行时间的测量可以通过致使粒子撞击到一个检测器上从而使它们不能被进一步使用(破坏性检测)或者通过致使粒子在一个检测器内通过从而使它们可以用于进一步的处理步骤(非破坏性检测)来进行。非破坏性检测的一个实例是已知的像电流检测法。如在此所使用的，术语“在一个检测器内通过”包括有待检测的带电粒子通过一个检测器亦或在一个检测器附近通过的情况。替代性地或附加性地，可以将所分离的带电粒子引导到一个或多个装置(像例如离子阱、碰撞室或累积存储器)中用于进一步的处理。

在参照这两个相对的反射镜时，术语“相对的电场”(可选地基本上沿z是线性的)是指一对带电粒子反射镜，通过使用一个电场它们各自将带电粒子朝向另一个反射镜而反射，这些电场优选地在分析仪的至少纵(z)向上是基本上线性的，即电场与在至少纵(z)向上的距离有线性关系，电场基本上线性地随着进入每个反射镜的距离而增大。如果一个第一反射镜沿z轴线的正方向而延伸，并且一个第二反射镜沿z轴线的负方向而延伸，这些反射镜优选地在平面z＝0处或其附近邻接，第一反射镜内的电场在正z方向上优选地随着进入第一反射镜的距离而线性地增大，并且第二反射镜内的电场优选地在负z方向上线性地随着进入第二反射镜的距离而增大。这些电场是通过向这些反射镜的限定场的电极系统施加电势(电偏压)而产生的，它们优选地在每个反射镜内产生抛物线电势分布。这些相对的电场一起形成了一个分析仪场。因此，分析仪场是在分析仪体积内在内部和外部的限定场的电极系统之间的电场，该电场是通过向这些反射镜的限定场的电极系统施加电势而产生。以下将更详细地对分析仪场进行描述。每个反射镜内的电场可以仅在每个反射镜的一部分内是沿z基本上线性的。优选地，每个反射镜内的电场在每个完整的反射镜内是沿z基本上线性的。这些相对的反射镜可以彼此间隔开一个区域，电场在该区域内沿z不是线性的。在一些优选实施方案中，可以在该区域内(即电场在其中沿z不是线性的)对在此所描述的一个或多个带状电极组件进行定位。优选地，任何这种区域在沿z的长度上都短于这两个反射镜内的带电粒子束的最大转折点之间的距离的1/3。优选地，带电粒子以一个恒定的速度在分析仪体积内沿z飞行少于其总振荡时间的一半，振荡时间是粒子从每个反射镜进行一次反射后到达沿z的同一点所花费的时间。当带电粒子束从一个反射镜到另一个反射镜进行至少一次反射时，它由此在一个反射镜内限定了一个转折点。带电粒子在一个反射镜内的转折点是射束到达其沿z进入该反射镜中的最大行进程度的点，即在该点之后，射束转向并且开始沿z在相反方向上朝相对的反射镜行进，最大转折点是任何粒子所到达的、进入反射镜中最远的点。如果电场沿z的场强在最大转折点处是X，那么优选地在平面z＝0与最大转折点之间沿z的距离的占不多于2/3的部分上，该电场沿z的绝对场强小于|X|/2。在图1b的电场强度对轴向距离的图中示出了在一个反射镜内沿z的线性电场，其中|E_z|是电场强度沿z的绝对值，即电场的z分量的大小，并且z_tp是带电粒子在该反射镜内的转折点。本发明的分析仪的一些实施方案以相对的方式将两个这种反射镜联接在一起，如以上所述。图1b展示了至少在z＝0平面处电场沿z的最小值与转折点z_tp之间延伸的完全线性的场。如图所示，在平面z＝0与最大转折点之间沿z的距离的占不多于1/2的部分上，|E_z|小于X/2。在平面z＝0与最大转折点之间沿z的距离的占不多于1/2的部分上，|E_z|还大于或等于X/2。还可以使用一个沿z不是完全线性的电场来实施本发明的。图1c展示了一个变形的线性场，其中在平面z＝0与最大拐点之间沿z的距离的占不多于2/3的部分上，|E_x|小于X/2，并且在平面z＝0与最大拐点之间沿z的距离的占不少于1/3的部分上，|E_z|大于或等于X/2。图1d展示了另一个变形的线性场，其中在平面z＝0与最大转折点之间沿z的距离的占不少于1/3的部分上，|E_z|小于X/2，并且在平面z＝0与最大转折点之间沿z的距离的占不多于2/3的部分上，|E_z|大于或等于X/2。

更优选地，在该平面z＝0与每个反射镜内的最大转折点之间沿z的距离的占不多于1/3的部分上，该电场沿z的绝对场强小于|X|/3。优选地，当场是线性的时，场沿z的长度超过了场是非线性的时场沿z的长度或者沿任何无场区域的长度。

在这两个相对的反射镜相同的情况下，例如，如图1b至图1e中所示的，优选地线性的电场的这些区段在每个反射镜内将是相同的。在这两个相对的反射镜不相似的情况下，可以存在优选地线性的电场的两个不同区段，各自对应每个反射镜。

优选地，这些相对的反射镜直接邻接以便在平面z＝0处或其附近接合。在分析仪内，可以存在额外的电极用于另外的功能，将在以下描述其实例，例如带状电极组件。这种额外的电极可以存在于这些相对的反射镜之一或两者中。这种电极的存在可能会使这些反射镜内的电场变形，这样使得它们沿z仅是基本上线性的，和/或仅沿这些反射镜的z长度的一部分沿z是线性的。优选地，这种电极的存在仅使一个或多个反射镜内的电场沿小于这两个反射镜内的带电粒子的转折点之间的距离1/3的一个z长度上变形。

在优选实施方案中，这些相对的反射镜基本上关于z＝0平面对称。在其他实施方案中，这些相对的反射镜可以关于z＝0平面不对称。每个反射镜包括沿一条对应的反射镜轴线延伸的、内部和外部的限定场的电极系统，外部系统围绕内部系统。在运行中，射束内的带电粒子在每个对应的反射镜内行进的同时绕内部和外部的限定场的电极系统之间的、对应的反射镜轴线做轨道运行。射束的轨道运动是在与z轴线平行的方向上从一个反射镜向另一个反射镜行进的同时绕分析仪轴线z做轨道运行的一种螺旋运动。绕分析仪轴线z的轨道运动在一些实施方案中是基本上圆形的，而在其他实施方案中是椭圆形的或者具有一种不同的形状。绕分析仪轴线z的轨道运动可以根据距z＝0平面的距离而变化。反射镜轴线总体上与分析仪轴线z对齐。反射镜轴线可以彼此对齐或者可以引入一定程度的错位。错位可以采取反射镜的轴线之间位移的形式(这些轴线是平行的)，或者可以采取这些反射镜轴线之一相对于另一个的角度旋转的形式，或者位移与旋转二者。优选地，这些反射镜轴线基本上沿相同的纵轴对齐并且优选地该纵轴基本上与分析仪轴线同轴。优选地，这些反射镜轴线与分析仪轴线z同轴。

场限定电极系统可以具有如以下将进一步描述的多种形状。优选地，限定场的电极系统具有在反射镜内产生一种四极-对数电势分布的形状；但是还可以考虑其他的电势分布并将在以下对其进行进一步的描述。

一个反射镜的内部和外部的限定场的电极系统可以具有不同的形状。优选地，内部和外部的限定场的电极系统具有相关的形状，如将进一步描述的。更优选地，每个反射镜的内部和外部的限定场的电极系统二者各自具有一个圆形横截面(即横穿分析仪轴线z)。然而，内部和外部的限定场的电极系统可以具有除圆形之外的其他横截面，如椭圆形、双曲线形以及其他。内部和外部的限定场的电极系统可以是或可以不是同中心的。优选地，内部和外部的限定场的电极系统是同中心的。两个反射镜的内部和外部的限定场的电极系统优选地关于分析仪轴线基本上旋转地对称。

这些反射镜之一可以在以下的一项或多项中具有与另一个反射镜不同的形式：其结构形式、其形状、其大小、内部与外部电极系统之间的形状形式的匹配、内部与外部电极系统之间的同中心性、施加到内部和/或外部的限定场的电极系统上的电势或其他形式。当这些反射镜具有彼此不同的形式时，这些反射镜可以产生彼此不同的、相对的电场。在一些实施方案中，当这些反射镜具有不同的结构和/或具有施加到限定场的电极系统上的不同电势时，在这两个反射镜内产生的电场是基本上相同的。在一些实施方案中，这些反射镜是基本上完全相同的，并且具有施加到这两个反射镜的内部的限定场的电极系统上的一个第一组的一个或多个电势、以及施加到这两个反射镜的外部的限定场的电极系统上的一个第二组的一个或多个电势。在其他实施方案中，这些反射镜按规定的方式不同或者具有不同的所施加的电势，以便产生非对称性(即不同的相对电场)，这种非对称性提供了以下描述的额外的优点。

一个反射镜的限定场的电极系统可以包括一个单一的电极(例如在美国专利5,886,346中所描述的)或者多个电极(例如几个或很多个电极)(例如在WO 2007/000587中所描述的)。一个或两个反射镜的内部电极系统可以例如是一个单一的电极，外部电极系统也可以是如此。可替代地，可以使用多个电极来形成一个或两个反射镜的内部和/或外部电极系统。优选地，反射镜的限定场的电极系统包括用于内部和外部电极系统中每一个的多个单一的电极。这些单一电极的表面将构成这些电场的等势面。

每个反射镜的外部的限定场的电极系统具有比内部的限定场的电极系统更大的尺寸并且定位在内部的限定场的电极系统周围。如在Orbitrap^TM静电阱中，内部的限定场的电极系统优选地具有纺锤状的形式，更优选地具有朝向反射镜之间的中点(即朝向分析仪的赤道(或z＝0平面))而不断增大的直径，并且外部的限定场的电极系统优选地具有桶状的形式，更优选地具有朝向反射镜之间的中点而不断增大的直径。分析仪结构的这种优选形式有利地使用更少的电极并且形成了一个具有比许多其他形式的构造更高的线性度的电场。具体而言，使用被成形为与轴向极端附近的抛物线电势相匹配的电极在反射镜内在反射镜轴线方向上形成了抛物线的电势分布，这在带电粒子到达其转折点并且行进得最慢的位置附近产生了所希望的、更高精确度的线性电场。这些区域处的更大的场准确度提供了更高的时间聚焦程度，从而允许获得更高的m/z分辨率。在此，术语m/z是指质荷比。当反射镜的内部的限定场的电极系统包括多个电极时，该多个电极优选地可运行来模仿一个具有纺锤状形式的单一电极。类似地，当反射镜的外部的限定场的电极系统包括多个电极时，该多个电极优选地可运行来模仿一个具有桶状形式的单一电极。

每个反射镜的内部的限定场的电极系统优选地具有朝向反射镜之间的中点(即朝向分析仪的赤道(或z＝0平面))而不断增大的直径。每个反射镜的内部的限定场的电极系统可以是由一个电绝缘的间隙彼此分离开的、分离的电极系统，或者可替代地，一个单一的内部的限定场的电极系统可以构成这两个反射镜的内部的限定场的电极系统(例如，如在Orbitrap^TM静电阱中)。该单一的内部的限定场的电极系统可以是一个单件的、内部的限定场的电极系统或者处于电接触的两个内部的限定场的电极系统。该单一的内部的限定场的电极系统优选地具有纺锤状的形式，更优选地具有朝向这些反射镜之间的中点而不断增大的直径。类似地，每个反射镜的外部的限定场的系统优选地具有朝向这些反射镜之间的中点而不断增大的直径。每个反射镜的外部的限定场的系统可以是由一个电绝缘的间隙彼此分离开的、分离的电极系统，或者可替代地，一个单一的外部的限定场的电极系统可以构成这两个反射镜的外部的限定场的电极系统。该单一的外部的限定场的电极系统可以是一个单件的外部电极或处于电接触的两个外部电极。该单一的外部的限定场的电极系统优选地具有桶状的形式，更优选地具有朝向这些反射镜之间的中点而不断增大的直径。

优选地，这两个反射镜在z＝0平面附近、更优选地在该平面处邻接，以限定一个连续的等势面。术语“邻接”在这一背景下并非必须意味着这些反射镜物理地相接触，而是意味着它们相接触或者紧邻彼此。因此，带电粒子优选地在分析仪的纵方向上经历完全地或接近完全的简谐运动。

在一个实施方案中，在分析仪内产生了一种四极-对数电势分布。该四极-对数电势优选地是通过对这两个限定场的电极系统进行电偏压而产生的。内部和外部的限定场的电极系统优选地被成形为，当它们被电偏压时在其间产生了一个四极-对数电势。每个反射镜内的总的电势分布优选地是一个四极-对数电势，其中该电势与分析仪轴线z(纵轴)方向上的距离呈二次(即抛物线式)相关并且与径向(r)上的距离呈对数相关。在其他实施方案中，限定场的电极系统的形状使得不会在径向上产生对数电势项并且用其他数学形式描述这种径向电势分布。

如在此所使用的，术语“径向的”、“径向地”是指柱坐标r。在一些实施方案中，分析仪的限定场的电极系统和/或分析仪内的主飞行路径不具有柱对称性，例如像在一个z为常数的平面内横截面轮廓是椭圆，并且如果与这种实施方案一起使用，术语“径向的”、“径向地”并非暗示受限于仅柱形对称的几何结构。

在一些实施方案中，分析仪电场没有必要在分析仪轴线z方向上是线性的，但是在优选实施方案中沿分析仪体积的z的长度的至少一部分是线性的。

本发明的所有实施方案具有优于许多现有技术多反射系统的诸多优点。内部的限定场的电极系统的存在用于将系统的一侧上的带电粒子从另一侧上的粒子的电荷屏蔽，降低了空间电荷对包序列的影响。额外地，由于任何残留的空间电荷的影响所造成的射束的轴向扩展(即在分析仪轴线z的方向上的扩展)不会显著地改变粒子在轴向(飞行时间分离方向)上的飞行时间。

在分析仪轴线方向上使用相对的线性电场的优选实施方案中，带电粒子总是处在主飞行路径上并且以不接近于零并且是最大速度的一个实质分数的速度行进。在此类实施方案中，除带电粒子仅在主飞行路径开始处聚焦的一些实施方案之外，带电粒子永远不会被锐聚焦。由此，这些特征均降低了空间电荷对射束的影响。还可以通过引入场的非常小的非线性来避免不希望的带电粒子的自聚束效应，如在WO06129109中所描述的。

在优选实施方案中，本发明使用了如在Orbitrap^TM静电阱中所使用的、处于TOF分离器的形式的一种四极-对数电势的同心电极结构。例如在美国专利5,886,346中描述了Orbitrap^TM。原则上，完美的角度与能量时间聚焦是由这样一种结构实现的。

与现有技术的使用了抛物线电势反射器的折叠路径反射安排相关的另一个基本问题是，在不使这些反射器的线性场变形到某种程度的情况下，这些抛物线电势反射器不能直接地互相邻接，这一般导致了在反射器之间引入了一个较长部分的相对无场的漂移空间。此外，在现有技术中在反射器中使用线性场(抛物线电势)导致了带电粒子在与它们的行进垂直的方向上不稳定。为了对此进行补偿，现有技术已经使用了一个无场区、一个强透镜以及一个均匀场的组合。

无场区的变形和/或存在使得对于这样的现有技术的抛物线电势反射器而言完全的谐和运动是不可能的。为了得到在检测器处高度的时间聚焦，这些反射器中一个或多个之内的场必须进行改变以对此进行尝试和补偿，或必须将某种另外的离子光学部件引入该飞行路径中。与本发明的某些实施方案的反射镜相比，用这些多反射安排不能实现完全的角度的以及能量的聚焦。

每个反射镜内形成的优选的四极-对数电势分布U(r，z)用方程式(1)描述：

$U(r,z)=\frac{k}{2}(z^2-\frac{r^2}{2})+\frac{k}{2}{\left(R_m\right)}^2\ln \left[\frac{r}{R_m}\right]+C---\left(1\right)$

其中r、z是柱坐标(r＝径向坐标；z＝纵坐标或轴向坐标)，C是一个常数，k是场的线性度系数并且是R_m是特征半径。后者还具有一个物理含义，即对于r＜R_m径向力被引导朝向分析仪轴线、并且对于r＞R_m则被引导离开它，而在r＝R_m时它等于0。在r＜R_m时径向力被引导朝向该轴线。在优选实施方案中，R_m位于比这些反射镜的、外部的限定场的电极系统更大的半径处，使得在内部与外部的限定场的电极系统之间的空间内行进的带电粒子一直经受向内的径向力、朝向这些内部的限定场的电极系统。这些向内的力平衡了这些做轨道运行的粒子的向心力。

当离子以这样的电势分布在半径R的环状螺旋线上移动时，它们的运动可以通过带电粒子的三个特征振荡频率按方程式(1)的电势来描述：在方程式(2)中以ω给出的，z方向上的轴向振荡；在方程式(2)中以

给出的，围绕内部的限定场的电极系统在这里称为圆弧方向的方向上的振荡(下面称为角振荡)的轨道频率；以及在方程式(2)中以ω_r给出的r方向上的径向振荡。

$\mathrm{\ω}=\sqrt{\frac{e}{(m/z)}.k}$ ${\mathrm{\ω}}_{\mathrm{\φ}}=\mathrm{\ω}.\sqrt{\frac{{\left(\frac{R_m}{R}\right)}^2-1}{2}}$ ${\mathrm{\ω}}_r=\mathrm{\ω}.\sqrt{{\left(\frac{R_m}{R}\right)}^2-2}---\left(2\right)$

其中e是元电荷，m是质量并且z是带电粒子的电荷，并且R是带电粒子的初始半径。如果R＜R_m/2^1/2因此

则径向运动是稳定的，并且对于每次反射(即轴向振荡相位改变了π)，轨迹必须旋转多于π/2^1/2弧度。对于偏离(1)的电势分布存在类似的限制，并且这种限制代表了与所有其他类型的已知离子镜的显著区别。

方程式(2)显示，轴向振荡频率与初始位置及能量无关并且旋转的以及径向的振荡频率二者都依赖于初始半径R。这种类型的四极-对数电势的特征的进一步描述例如已由A.Makarov，Anal.Chem.2000，72，1156-1162给出。

虽然一个优选实施方案采用了如方程式(1)限定的电势分布，但本发明的其他实施方案不需如此。利用了在分析仪(纵向)轴线方向上的相对的线性电场的这些实施方案可以使用在(x，y)坐标中由方程式(3a)和(3b)所描述的这些通用形式中的任何一种，这些方程式也在WO06129109中给出。

U_g(x，y，z)＝U(r，z)+W(x，y)                    (3a)

$W(x,y)=-\frac{k}{4}[x^2-y^2]a+[A.r^m+\frac{B}{r^m}]\cos \{m.{\cos }^{-1}\left(\frac{x}{r}\right)+\mathrm{\α}\}+b\·\ln \left(\frac{r}{D}\right)+$

$E\·\exp (F\·x)\cos (F\·y+\mathrm{\β})+\mathrm{Gexp}(H\·y)\cos (H\·x+\mathrm{\γ})---\left(3b\right)$

其中

是任意常数(D＞0)并且j是一个整数。方程式(3a)和(3b)是足够通用的而能完全去掉方程式(1)中任何或全部依赖于r的项、并且将它们用其他项代替，包括在其他坐标系(如椭圆的、双曲线的等等)中的表达式。对于在z＝0处开始和结束其行程的粒子，由方程式(3a)和(3b)描述的电势中的飞行时间对应于轴向振荡的一半。

$T=\frac{\mathrm{\π}}{\mathrm{\ω}}=\mathrm{\π}\sqrt{\frac{(m/z)}{\mathrm{ek}}}---\left(4\right)$

转折点的坐标z_tp＝v_z/ω，其中v_z是z＝0处速度的轴向分量，并且在一半的轴向振荡(即单反射)上的等效路径长度是v_z·T＝π·z_tp。因此等效的或有效的路径长度比实际轴向路径长度大出一个因子π并且是代表在其上发生飞行时间分离的路径长度的一种度量。按这个因子π进行增大是由于当带电粒子进一步穿透到每个反射镜中时它们在轴向上的减速。在本发明中，在轴向上优选不存在任何显著长度的无场区，这产生了这种巨大的增大、并且是超过那些利用了延长的无场区的反射TOF分析仪的一个额外优点。

带电粒子束沿一个主飞行路径飞行经过该分析仪。这个主飞行路径优选包括在两个相对的反射镜之间的一个反射后的飞行路径。两个相反的反射镜之间粒子束的主飞行路径在分析仪体积中，即，径向地在内部与外部的限定场的电极系统之间。在使用中这两个直接相对的反射镜限定了一个当带电粒子在(在某些实施方案中)反射镜之间的分析仪(z)轴向上经历至少一次完整的运动振荡时带电粒子所采取的主飞行路径。在使用中这两个直接相对的反射镜限定了一个当带电粒子在(在某些实施方案中)优选地在反射镜之间的分析仪(z)轴向上经历至少一次完整的基本上简谐运动的振荡时所采取的主飞行路径。当带电粒子束沿该主飞行路径飞行经过分析仪时，它优选在绕分析仪轴线做轨道运行(即在圆弧方向上旋转)的同时沿分析仪的纵向(z)轴向经受至少一次完整的基本上简谐运动的振荡。如在此使用的，术语“轨道运动角度”是指当轨道发展时在圆弧方向上所对的角。因此，射束在分析仪内沿其飞行路径的一种优选运动是绕内部的限定场的电极系统的一种螺旋运动。优选地，在这些反射镜之间的中点处(z＝0平面附近)，在进行给定数目的从反射镜的反射(例如一次或两次反射)之后，射束的位置在该圆弧方向上前进了一个距离。以此方式，射束沿该主飞行路径经过分析仪、在一个螺旋形路径中沿着分析仪轴线往复飞行，该螺旋形路径绕分析仪轴线(即在圆弧方向上)在z＝0平面内步进。该轨道式螺旋运动可能具有圆形的、椭圆形的或其它形式的截面形状。在优选实施方案中，射束绕每个反射镜的内部的限定场的电极系统并且由此绕分析仪轴线z做轨道运行，大约每次反射环绕一次。优选地，射束在一个或两个反射镜中绕分析仪轴线略大于或略小于每次反射环绕一次而做轨道运行，并且在z＝0平面处射束的位置绕分析仪轴线在一个方向上前进。以这种方式，在射束开始遵循分析仪内基本上相同的路径行进之前，可以在这两个反射镜内进行多次反射，在射束到达z＝0平面上的一个点(在此它开始位于主飞行路径上)之前，射束的许多轨道已经出现。按要求可以对每次反射使用射束在z＝0平面内在圆弧方向上的完整转动的任何分数或倍数，只要它超过π/2^1/2弧度。在射束在z＝0平面内在圆弧方向上完成一次完整的旋转之前，可以将该射束喷射出来，使得该射束不遵循分析仪内的相同路径行进多于一次。替代性地，可以允许该射束在z＝0平面内在圆弧方向上完成一次完整旋转并且再次开始沿着分析仪内的基本上相同的路径行进(即，该射束基本上将分析仪内相同路径再重复了一次、或多于一次)。因此在本发明的一种类型的实施方案中，该带电粒子束不会多于一次地遵循分析仪内基本上相同的路径行进(即，该飞行路径是一种开放的飞行路径)。替代性地，在本发明的另一种类型的实施方案中，该带电粒子束多于一次地遵循分析仪内基本上相同的路径行进(即，该飞行路径是一种封闭的或环形的飞行路径)，从而允许分辨能力得到增大，但是以质量范围为代价。

一些优选实施方案的标志性特征在于，在分析仪轴线的方向上进行一次单一振荡的同时，该主飞行路径是绕该内部的限定场的电极系统做一次或多于一次的轨道运行。这具有以下有利效果：围绕内部的限定场的电极系统分离了带电粒子束，从而减小了该射束的一部分与另一部分的空间电荷效应，如之前描述的。另一个优点在于这种强的有效的径向电势强制进行了该射束的强的径向聚焦，并且因此提供了该射束的小的径向尺寸。这进而增大了设备的分辨能力，这是由于射束的相对尺寸更小并且在该射束上扰动的电势的变化更小。优选地，轨道运动的频率与分析仪纵轴z方向上的振荡频率之比是在0.71与5之间。更优选地，轨道运动的频率与分析仪纵轴方向上的振荡频率之比是在(为了增加优选性)0.8与4.5、1.2与3.5、1.8与2.5之间。因此一些优选的范围包括0.8至1.2、1.8至2.2、2.5至3.5以及3.5至4.5。

当带电粒子沿分析仪的主飞行路径行进时，它们按照其质荷比(m/z)被分离开。除其他之外，分离程度取决于分析仪轴线z方向上的飞行路径长度。已经分离后，可以通过在分析仪内检测这些粒子来测量这些带电粒子的飞行时间，或者可以选择一个或多个范围的m/z用于检测或从分析仪任选地喷射到一个检测器或另一个用于进一步处理这些粒子的装置。术语“一个范围的m/z”在此包括一个如此窄而仅仅包括一个分辨后的m/z物种的范围。不像在Orbitrap^TM质量分析仪(是具有对在相同的检测时间但非常不同数目的轨道的离子的像检测作用的离子阱)中，在本发明的某些实施方案中，带电粒子在被喷射或检测之前经历了围绕分析仪轴线z的相同数目的轨道，从而使得这些粒子能在其飞行时间的基础上被顺序地喷射或检测。然而，优选地，该m/z范围包括多个如下的m/z，其中存在一个最大的m/z值m/z_max和一个最小的m/z值m/z_min，使得m/z_max/m/z_min优选地是至少3。在其他优选实施方案中，比m/z_max/m/z_min可以是至少5、至少10或至少20。

在具有由方程式(3)所描述的电势分布的分析仪以及其他类型的分析仪(如四极-对数电势分布)中，r的散度是受限制的，而圆弧散度完全不受限制。当离子在接近圆形螺旋线的轨迹上移动时在四极-对数电势中自动实现了强的径向聚焦，但该射束的不受限制的圆弧散度可能(如果未校验的话)对具有相同m/z但不同初始参数的离子导致其轨迹完全重叠的问题。注入的带电粒子可能(如在Orbitrap^TM分析仪中)围绕该内部的限定场的电极系统形成环，这些环包括具有相同m/z的离子、这些环在纵向分析仪轴线方向上振荡。在Orbitrap^TM分析仪中，阱内的离子的像电流检测不受影响。然而，为了将这样一个场用于带电粒子的飞行时间分离，该射束必须在分析仪场内遇到一个检测器、或者从该装置中被喷射出来以供检测或进一步处理。在后一种情况下，必须将某种形式的喷射机构引入该射束的路径中以便将该射束从场中喷射到一个检测器。如果要喷射该分析仪内存在的所有具有相同m/z的带电粒子的话，分析场内的任何喷射机构或任何检测器都必须作用在环内的所有离子上。这个任务是不切实际的，因为具有不同m/z的各种带电粒子环在分析仪的纵向上以不同频率振荡，并且具有不同m/z的环可能在任何给定的时刻发生重叠。即使该射束在它形成一组具有不同m/z粒子的全部环之前被喷射或检测(如已经描述的)，在该飞行路径的过程中，初始的带电粒子包变成了一个包序列，较低m/z的粒子在较高m/z的粒子之前。在这个序列前端的带电粒子包已经圆弧地发散，从而围绕该内部的限定场的电极系统扩展开，它们可以与该序列中更靠后的包重叠。任何尝试按作用在此类重叠包上的这个场原样地喷射这个序列的喷射机构都破坏了所有这些包，并且整个包序列将不能成功地从这个场中顺序地喷射出以供检测。替代地，该分析场内放置的任何检测器将同时地检测该序列前部的带电粒子以及该序列中更靠后的带电粒子，在这里这些离子由于圆弧散度而在空间上重叠。类似地，如果要将带电粒子按照其飞行时间以及一个通过将它们从分析仪喷射到一个接收器而选择的子集进行分离，则该选择过程将不希望地选择到已经经历大不相同的飞行时间的离子，因为来自该序列的不同区段的重叠的带电粒子将被喷射出来。

本发明通过引入圆弧聚焦来着手解决这个问题，即将带电粒子包在圆弧方向上聚焦从而限制它们在此方向上的散度。术语“圆弧”在此用来表示围绕该纵向分析仪轴线z的角度方向。图1示出了分析仪轴线z、径向方向r以及圆弧方向

的对应方向，这因此可以看作一种柱坐标。圆弧聚焦将该射束限定为使得这个包序列仍充分定域在其绕分析仪轴线z(即在圆弧方向上)的扩展中，以至于它可能在不破坏该序列中更靠后的包所采取的飞行路径的情况下进行喷射，并且这些包穿过分析仪的后续行程并不与之前的那些重叠。利用这样的圆弧聚焦，本发明的优选的四极-对数电势可以成功地用于大数目的多重反射，以给出高的质量分辨率的TOF分析仪，该分析仪任选地具有无限的质量范围。圆弧聚焦还可以用于具有其他形式的电势分布的轨道分析仪中。

术语“圆弧聚焦透镜”(或简单地是圆弧透镜)在此用来描述提供了在圆弧方向上作用在带电粒子上的场的任何装置，该场起作用来在圆弧方向上减小射束的散度。本文中的术语“聚焦”不是暗示必须形成任何形式的射束交叉，也不暗示必须形成一个射束腰部。该透镜可以在其他方向以及该圆弧方向上作用在带电粒子上。优选地，该透镜基本上仅在该圆弧方向上作用在带电粒子上。优选地，该圆弧透镜所提供的场是一种电场。由此可见，该圆弧透镜可以是对分析仪的场产生扰动的任何装置，这种扰动在该透镜不存在时将以其他方式存在。该透镜可以包括加至分析仪上的额外电极，或者它可以包括对该内部和外部的限定场的电极系统形状的改变。在一个实施方案中，该透镜包括这些反射镜之一或二者的、局部修改后的、内部的限定场的电极系统，例如具有一种局部修改后的表面轮廓的、内部的限定场的电极系统。在一个优选实施方案中，该透镜包括一对相对的电极，在该主飞行路径的两侧上、处于距分析仪轴线z不同的径向距离。这对相对电极可以被构造为具有不同的形状，例如基本上圆形的形状。在某些实施方案中，相邻的电极可以融合到一个单件式透镜电极组件中，该组件与位于该射束的另一侧上距分析仪轴线一个不同距离处的另一个单件式透镜电极组件相对。即，可以使用一个被成形为提供多个透镜的单件式透镜电极组件。通过与距分析仪轴线一个不同距离处的另一个单件式透镜电极组件相对的一个单件式透镜电极组件提供了多个透镜，这些单件式透镜电极组件被成型为提供多个圆弧聚焦透镜。这些单件式透镜电极组件优选地具有多个包括多个平滑弧形的边缘。这些单件式透镜电极组件优选地至少部分地、更优选基本上绕z轴在该圆弧方向上延伸。

作为在一个径向上在射束的两侧上具有一对相对的电极的替代方案，这些圆弧聚焦透镜可以转而在一个圆弧方向上在射束的两侧上包括一对相对的电极。在一个这样类型的实施方案中，优选地该一个或多个圆弧聚焦透镜各自在一个弧形方向上在射束的两侧上包括一对相对的电极，每个相对的电极包括多个彼此电绝缘的、径向堆叠的电极。

该一个或多个圆弧透镜位于该分析仪体积内。该一个或多个圆弧透镜可以位于该分析仪体积内在该主飞行路径上或附近的任何地方，使得在操作中该一个或多个透镜作用在穿过的带电粒子上。在优选实施方案中，该一个或多个圆弧透镜被定位在这两个反射镜之间的大致中点处(即，沿分析仪轴线z的中点)。沿分析仪z轴线在这两个反射镜之间的这个中点，即在z轴方向上最小绝对场强的点，在此是指代该分析仪的赤道或赤道位置。那么该赤道也就是z＝0平面的位置。在另一个实施方案中，该一个或多个圆弧透镜被放置为与这些反射镜的最大转折点之一或二者(即，沿z的最大行进点)相邻。在更优选的实施方案中，该一个或多个圆弧透镜被定位为从这两个反射镜之间的中点(即，沿着分析仪轴线z的中点)偏移但仍在中点附近，如下面更详细描述的。

该一个或多个圆弧透镜在这些带电粒子沿着内部与外部的限定场的电极系统的半径之间的主飞行路径行进时作用在其上。

该一个或多个圆弧透镜可以被支撑在该内部和/或外部的限定场的电极系统上、支撑在另外的支持物上、或者支撑在这二者的组合上。

这种圆弧聚焦优选是在该射束上沿着该飞行路径间隔地进行。这些间隔可以是规则的(即，周期性的)或不规则的。

这种圆弧聚焦更优选地是周期性的圆弧聚焦。换言之，这种圆弧聚焦更优选地是在该射束上沿着该飞行路径在规则的圆弧位置处进行。

这种圆弧聚焦优选是通过一系列透镜(即，多个透镜)实现的，这些透镜优选地被置于该内部与外部的限定场的电极系统的半径之间，即它们产生了例如中心在或靠近z＝0平面的四极-对数电势。这多个透镜可以完全绕分析仪轴线z延伸或者可以部分地绕该分析仪轴线延伸。在这些反射镜与分析仪轴线基本上同心的实施方案中，这多个透镜优选地也是与该分析仪轴线同心的。更优选地，这些透镜各自在或靠近z＝0平面而定中心。这是因为在这个平面处，粒子上的轴向力为零，电场的z分量为零，并且任何透镜的存在极少扰乱在分析仪内的其他地方z方向上的抛物线电势，从而引入了最少的对时间聚焦的偏差。

在另一个实施方案中，这多个透镜可以被定位为靠近该分析仪内的这些转折点之一或二者。在此情况下，虽然电场的z分量在飞行路径上处于其最高值，但带电粒子在该飞行路径上以最少的动能行进并且要求对这些圆弧透镜施加较低的聚焦电势以实现所希望的对圆弧散度的限制。

优选地，这些圆弧聚焦透镜在圆弧方向上围绕分析仪轴线周期性地布置，即围绕分析仪轴线是规则地间隔开的，即，作为圆弧聚焦透镜的一个阵列。因此这个圆弧聚焦透镜阵列优选在该圆弧方向上绕z轴延伸。优选地，这个阵列中的这些圆弧聚焦透镜位于基本上相同的z坐标处。如以上描述的，在赤道附近(或z＝0平面附近)，射束的位置优选地在进行给定数目的从这些反射镜的反射(例如一次或两次反射)之后在该圆弧方向上前进了一个角度或距离(沿z的一次完整振荡包括两次反射)。这些圆弧聚焦透镜优选地绕分析仪的分析仪轴线周期性地布置并且在圆弧方向上间隔开一个距离，该距离基本上等于该射束在从这些抛物线反射镜进行给定数目的反射之后所前进的圆弧方向距离。在一个优选实施方案中，这多个圆弧聚焦透镜在圆弧方向上间隔开一个角度θ，其中θ＜＜2π弧度，并且对于每个全振荡而言该射束在该圆弧方向上绕该分析仪轴线轨道运行了一个角度4π+/-θ。在另一个优选实施方案中，这多个圆弧聚焦透镜在圆弧方向上间隔开一个角度θ，其中θ＜＜2π弧度，并且对于每个半振荡(即，在一个反射镜内的每次反射)而言该射束在该圆弧方向上绕该分析仪轴线轨道运行了一个角度2π+/-θ。

此外，这些圆弧聚焦透镜优选地绕分析仪的分析仪轴线周期性地布置在该射束飞行经过分析仪时跨过赤道的位置处或其附近。在一些优选类型的实施方案中，这多个圆弧聚焦透镜形成了位于基本上相同z坐标处的圆弧聚焦透镜的一个阵列，该阵列更优选地是在z＝0处或其附近，但最优选地是从z＝0偏移(但在附近)。偏移后的z坐标优选是主飞行路径在一个振荡过程中跨越它自身时的地方，这个偏移后的z坐标是在z＝0平面附近。后一种安排具有以下优点，即每个圆弧聚焦透镜都可以用来将该射束聚焦两次，即，在从一个反射镜反射之后以及接着在从另一个反射镜的下一次反射之后，如下面更详细地描述的。因此通过将这些圆弧聚焦透镜从z＝0平面偏移到该z坐标(主飞行路径在一个振荡过程中跨越它自身时的地方)，可以使用相同的反射镜实现将每个透镜使用两次。因此这些透镜优选地在圆弧方向上间隔开一个如下距离，这个距离是该射束在圆弧方向上在这些透镜所位于的z坐标处在沿z的每次振荡之后所前进的距离。

不像其他多反射或多偏转的TOF，这里基本上没有无场漂移空间(最优选地完全没有无场漂移空间)，因为这些圆弧透镜被整合到这些相对的反射镜所产生的分析仪场内并且没有一个点的分析仪电场接近零。即使在没有轴向场的地方，也在径向方向上存在一个场。此外，这些带电粒子每次反射转过了一个角度，该角度典型地大大高于(高达数十倍)这些圆弧透镜的周期。在本发明的分析仪内，遍布该分析仪轴向长度的大部分(优选地三分之二或更多)存在一个实质性的轴向场(即，z方向的场)。更优选地，遍布该分析仪的轴向长度的80％或更多、甚至更优选地是90％或更多，存在一个实质性的轴向场。术语“实质性的轴向场”在此是指为该轴向场在分析仪的最大转折点处的强度的大于1％、优选大于5％、并且更优选大于10％。

在使用方程式(1)所描述的四极-对数电势的优选实施方案中，在z＝0平面处，径向(r)的电势可以用一对同心圆柱体之间的电势进行近似。为此原因，在一种类型的优选实施方案中，使用了一个或多个带状电极组件，例如来支撑这些圆弧聚焦透镜或帮助将主飞行路径从施加到可能位于分析仪内在该内部和外部的限定场的电极系统之间的其他电子部件(例如，透镜、电极、加速器、偏转器、检测器等)的电压屏蔽或者用于其他目的。一种带状电极组件在此优选是一种位于分析仪体积内的带形的电极组件，但它不需要围绕一个或两个反射镜的内部的限定场的电极系统完全延伸，即，它不需要绕z轴线完全延伸。因此，一种带状电极组件至少部分地围绕一个或两个反射镜的内部的限定场的电极系统延伸，即，至少部分地围绕z轴，更优选地是基本上围绕z轴。该带状电极组件优选地在一个圆弧方向上围绕z轴延伸。该一个或多个带状电极组件可以与该分析仪轴是同心的。该一个或多个带状电极组件可以与一个或两个反射镜的、内部或外部的限定场的电极系统是同心的。在一个优选实施方案中，该一个或多个带状电极组件既与该分析仪轴线是同心的又与这两个反射镜的内部和外部的限定场的电极系统是同心的。在某些实施方案中，该一个或多个带状电极组件包括位于一个或两个反射镜的内部与外部的限定场的电极系统之间、在z＝0平面处或附近的多个环形带件。在其他实施方案中，一种带状电极组件可以采取一种位于这些反射镜之一内带电粒子束的最大转折点附近的环的形式。在某些实施方案中，这些带状电极组件可能不必绕一个或两个反射镜的内部的限定场的电极系统完全延伸，例如当只有小数目的圆弧聚焦透镜时。在使用中，这些带状电极组件作为电极起作用来对分析仪场(例如四极-对数场)进行近似，优选在z＝0平面的附近，并且使适当的电势施加在它们上。图1e展示了在本发明的一个实施方案中在一个反射镜内沿z的电场的形式，其中在z＝0平面处或附近已经结合了一对圆柱形的带状电极组件。与之前描述的图1b的比较显示了图1b的完全线性场如何在z＝0平面处通过这些圆柱体带状电极组件的存在而被截短。使用具有符合分析仪内的等势场线的轮廓(例如在具有四极-对数电势分布的分析仪内的四极-对数形状)的带状电极组件将消除这种在z＝0平面附近的场变形。然而，任何位于这些带状电极组件上的被激励的透镜或偏转电极的存在还都会在某种程度上使在这些带状电极组件的区域内沿z的电场变形。

该一个或多个带状电极组件可以例如借助电绝缘的支持物而被支撑并且与该内部和/或外部的限定场的电极系统间隔开(即，使得这些带状电极组件是与该内部和/或外部的限定场的电极系统电绝缘的)。这些电绝缘的支持物可以包括另外的适当电偏压的导电元件以便接近其周围区域内的电势。一个或两个反射镜的外部的限定场的电极系统可以在z＝0平面处和/或附近是收腰的，以便支撑该外部的带状电极组件。

这些带状电极组件与它们可能支撑的圆弧聚焦透镜是电绝缘的。优选地，这些带状电极组件在z方向上延伸越过这些圆弧聚焦透镜的边缘以便将该分析仪的剩余部分从施加到这些透镜的电势屏蔽。

该一个或多个带状电极组件可以具有任何适当的形状，例如这些带件可以处于圆柱体、优选同心圆柱体的形式。优选地，这些带状电极组件是处于同心圆柱体电极的形式。更优选地，该一个或多个带状电极组件可以处于如下的区段的形式，它们具有的形状基本上符合或者接近这些带状电极组件所在之处的分析仪场的等电势。作为一个更优选的例子，这些带状电极组件可以处于四极-对数区段的形式，即它们的形状可以符合或者接近这些带状电极组件所在之处的四极-对数场(即，未变形的四极-对数场)的等电势。这些带状电极组件可以在纵(z)向上具有任何长度，但优选地当这些带状电极组件仅仅接近它们所在的区域内的四极-对数电势时，如当它们是例如圆柱体形状时，它们小于这两个相对的反射镜中的主飞行路径的转折点之间的距离的1/3长度。更优选地当这些带状电极组件是圆柱体形状时，它们小于纵(z)向上这两个相对的反射镜中的主飞行路径的转折点之间的距离的1/6长度。

在某些实施方案中，可能仅使用一个带状电极组件，例如当可以通过一个带状电极组件来支撑圆弧透镜的一个子集(即，在主飞行路径的一侧上)并且透镜的其他子集还可以由该内部或外部的限定场的电极系统来支撑时。在其他实施方案中，可以使用两个或更多个带状电极组件，例如，当这些圆弧透镜要求用两个带状电极组件来支撑时。在使用两个或更多个带状电极组件的情况下，这些带状电极组件可以包括至少一个内部带状电极组件以及外部带状电极组件，该内部带状电极组件位置最靠近该内部的限定场的电极系统，并且该外部带状电极组件具有比该内部带状电极组件更大的直径并且位于该内部带状电极组件的外部。至少一个带状电极组件(该外部带状电极组件)可以位于射束的飞行路径的外部(即，距分析仪轴线较大的距离处)和/或至少一个带状电极组件(该内部带状电极组件)可以位于射束的飞行路径的内部(即，距该分析仪轴线较小的距离处)。优选地，有至少两个带状电极组件优选地位于该分析仪内、在该内部与外部的限定场的电极系统之间，其中在飞行路径的每一侧上有一个带状电极组件。在某些实施方案中，该内部和外部的限定场的电极系统在z＝常数的平面内并不具有一个环形截面。在这些情况下，优选地该一个或多个带状电极组件在z＝常数的平面内也并不具有一个环形截面，而是具有一种与该内部和外部的限定场的电极系统的截面形状相匹配的截面形状。

这些带状电极组件可以例如由导电材料制成或者可以包括一种在其上具有导线的印刷电路板。可以设想其他的设计。在分析仪的构造中使用的任何绝缘材料(如印制电路板材料)都可以涂覆有一个抗静电的涂层以阻止电荷的集聚。

在一些优选实施方案中，该一个或多个圆弧聚焦透镜可以被该内部和外部的限定场的电极系统中的一者、或更优选是这两者的表面所支撑，即，不需要带状电极组件。在这样的情况下，这些圆弧聚焦透镜当然是与这些限定场的电极系统电绝缘的。在这样的情况下，这些面向射束的圆弧聚焦透镜的表面可能与支撑它们的、限定场的电极系统的表面平齐。

这些圆弧聚焦透镜(具有适当的尺寸并且优选地被这些带状电极组件所支撑)优选地被定位为使得该射束每次穿过z＝0平面就穿过一个透镜(即至少一个透镜)，在此包括这些透镜位于一个偏移的但靠近z＝0平面的平面内的情况。然而，在其他实施方案中，在射束穿过z＝0平面时它间隔地而不是每一次都穿过一个透镜。这些间隔可以是规则的或不规则的。这些圆弧聚焦透镜可以是主要或仅仅在圆弧方向上聚焦的像散透镜、或无像散透镜。在某些优选实施方案中不要求无像散聚焦，因为电势(例如四极-对数电势)的性质将射束限定在r方向上，当射束的轨道是环形时得到了在径向上的强的限制。然而，可以使用无像散透镜并且这对于射束的轨道不是基本上环形时可能是令人希望的。这些透镜优选是在圆弧方向上聚焦的象散透镜并且可以具有产生此类像散聚焦的任何形式。优选的透镜形式在下面进行描述。

使用圆弧聚焦透镜允许本发明的分析仪更有效地用于提供在带电粒子飞行穿过分析仪时对它们的多次反射，尤其是大数目的多次反射。通过选择场的主要参数，可以选定角度的(圆弧的)以及轴向的振荡频率以使得带电粒子束在预定位置处穿过z＝0平面、使得放置的透镜在这些位置处对该射束产生一种聚焦作用。本发明的多反射性分析仪允许长的飞行路径以及无限的质量范围。然而，如果要求更高的质量分辨率，则在其他实施方案中可能进行相同飞行路径的多次行程但是是以受限的质量范围。

优选的是每一次该射束跨过z＝0平面时它就穿过一个圆弧聚焦透镜从而实现在圆弧方向上最优地减少射束扩展，其中该圆弧聚焦透镜优选位于该射束跨过z＝0之处或附近(即该圆弧聚焦透镜可以略微从z＝0平面偏移，如在此的某些优选实施方案中所描述的)。因此这并不意味着该射束必须每次穿过z＝0平面就穿过一个实质上在z＝0平面上的圆弧透镜，而是这些透镜可以取而代之地从z＝0偏移但是在每个经过z＝0的行程中都被穿过。在此背景下，“每一次该射束跨过z＝0平面”可以排除它第一次跨过z＝0平面(即，接近注入点)并且可以排除它最后一次跨过z＝0平面(即，接近喷射或检测点)。然而，有可能的是该射束并不在每一次跨过z＝0平面时都穿过一个圆弧聚焦透镜，而是它穿过圆弧聚焦透镜的次数少于它跨过z＝0平面的次数(例如，它每跨过z＝0平面两次)。因此，设想了任何数目的圆弧聚焦透镜。

对于这个或这些圆弧聚焦透镜，可以使用任何适当类型的、能够在圆弧方向聚焦的透镜。下面进一步描述了不同类型的圆弧聚焦透镜。

圆弧聚焦透镜的一个优选实施方案包括一对相对的透镜电极(优选是环形或平滑圆弧状的透镜电极，即具有平滑圆弧状的边缘)。这些相对的透镜电极可以具有基本上相同的尺寸或不同的尺寸，例如具有针对与每个透镜电极所在之处距分析仪轴线的距离而调整过的尺寸。这些相对的透镜电极有电势施加在其上，这些电势与其他情况下的透镜电极(即，如果这些透镜电极不是在此处)附近可能的电势不相同。在优选实施方案中，相对的透镜电极被施加了不同的电势并且带电粒子束穿过这对相对的透镜电极之间，这些透镜电极在被偏压时将该射束聚焦在一个跨越射束的圆弧方向上，其中这些透镜电极在跨越该射束的径向方向上是彼此相对的。当这些透镜被支撑在如上描述的带状电极组件中时，优选地这些相对的透镜电极符合它们被支撑在其中的带状电极组件的轮廓。

这种圆弧聚焦可以应用于不同类似的、采用了围绕分析仪轴线的轨道粒子运动的、相对的反射镜分析仪上，而不限于在分析仪轴线的方向上定向的相对的线性电场。优选地，这种圆弧聚焦是在具有在分析仪轴线方向定向的、相对的线性电场的分析仪中进行。在一个优选实施方案中，这种圆弧聚焦是用于一种使用四极-对数电势的分析仪中。

在某些实施方案中，本发明使得分析仪内的飞行路径能够被加倍而该飞行路径并不多于一次地遵循基本上相同的路径，由此并不对质量范围设置任何限制。这是如下实现的：使分析仪的两个反射镜中的飞行路径不相同，这样使得射束穿过每个圆弧聚焦透镜两次、但这样做时遵循不同的路径。该射束在它行进穿过这些反射镜中的一个第一反射镜时经历了围绕z轴的一个第一轨道运动角度并且该射束在它行进穿过这些反射镜中的一个第二反射镜时经历了一个第二轨道运动角度，该第一轨道运动角度与该第二轨道运动角度不相同。该第一轨道运动角度可以是π弧度的整数倍(a1＝π*n，n＝1，2，3…)加上或减去一个偏移量δ，其中δ典型地大于0并且小于π弧度，而该第二轨道运动角度是π弧度的整数倍。当该射束在每次反射后穿过一个圆弧透镜的情况下，偏移量δ被设置为圆弧方向上这些透镜的间距的整数倍，例如对于该射束在达到出发点之前的36个完整振荡，该圆弧透镜的间距可能是10度。替代性地，当该射束并不在每次反射后穿过一个圆弧透镜的情况下，偏移量δ被设置为圆弧方向上这些透镜的间距的一个分数。在不包含圆弧透镜的实施方案中，偏移量δ典型地可以是任何大于0且小于π的值。为了防止射束的重叠，δ应该大于圆弧方向上的射束宽度。

例如，在第一反射镜中反射后，这些带电粒子到达了分析仪的赤道(z＝0)、已经绕分析仪轴线做了2.05π弧度的轨道运行，因此相对于反射之前它们的位置偏移了0.05π的弧度。在第二反射镜中反射后，这些带电粒子到达了分析仪的赤道、已经绕分析仪轴线做了2π弧度的轨道运行，这将它们带到了反射之前的它们的原先位置、但是处于不同的圆弧速度方向。因此在返回其原先位置的过程中，这些带电粒子可能被带回到相同的圆弧聚焦透镜中，由此使用该透镜两次。随后在第一反射镜中的反射使得它们再次绕着分析仪轴线做2.05π弧度的轨道运行，例如将它们带到下一个圆弧聚焦透镜中。这使得每个反射镜被使用了用以反射射束的次数的两倍。此外，它使得每个圆弧聚焦透镜被使用了用以聚焦射束的次数的两倍。它提供的优点是，相同的高容差部件被多次使用，从而对相同数目的部件、相同成本、相同的构造简单性以及大致相同的分析仪尺寸而言给予了更长的飞行路径。

虽然在某些实施方案中该分析仪的两个反射镜在其物理特征(例如，尺寸和/或形状)方面或在其电特征方面或二者上不相同，但优选地它们在z＝0平面附近、并且优选地在z＝0平面处相邻接，在这里(如已经描述的)轴向电场最低并且引入了最少的干扰时间聚焦的偏差。优选地，该分析仪的两个反射镜在其物理特征(例如尺寸和/或形状)上不相同。在一个实施方案中，这两个反射镜的对应的内部和/或外部的限定场的电极系统的形状不相同，因而它们在z＝0平面内不是对称的。在这样一个实施方案中，这些电极系统可能在z＝0平面上是连续的、或者是不连续的。本文中的术语“邻接”并不一定意味着这些反射镜物理地相接触而是可以取而代之地彼此紧密相邻。

替代性地或者附加性地，在其他实施方案中，该一个或多个带状电极组件(优选支撑了这些圆弧聚焦透镜)可以位于并不在z＝0平面上定中心的一个位置处，即，不是在赤道上而是从其偏移的。在这些实施方案中，这些反射镜之一中的飞行路径与另一个反射镜中的飞行路径不相同，从而使得射束穿过每个圆弧聚焦透镜两次。在相同的反射镜被相对布置的实施方案中，一个反射镜中的转折点与这些圆弧聚焦透镜之间的距离不同于另一个反射镜中的转折点与这些圆弧聚焦透镜之间的距离，因为这些透镜从z＝0平面朝这些反射镜之一的转折点偏移。在其中圆弧透镜如刚才描述地偏移的实施方案被称为偏移透镜实施方案。

在一个进一步的实施方案中，这些反射镜之一可以具有比另一个反射镜短的纵向(z)长度，从而使得从这一个反射镜中的转折点到平面z＝0(这些圆弧透镜位于此处)比另一个反射镜中的相应距离要短，还使得射束穿过每个圆弧聚焦透镜两次。

在又一个实施方案中，可以将不同的电势施加到每个反射镜的对应的内部和/或外部的限定场的电极系统上，其中这些反射镜本身是结构上对称的。替代地，这些相对的反射镜的结构也可以不是对称的。例如，这些反射镜中的第一个可以包括一个单一的内部电极和一个单一的外部电极，从而分别形成这一个反射镜的内部和外部的限定场的电极系统，而第二个反射镜可以包括一组形成该内部的限定场的电极系统的盘电极以及一组形成第二个反射镜的外部的限定场的电极系统的环电极。在给出了一个第一主飞行路径长度的一种工作模式中，将一个或多个电压的一个适当的组施加到这两个反射镜的电极上，使得射束在这两个反射镜的每个之中经历相同的轨道运动角度，该射束在每次反射后穿过一个不同的圆弧透镜；并且在给出了一个第二主飞行路径长度(约为第一飞行路径长度的两倍)的、采用了本发明的一种工作模式中，将第二组不同的电势施加到这些反射镜之一的电极上，使得一个反射镜中的轨道运动角度与另一个反射镜中的轨道运动角度不相同，从而使得该射束穿过同一个圆弧透镜两次。因此，这些反射镜的结构以及所施加的电势都可以是不对称的。

采用了在物理特征(例如尺寸和/或形状)上或在电特征或二者上不相同的相对的反射镜从而产生不对称反射镜场的分析仪在此被描述为具有不对称的反射镜。从以上说明中将理解的是，分析仪内的这些相对的电场的不对称性对这些实施方案是常见的。

带有不对称的反射镜与偏移透镜特征的组合的一种分析仪也可以用于实现本发明。

[本发明的]这些不对称反射镜和/或偏移透镜的实施方案可以应用于不同类似的、采用了围绕分析仪轴线的轨道粒子运动的、相对的反射镜分析仪上，而不限于在分析仪轴线的方向上定向的相对的线性电场。优选地，这些不对称反射镜和/或偏移透镜的实施方案被用于具有在分析仪轴线方向上定向的、相对的线性电场的分析仪中。在一个优选实施方案中，[本发明的]这些不对称反射镜和/或偏移透镜的实施方案被用于一种使用了四极-对数电势的分析仪中。

在本发明中，将离子注入分析仪是如下实现的：优选地将一个注入器定位在该装置内最低轴向电场的平面(即z＝0平面)附近，在这里(如已经描述的)轴向电场最低并且引入了最少的干扰时间聚焦的偏差。然而，已设想了其他注入位置并且将进行说明。术语“注入器”在此是指用于将带电粒子穿过分析仪而注入到主飞行路径上的一个或多个部件(例如脉冲离子源、正交加速器、离子阱和类似物中的一种或多种，以及任何相关联的射束偏转器、扇形电场和类似物)，任选地经由如在此描述的外部和/或内部的注入轨迹。在某些实施方案中，可以使用脉冲带电粒子源来在初始离子包内选择一个质量范围，这是通过当这些粒子沿着该内部和/或外部注入轨迹行进到达主飞行路径时使用一个TOF分离程度而进行的。

在此使用的术语“内部注入轨迹”是指在分析仪体积内并且在穿过分析仪的主飞行路径之前的、进行注入时的一个轨迹。因此该注入轨迹在射束进入分析仪体积之处开始。在某些实施方案中，可能基本上没有用于粒子的内部注入轨迹，例如，如果粒子从分析仪体积外部被直接注入到主飞行路径上。如之前描述的，该主飞行路径优选包括在两个相对的反射镜之间的一个反射后的飞行路径。两个相反的反射镜之间粒子束的主飞行路径径向地在内部与外部的限定场的电极系统之间，即在分析仪体积中。另外的电极还可以形成这些内部和外部的限定场的电极系统中的一个或多个，其中它们的功能是产生分析仪主场或抑制该分析仪主场的变形。例如，一个电极导轨(electrode tracks)阵列、电阻性涂层或其它用于抑制该分析仪主场变形的装置可以用作该外部的限定场的电极系统的结构的一部分，例如在电极系统在赤道附近收腰时，例如为了它可以支撑一个外部带状电极组件，如将进一步说明的。在这样一种情况下，如在此所述的，该电极导轨阵列、电阻性涂层或其它电极装置形成了与它们相关的反射镜的限定内部或外部场的电极系统的一部分。

这两个相对的反射镜在使用中限定了一个供带电粒子采用的主飞行路径。射束在分析仪内沿其飞行路径的一种优选运动是绕内部的限定场的电极系统的一种螺旋运动。该射束沿该主飞行路径经过分析仪、在一个螺旋形路径中在纵轴方向上往复飞行，该螺旋形路径绕该纵轴(即在圆弧方向上)在z＝0平面内移动。该主飞行路径是带电粒子主要处于分析仪主场的影响下时所遵循的稳定轨迹。在此背景下，一种稳定的轨迹是指这些粒子在不被中断时(例如通过偏转)将无限地遵循的轨迹，假定没有通过由碰撞造成的能量耗散或散焦所导致的射束损失。优选地，一种稳定的轨迹是离子束以下面的方式遵循的一种轨迹，该方式使得离子的初始参数中小的偏差造成了射束的扩展相对于在该轨迹的整个长度上的分析仪尺寸仍是小的。相比之下，一种不稳定的轨迹是指这些粒子在不被中断时不会无限地遵循的轨迹，假定没有通过由碰撞造成的能量耗散或散焦所导致的射束损失因此该主飞行路径不包括半径逐渐减小或增大的飞行路径。然而，该主飞行路径可以包括一种半径浮动的路径，例如沿着分析仪轴线观看时为椭圆的轨迹。当对每个反射镜的内部和外部的限定场的电极系统给予一个第一组的一个或多个电压时，产生了分析仪主场。术语“第一组的一个或多个电压”在此并不意味着该组电压是在时间上第一个被施加的(它可以是或者可以不是时间上的第一个)而是它简单地表示被给予该内部和外部的限定场的电极系统用来使得带电粒子遵循该主飞行路径的这一组电压。该主飞行路径是这些粒子在其飞行穿过分析仪的过程中花费其最多时间的路径。

如在此使用的，在一些优选实施方案中，在内部注入轨迹与主飞行路径之间的过渡处，离子需要在径向r上被偏转以便改变其在z方向上的速度分量。这种偏转将典型地使这个射束中的粒子的时间聚焦平面倾斜。这种偏差在射束从分析仪离开时和/或在检测器处不容易校正。相反地，优选立即校正这种倾斜。因此，在一些优选实施方案中，将离子源和/或注入器相对于z为常数的平面(即，与z轴正交的平面，如z＝0平面)倾斜，使得在从内部注入轨迹进入主飞行路径时的偏转之后，该时间聚焦平面变为与z轴正交，即，平行于z＝0平面。在注入过程中，这种倾斜效应典型地并不太大，因为该射束的半径较小并且在某些实施方案中可能不要求校正。类似地，在从主飞行路径到内部喷射轨迹的喷射过程中，该时间聚焦平面典型地被主飞行路径上的偏转器相对于z为常数的平面而倾斜。在此情况下，例如该检测器接着优选地被倾斜至正确的角度以便与该倾斜的时间聚焦平面的倾斜度相匹配，即，使得检测器平面与时间聚焦平面是基本上共同定位的。

在优选实施方案中，从离子源到分析仪体积的射束所采取的路径并不包括一条直的瞄准线用以避免来自典型更高压力的离子源对分析仪体积进行不希望的气体加载。取而代之地，从离子源到分析仪体积的射束所采取的路径包括至少一个偏转(例如用于提供扭曲或拐弯(dog-leg)等等)以减小进入分析仪体积的气体负荷。因此该外部注入轨迹优选包括该射束的至少一个偏转。在适用于本发明的一种注入方法中，这些带电粒子从分析仪体积外部被注入到一个内部注入轨迹(该内部注入轨迹位于分析仪体积内部)上、并且由此注入到主飞行路径上的一个点上。在某些实施方案中，该射束在不存在分析仪主场的情况下沿行了该内部注入轨迹的至少一部分。不存在分析仪主场的情况可以如下实现：(i)将该内部注入轨迹从分析仪主场屏蔽，(ii)在这些离子位于内部注入轨迹上的同时，给予这些限定场的电极系统一组与产生分析仪主场的该第一组的一个或多个电压不相同的一个或多个电压(该组不同的一个或多个电压可以包括位于零电势的电压)，以在分析仪内产生一个与分析仪主场不同的分析仪电场(这可能是一个零强度场)，或者(iii)：(i)与(ii)二者的组合。如在此使用的，术语“分析仪主场”是指在分析仪内由施加到这些限定场的电极系统上的这些组的一个或多个电压所产生的场，带电粒子束在该场内沿着或将沿着主飞行路径移动。在这种类型的注入方法中，优选地整个内部注入轨迹都是在不存在分析仪主场的情况下提供的。

分析仪内存在的其他场，例如像由一个或多个圆弧聚焦透镜所产生的场，可能在该注入过程中保持原样、或者也可能被关闭。

在沿内部注入轨迹不存在分析仪主场的某些实施方案中，将允许带电粒子沿该内部注入轨迹的、在不存在分析仪主场的情况下提供的部分基本上直线地移动。在此类型注入的其他实施方案中，分析仪内存在的任何剩余场都可能致使该内部注入轨迹从直线路径偏离，但优选地该内部注入轨迹是基本上直的。剩余的场可能包括由一个或多个圆弧透镜、另外的束偏转器或其他离子光学装置所产生的场，以及由于施加在反射镜的内部和外部的限定场的电极系统上的电势而导致的任何场，这些场并不被设定用于产生分析仪主场。在一个优选实施方案中，该内部注入轨迹通过一个外部带状电极组件的存在而完全从分析仪主场屏蔽，其中施加在这些反射镜的内部和外部的限定场的电极系统上的电势优选地是如能够在分析仪内其他地方产生分析仪场，并且该内部注入轨迹是基本上直的。

在抵达或接近该内部注入轨迹到达主飞行路径处的一个点P之后，带电粒子经历该分析仪主场。例如，在分析仪主场已经为内部注入轨迹而关闭的某些实施方案中，当带电粒子抵达P点时分析仪主场可以被打开。

在点P处或附近，这些带电粒子可能被一个带电粒子装置偏转和/或加速。在某些实施方案中，这些带电粒子在一个方向上行进而抵达P点，使得它们无需偏转或加速即进入主飞行路径。在其他实施方案中，使用了带电粒子偏转器来改变射束的方向使得进入主飞行路径。如在此使用的术语“带电粒子偏转器”是指将射束偏转并且包括例如多对板电极、扇形电场、杆电极和金属丝电极、网电极以及磁性偏转器的任何装置。优选使用电偏转器。更优选使用在射束的两侧上的一对电偏转板或一个扇形电场，这归因于它们有利的射束光学特性以及紧凑的尺寸。该射束优选地在它被注入主飞行路径上时被偏转，更优选地是被一个扇形电场或反射镜偏转，其中偏转器(优选是扇形场或反射镜)的出口位于主飞行路径上。

该射束可以或可以不被偏转但优选是被偏转，这种偏转可能是在z方向、径向r以及圆弧方向中的一个或多个方向上。带电粒子的偏转可能是使得能够改变其在z轴方向上的速度，要么增大要么减小在这个方向上的速度。z轴方向上的速度是指粒子的速度在z轴方向上的分量。z轴方向上的速度的增大是指朝向带电粒子在主飞行路径上所进入的第一个反射镜的z轴方向上的速度增大。z轴方向上的速度的减小是指朝向带电粒子在主飞行路径上所进入的第一个反射镜的z轴方向上的速度减小。在一些优选实施方案中，该射束优选地在P点至少在z方向上被偏转。在某些实施方案中，这些带电粒子在无进一步径向偏转的情况下以用于进入主飞行路径的正确的径向速度抵达P点。然而，在一些优选实施方案中，带电粒子可能在径向r上被偏转，从而进入了主飞行路径。该射束优选地在主飞行路径开始处至少在径向r上被偏转，例如在此处该内部注入轨迹在与主飞行路径距z轴的径向距离(半径)不同的距离处开始。在一些更优选的实施方案中，该射束优选地在P点至少在径向r和z方向上被偏转，即，任选地也在P点在圆弧方向上被偏转。带电粒子的偏转优选地是使得能够改变其在圆弧方向上的速度。圆弧方向上的速度是指粒子速度在圆弧方向上的分量。如在此使用的，术语“带电粒子加速器”是指改变带电粒子的速度、或者它们的总动能(要么增大要么减小)的任何装置。可以使用一种带电粒子加速器来在任何方向上改变粒子的速度。该偏转器或加速电极在带电粒子束抵达的同时被激励，并且一旦该射束已被注入主飞行路径上则可能被去激励、或者被施加不同的电压。

P点可以是分析仪内主飞行路径上的任何地方。在一个优选实施方案中，P点位于z＝0平面处或附近。在另一个优选实施方案中，P点位于沿纵向z轴方向上飞行路径的最大轴向外延处或附近。

带电粒子可以穿过这些反射镜的外部的限定场的电极系统之一或二者中的一个孔、或者穿过这些反射镜的内部的限定场的电极系统之一或二者中的一个孔而进入分析仪到达内部注入轨迹上。该注入器优选位于分析仪体积之外。该注入器可能因此位于这些反射镜的外部的限定场的电极系统的外部(即分析仪体积之外)、或位于这些反射镜的内部的限定场的电极系统之内(即分析仪体积之外)。在某些实施方案中，带电粒子通过在该内部注入轨迹上行进而到达P点，该轨迹穿过了该内部或外部带状电极组件中的一个孔。使注入器位于这些反射镜的内部的限定场的电极系统的内部构成了一种更紧凑的仪器，但在接近该注入器以进行维护方面具有缺点。优选地该注入器被定位在这些反射镜的外部的限定场的电极系统的外部。更优选地，该注入器或注入器的一部分(可以包括射束偏转器、扇形电场以及类似物)被定位在这些反射镜的外部的限定场的电极系统的外部、但是距分析仪轴线的距离在这些反射镜的外部的限定场的电极系统的最大径向外延(即最宽部分)之内，优选是通过定位在这些反射镜的外部的限定场的电极系统中至少一个、优选二者的收腰部分的外部且在其附近，如下面进一步描述的。

当注入带电粒子时，该带电粒子包应该在进入其穿过分析仪的飞行路径时尽可能的短，并且这优选要求一个源的位置距分析仪尽可能的近，理想地是在分析仪内。在进入分析仪之前以及离开分析仪之后的飞行路径之和(分析仪之外的飞行路径)应该理想地是尽可能的短，或者更重要地，带电粒子在这些路径上行进时的飞行时间应该尽可能的短，使得不同质荷比的粒子的飞行时间的差异尽可能的小。利用这些反射镜之一或二者的外部的限定场的电极系统的收腰部分(即，直径减小的部分)使得在主飞行路径上在注入器与P点之间的飞行时间能够减小。这是因为该收腰部分允许该外部的限定场的电极系统更靠近主飞行路径，由此减小注入器与P点之间的飞行时间并且允许注入器在仍位于分析仪体积外部的同时相应地被定位为更靠近主飞行路径。此外，可以使用该收腰部分的向内的外延来支撑该外部带状电极组件。仍更优选地，该实施方案中的外部带状电极组件可以用来支撑该至少一个圆弧聚焦透镜。因此，在根据本发明的所有注入类型的优选实施方案中，这些反射镜中的至少一个、更优选两者的外部的限定场的电极系统包括一个收腰部分。在某些实施方案中，该收腰部分不需要一路围绕z轴延伸而可以仅仅部分地围绕z轴延伸。在一些优选实施方案中，该收腰部分基本上围绕z轴完全延伸。优选地，该收腰部分位于z＝0平面处或附近。

在注入的一些优选实施方案中，该内部注入轨迹位于与主飞行路径距z轴不相同的距离(即径向距离)处。与主飞行路径位于不同径向距离处的内部注入轨迹可能径向向内或径向向外朝向该主飞行路径而延伸，但优选径向向内地朝向该主飞行路径而延伸(例如从外部的限定场的电极朝向该主飞行路径)。该内部注入轨迹可能有至少一部分是基本上直的，例如其中该直的部分在不存在分析仪主场的影响时被沿行。在某些实施方案中，该注入轨迹的至少一部分可能偏离一种直线路径，即，是弯曲的，例如其中该弯曲部分在分析仪主场的影响下被沿行。例如该内部注入轨迹的一个被屏蔽的直的部分与该内部注入轨迹的弯曲部分相遇处的这个点可能在分析仪内的任何地方。在一个优选实施方案中，这个点位于z＝0平面处或附近。在另一个优选实施方案中，这个点位于沿纵向z轴方向上飞行路径的最大轴向外延处或附近。

该弯曲的内部注入轨迹在一个分析仪场的影响下被沿行，该场可能是分析仪主场或可能是一个不同的分析仪场，但是这个分析仪场并不是处在对于在分析仪内稳定前进而言距分析仪轴线正确的距离处的。

在一些优选实施方案，与主飞行路径距z轴线不同的径向距离处的内部注入轨迹围绕z轴遵循一条螺旋路径，如果该射束从距分析仪轴线的距离比主飞行路径更大之处被注入则该螺旋路径距分析仪轴线的距离逐渐减小，或者如果该射束从距分析仪轴线的距离比主飞行路径更小之处被注入则该螺旋路径距分析仪轴线的距离逐渐增大。可以通过改变该内部和/或外部的限定场的电极系统上的电压来产生一种螺旋路径。在该内部和/或外部的限定场的电极系统上的电压保持恒定的情况下，该内部注入轨迹遵循一种非圆形路径。该内部注入轨迹的螺旋的或非圆形的路径将带电粒子在一个P点处引导至主飞行路径。注入时的螺旋的或非圆形的路径可能在这些反射镜之一中经历一个转折点。

在一个点S处进入该内部注入轨迹的螺旋的或非圆形的路径之后，带电粒子经历一个分析仪场，该场可能是或可能不是分析仪主场。例如，在某些实施方案中，当带电粒子到达S点时该分析仪场可能被打开。在点S处或附近，这些带电粒子可能被或可能不被一个带电粒子装置偏转和/或加速。在一个优选实施方案中，这些带电粒子在一个方向上行进而抵达S点，使得它们无需偏转或加速即进入该螺旋的或非圆形的路径。在其他实施方案中，使用了带电粒子偏转器来改变射束的方向从而开始该螺旋的或非圆形的路径。在该螺旋的或非圆形的路径的开始处，带电粒子的偏转可能是使得能够改变其在z轴方向上的速度，要么增大要么减小在这个方向上的速度。优选地，带电粒子在分析仪主场被打开时行进至S点，因为这避免了对将高稳定性的电源快速电打开的需要。优选地，这些带电粒子在无进一步径向偏转的情况下以用于进入该螺旋的或非圆形的路径而言正确的径向速度抵达S点。然而，在一些实施方案中，带电粒子可能在该径向r上被偏转，从而进入了该螺旋的或非圆形的路径。带电粒子在S点的偏转优选地是使得能够改变其在圆弧方向上的速度。该偏转器或加速电极在带电粒子束抵达S点时被激励，并且一旦该射束已被注入该螺旋的或非圆形的路径上则可能被去激励。

S点可能在分析仪内的任何地方。在一个优选实施方案中，S点位于z＝0平面处或附近。在另一个优选实施方案中，S点位于沿纵轴方向上飞行路径的最大轴向外延处或附近。

在对内部注入轨迹的全部或一部分采用了螺旋的或非圆形的路径的实施方案中，至少在到达主飞行路径上的P点时，带电粒子经历分析仪主场。在P点处或附近，这些带电粒子可能被或可能不被一个带电粒子装置偏转和/或加速，如以上描述的。

在一些类型的优选实施方案中，当位于P点处或附近，粒子的动能被改变。例如在内部注入轨迹在分析仪主场的影响下被沿行处，可以进行使用。在动能被如此改变的实施方案中，带电粒子可能在一个注入分析仪场的存在下沿行该内部注入轨迹，该注入场可能与分析仪主场相同或不同。

在P点处或附近这些带电粒子可能被或可能不被一个带电粒子偏转器偏转。在一个优选实施方案中，这些带电粒子在一个方向上行进而抵达P点，使得它们在这个点处经历了动能的改变，它们无需偏转即进入主飞行路径。当注入分析仪场与分析仪主场相同时优选采用粒子动能的改变。然而，当分析仪注入场与分析仪主场不同时也可以采用粒子动能的改变。在其他实施方案中，使用了带电粒子偏转器来改变射束的方向使得进入主飞行路径。

优选地，带电粒子从分析仪体积之外被注入分析仪体积内并且在分析仪主场的存在下(即，内部注入轨迹在分析仪主场的影响下被沿行)和/或在分析仪主场打开时沿着一条内部注入轨迹行进至主飞行路径上的一个P点。在这种方法中，优选使得内部注入轨迹相对于分析仪的尺寸是非常短的。在一个实施方案中，这种注入方法可以利用一个或两个反射镜的外部的限定场的电极系统的收腰部分来将达到P点之前在分析仪内的飞行路径(即，内部注入轨迹)减小到短的长度。优选地，带电粒子是穿过该收腰部分内的一个孔而被引导至分析仪体积内。在某些实施方案中，该注入器可以被定位在分析仪体积的外部并且用于分析的带电粒子可以被引导穿过一个或两个反射镜的外部的限定场的电极系统的收腰部分中的一个孔，优选邻近一个外部的带状电极组件而进入分析仪。在此情况下，该射束沿着内部注入轨迹、穿过外部带状电极组件中的一个孔而前进并且行进了一个短的距离而到达主飞行路径上的P点。一个或两个反射镜的外部的限定场的电极系统的收腰部分与该外部带状电极组件之间的距离可以是相对于分析仪的尺寸而言非常短的，例如恰恰足够长到维持这一个或多个外部的限定场的电极系统与该外部带状电极组件(被保持在真空下时)之间的电势差。因此优选地，这一个或两个反射镜的外部的限定场的电极系统的收腰部分的向内的外延可以紧密靠近该外部的带状电极组件。而且该外部带状电极组件与主飞行路径之间的距离可以相对于分析仪尺寸而言是非常短的，例如，小于分析仪的z长度的百分之几。在P点处或附近，该射束被偏转而进入主飞行路径。在一个优选实施方案中，一个进行所述偏转的偏转器被定位在该外部带状电极组件以及一个内部带状电极组件之一或二者上或者在其之间。该射束被偏转从而减小了该射束的径向向内速度。优选的偏转器在本文其他地方进行描述。

带电粒子束可以穿过这些反射镜的外部的限定场的电极系统之一或二者中的一个孔、或者穿过这些反射镜的内部的限定场的电极系统之一或二者中的一个孔而进入分析仪体积中。该注入器优选地基本上位于分析仪体积之外。该注入器因此可以位于这些反射镜的外部的限定场的电极系统的外部、或位于这些反射镜的内部的限定场的电极系统的内部。在某些实施方案中，带电粒子通过穿过该内部或外部带状电极组件中的一个孔而到达P点。优选地该注入器被定位在这些反射镜的外部的限定场的电极系统的外部。更优选地，该注入器的至少一部分位于该外部的限定场的电极系统的外部但是在从这些反射镜的外部的限定场的电极系统距分析仪轴线的最大径向外延之内，优选是通过定位于一个或两个反射镜的外部的限定场的电极系统的收腰部分的外部并且与其相邻，如将进一步描述的。

在另一个实施方案中，该注入器是位于分析仪的z轴上或与之相邻、在一个或两个反射镜的内部的限定场的电极系统的内部。在这个实施方案中，带电粒子是穿过一个或两个反射镜的内部的限定场的电极系统中的一个孔而被注入，优选邻近一个内部带状电极组件而进入分析仪。该射束沿着该注入轨迹、穿过内部带状电极组件中的一个孔而前进并且行进了一个短的距离到达主飞行路径上的P点。这一个或两个反射镜的内部的限定场的电极系统与该内部带状电极组件之间的距离可以是相对于分析仪的尺寸而言非常短的，例如恰恰足够长到维持这一个或多个内部的限定场的电极系统与该内部带状电极组件(被保持在真空下时)之间的电势差。而且该内部带状电极组件与主飞行路径之间的距离可以相对于分析仪尺寸而言是非常短的，例如，小于分析仪的z长度的百分之几。在P点处或附近，该射束被偏转而进入主飞行路径。在一个优选实施方案中，一个进行所述偏转的偏转器被定位在一个外部带状电极组件以及该内部带状电极组件之一或二者上。该射束被偏转从而减小了该射束的径向速度的幅值。

在分析仪主场的影响下沿一个内部注入轨迹来注入该射束具有的优点是在注入时不必切换这些产生分析仪主场的电势。这样的切换将要求对随后必须是非常稳定的电源进行快速控制，因为为了高的质量分辨率，分析仪主场必须在这些带电粒子在检测之前于主飞行路径上所花费的时间段内是高度稳定的。用电源来实现快速切换以及后续的高度稳定的输出是在技术上困难的。带电粒子能够在分析仪主场的存在下遵循一个短的注入轨迹(相对于分析仪尺寸而言)并且到达主飞行路径上的P点，并且带电粒子在分析仪主场的作用下不经受实质性的偏差，因为内部注入轨迹很短。较短的注入轨迹是有可能做到的，例如通过这一个或两个反射镜的外部的限定场的电极系统的收腰部分和/或通过多个带状电极组件的存在，这些组件维持了P点的区域内的分析仪主场并且允许一个或多个反射镜的外部和/或内部的限定场的电极系统非常靠近P点附近的主飞行路径，从而减小了内部注入轨迹的长度。

可以对本发明使用不同类型的注入器，包括但不限于脉冲激光解吸、使用轴向或正交喷射的多极RF阱、脉冲Paul阱、静电阱、以及正交加速。优选地，该注入器包括一个脉冲带电粒子源，典型地是一种脉冲离子源，例如以上提及的脉冲离子源。优选地，该注入器提供了宽度小于5-20ns的离子包。更优选地，该注入器是一种弯曲的阱，如C-阱，例如描述于WO2008/081334中。在检测器表面或其它所希望的表面处优选存在飞行时间的焦点。为了帮助实现这点，优选地该注入器在注入器的出口处具有一个时间焦点。更优选地该注入器在分析仪的主飞行路径的开始处具有一个时间焦点。如果那里没有时间焦点，则对该分析仪的这些电极进行修改以确保最终的飞行时间焦点是在检测器表面或其他所希望的表面处。这可以例如通过使用额外的时间聚焦光学器件来实现，如反射镜或扇形电场。优选地，使用一个或多个带状电极组件上的电压来精细调节该时间焦点的位置。优选地，使用多个带件上的电压来精细调节该时间焦点的位置。

本发明提供了从一个TOF分析仪喷射和/或检测来自该射束的粒子，一些优选实施方案在分析仪内具有四极-对数电势分布，这可能在z＝0平面中是对称的或接近对称的，从而使得这种类型的分析仪能够用作多反射装置，给出了超越现有技术设计的增大的飞行路径长度。在一种理想情况下，该带电粒子检测器优选被布置在分析仪内的主飞行路径上。然而目前的许多检测器是庞大的并且至少有些检测器可能需要放在主飞行路径之外(即，在比主飞行路径距分析仪轴线更大或更小的距离处)并且甚至在这些限定场的电极系统之外(即，在分析仪体积之外)，其原因在下面说明，并且带电粒子到检测器的喷射是如下实现的：优选地将一个喷射器(例如喷射电极)定位在该装置内的最低轴向电场的平面(即，在z方向上)附近，如已经描述的，在这里轴向电场最低并且引入了最少的破坏时间聚焦的偏差，即在z＝0平面附近。在此，术语“z＝0平面附近”包括z＝0平面之处。优选地，该喷射器(例如喷射电极)的至少一些是位于内部与外部的限定场的电极系统之间，更优选地整个喷射器都位于内部与外部的限定场的电极系统之间。优选地，该喷射器的至少一些(在某些实施方案中是整个喷射器)是位于主飞行路径之处或附近，更优选在z＝0平面附近。如在此使用的，术语“喷射器”是指用于从主飞行路径中并且任选地从分析仪体积中将带电粒子喷射出来的任何一个或多个部件，例如一个或多个喷射电极、偏转器以及类似物。

优选地至少部分的偏转器、并且更优选是整个偏转器，位于这些外部的限定场的电极系统距分析仪轴线的最大径向距离之内、比主飞行路径距分析仪轴线的距离更大、并且在z＝0平面附近。更优选地至少部分的偏转器、并且更优选是整个偏转器，位于这些外部的限定场的电极系统距分析仪轴线的最大径向距离之内、但是在一个带状电极组件距分析仪轴线的径向距离之外、比主飞行路径距分析仪轴线的距离更大，进一步优选地是在z＝0平面附近。该带状电极组件可以协助将主飞行路径从施加在检测器上的电势屏蔽。在检测器的至少一部分、优选整个检测器都位于该外部的限定场的电极系统距分析仪轴线的最大径向距离之内的实施方案中，该至少一部分的、更优选整个的检测器可以位于分析仪体积之外、优选位于这些反射镜之一或二者的外部的限定场的电极系统的收腰部分的外部并且与之相邻，如在此描述的。该检测器之后优选是多个后加速电极，用于增大带电粒子的能量并且因此增大次级电子发射的效率。

本发明的一些实施方案的分析仪(例如具有方程式(3)描述的电势分布的那些、并且特别是一种具有四极-对数电势的)的一项特征是，被引入分析仪并且飞行时间地聚焦在z＝a平面上的一个带电粒子包在沿z轴的数目n次的振荡之后在z＝a.(-1)ⁿ处会聚于一个时间焦点。如果离子在z＝0平面处或附近被注入本发明的分析仪中，则该时间焦点也将位于z＝0处或附近，并且因此喷射应该在这个平面附近发生以便将这些离子以最佳时间焦点引导至检测器上。因此，在此类实施方案中，任何喷射器(例如一个或多个喷射电极)应该优选地位于z＝0平面附近。

在分析仪体积内在z方向上具有抛物线电势分布(即，线性场)的实施方案中，z＝a.(-1)ⁿ的平面不仅形成了理想的检测器位置，而且还形成了理想的检测平面，因为它是仅在z轴向上能量独立的谐和运动。然而，具有高选择性、优选具有单离子计数检测能力的带电粒子检测器使用了电场。此外，一些优选的检测器使用转换倍增电极将离子转换为电子来作为检测过程的起始阶段。如本领域中熟知的，用于检测的离子束典型地在恰在这个转换阶段之前被加速至高能量以提高该转换过程的效率，这对于高质量离子的检测是特别重要的。后加速到这些高能量优选地也使用电场来完成。在后加速和检测过程中所使用的这种电场的存在将(如果该检测器系统未屏蔽地放在的分析仪体积内)将严重扰乱该分析仪内的例如四极-对数的电势分布。在一个优选实施方案中，优选的是将检测器定位在分析仪体积外部并且从分析仪体积中喷射出离子以供检测。在这样的实施方案中，该检测器可以位于这些反射镜的外部的限定场的电极系统的外部、或内部的限定场的电极系统的内部，更优选地是位于外部的限定场的电极系统的外部。In one embodiment，thesolution of the present invention is to locate the post acceleration electrodes for thedetector and the detector outside and adjacent to the field-defining electrodesystems(i.e.outside the outer field-defining electrode system and therefore outsidethe analyser volume)，rather than within them，and ej ect ions out of the analyservolume for detection._<}95{>在一个实施方案中，本发明的解决方案是将用于检测器的后加速电极以及该检测器定位在这些限定场的电极系统的外部并且与之相邻(即，在外部的限定场的电极系统的外部并且因此在分析仪体积之外)而不是在它们内部，并且从分析仪体积中喷射出离子以供检测。在另一个实施方案中，使用屏蔽来减小来自这些后加速电极和/或来自该检测器的场穿透以避免使这些反射镜内的场过度地变形，其中该检测系统的至少一部分被定位为离开分析仪内的离子的主飞行路径。该检测器和/或后加速电极优选地被定位为离开主飞行路径以减小它们的场穿透以及对主飞行路径的影响，更优选地，它们位于分析仪体积之外。

这种途径的进一步的优点来自以下考虑，即这些后处理电极和偏转系统具有有限的尺寸。穿过本发明的分析仪的这个射束中的包序列必须在其主飞行路径过程中无阻碍地在分析仪内经过并且达到该检测器。例如可以更容易地将喷射电极设计为结合在分析仪内，其方式为仅在穿过分析仪的最终行程中作用在该序列上、并且在这样做时不扰乱该序列中仍处于较早的行程中的那些部分。如果这些后加速电极和检测器将被结合到分析仪中的主飞行路径上，这是更难以实现的。

然而，由于理想的检测平面是在分析仪内，所以将检测器定位在分析仪体积之外(虽然这具有避免分析仪体积内的场扰动的优点)具有以下潜在问题，即如果检测器位置太远，则倾向于使该系统的时间聚焦特性变差。当注入带电粒子时存在类似的潜在问题，因为该粒子包应该在进入其穿过分析仪的飞行路径时尽可能的短，并且这要求一个脉冲源的位置距分析仪尽可能的近。在进入分析仪体积之前以及离开分析仪体积之后的飞行路径的组合(分析仪体积之外的飞行路径)应该理想地是尽可能的短，或者更重要地，带电粒子在行经这些路径时的飞行时间应该尽可能的短，这样使得不同质荷比的粒子的飞行时间的差异尽可能的小。从分析仪体积中喷射出粒子的作用也可以改变时间焦平面角度并且有可能改变其平坦度，其效果在设计和定位检测器时必须加以考虑。

为了缓解关于分析仪之外的飞行时间的潜在问题，可以将带电粒子喷射器、任选的后加速电极以及检测器中的一个或多个(优选这些全部)定位在恰在分析仪体积内主飞行路径距分析仪轴线的径向距离之外，其中这些部件中的一个或多个(优选全部)是位于该分析仪的外部的限定场的电极系统距分析仪轴线的最大径向距离之内。这减小了注入器与主飞行路径之间、以及主飞行路径与检测器之间的飞行路径。这优选是如下实现的：使一个或优选两个反射镜的外部的限定场的电极系统的一部分在一个点附近收腰，在该点处该射束被注入并且喷出分析仪体积，如将进一步说明的，并且将该注入器、任选的后加速电极和/或检测器定位在该收腰部分附近、恰好在外部的限定场的电极系统的外部(即，在分析仪体积之外)。然后该射束穿过该外部的限定场的电极系统的收腰部分中的一个孔而被注入和/或喷射出。一个或两个反射镜的外部的限定场的电极系统的一个收腰部分的存在减小了从一个恰好在分析仪体积外部的位置到主飞行路径的距离，从而使得注入器、后加速电极和/或检测器部件能够被定位为非常靠近该主飞行路径、优选在外部的限定场的电极系统距分析仪轴线的最大径向距离之内。也可以结合多个带状电极组件以便支撑这些圆弧聚焦透镜，如在此描述的(是优选的)。因此优选地，将该带电粒子注入器、这些后加速电极以及检测器中的一个或多个(优选全部)定位在该外部的限定场的电极系统距分析仪轴线的最大径向距离之内、并且在一个带状电极组件距分析仪轴线的距离之外，该带状电极组件距分析仪轴线的距离比主飞行路径更大。进一步优选地，该带电粒子注入器、这些后加速电极以及检测器中的一个或多个(优选全部)被定位在|z|＜＜|zs|平面处，其中zs是离子沿z的转折点。更优选地，该带电粒子注入器、这些后加速电极以及检测器中的一个或多个(优选全部)被定位在z＝0平面处或附近。

可以使用固定的结构和/或时间相关的场用于喷射。例如通过允许这个射束进入一个可能在内部具有偏转系统的固定结构，可以将带电粒子从主飞行路径中引导(喷射)出来。这个结构总体上沿该内部和/或外部喷射轨迹延伸并且优选地在外部包含多个维持场的电极并且在内部包含一个或多个等电势面。在另一个实施方案中，使用后加速电极使这个射束加速离开主飞行路径(即，喷射器(例如偏转器)包括了后加速电极)，从而例如使得这个射束遵循一个与它恰在加速之前所处的路径基本上正切的路径。在进一步的实施方案中，可以使用非加速喷射(例如，偏转)和加速的一种组合。在所有这些情况下，这个射束接着可以撞击一个转换倍增电极，该倍增电极优选地靠近、并且更优选地放置在z＝0平面上。这这些安排中有利的是，从主飞行路径到该转换倍增电极的飞行路径长度是非常短的，并且在使用射束加速的更优选的实施方案中，沿这个路径的飞行时间特别短，从而改进了时间焦点。替代性地，在其他实施方案中，偏转和/或加速使这个射束穿过一个外部带状电极组件(即，位于比飞行路径距分析仪轴线更大的距离处的一个带状电极组件)中的孔、并且穿过一个或两个反射镜的外部的限定场的电极系统中的另一个的孔，可能包括一个转换倍增电极以及电子倍增器的检测系统位于这些孔之外。这具有的优点是在主飞行路径的区域内占据更少的空间，但是缺点是主飞行路径与检测器系统之间的飞行路径更长。主飞行路径与检测器系统之间的这个飞行路径可以通过使用一个或两个反射镜的外部的限定场的电极系统的收腰部分而实质性地减小，如在本文中其他地方描述的。

如果喷射器(例如偏转器)或后加速电极没有被激励，则这个射束开始再一次地遵循主飞行路径行进从而提供一种具有增大的质量分辨率的、封闭路径的TOF。为了防止这个包序列在该封闭路径上的重叠，可以将该喷射器(例如偏转器)或后加速电极激励一个时间段以将该质量范围的一部分从分析仪中喷射出来。任选地，所喷射的部分可以以第一质量分辨率被检测、或被进一步处理，而该质量范围的剩余部分在主飞行路径上继续行进并且之后以更高的第二质量分辨率被喷射至检测器、或被进一步处理。替代性地可以抛弃第一喷射部分。将了解的是，可以按要求将这个射束分成任何数目的这样的部分，即，分成两个或更多个部分。

在另一种喷射安排中，带电粒子首先从主飞行路径中被喷射出来(例如，偏转)(例如，通过偏转器或通过加速电极)，这在此背景下被称为第一主飞行路径，使得这个射束移动至一个在距分析仪轴线z的径向距离更大或更小处的第二主飞行路径。这个第二主飞行路径优选地也是分析仪内的一个稳定的路径。在这个第二主飞行路径上的某个点处，这个射束优选地遇到一个检测器、或任选地在另一个喷射器(例如偏转器)之后是一个检测器，这可以包括后加速电极。

在该第二主飞行路径是稳定的情况下，该射束可以在该第二主飞行路径上再次横穿该分析仪，由此显著地增加总飞行路径并且在一些实施方案中能够使通过该分析仪的飞行路径长度至少加倍、由此增加了TOF分离的分辨率而没有与封闭路径的TOF相关的质量范围损失。可以提供一个或多个附加的带状电极组件，例如用于支撑将这个射束聚焦于第二主飞行路径上的附加的圆弧透镜。这些附加的带状电极组件可以支撑对于第一主飞行路径存在的多个带状电极组件或者被它们所支撑，例如通过一种机械结构。任选地，这样的附加的带状电极组件可以设有限定场的元件，用于保护它们使得不在分析仪内的其他点处使该场变形。此类元件可以是电阻性涂层、具有电阻性分隔物的印制电路板以及本领域已知的其他装置。任选地，除该第二主飞行路径之外，可以应用相同的原理来提供第三或更高的主飞行路径(如果希望的话)，例如通过从第二主飞行路径喷射到第三主飞行路径上，以此类推。任选地，在沿行了第二主飞行路径之后，这个射束可以被喷射回到第一主飞行路径，例如开始一个封闭路径的TOF。

带电粒子可以从主飞行路径上的一个E点被喷射到一个内部喷射轨迹上，该内部喷射轨迹位于分析仪体积之内。

在某些实施方案中，该射束在不存在分析仪主场的影响时沿行了该内部喷射轨迹的至少一部分。不存在分析仪主场的情况可以如下实现：(i)将环绕该内部注入轨迹的一个体积从分析仪主场中屏蔽并且局部地改变所屏蔽的体积内的场，或者(ii)在这些离子处于该内部喷射轨迹上时，对该内部和外部的限定场的电极系统中的一个或多个施加一组与用来产生分析仪主场不相同的一个或多个电压(包括对一些或全部电极施加零电势)，或(i)与(ii)的一种组合。在这样的实施方案中，优选地整个内部喷射轨迹都是在不存在分析仪主场的情况下提供的。

分析仪内存在的其他场，例如像由一个或多个圆弧聚焦透镜所产生的场，可以在该喷射过程中保持原样、或者也可以被关闭。

在沿着内部喷射轨迹不存在分析仪主场的某些实施方案中，将允许带电粒子沿该内部喷射轨迹的一个部分基本上直线地移动，该部分在不存在分析仪主场的情况下提供并且在这样的实施方案中优选地该内部喷射轨迹是基本上直的。在某些实施方案中，该分析仪内存在的任何剩余的场都可能使该喷射轨迹偏离一个直线路径。剩余的场可能包括由一个或多个圆弧透镜、另外的束偏转器或其他离子光学装置所产生的场，以及由于施加在反射镜的内部和外部的限定场的电极系统上的电势而导致的任何场，这些场并不被设定用于产生分析仪主场。在这种类型的一个优选实施方案中，该内部喷射轨迹由一个外部带状电极组件的存在而完全从分析仪主场中屏蔽，其中施加在这些反射镜的内部和外部的限定场的电极系统上的这组电势优选地是使得能够在分析仪内其他地方产生分析仪主场，并且该内部喷射轨迹是基本上直的。在这种类型的另一个优选实施方案中，该内部喷射轨迹由一个内部带状电极组件的存在而完全从分析仪主场中屏蔽，其中施加在这些反射镜的内部和外部的限定场的电极系统上的这组电势优选地是使得能够在分析仪内其他地方产生分析仪主场，并且该喷射轨迹是基本上直的。在这种类型的又一个优选实施方案中，该喷射轨迹由一个内部和外部的带状电极组件的存在而完全从分析仪主场中屏蔽，其中施加在这些反射镜的内部和外部的限定场的电极系统上的这组电势优选地是使得能够在分析仪内其他地方产生分析仪场，并且该内部喷射轨迹是基本上直的。

在E点处或附近这些带电粒子可能被或可能不被例如一个带电粒子装置(例如偏转器或加速器)偏转和/或加速。在一个优选实施方案类型中，这些带电粒子在E点处或附近被偏转并且任选地被加速。在某些实施方案中，这些带电粒子在一个方向上行进而抵达E点，使得它们无需偏转或加速即进入内部喷射轨迹，例如一旦它们处于不存在分析仪主电场的情况下。在其他优选实施方案中，使用了带电粒子偏转器来改变射束的方向从而进入内部喷射轨迹。更优选地，使用在射束的两侧的一对电偏转板，这归因于它们有利的射束光学特性以及紧凑的尺寸。该射束优选地在它从主飞行路径中被喷射出来时被偏转，更优选地是被一个扇形电场偏转，其中偏转器(优选地是扇形场)的入孔位于主飞行路径上。

该射束可以或可以不是(但优选)在离开主飞行路径时被偏转，这种偏转可能是在z方向、径向r以及圆弧方向中的一个或多个方向上。待喷射的带电粒子在E点处或附近的偏转可能是使得能够改变其在z轴方向上的速度，要么增大要么减小在这个方向上的速度。z轴方向上的速度的增大是指速度在朝向带电粒子如不被喷射的话将在主飞行路径上进入的下一个反射镜的z轴方向上而增大。z轴方向上的速度的减小是指速度在朝向带电粒子如不被喷射的话将在主飞行路径上进入的下一个反射镜的z轴方向上而减小。在一些优选实施方案中，该射束优选地在E点至少在z方向上被偏转。在某些实施方案中，这些带电粒子在无进一步径向偏转的情况下以对进入内部喷射轨迹而言的正确的径向速度抵达E点。然而，在一些优选实施方案中，带电粒子可能在E点处或附近在径向r上被偏转，从而进入了该喷射轨迹。优选地在点E处在至少径向r上对射束进行偏转，例如在内部喷射轨迹在与主飞行路径离z轴线不同的径向距离(半径)处。在一些更优选的实施方案中，该射束优选地在E点处至少在径向r和z方向上、或者至少在径向r和圆弧方向上被偏转。带电粒子在E点处或附近的偏转优选地是使得能够改变其在圆弧方向上的速度。该偏转器或加速电极在带电粒子束抵达的时刻被激励，并且一旦该射束已被引导到内部喷射轨迹上则可能被去激励。E点可以是分析仪内主飞行路径上的任何地方。在一个优选实施方案中，E点位于z＝0平面处或附近。在另一个优选实施方案中，E点位于沿纵轴的飞行路径的最大轴向外延处或附近。

内部喷射轨迹可以穿过这些反射镜的外部的限定场的电极系统之一或二者中的一个孔、或者穿过这些反射镜的内部的限定场的电极系统之一或二者中的一个孔而离开该分析仪体积。遵循该喷射轨迹的带电粒子可以进入一个接收器。如在此使用的，接收器是形成了一个检测器或用于进一步处理带电粒子的装置的整体或一部分的任何带电粒子装置。因此该接收器可以包括例如一个后加速器、转换倍增电极、诸如电子倍增器的检测器、碰撞室、离子阱、滤质器、离子引导件、多极装置或带电粒子储存器。该接收器可以位于距分析仪轴线z一个距离处、在这些反射镜的外部的限定场的电极系统的外部、或在这些反射镜的内部的限定场的电极系统的内部。使接收器位于这些反射镜的内部得限定场的电极系统的内部构成了一种更紧凑的仪器，但在接近该接收器以进行维护方面具有缺点。优选地，例如当该接收器是用于进一步处理带电粒子的装置情况下，该接收器被定位在这些反射镜的外部的限定场的电极系统的外部。更优选地，例如当该接收器是用于形成带电粒子检测器的整体或一部分的一种装置时，该接收器被定位在这些反射镜的外部的限定场的电极系统的外部、但是优选在这些反射镜的外部的限定场的电极系统距分析仪轴线的最大距离之内(例如，在其一个收腰部分外部并且与之相邻)。

在一些优选实施方案中，带电粒子从主飞行路径被喷射到一个内部喷射轨迹上，该轨迹距离z轴线的径向距离与主飞行路径不同。与主飞行路径相比位于不同径向距离处的内部喷射轨迹可能从该主飞行路径径向向外地或径向向内地延伸，但优选从该主飞行路径径向向外地延伸(例如从主飞行路径朝外部的限定场的电极)。

该内部喷射轨迹可能有至少一部分是基本上直的，例如其中这个射束在不存在分析仪主场的情况下沿行该直的部分。在某些实施方案中，该内部喷射轨迹的至少一部分、尤其是与主飞行路径距离z轴线的径向距离不同的一条内部喷射轨迹，可能偏离一种直的路径，即，可能是弯曲的，例如其中这个射束在分析仪主场的影响下沿行该弯曲部分。这个射束优选地在一个分析仪场的影响下沿行该内部喷射轨迹的弯曲部分，该场可能是分析仪主场或可能是并不是在对于分析仪之内的稳定前进而言正确的距分析仪轴线距离处的一个不同的分析仪场。

在一些优选实施方案中，在与主飞行路径距z轴线不同的径向距离处的内部喷射轨迹围绕z轴遵循一条螺旋路径行进，如果该射束被喷射至距分析仪轴线的径向距离比主飞行路径更大的一条喷射轨迹，则该螺旋路径距分析仪轴线的径向距离逐渐增大，或者如果该射束被喷射至距分析仪轴线的径向距离比主飞行路径更小的一条喷射轨迹，则该螺旋路径距分析仪轴线的距离逐渐减小。可以通过改变该内部和/或外部的限定场的电极系统上的电压来产生一种螺旋路径。在该内部和/或外部的限定场的电极系统上的电压被保持恒定的情况下，该内部喷射轨迹遵循一种非圆形路径。该内部喷射轨迹的螺旋的或非圆形的路径在一个E点处从主飞行路径中引导带电粒子。喷射时的螺旋的或非圆形的路径可能在这些反射镜之一中经历一个转折点。

该带电粒子束可能在一个W点处离开该螺旋的或非圆形的路径。该内部喷射轨迹的螺旋的或非圆形的路径可能例如延伸至该内部喷射轨迹的、在W点处的一个非螺旋形或非圆形的部分，这些带电粒子在W点处或附近可能被或可能不被一个带电粒子装置偏转和/或加速。在某些实施方案中，这些带电粒子在一个方向上行进而抵达W点，使得无需偏转或加速。在其他优选实施方案中，使用了带电粒子偏转器来改变W点的射束的方向。更优选使用在射束的每侧的一对电偏转板，这归因于它们有利的射束光学特性以及紧凑的尺寸。带电粒子在W点处或附近的偏转是使得能够改变其在z轴方向上的速度，要么增大要么减小在这个方向上的速度。在某些实施方案中，这些带电粒子在无进一步径向偏转的情况下以对于进入其内部喷射轨迹的剩余部分而言正确的径向速度抵达W点。然而，在一些优选实施方案中，带电粒子可能在W点处或附近在径向r上被偏转，从而进入了该内部喷射轨迹的剩余部分。带电粒子优选在W点处或附近在圆弧方向上被偏转，从而进入了该内部喷射轨迹的剩余部分。该偏转器或加速电极在带电粒子束抵达W点的时刻被激励，并且一旦该射束已被喷射到内部喷射轨迹的剩余部分上则可能去激励。

W点可能在分析仪体积内、在该轨迹上的任何地方。在一个优选实施方案中，W点位于z＝0平面处或附近。在另一个优选实施方案中，W点位于沿纵轴的飞行路径的最大轴向外延处或附近。

在一些类型的优选实施方案中，这些粒子的动能在该射束从主飞行路径被喷射出来的点处、即在E点处或附近被改变。例如当内部喷射轨迹在分析仪主场的影响下被沿行时，可以进行使用。在动能被如此改变的实施方案中，带电粒子可能在一个喷射分析仪场的存在下沿行该内部喷射轨迹，该场可能与分析仪主场相同或不同。

在E点处或附近这些带电粒子可能被或可能不被一个带电粒子偏转器偏转。在一个优选实施方案中，这些带电粒子在一个方向上行进而抵达E点，使得当它们经历动能的改变时，它们无需偏转即进入该内部喷射轨迹。在其他实施方案中，使用了带电粒子偏转器来改变射束的方向从而进入内部喷射轨迹。

优选地，带电粒子从主飞行路径上的一个E点被喷射出并且在分析仪主场的存在下(即，内部喷射轨迹在分析仪主场的影响下被沿行)和/或在分析仪主场保持打开时沿着一条内部喷射轨迹行进。在这种方法中，优选使得内部喷射轨迹相对于分析仪的尺寸是非常短的。在一个实施方案中，这种喷射方法可以利用一个或两个反射镜的外部的限定场的电极系统的收腰部分来将离开E点之后在分析仪内的飞行路径(即，内部注入轨迹)减小到短的长度。优选地，带电粒子是穿过该收腰部分内的一个孔而被引导离开分析仪体积。在某些实施方案中，该带电粒子接收器(例如检测器)可以被定位在分析仪体积的外部并且用于分析的带电粒子可以被引导穿过一个或两个反射镜的外部的限定场的电极系统的收腰部分中的一个孔，优选地邻近一个外部带状电极组件而离开分析仪。在此情况下，该射束沿着内部喷射轨迹、穿过该外部带状电极组件中的一个孔而前进并且从主飞行路径上的E点行进了一个短的距离。一个或两个反射镜的外部的限定场的电极系统的收腰部分与该外部带状电极组件之间的距离可以是相对于分析仪的尺寸而言非常短的，例如恰恰足够长到维持这一个或多个外部的限定场的电极系统与该外部带状电极组件(被保持在真空下时)之间的电势差。因此优选地，这一个或两个反射镜的外部的限定场的电极系统的收腰部分的向内的外延可以紧密靠近该外部的带状电极组件。而且该外部带状电极组件与主飞行路径之间的距离可以相对于分析仪尺寸而言是非常短的，例如，小于分析仪的z长度的百分之几。在E点处或附近，该射束优选地被偏转而进入内部喷射轨迹。在一个优选实施方案中，一个进行所述偏转的偏转器被定位在该外部带状电极组件以及一个内部带状电极组件之一或二者上或者在其之间。该射束被偏转从而增大了该射束的径向向外速度。优选的偏转器在本文其他地方进行描述。

带电粒子束可以穿过这些反射镜的外部的限定场的电极系统之一或二者中的一个孔、或者穿过这些反射镜的内部的限定场的电极系统之一或二者中的一个孔而离开分析仪体积。该带电粒子接收器(例如检测器)优选地基本上位于分析仪体积之外。该接收器因此可以位于这些反射镜的外部的限定场的电极系统的外部、或位于这些反射镜的内部的限定场的电极系统的内部。在某些实施方案中，带电粒子通过穿过该内部或外部带状电极组件中的一个孔而离开E点。优选地该接收器被定位在这些反射镜的外部的限定场的电极系统的外部。更优选地，该接收器的至少一部分位于该外部的限定场的电极系统的外部但是在这些反射镜的外部的限定场的电极系统距分析仪轴线的最大径向外延之内，优选是通过位于这一个或两个反射镜的外部的限定场的电极系统的收腰部分的外部并且与之相邻，如将进一步描述的。

在另一个实施方案中，该接收器是位于分析仪的z轴上或与之相邻、在这一个或两个反射镜的内部的限定场的电极系统的内部。在这个实施方案中，带电粒子是穿过这一个或两个反射镜的内部的限定场的电极系统中的一个孔而被喷射出来，优选地邻近一个内部带状电极组件而离开分析仪。该射束沿着该喷射轨迹、穿过内部带状电极组件中的一个孔而前进并且从主飞行路径上的E点行进了一个短的距离。这一个或两个反射镜的内部的限定场的电极系统与该内部带状电极组件之间的距离可以是相对于分析仪的尺寸而言非常短的，例如恰恰足够长到维持这一个或多个内部的限定场的电极系统与该内部带状电极组件(被保持在真空下时)之间的电势差。而且该内部带状电极组件与主飞行路径之间的距离可以相对于分析仪尺寸而言是非常短的，例如，小于分析仪的z长度的百分之几。在E点处或附近，该射束优选地被偏转而进入内部喷射轨迹。在一个优选实施方案中，一个进行所述偏转的偏转器被定位在一个外部带状电极组件以及该内部带状电极组件之一或二者上。该射束被偏转从而增大了该射束的径向向内速度。

在存在分析仪主场的情况下沿着一个内部喷射轨迹来喷射该射束具有的优点是在喷射时不必切换这些产生分析仪主场的电势。带电粒子能够在分析仪主场的存在下从主飞行路径上的E点遵循一个短的喷射轨迹(相对于分析仪尺寸而言)行进，并且带电粒子在分析仪主场的作用下并不经受实质性的偏差，因为内部喷射轨迹很短。较短的喷射轨迹是有可能做到的，例如通过这一个或多个反射镜的外部的限定场的电极系统的收腰部分和/或通过多个带状电极组件的存在，这些组件维持了E点的区域内的分析仪主场并且允许一个或两个反射镜的外部和/或内部的限定场的电极系统非常靠近E点附近的主飞行路径，从而减小了内部喷射轨迹的长度。

可以使用不同类型的检测器，包括但不限于电子倍增器和微通道板。优选地该检测器可以检测单个离子。优选地该检测器可以具有一个动态范围，该动态范围包括对高达1000个离子/质量峰/注入或更高的单离子进行检测。优选地，该检测器包括一个转换倍增电极来将离子转换成电子以便进一步放大。更优选地，该检测器包括一个微通道板组件或次级电子倍增器，具有浮动集电区或光学去耦的收集器。也可以使用一种多通道的检测系统。如在此使用的，术语“检测器”、“检测系统”或“检测器系统”是指由一个进入的带电粒子束来产生一个可测量的信号所要求的所有部件并且可以例如包括转换倍增电极以及电子倍增装置。来自检测器、由进入的带电粒子束所产生的信号优选被用来测量粒子穿过分析仪的飞行时间。为了诊断的目的，在主飞行路径的某些点处可以使用附加的检测器。例如，可以使用像电流检测以非破坏性的方式监测高强度离子包的动力学状况。可以使用一个电荷放大器来诊断离子损失，通过直接测量或者通过测量离子产生的次级电子。

如已经描述过的，在本发明中带电粒子在被喷射或检测之前经历了相同数目的绕分析仪轴线z的轨道。当带电粒子沿分析仪的主飞行路径行进时，它们根据其飞行时间被分离并且在经历相同数目的分析仪轴线z的轨道之后，它们被喷射出来以供检测。在某些实施方案中它们在分析仪体积内被检测。替代性地，在一个优选实施方案中，它们在分析仪体积之外、更优选地在一个或两个反射镜的外部的限定场的电极系统距分析仪轴线的最大径向距离之内(例如在一个或两个反射镜的外部的限定场的电极系统的一个收腰部分外部并与之相邻)被检测。

该检测聚焦平面(是一个时间聚焦平面)可以平行于z＝0平面、或者相对于z＝0平面是倾斜的。该聚焦平面可以是弯曲的或平坦的。在一个优选实施方案中，该时间聚焦平面是基本上平坦的。优选地使用后加速来在检测之前增大带电粒子束的动能。使用这样的后加速可以改变该时间聚焦平面的角度，从而相对于z＝0平面引入或校正一种倾斜。

如以上指出的，在某些实施方案中带电粒子在分析仪体积内被检测。根据本发明的一个进一步的方面，提供了一种监测带电粒子束的方法，该方法包括以下步骤：

提供一个分析仪；致使一束带电粒子飞行通过该分析仪并且在沿一个主飞行路径绕一个分析仪轴线(z)做轨道运行的同时在轴线(z)方向上在分析仪内经历至少一次全振荡；限制该射束在飞行通过该分析仪时的圆弧散度；并且致使该带电粒子束的至少一部分被偏转离开该主飞行路径，使得它撞击在该分析仪体积内的一个检测器上。

根据本发明的另一个方面，提供了一种带电粒子分析仪，该分析仪包括：

两个相对的反射镜，每个反射镜包括沿一个轴线z伸长的、内部和外部的限定场的电极系统，该外部系统围绕该内部系统并且在其间限定一个分析仪体积，其中，当这些电极系统被电偏压时，这些反射镜产生一个电场，该电场包括沿z的多个相对电场；至少一个圆弧聚焦透镜，用于在一个带电粒子束沿一个主飞行路径绕轴线z做轨道运动的同时限制该射束在该分析仪体积内的圆弧散度；以及一个偏转器，该偏转器被安排为在使用中使该带电粒子束的至少一部分偏转离开该主飞行路径，使得它撞击在位于该分析仪体积内的一个检测器上。

根据本发明的又一个方面，提供了一种带电粒子分析仪，该分析仪包括：

两个相对的反射镜，每个反射镜包括沿一个轴线伸长的、内部和外部的限定场的电极系统，每个系统包括一个或多个电极，该外部系统围绕该内部的系统并且在其间限定了一个分析仪体积；至少一个圆弧聚焦透镜；一个位于该分析仪体积内的偏转器以及一个位于该分析仪体积内的检测器。

在某些实施方案中该偏转器也可以包括该检测器的至少一部分，例如该偏转器可以包括离子在检测过程中所撞击的这个电极表面。

在与脉冲离子源相关联的时间聚焦平面和/或与接收器相关联的时间聚焦平面位于分析仪体积之外的实施方案中，可能必须对这一个或多个时间聚焦平面与分析仪体积之间的这个或这些距离进行补偿，使得在与接收器相关联的时间聚焦平面上正确地实现时间聚焦。一种补偿方法包括使分析仪的相对的反射镜之间的距离偏移，这具有在每次振荡时逐渐地在分析仪内移置该时间聚焦平面的效果。可以设置这些反射镜的位移，使得该时间聚焦平面的净偏移致使带电粒子在与接收器相关联的时间聚焦平面上聚焦。替代性地或附加性地，另一种方法包括在带电粒子飞行穿过分析仪的过程的一部分中加速这些带电粒子。有利地，这可以在带电粒子穿过这些带状电极组件之间时在z＝0平面附近的区域内实现。这些带状电极组件可以被适当地偏压，使得带电粒子改变其在z方向上速度，或者加速或者减慢，这也造成了在每次穿过带状区域时该时间聚焦平面在分析仪内的位置的偏移。

通过限制注入的离子包的相空间，在此描述的、本发明的分析仪可以实现更高的质量分辨率。这可以通过在该质量分析仪中引入一个仅允许传输该射束的中心部分的孔而方便地实现，或者它可以通过利用散焦透镜来扩大这个束的外部部分而使它们撞击在一个现有的射束限制器(可以是分析仪结构的任何部分)上而实现。可以使用一个或多个圆弧透镜作为散焦透镜。在前者的情况下，在存在孔时始终发生传输损失。在后者的情况下，质量分辨率和相关的传输是可调节的并且从一个光谱到另一个是可切换的。

通过以此方式在分析仪内限制所传输的射束，被裁剪掉的射束部分是使质量分辨率下降的部分，无论是由于过度的能量扩展、高的角散度或者是非最佳的初始源位置。

本发明的分析仪可以连接到一个用于产生离子的离子产生装置上，任选地是经由一个或多个将离子从该离子产生装置传输至本发明分析仪的离子光学部件。用于传输离子的典型的离子光学部件包括透镜、离子引导件、滤质器、离子阱、任何类型的质量分析仪以及其他类似部件。该离子产生装置可以包括任何已知的装置，如EI、CI、ESI、MALDI等等。这些离子光学部件可以包括离子引导件等。本发明的分析仪和一个包含它的质谱仪可以用作对带电粒子进行质量分析的单独仪器，或者与一个或多个其他质量分析仪进行组合，例如在串联的-MS或MSⁿ谱仪中。本发明的分析仪可以与质谱仪的其他部件相连接，如碰撞室、滤质器、离子迁移率或差分离子迁移率光谱仪、任何种类的质量分析仪等等。例如，来自离子产生装置的离子可以经过质量过滤(例如通过一个四极杆滤质器)、被一个离子引导件(例如，多极引导件如flatapole)引导、储存在一个离子阱(例如，弯曲的线性阱或C-阱)中(这种储存可以任选地是在一个碰撞室或反应室中进行处理之后)、并且最终从该离子阱被注入本发明的分析仪中。将了解的是，可以将许多不同的部件构型与本发明的分析仪进行结合。本发明可以单独地或与其他质量分析仪一起地与一个或多个其他的分析性或分离性仪器相连接，例如像液相或气相色谱仪(LC或GC)或离子迁移率光谱仪。

根据本发明的一个进一步的方面，提供了一种飞行时间质量分析仪，包括两个相对的反射镜，每个反射镜包括沿着一个轴线伸长的、内部和外部的限定场的电极系统，每个内部的限定场的电极系统包括多个纺锤状电极，该外部系统围绕内部系统并且在其间限定了一个分析仪体积。

在本发明的这个方面进一步地提供了刚才描述的飞行时间质量分析仪，其中当这些电极系统被电偏压时，这些反射镜产生了多个相对的电场，这些电场沿着该分析仪体积沿z的一部分长度是基本上线性的。

根据本发明的一个进一步的方面，提供了一种使用分析仪来分离带电粒子的方法，该方法包括以下步骤：

致使一个带电粒子束飞行穿过该分析仪、并且在沿一个主飞行路径围绕一个或多个电极做轨道运行或在其间振荡的同时在该分析仪体积内在分析仪的一个分析仪轴线(z)的方向上经历至少一个全振荡；限制该射束在飞行通过该分析仪时的圆弧散度；并且根据这些带电粒子的飞行时间将其分离。

根据本发明的另一个方面，提供了一种分离带电粒子的方法，包括以下步骤：

提供一个分析仪，该分析仪包括两个相对的反射镜，每个反射镜包括沿一个轴线z伸长的、内部和外部的限定场的电极系统，该外部系统围绕该内部系统，其中当这些电极系统被电偏压时，这些反射镜产生一个电场，该电场包括沿z的多个相对电场；以及至少一个圆弧聚焦透镜用于在分析仪内限制一束带电粒子的圆弧散度；

致使一个带电粒子束飞行穿过该分析仪、从一个相对的反射镜到另一个进行至少一次反射、同时围绕该内部的限定场的电极系统中的一个或多个电极做轨道运行或在其间振荡、并且穿过该至少一个圆弧聚焦透镜；并且根据这些带电粒子的飞行时间将其分离。

根据本发明的又一个方面，提供了一种带电粒子分析仪，该分析仪包括两个相对的反射镜，每个反射镜包括沿一个轴线z伸长的、内部和外部的限定场的电极系统，该外部系统围绕该内部系统，其中当这些电极系统被电偏压时，这些反射镜产生一个电场，该电场包括沿z的多个相对电场；以及至少一个圆弧聚焦透镜，用于在一个带电粒子束绕这些内部的限定场的电极系统中的一个或多个电极做轨道运行或在其间振荡的同时在分析仪内限制该射束的圆弧散度。

根据本发明的一个进一步的方面，提供了一种分离带电粒子的方法，该方法包括以下步骤：

提供一个分析仪，该分析仪包括两个相对的反射镜，每个反射镜包括沿一个轴线z伸长的、内部和外部的限定场的电极系统，每个系统包括一个或多个电极，该外部系统围绕内部系统并且在其间限定了一个分析仪体积，其中当这些电极系统被电偏压时，这些反射镜在该分析仪体积内产生一个电场，该电场包括沿z的多个相对的电场，该电场沿z的绝对强度在一个平面z＝0处是一个最小值；

致使一束带电粒子飞行穿过该分析仪，在该分析仪体积内围绕这些内部的限定场的电极系统的一个或多个电极做轨道运行或在其间振荡、从一个反射镜到另一个反射镜进行至少一次反射，由此在一个反射镜内限定一个最大转折点；该电场沿z的强度在该最大转折点处是|X|，并且在z＝0平面与每个反射镜内的最大转折点之间沿z的距离的占不大于2/3的部分上，该电场沿z的绝对场强小于|X|/2；

根据这些带电粒子的飞行时间将其分离；并且

将这些具有多个m/z的带电粒子中的至少一些粒子从该分析仪中喷射出来或者对这些具有多个m/z的带电粒子中的至少一些粒子进行检测，该喷射或检测是在这些粒子已经经历了相同数目的围绕这些内部的限定场的电极系统的一个或多个电极的轨道运行或者其间的振荡之后进行的。

根据本发明的另一个方面，提供了一种带电粒子分析仪，该分析仪包括：

两个相对的反射镜，每个反射镜包括沿一个轴线z伸长的内部和外部的限定场的电极系统，每个系统包括一个或多个电极，该外部系统围绕该内部系统并且在其间限定一个分析仪体积，其中在使用中致使一束带电粒子飞行穿过该分析仪、在该分析仪体积内围绕这些内部的限定场的系统中的一个或多个电极做轨道运行或在其间振荡、同时从一个反射镜到另一个反射镜进行至少一次反射，由此在一个反射镜内限定一个最大转折点，并且其中当这些电极系统被电偏压时，这些反射镜在该分析仪体积内产生一个电场，该电场包括沿z的多个相对的电场，该电场沿z的绝对强度在平面z＝0处是最小值，并且该电场沿z的场强在该最大转折点处是X，并且在z＝0平面与每个反射镜内的最大转折点之间沿z的距离的占不大于2/3的部分上，该电场沿z的绝对强度是小于|X|/2；以及

位于该分析仪体积内的一个喷射器、或一个检测器的至少一部分，用于对应地将来自该射束的至少一些带电粒子从该分析仪体积中喷射出来或在该分析仪体积内对其进行检测，该至少一些粒子具有多个m/z，该喷射或检测是在这至少一些粒子已经经历了相同数目的围绕这些内部的限定场的电极系统的一个或多个电极的轨道运行或者其间的振荡之后进行的。

本发明在另一个独立的方面提供了一种分离带电粒子的方法，该方法包括以下步骤：

提供一个分析仪，该分析仪包括两个相对的反射镜，每个反射镜包括沿一个轴线z伸长的、内部和外部的限定场的电极系统，每个系统包括一个或多个电极，该外部系统围绕内部系统并且在其间限定了一个分析仪体积，其中当这些电极系统被电偏压时，这些反射镜在该分析仪体积内产生一个电场，该电场包括沿分析仪体积沿z的至少一部分长度是基本上线性的多个相对的电场；

使一个带电粒子束飞行穿过该分析仪、从一个反射镜到另一个反射镜进行至少一次反射、同时在分析仪体积内围绕这些内部的限定场的系统中的一个或多个电极做轨道运行或在其间振荡；

根据这些带电粒子的飞行时间将其分离；并且

将这些具有多个m/z的带电粒子中的至少一些粒子从该分析仪中喷射出来或者对这些具有多个m/z的带电粒子中的至少一些粒子进行检测，该喷射或检测是在这些粒子已经经历了相同数目的围绕这些内部的限定场的电极系统的一个或多个电极的轨道运行或者其间的振荡之后进行的。

本发明在另一个独立的方面提供了一种带电粒子分析仪，该分析仪包括：

两个相对的反射镜，每个反射镜包括沿一个轴线z伸长的、内部和外部的限定场的电极系统，每个系统包括一个或多个电极，该外部系统围绕内部系统并且在其间限定了一个分析仪体积，其中当这些电极系统被电偏压时，这些反射镜在该分析仪体积内产生一个电场，该电场包括沿分析仪体积沿z的至少一部分长度是基本上线性的多个相对的电场，并且其中在使用中致使一个带电粒子束飞行穿过该分析仪、从一个反射镜到另一个反射镜进行至少一次反射，同时在分析仪体积内围绕这些内部的限定场的系统中的一个或多个电极做轨道运行或在其间振荡；以及

位于该分析仪体积内的一个喷射器、或一个检测器的至少一部分，用于对应地将来自该射束的至少一些带电粒子从该分析仪体积中喷射出来或在该分析仪体积内对其进行检测，该至少一些粒子具有多个m/z，该喷射或检测是在这至少一些粒子已经经历了相同数目的围绕这些内部的限定场的电极系统的一个或多个电极的轨道运行或者其间的振荡之后进行的。

本发明在另一个独立的方面提供了使用一种分析仪来分离带电粒子的方法，该分析仪包括一个或多个内部的限定场的电极系统，每个系统包括一个或多个电极，该方法包括：

致使一个带电粒子束飞行穿过该分析仪并且在该分析仪内经历在分析仪的一个纵(z)轴线方向上的至少一次全振荡，同时围绕这些内部的限定场的系统中的一个或多个电极做轨道运行或在其间振荡；

其中这些带电粒子沿z以基本上恒定的速度飞行小于该振荡的总时间的一半；

根据这些带电粒子的飞行时间将其分离；并且

将这些具有多个m/z的带电粒子中的至少一些粒子从该分析仪中喷射出来或者对这些具有多个m/z的带电粒子中的至少一些粒子进行检测，该喷射或检测是在这些粒子已经经历了相同数目的围绕这些内部的限定场的电极系统的一个或多个电极的轨道运行或者其间的振荡之后进行的。

本发明在另一个独立的方面提供了一种带电粒子分析仪，该分析仪包括：

两个相对的反射镜，每个反射镜包括沿一个轴线z伸长的、内部和外部的限定场的电极系统，每个系统包括一个或多个电极，该外部系统围绕内部系统并且在其间限定了一个分析仪体积，其中当这些电极系统被电偏压时，这些反射镜在该分析仪体积内产生一个电场，该电场包括沿z轴的多个相对的电场，并且其中在使用中致使一个带电粒子束飞行穿过该分析仪、在分析仪体积内围绕这些内部的限定场的系统中的一个或多个电极做轨道运行或在其间振荡、同时在分析仪的z轴线的方向上在这些反射镜之间经历至少一次全振荡，其中这些带电粒子沿z以基本上恒定的速度飞行小于该振荡的总时间的一半；以及

位于该分析仪体积内的一个喷射器、或一个检测器的至少一部分，用于对应地将来自该射束的至少一些带电粒子从该分析仪体积中喷射出来或在该分析仪体积内对其进行检测，该至少一些粒子具有多个m/z，该喷射或检测是在这至少一些粒子已经经历了相同数目的围绕这些内部的限定场的电极系统的一个或多个电极的轨道运行或者其间的振荡之后进行的。

本发明在另一个独立的方面提供了一种对带电粒子进行飞行时间分析方法，该方法包括以下步骤：

提供一个分析仪，该分析仪包括两个相对的反射镜，每个反射镜包括沿一个轴线z伸长的、内部和外部的限定场的电极系统，每个系统包括一个或多个电极，该外部系统围绕内部系统并且在其间限定了一个分析仪体积，其中当这些电极系统被电偏压时，这些反射镜产生了沿分析仪体积沿z的至少一部分长度是基本上线性的多个相对的电场；

致使一个带电粒子束飞行穿过该分析仪、从一个反射镜到另一个反射镜进行至少一次反射、同时在该内部与外部电极系统之间围绕这些内部的限定场的系统中的一个或多个电极做轨道运行或在其间振荡；

并且在这些粒子已经经历了相同数目的围绕这些内部的限定场的系统中的一个或多个电极的轨道运行或其间的振荡之后测量这些带电粒子的飞行时间。

本发明还在另一个独立的方面提供了一种从带电粒子束中隔离选定的带电粒子的方法，该方法包括以下步骤：

提供一个分析仪，该分析仪包括两个相对的反射镜，每个反射镜包括沿一个轴线z伸长的、内部和外部的限定场的电极系统，每个系统包括一个或多个电极，该外部系统围绕内部系统并且在其间限定了一个分析仪体积，其中当这些电极系统被电偏压时，这些反射镜在该分析仪体积内产生一个电场，该电场包括沿z的多个相对的电场，该电场沿z的强度在一个平面z＝0处是一个最小值；

致使一束带电粒子飞行穿过该分析仪、在该分析仪体积内围绕这些内部的限定场的电极系统的一个或多个电极轨道运行或在其间振荡、从一个反射镜到另一个反射镜进行至少一次反射，由此在一个反射镜内限定一个最大转折点；该电场沿z的强度在该最大转折点处是X，并且在z＝0平面与每个反射镜内的最大转折点之间沿z的距离的占不大于2/3的部分上，该电场沿z的绝对场强小于|X|/2；其中该带电粒子束包括具有一个或多个m/z的选定的带电粒子以及另外的带电粒子；并且

在这些另外的粒子已经经历了相同数目的围绕这些内部的限定场的系统中的一个或多个电极的轨道运行或其间的振荡之后，通过将这些另外的带电粒子从该分析仪中喷射出来而在该分析仪体积内隔离这些选定的带电粒子。

本发明的另外的实施方案采用了在分析仪体积内产生的分析仪场以及两个相对的反射镜，该场的产生是通过将电势施加到包括两个相对的外部的限定场的电极系统以及两个相对的内部的限定场的电极系统的电极结构上，其中这些内部的限定场的电极系统包括在这些外部的限定场的电极系统内延伸的多个纺锤状的电极结构。这多个纺锤状的电极结构中的每一个基本上平行于z轴而延伸。与之前描述的实施方相同，该场在z方向是基本上线性的并且在z方向上沿主飞行路径的离子运动基本上是简谐运动。与z方向正交的离子运动可能采取多种形式，包括：围绕这些内部的限定场的电极的纺锤结构中的一个或多个做轨道运行；以及在这些内部的限定场的电极的纺锤结构中的一对或多对之间振荡。术语“围绕……做轨道运行”包括围绕这些内部的限定场的电极的纺锤结构中的每一个顺序地做一次或多次轨道运行，并且它还包括围绕这些内部的限定场的电极的纺锤结构中的多个在各自的轨道中做轨道运行，即，每个轨道包括这些内部的限定场的电极的纺锤结构中的多于一个。术语“在其间振荡”包括(在基本上平行于z轴的方向上执行基本上谐和运动的同时)在垂直于z轴的一个平面内的基本上线性的运动，并且它还包括如下运动：其中此种基本上线性的运动围绕z轴旋转，从而产生了星形的射束包络线(envelope)，这将进一步进行说明。术语“在其间振荡”还包括如下运动：其中离子距这两个内部的限定场的电极的纺锤结构中的每一个保持大致相同的距离。

以上实施方案是对以下通式的具体解：

$U(x,y,z)=\frac{k}{2}\&CenterDot;z^2+V(x,y)---\left(5a\right)$

其中k具有与离子电荷相同的符号(例如，k对于正电荷为正)并且

$\mathrm{\&Delta;V}(x,y)=-\frac{k}{2}.---\left(5b\right)$

具体地，这些解包括

$U(x,y,z)={\mathrm{\&Sigma;}}_{i=1}^N{A}_i\&CenterDot;\ln \left(f_i(x,y)\right)+\frac{k}{2}\&CenterDot;(z^2-(1-a)\&CenterDot;x^2-a\&CenterDot;y^2)+W(x,y)---\left(6a\right)$

其中

$W(x,y)=(B\&CenterDot;r^m+\frac{D}{r^m})\&CenterDot;\cos (m\&CenterDot;{\cos }^{-1}\left(\frac{x}{r}\right)+\mathrm{\&alpha;})+$

$E\&CenterDot;\exp (F\&CenterDot;x)\&CenterDot;\cos (F\&CenterDot;y+\mathrm{\&beta;})+G\&CenterDot;\exp (H\&CenterDot;y)\&CenterDot;\cos (H\&CenterDot;x+\mathrm{\&gamma;})+C---\left(6b\right)$

并且其中A_i、B、C、D、E、F、G、H是实常数并且每个f(x，y)满足

$f(x,y)=\frac{{\left(\frac{d}{\mathrm{dx}}\left(f(x,y)\right)\right)}^2+{\left(\frac{d}{\mathrm{dy}}\left(f(x,y)\right)\right)}^2}{\frac{d^2}{{\mathrm{dx}}^2}\left(f(x,y)\right)+\frac{d^2}{{\mathrm{dy}}^2}\left(f(x,y)\right)}---\left(6c\right).$

一个具体解是

f(x，y)＝(x²+y²)²-2b²(x²-y²)+b⁴            (6d)

其中b是一个常数(C.

Int.J.Mass Spectrom.Volume 287，Issues 1-3，pages 114-118(2009))。

两个相对的反射镜满足了具有具体解(6d)的方程式(6a-c)，其中每个反射镜包括沿轴线z伸长的内部和外部的限定场的电极系统，每个系统包括一个或多个电极，该外部系统围绕该内部系统。这些内部的限定场的电极系统各自包括一个或多个电极。这一个或多个电极包括基本上平行于z轴而延伸的纺锤状结构。每个纺锤状结构自身可以包括一个或多个电极。这些纺锤状结构之一可以在z轴上。附加性地或替代性地，这些纺锤状结构中的两个或更多个可以偏离z轴、典型地围绕z轴对称地布置。

按以上描述的方式可以实现圆弧聚焦。替代性地，对于存在多个内部的纺锤状结构的某些实施方案，可能不需要附加的结构来引发圆弧聚焦。提供了这种效果的实施方案包括以下情况：其中在方程式(6a-c)中有N个f(x，y)项并且其中b是具有0与1之间的不同值的b_i，从而在一个单一的外部的限定场的电极系统内提供了2N个纺锤状结构作为内部的限定场的电极系统。被引导至在这些内部的限定场的电极系统的两个电极之间(即，在两个纺锤状结构之间)振荡的带电粒子穿过或接近z轴并且抵达了另外两个纺锤状结构之间，因此可以以小的角度偏移而到达。这种角度偏移逐渐附加在另外的振荡上，从而使(垂直于z轴的运动的)振荡的平面围绕z轴偏移，产生了一个星型的束包络线。这种运动形式也同时防止了该射束在圆弧方向上扩大。

这两个相对的反射镜可以按照以上描述的方式而是不对称的。带电粒子的注入、喷射和检测可以包括以上描述的方法。

本发明的一些实施方案从以下的更多优点中获益，即，带电粒子被连贯地传输经过TOF分析仪，从而使得能够进行TOF成像或允许将包括多个来自不同起始位置的射束的一个带电粒子束送经分析仪、在时间上重叠、但是遵循不同的路径到达一个检测器平面处的不同位置，由此增大分析仪的通过量。该检测器平面可以是平坦的或弯曲的。可以采用一个检测系统来对带电粒子成像或者在这些不同的多个带电粒子束将抵达的位置处提供检测设施。在这两种情况下，该检测系统将从不同位置出发的带电粒子区分开。这个特征提供了MALDI源的直接适用，但不限于此。

在垂直于主飞行路径的这两个平面内发生了聚焦，这与仅在一个平面内发生聚焦的大多数现有技术的TOF分析仪不同。在本发明的分析仪中，在两个平面内的聚焦是由该场的固有径向聚焦特性与已经描述的装置的圆弧聚焦一起产生的。以这种方式运行的一个另外的优点是在本发明的分析仪中不存在格栅。

根据本发明的一个进一步的方面，提供了一种使用分析仪来分离带电粒子的方法，该方法包括以下步骤：

使一个带电粒子束飞行穿过该分析仪、并且在沿一个主飞行路径围绕一个或多个电极做轨道运行或在其间振荡的同时在该分析仪体积内在分析仪的一个分析仪轴线(z)的方向上经历至少一个全振荡；限制该射束在飞行通过该分析仪时的圆弧散度；并且根据这些带电粒子的飞行时间将其分离；

其中该带电粒子束包括在不同初始位置出发的带电粒子，并且其中一个对位置敏感的检测系统接收了这些带电粒子中的至少一些，从而在从不同位置出发的那些粒子之间进行区分。

根据本发明的又一个方面，提供了一种带电粒子分析仪，该分析仪包括两个相对的反射镜，每个反射镜包括沿一个轴线z伸长的、内部和外部的限定场的电极系统，该外部系统围绕该内部系统，其中当这些电极系统被电偏压时，这些反射镜产生一个电场，该电场包括沿z的多个相对电场；以及至少一个圆弧聚焦透镜，用于在一个带电粒子束绕这些内部的限定场的电极系统中的一个或多个做轨道运行或在其间振荡的同时在分析仪内限制该射束的圆弧散度；以及一个对位置敏感的检测系统。

在本发明的一个另外的独立的方面，提供了一种在质量分析仪的一个第一空间体积内抑制由于附近的带电物体的存在所导致的静电场的变形的方法，该带电物体使该静电场在该质量分析仪内的一个第二空间体积内变形，该方法包括以下步骤：

a)通过位于该质量分析仪内的一个或多个表面来实质性地包围该第二空间体积，所述表面中的至少一个被置于该第二空间体积与第一空间体积之间；

b)在该一个或多个表面上提供多个电导轨，这些导轨基本上遵循在该一个或多个表面、这些导轨以及该带电物体不存在时该静电场将产生的等电势线；

c)对这些导轨施加基本上与这些等电势线的电势相等的电势。

在不存在这些表面以及如上描述的施加了电势的导轨时，第二空间体积内的静电场的变形将延伸进入第一空间体积，从而不希望地使分析仪内的静电场在第一空间体积内变形。

在某些实施方案中该带电物体位于该质量分析仪内。在某些实施方案中该第二空间体积与该质量分析仪的一个边界邻接。优选地该静电场是归因于该分析仪内的一种四极-对数电势分布。优选地该质量分析仪是一种TOF质量分析仪或静电阱。更优选地该质量分析仪包括多个相对的静电反射镜。该一个或多个表面可以是基本上平坦的；替代性地，该一个或多个表面可以是弯曲的或折叠的或其一种组合。优选地该一个或多个表面在2个或更多个正交平面上延伸。优选地该一个或多个表面包括四个或更多个表面。优选地该一个或多个表面面向第一空间体积内。该一个或多个表面可以包含一个或多个孔以允许带电粒子或气体穿过其中传输。该一个或多个表面可以是绝缘的或半导电的。这些电导轨可以由施加在该表面的局部区域上的金属化的沉积物形成。优选地这些电导轨中的至少一些之间的表面被一个电阻性涂层覆盖。优选地该带电物体包括一个离子光学装置。更优选地该带电物体包括一个检测器或一个带电粒子源。

详细说明

为了更全面地理解本发明，现在仅通过举例方式并且参考附图来说明本发明的不同实施方案。所说明的实施方案并不限制本发明的范围。

附图说明

图1示出了用来描述本发明的特征的坐标系统以及电场强度的z相关性。

图2示出了用于本发明的不同实施方案的电极结构的示意图。

图3示意性地示出了本发明的实施方案中射束的主飞行路径的例子以及其包络线。

图4示出了在根据本发明的、带有(图4b、图4c)和不带有(图4a)圆弧聚焦透镜的一种分析仪中经历振荡的一个离子束的示意性图示，以及一个圆弧聚焦透镜的实例。

图5示意性地示出了本发明的圆弧聚焦透镜的不同实施方案以及支撑圆弧透镜或其它部件的一种装置的一个示意性实施方案。

图6示出了用于本发明的另外的不同实施方案的电极结构的示意图。

图7示出了用于本发明的不同实施方案的、具有不同的圆弧聚焦透镜排列的电极结构的示意图。

图8示意性地示出了本发明的一个偏移的圆弧透镜实施方案。

图9和10示意性地示出了将射束注入本发明的分析仪内的不同实施方案。

图11至17(但是不包括图16c和16d)示意性地示出了将射束注入本发明的分析仪内的不同实施方案。

图16c和16d示意性地示出了将射束从本发明的分析仪中喷射出来的实施方案。

图18至24(但是不包括图24c)示意性地示出了将射束从本发明的分析仪中喷射出来的不同实施方案。

图24c示意性地示出了本发明的一个实施方案，包括在不同的主飞行路径之间对该射束的多个部分进行转移。

图25示意性地示出了使用离子反射镜来转移离子源的时间焦点的一种方法。

图26示意性地示出了在本发明中检测该射束的不同实施方案。

图27示意性地示出了根据本发明用于该射束的后加速和检测的一个实施方案。

图28示出了结合有根据本发明的分析仪的分析系统的示意性图示。

图29示出了使用一个附加的检测器将离子束对齐的不同实施方案的示意性图示。

图30是一个示意图，展示了用于对本发明的分析仪进行温度补偿的一种优选系统。

图31示出了用于本发明的另外的不同实施方案的电极结构的示意图。

本发明的一个优选的实施方案使用通过方程式(1)描述的四极-对数电势分布作为分析仪主场。图2a是这样一种优选实施方案的电极结构的一个示意性横截面侧视图。分析仪10对应地包括两个相对的反射镜40、50的、对应的、内部和外部的限定场的电极系统20、30。在这个实施方案中该内部和外部的限定场的电极系统是由金涂覆的玻璃构成的。然而，可以使用不同的材料来构建这些电极系统：例如，因瓦合金(Invar)、涂覆有金属的玻璃(微晶玻璃、硼硅酸盐等)、钼、不锈钢等。该内部的限定场的电极系统20具有纺锤状的形状，并且该外部的限定场的电极系统30具有环状地包围该内部的限定场的电极系统20的桶状的形状。在这个实例中，两个反射镜的该内部的限定场的电极系统20以及该外部的限定场的电极系统30是单件式电极，这两个反射镜的这对内部电极20在z＝0平面上相邻并且电连接，并且这两个反射镜的这对外部电极也在z＝0平面90上相邻并且电连接。在这个实例中，从一个单个电极(在此也通过参考号20来提及)形成两个反射镜的内部的限定场的电极系统20并且从一个单个电极(在此也通过参考号30来提及)形成两个反射镜的外部的限定场的电极系统30。两个反射镜的内部和外部的限定场的电极系统20、30被成型为使得当一组电势被施加到这些电极系统上时，在位于该内部和外部的限定场的电极系统之间(即，区域60内)的该分析仪体积内形成一个四极-对数电势分布。形成的四极-对数电势分布导致每个反射镜40、50具有沿z的一个基本上线性的电场，这些反射镜的场沿z彼此相对。使用方程式(1)与这些电极表面自身形成该四极-对数形式的等电势的这个信息一起，计算出电极系统20和30的形状。选择常数k、C以及Rm的数值并且解出方程式的变量r或z之一作为另一个变量z或r的一个函数。对于该内部和外部电极的每一个，在另一个变量z或r为一个给定值时选择变量r或z之一的一个数值，并且使用解出的方程式来在r和z的其他值下产生该内部和外部电极20和30的大小，这限定了该内部和外部的限定场的电极系统的形状。

为了说明，在如图2a中示意地显示的分析仪的一个实例中，该分析仪具有如下参数。电极20、30的z长度(即在z方向上的长度)是380mm，即在z＝0平面周围+/-190mm。该外部电极30的内表面的最大半径位于z＝0处并且是150.0mm。该内部电极20的外表面的最大半径也位于z＝0处并且是95.0mm。该外部电极30具有0V的电势并且该内部电极20具有-2587V的电势，以便如在此所述地在带电粒子将要飞行穿过其中的该分析仪体积的影响下在该分析仪体积内产生了该分析仪主场。在此给出的电压是用于分析正离子的情况的。应当理解的是，在分析负离子的情况下将需要相反的电压。方程式(1)的这些常数的数值为：k＝1.42*10⁵V/m²，R_m＝307.4mm，C＝0.0。

在图2a中所示的实例中，两个反射镜的内部和外部的限定场的电极系统20、30是同心的，并且与分析仪轴向z 100也是同心的。这两个反射镜40、50构成了分析仪10的两个等分部分。一个径向轴示于z＝0平面90上。该分析仪是关于z＝0平面对称的。对于能够实现高的质量分辨率(例如50,000)的这种尺寸的TOF分析仪而言，这些反射镜轴线彼此的对齐状况应当是位移在数百微米之内并且角度在0.1-0.2度之间。在这个实例中，电极形状的准确度是在10微米之内。甚至在高得多的错位的情况下离子也可以在一个稳定的飞行路径上穿过该分析仪，但是质量分辨率可能降低。

图2b显示了本发明的另一个实施方案，该实施方案也使用通过方程式(1)描述的四极-对数电势分布作为分析仪主场。图2b是这样一个实施方案的电极结构的一个示意性横截面侧视图，其中类似特征具有与图2a中相同的标识符。分析仪10b对应地包括两个相对的反射镜40b、50b的、对应的、内部和外部的限定场的电极系统20b、30b。

在此，当这些特征具有相同或类似功能时，可以通过相同数字的标识符来标识它们，但是当它们在形式方面可能不同时，该标识符包含一个额外的字母；例如图2b的分析仪10b具有与图2a的分析仪10类似的功能，但是具有不同形式。

图2b的内部和外部的限定场的电极系统是由多组金属电极构成的。该内部的限定场的电极系统包括一行轴向延伸的盘25b，并且该外部的限定场的电极系统包括在一个轴向延伸的行上组装的、与盘20b同轴并且与分析仪轴线100同轴的一组环35b，这些外部环形电极35b围绕这些内部的盘25b。盘25b的外径不是等尺寸的，而是大致地遵循图2a中所示的纺锤状的、单件式的、内部的限定场的电极系统20的外径轮廓。类似地，这些环形电极35b的内径大致地遵循图2a的桶状的、单件式的、外部的限定场的电极系统30的内径轮廓。两个反射镜的内部和外部的限定场的电极系统20b、30b被成形为使得当电势被施加到这些电极系统上时，在位于该内部和外部的限定场的电极系统之间(在区域60b内)的该分析仪内形成一个四极-对数电势分布。形成的四极-对数电势分布导致每个反射镜40b、50b具有沿z的一个基本上线性的电场，这些反射镜的场沿z彼此相对。电极系统20b和30b的这些盘和环的形状对应地允许一组电势在体积60b内生成该四极-对数电势分布，这组电势包括施加到所有盘25b上的仅一个单个电势以及施加到所有环35b上的另一个单个电势。由于形成这些电极系统的盘25b和环35b的不连续的性质，体积60b中该四极-对数电势分布可能不是完美的。组成该内部的限定场的电极系统20b的盘以及包括该外部的限定场的电极系统30b的环越多，体积60b内四极-对数电势分布越好。总体上，体积60b内电势分布的缺陷越小，由该分析仪可实现的最大质量分辨率越高。对应地在每个环形电极35b之间以及每个盘式电极25b之间留下了小的间隙31b和21b。这些间隙优选地比到主飞行路径之上的最近点的距离小至少两至三倍。图2b中分析仪10b的结构具有以下优点，即可以使用简单的机加工方法形成该内部和外部的限定场的电极系统。

图2c以一个示意性横截面侧视图显示了本发明的另一个实施方案。图2d通过进行切除以一个示意性等距视图显示了围绕图2c的实施方案的z＝0平面的一个中心部分。类似特征被给予与图2a中相同的标记。盘式电极25c和环形电极35c对应地组成内部和外部的限定场的电极系统20c和30c，并且形成相对的反射镜40c和50c。反射镜40c和反射镜50c是关于平面z＝0对称的并且形成分析仪10c。盘式电极25c的外径都具有相同尺寸。环形电极35c的内径都具有相同尺寸。这个实施方案再次在体积60c内采用了通过方程式(1)描述的四极-对数电势分布，因为对于每个反射镜而言，在这个实施方案中施加到这些限定场的电极上的这组电势包括不同的电势：不同的电势被施加到每个盘上，并且不同的电势被施加到每个环上，选择这组电势来产生该四极-对数电势分布。理想的四极-对数电势分布的理论等电势在沿电极20c和30c的长度上的一系列点上对应地与该内部和外部电极系统20c和30c相遇。为了产生需要的四极-对数电势分布，操作包括该内部的限定场的电极系统20c的单独的盘式电极25c以及包括该外部的限定场的电极系统30c的单独的环电极35c从而具有一个电势，该电势在它们相交处匹配不同的等电势。间隙21c和31c将盘25c和环35c对应地分开，并且优选地至少比到该主飞行路径之上的最近点的距离小两倍至三倍。捕获体积60c的末端被多个末端电极62c封闭(仅在图2c中显示)，而不是开放的(如图2a和图2b中)。电极62c定义了在距z＝0平面最远的区域中的场并且包括一系列径向延伸的同心的环形电极，这些电极位于该内部的限定场的电极系统20c与该外部的限定场的电极系统30c的对应末端之间。理想的四极-对数电势分布的理论的等电势在从z轴线径向地间隔开的一系列点处与电极62c相遇。为了进一步限定在距z＝0平面最远的区域中的场，操作这些单独的电极62c从而具有多个电势，这些电势与在它们相交处的不同的等电势相匹配。与不存在电极62c时可能发生的情况相比较，这些电极的存在允许分析仪10c在z长度上更短，从而在体积60c内获得四极-对数电势分布的相同的准确度。

在图2e和2f中以示意性横截面侧视图的形式显示了两个另外的实施方案。这两个实施方案也都使用通过方程式(1)描述的四极-对数电势分布并且两者都具有这些包含多组分离电极的内部和外部的限定场的电极系统中的一个或多个。类似特征以类似于图2a、2b以及2c的方式来标记。图2e使用了一组盘式电极25e(所有这些都具有相同的外径)来组成两个相对的反射镜40e和50e的内部的限定场的电极系统20e。它使用一组环形电极35e(所有都具有相同的内径)来组成这两个相对的反射镜40e和50e的外部的限定场的电极系统30e，并且该外部的限定场的电极系统30e进一步包括环形电极36e。环形电极36e被成形为用来帮助限定在距z＝0平面最远的区域中的场，从而允许分析仪10e在不使用一组环形电极(例如图2c中标记为62c的那些)的情况下，在这些区域中实现所希望的场准确度。图2f的实施方案使用一个单一外形的内部的限定场的电极系统20f来形成相对的反射镜40f和50f的内部的限定场的电极系统。反射镜40f和50f的外部的限定场的电极系统30f包括一组环形电极35f(都具有相同内径)。类似于图2c中电极62c的电极62f起到类似功能从而更好地限定了在距z＝0平面最远的区域中的场。图2e和2f说明了能够以组合方式使用多种结构来组成本发明的分析仪的内部和外部的限定场的电极系统；本领域普通技术人员可以想见其他的组合。

使用多个电极系统(例如图2中所示)，这两个相对的反射镜可以各自由不同形状的电极系统形成并且这些电极系统在平面z＝0中不是对称的，但仍然产生在平面z＝0中对称的相对的场。替代性地，如下面将进一步说明的，无论该电极系统是否对称，为了得到进一步的优点，这两个相对的反射镜可能不产生在平面z＝0中对称的相对的场。当在平面z＝0中这些电极系统不是对称的时，在两个相对的反射镜中平面z＝0距离这些离子的转折点可能不是等距离的。

图2a中所示的分析仪内的主飞行路径是在一个半径约100mm并且距z＝0平面的最大距离为138mm的圆柱形包络线110内。该主飞行路径包括如图3的示意图中所示的这两个反射镜之间的一个反射后的螺旋轨迹120(即该内部电极20与外部电极30之间围绕内部电极20)，其中类似部件给予与图2a中相同的标记。在本发明中，该射束的主飞行路径距z轴线的径向距离不随一次轴向振荡到另一次轴向振荡而改变。在所示的实施方案中，在再次到达其起始点之前，该主飞行路径沿着该z轴线经历18次完全振荡。沿z轴线的每次振荡都是简谐运动。图3的螺旋轨迹120显示主飞行路径好像这些反射镜的内部的限定场的电极系统不存在一样，即该主飞行路径没有被该内部的限定场的电极系统阻碍，并且存在36个分离的点，在每个点处该主飞行路径与该z＝0平面交叉(虽然在这个图中在r的末端处的那些难以分辨)。已经将该场的主要参数选择为使得该轨道(即圆弧)频率和轴向(z方向)振荡频率引起离子束在预定位置处穿过该z＝0平面(例如标记为22的那些)。在z＝0平面上该主飞行路径以55.96度向z轴线倾斜，并且在平面z＝0上以5度的间距围绕z轴线前进(即每次它通过z＝0平面)，由此在72次半振荡或反射之后到达它的起始点。在使用时，当在平面z＝0上时，遵循主飞行路径行进的离子束具有相应于3000eV动能的圆弧速度以及相应于1217.5eV动能的轴向速度。总射束能量为4217.5eV。在这个具体实施方案中，在沿z的36次全振荡之后(等于穿过该z＝0平面72次)，在再次到达其起始点之前该射束在该分析仪轴向上行进大致9.94m，这个方向是这些离子的飞行时间分离的方向。这是由于对于沿z的每次全振荡(即每次振荡的距离为138mm x2＝276mm但是有效距离为138mm x 2π＝867mm)而言这些粒子行进过该圆柱体包络线110的z长度两次(即往复地)。对于36次全振荡而言，因此行进的总有效长度是867mm x 36＝31.2m。对从这些反射镜之一的每次反射，射束围绕z轴线做轨道运行仅一次以上(即5度以上)，即对沿z轴线的每次全振荡仅两次以上(即10度以上)。

如图2a的实施方案中，图2b、2c、2e以及2f中所示的实施方案的分析仪内的飞行路径也遵循一个圆柱形包络线(如图2a中的110)。然而其他使用本发明的分析仪也是可能的，这产生了不同的飞行路径包络线形状。该主飞行路径包络线的形状的一些非限制性实例以110、111、112、113、114示意性地示于图3b中。这些包络线形状各自还可以具有例如110a、110b、110c、以及110d所示的这些横截面形状中的任何一种。

如前所述，当在该主飞行路径之上行进时，该射束是径向受限的但是在该分析仪内它的圆弧散度方面是不受限的。图4a显示了在类似于图2和3中的一个四极-对数电势分析仪中离子束410经历少于两个轴向振荡的一个示意性表示，说明了在仅小于一次轴向振荡之后该射束在该圆弧方向420上扩展。图4b表示在一个类似分析仪中的一个类似的射束460，但是其中已经结合了多个圆弧聚焦透镜组件。这些圆弧透镜组件包括处于图4c中所示的板432、434形式的两个相对的圆形透镜电极。为了清楚的目的，图4b仅显示了内板434。图4b还显示了所得到的减少后的圆弧射束扩展440。在这两种情况下该射束都从位置450开始，具有相同的射束散度。从图4a中应当理解的是，在没有圆弧聚焦的情况下该分析仪内仅非常有限的路径长度是有可能在该射束路径不重叠的情况下引起如已经说明的、喷射和检测的附带问题的。图4b说明了在圆弧方向上射束散度可以被控制，这允许远远更大数目的反射。如果存在足够的圆弧聚焦，在无重叠情况下该射束路径原则上具有无限的长度。

在图4b中示意性地所示的实例中，这些圆弧透镜430各自包括一对相对的圆形透镜电极，这些电极在该圆弧角度上以10度的间隔围绕该z＝0平面定位，以便在射束穿过该z＝0平面时进行拦截。每个透镜430的一个电极434处于与该射束相比距z轴线更小的半径处，并且同一个透镜430的相对电极432处于与该射束相比距z轴线更大的半径处，该射束通过这两个相对电极432、434之间(如图4c中所示)。为了清楚的目的，在图4b中，仅显示了处于较小半径的每一对的圆形电极434。这些相对的透镜电极434和432对应地以r＝97mm和103mm定位在圆柱形环式带状电极组件(未显示)中并且与其电绝缘(其中r＝距z轴线的半径)。处于较小半径的带式电极组件在此称为内部带状电极组件，并且处于较大半径的带状电极组件在此称为外部带状电极组件。因此这些带状电极组件在径向上紧密地位于该主飞行路径的两侧上，该飞行路径是位于r＝100mm处。下面说明带状电极组件的不同实施方案的另外的细节。这些带状电极组件中心位于z＝0平面上并且具有44mm的z长度。该内部带状电极组件是用电势U₁＝-2426.0V电偏压的，并且该外部带状电极组件是用电势U₂＝-2065.8V偏压的，在对应的带件半径上这接近于该分析仪中四极-对数电势的电势。理想地，这些带状电极组件将不是严格的圆柱体但是将遵循它们被置于其中的区域中该四极-对数电势的轮廓(等电势线)，但是在这个实例中，使用了圆柱形电极，它们是该区域中四极-对数电势的一个合理的近似。为了避免在该内部带件连接该内部电极的点处该场的步进，该内部带件被制成为在z＝0处稍微小于该内部电极的标称直径。该内部带状电极组件具有36个相等地分隔开的孔，这些孔各自具有14.9mm的直径，这些内部圆弧透镜电极434被安装在其中；并且外部带状电极组件具有36个相等地间隔开的孔，这些孔各自具有16.0mm的直径，这些外部圆弧透镜电极432被安装在其中。在替代实施方案中，围绕该分析仪轴线z的位置处可以不存在这些圆弧透镜电极，在该轴线处放置偏转器来进行注入和喷射。在一些优选的实施方案中，当用偏转电势进行激励时，这些圆弧透镜本身可能作为偏转器起作用。在这个实例中，这些内部透镜电极434具有13.0mm的直径并且这些外部透镜电极432具有13.8mm的直径。这些透镜电极被安装在这些带状电极组件之内在绝缘体之上，由此这些绝缘体使这些透镜电极从这些带状电极组件绝缘。在其他实施方案中，这些透镜电极可以是该带状电极组件的一部分。

施加到该带状电极组件上的电势可以独立于该内部和外部的限定场的电极系统或这些透镜电极上的电势而改变，这样使得该射束满足下面的条件：(i)该射束距z轴线的径向距离不随一次轴向振荡至另一次轴向振荡而改变；(ii)这些轴向振荡的半个周期相应于在z＝0平面上10度的圆弧旋转角度，这样使得当该射束通过z＝0平面时它的中心定于每个圆弧聚焦透镜430上。

在圆弧方向

上该射束的空间扩展将不超过圆弧透镜430的透镜电极434，432的直径，这样使得不引起大的高阶偏差。这对施加到这些透镜电极上电势规定了一个下限。施加到这些透镜电极上的大的电势也应被避免，这样使得不产生分析仪主场的变形。在这个实例中，该离子束对于在该圆弧方向上高达+/-5mm的射束扩展是稳定的。在更大的扩展时，这些圆弧透镜的二阶偏差变得显著并且在这些反射镜中多次反射之后，一些离子可能扩展到这些圆形透镜电极432、434之外。这些圆弧透镜430还一定程度地影响了在径向上的离子束轨迹，这在该径向上引入了一定的射束扩宽作用，对于具有更大的初始位移而径向地开始它们的轨迹的那些离子而言出现了更大的射束扩宽。例如，在r＝100.5mm处开始它们的轨迹的离子被径向地保留在大致+/-1mm内，但是在r＝101.0mm处开始它们的轨迹的粒子被径向地保留在大致+/-3.5mm内。射束径向地扩宽可能导致在这些分析仪反射镜中在多次反射之后的离子损失，并且如果在径向方向上该离子束的初始空间范围是足够大时，这些圆弧透镜的设计必须考虑到这一点。初始离子能量扩展还影响这些圆弧透镜的聚焦。在这个实例中，在z方向上在27次全振荡之后，高达+/-1％的相对能量扩展ΔE/E、高达+/-0.3mm的径向扩展以及高达+/-5mm的圆弧扩展可以提供仅约20％传输损失，并且具有超过80,000的分辨能力(对于具有可以忽略不计的时间扩展的初始离子包而言)。

本发明的另一个实例(实例B)使用一个与上述(实例A)类似的分析仪，但是使用了一些常数、尺寸以及电势的替代值。表1显示了这两个实例之间常数、尺寸以及电势不同，对于这两个实例而言所有其他值是相同的，并且是如上详述的。

参数	实例A	实例B
			内部电极外表面的最大半径	95.0mm	97.5mm
外部电极电势	0V	0V
			内部电极电势	2,587V	2,060.74V
k	1.42*105V/m2	1.54*105V/m2
			Rm	307.4mm	296.3mm
主飞行路径距z＝0平面的最大距离	138mm	125.6mm
			主飞行路径相对于z轴线的倾斜度	55.96度	57.5度
在轴线(z)方向上的主飞行路径长度	9.94m	9.05m
			飞行路径的总有效长度	31.2m	28.4m
内部带状电极组件的电势	-2,426.0V	-2,060.4V
			外部带状电极组件的电势	-2,065.8V	-1,693.4V
带状电极组件的z长度	40mm	44mm
			圆弧透镜距z＝0平面的偏移距离	5mm	2.75mm

表1.

可以使用不同的圆弧透镜形状。借助在通过恰在这些圆弧透镜之一之前以及之后的、前面实例的圆形圆弧透镜电极432、434，离子在两个邻近的圆弧透镜电极附近通过并且经历来自这些邻近透镜的不对称电场。在图5a中示意性地说明了这种情况。在z方向上3次全振荡过程期间，主离子束路径200穿过该z＝0平面210。圆弧透镜220、230以及240中心在z＝0平面上。宽度+/-3mm的一个射束以250显示，并且可以看到它在透镜220和240附近通过(虽然它中心在透镜230上)。

两个更优选的圆弧透镜设计示于图5b和5c中。图5b描绘了圆弧透镜电极260、270、280，这些电极在z方向上比在圆弧方向上更窄。现在，以250显示的+/-3mm束在它通过圆弧透镜270之前和之后不再从邻近的圆弧透镜260和280附近通过。图5c描绘了合并的圆弧透镜电极，在一个带状电极组件中这些透镜电极本身变成一个成形的透镜电极组件290。由此每个成形的透镜电极组件290包括沿在z方向上的每个边缘的多个相对的弯曲部分293，它们提供该射束的圆弧聚焦。该射束在每次行程上通过两个圆弧透镜电极291和292。为得到给定的圆弧聚焦而需要施加的电势得以降低，并且施加到所有圆弧透镜电极上的这种较低的电势造成邻近圆弧透镜电极更少地影响该射束。这种设计也具有以下优点，即一阶偏差低于图5b中实例的情况。图5b和5c的透镜的以mm计的典型尺寸示于图5d的和5e中，适合用于结合到图1和图2的分析仪中。图5f说明了圆弧聚焦透镜的一个另外的实施方案，其中将该聚焦透镜的概念(作为成形的透镜电极组件300)与一种偏移一起使用(即在该透镜组件的、沿z方向上每个边缘的相对弯曲部分在该圆弧方向上彼此偏移开)，从而将这些透镜电极的弯曲部分定位为与该主飞行路径对齐。在图5g中示意性地说明了又一个另外的实施方案，其中使用了像素电极310的一个阵列。将不同的电势施加到这些像素电极上，这样产生了等电势320并且使该电极作为圆弧聚焦透镜起作用。这个实例具有以下优点，即只要给定足够数目以及密度的像素，可以产生任意的透镜电极形状并且可以得到不同的透镜特性。

对于上面给出的圆弧聚焦透镜实例使用带状电极组件来支持这些透镜电极(如已经说明的)。该内部带状电极组件由两个反射镜的、单个的内部的限定场的电极系统20来支持。该外部带状电极组件由两个反射镜的、单个的外部的限定场的电极系统30来支持。该内部带状电极组件在z＝0平面上具有仅稍微大于该内部的限定场的电极系统的半径，并且例如可以通过短的绝缘体或一个绝缘薄片方便地安装到该内部的限定场的电极系统上。然而，该外部带状电极组件20在z＝0平面上具有一个显著地小于该外部的限定场的电极系统的半径。为了辅助该带状电极的安装，优选地改变该外部的限定场的电极系统结构20。图6中给出了用于安装带状电极组件的、优选的外部的限定场的电极结构的一个示意图。图6a和6b对应地显示了两个反射镜的、对应的、内部和外部的限定场的电极系统600、610的横截面侧视图以及切除透视图。该外部的限定场的电极系统610在该z＝0平面附近区域处具有直径减小的一个收腰部分620。图6c显示了该分析仪的一个示意性侧视图横截面，其中可以看到的是当该外部的限定场的电极系统610在620收腰时，电极导轨630的一个阵列被定位在朝向该分析仪内部的不同径向位置处。这些电极导轨被适当地电偏压，这样使得它们抑制该外部的限定场的电极系统的收腰部分对该分析仪内其他地方的四极-对数电势分布的变形作用。作为替代方案，能够以例如适当的电阻性涂层、或其他可设想的电极装置来替换电极导轨的阵列。如在此所述的，由于它们的功能，用于抑制主场变形的电极导轨的阵列、电阻性涂层或其他电极装置形成了与它们相关联的反射镜的外部的限定场的电极系统的一部分。使用该外部的限定场的电极系统的收腰部分620的内部表面640来支持该外部带状电极660，该外部带状电极进而支持如前面说明的圆弧透镜电极。然后可以方便地将内部和外部带状电极组件650和660分别地从该内部和外部的限定场的电极系统600、610对应地安装在该分析仪内。可以从该内部和外部的限定场的电极系统600、610通过短的绝缘件或一个绝缘薄片来安装带状电极组件650和660。在图6c的实例中，内部和外部带状电极组件650、660两者都被弯曲以遵循它们所在处的四极-对数电势等电势的轮廓，虽然可以使用更简单的圆柱形截面。

如前面说明的，内部和外部带状电极组件两者可以由印刷电路板形成，并且优选地这可以是柔性的印刷电路薄片材料，其中这些带件与圆弧聚焦透镜电极和偏转器电极一起制造。这样一种柔性印刷电路薄片材料典型地是非常薄的。这是有利的，因为一旦首先在真空中加热，该材料基本上完全排气并且此后保持稳定的低排气特征。这类柔性薄片可以在不同点上得到支持并且通过粘合材料保持就位。为了降低来自胶的排气负载进入高真空的分析仪区域中，可以使用一个隔板系统(如图5h中所示)。在这个图中，通过粘合剂265将带件255支持在支撑构件266上。隔板系统267将真空区域268(它可以例如是处于10^-6mbar)与真空区域269(它可以是例如10^-9mbar)分隔开。通过隔板系统267将来自粘合剂265的排气引导离开真空区域269朝向真空区域268，从而确保来自该粘合剂的气体负载不增加真空区域269的压力。这种类型的安排可以用于针对真空内离子光学系统的其他部件的类似目的。

可以将用于支持圆弧聚焦透镜的电极组件定位在该分析仪内主飞行路径附近的任何地方。图6d中示意性地显示了图6c中所示实施方案的一个替代实施方案。在这个实施方案中，支持圆弧透镜的一个单个的带状电极组件670被定位在该主飞行路径附近、在转折点之一处。图6d显示了分析仪的一个侧视横截面以及该带状电极组件670沿z轴线的一个视图两者，其中圆弧透镜电极675围绕该分析仪轴线z相等地隔开。在这个实例中仅显示了八个圆弧透镜电极675，在其他实施方案中可以存在更多或更少；优选地对于该主飞行路径沿该分析仪轴线z的每次全振荡而言，在相邻的圆弧透镜电极之间将存在一个空隙，这样使得每次该射束到达该带状电极组件附近的转折点时发生射束的圆弧聚焦。在这个实施方案中射束包络线是一个圆柱体680。支持该圆弧透镜675的带状电极组件670包括具有一个中心孔的盘形板，该内部的限定场的电极系统600的末端通过该孔。电极导轨671被安装在该带状电极组件670上，处于绝缘。将适当的电偏压给予这些电极导轨671中的每一个来减小在该带状电极组件670附近分析仪主场的变形，这样使得它们以类似于与图2c相关联地显示和说明的末端电极62c的使用方式来工作。

图6e是本发明另一个实施方案的示意性横截面侧视图，其中这两个相对的反射镜在它们的结构上不是对称的。反射镜45包括一个单件式、圆柱形对称的、内部的限定场的电极系统46以及一个单件式、圆柱形对称的、外部的限定场的电极系统47(都是关于z轴线对称的)，当电偏压时它们在该内部和外部的限定场的电极系统之间的空间中产生一个四极-对数电势分布。反射镜55包括：一个多件式的、内部的限定场的电极系统，该内部的限定场的电极系统包括一组具有恒定外径的导电盘56；以及一个多件式的、外部的限定场的电极系统，该外部的限定场的电极系统包括一组内径变化的导电环57。如与图2相关联地已经说明的，可以通过将适当的一组电势施加到电极56、57上而在反射镜55的内部和外部的限定场的电极系统之间的空间中形成一个四极-对数电势分布。在这个实例中，可以将一个单一的电势施加到该外部的限定场的电极系统的所有环57上，而将一组不同的电势施加到该内部的限定场的电极系统的盘56上，每个盘上施加有不同的电势。反射镜45、55在z＝0平面91附近89处邻接并且限定了一个分析仪体积97(在图6e中阴影显示)。在此使用的术语“分析仪体积”是指这两个反射镜的内部和外部的限定场的电极系统之间的体积，并且不伸展到该内部的限定场的电极系统内部的任何体积中也不伸展到该外部的限定场的电极系统的内表面外部的任何体积中。在该分析仪体积97内形成了分析仪电场。该z＝0平面91是在最低轴向电场处的平面上，即其中在该分析仪体积内在纵向(z)上该分析仪电场是处于一个最小值的。在这个实例中，z＝0平面不在包括反射镜45、55的结构的中点，也不在反射镜45、55的邻接处。内部和外部带状电极组件83、84被定位在z＝0平面91附近但是中心不在其上。在这个实施方案中，两个反射镜的外部的限定场的电极系统在这些反射镜邻接的区域中包括一个收腰部分61、63。包括一系列径向延伸的同心环的电极导轨66、67通过绝缘件(未显示)被附连到该外部的限定场的电极系统的内表面的收腰部分上，这些电极导轨在施加适当的电势时抑制了该分析仪体积97内该四极-对数电势分布的变形。在此认为电极导轨66、67形成了这两个反射镜的外部的限定场的电极系统的一部分。

图4和5中所示的圆弧聚焦透镜实例在距该分析仪轴线较大和较小的径向距离处在该射束的两侧具有相对的透镜电极。可以使用一种替代性的圆弧聚焦透镜设计，其中相对的透镜电极在该圆弧方向上被放置在该射束的两侧。在图7的示意图中给出了这种类型的透镜安排的实例。图7a显示了沿分析仪轴线z看到的一个四极-对数电势分析仪在z＝0平面中的一个截面图。该外部的限定场的电极系统700显示为在z＝0平面处收腰。在这个实例中，不使用内部带状电极组件。圆弧聚焦透镜电极710在该内部的限定场的电极系统720与该外部的限定场的电极系统700的收腰部分之间以聚焦堆叠735的方式分层，并且围绕内部的限定场的电极系统720间隔开。该堆叠可以方便地由印刷电路板(PCB)形成。这些电极可以是1.8mm厚，在每个电极之间并且例如在这些堆叠的末端电极与该内部和外部的限定场的电极系统720、700之间具有0.2mm的介电体730。在工作中，这些堆叠730之间的空隙740容纳该射束。为了清楚的目的，每个堆叠仅显示三个电极，可以使用多于或少于三个电极。而且，为了说明的目的，仅显示了12个堆叠。在实践中，可以使用多于或少于这个数目的堆叠。将电势施加到每个堆叠中的电极上，从而在空隙740内产生等电势750。施加到每个堆叠内的这些电极上的电势根据电极在该分析仪内所处位置的半径而改变。这些空隙内的电势分布使由该分析仪形成的等电势局部地变形并且这产生出圆弧聚焦。除了圆弧聚焦之外，这些电极的圆弧长度的改变也可以产生径向聚焦(如果这是希望的话)。这类形状的电极以760示于图7a中。图7b显示了与图7a中类似的透镜安排的一个替代性视图，但是每个堆叠具有更多的电极710b。电极导轨770的一个阵列面向分析仪内部定位(类似于图6中630所示)。这些电极导轨被适当地电偏压，这样使得它们抑制该外部的限定场的电极系统700的收腰部分对该分析仪内其他地方的四极-对数电势分布的变形作用。这些堆叠780的z高度优选地是在1mm至4mm之间。为了在远离该z＝0平面的z位置处使该分析仪的多个邻近部分从施加到每个聚焦堆叠730内的电极上的电势中屏蔽，可以将这些电极710b和聚焦堆叠730夹在两个附加的屏蔽堆叠790之间。堆叠790也具有多个电极，但是这些电极被偏压以匹配该分析仪主场的等电势，这限制了这些聚焦堆叠电极710b对z＝0平面的区域的影响。

可以通过将该分析仪内的内部的限定场的电极系统或其他电极适当地成形来生成圆弧聚焦透镜。

参考图8，示意性地显示了该圆弧聚焦透镜的优选定位。优选地，该分析仪的相对的反射镜是关于z＝0平面对称的。在这类实施方案中，当围绕z轴线做轨道运行时，通过路径200示意性显示的主离子束路径将在两个反射镜之间振荡，并且在从反射镜每次反射之后将在不同的圆弧位置处穿过z＝0平面。即，对于沿z的每个半次振荡而言(即对于从反射镜的每次反射而言)，射束围绕该分析仪轴线z以一个数量2π弧度加上一个小的角度做轨道运行，其中该小的角度＜＜2π弧度。应当理解的是在其他实施方案中，该射束可以围绕该分析仪轴线z以一个数量2π弧度减去一个小的角度做轨道运行，其中该小的角度＜＜2π弧度。因此在一个实施方案中，可以将该圆弧聚焦透镜放置在离子束穿过的z＝0平面上每个点处(如通过图8中圆弧透镜315位置所示)。为了说明，仅显示了8个这类透镜315。因此，如果将多个圆弧聚焦透镜周期性地在圆弧方向上间隔开一个角度θ弧度，其中θ＜＜2π，并且对于每个半振荡而言该射束在该圆弧方向上绕该分析仪轴线以一个角度2π+/-θ弧度做轨道运行，那么在每个半振荡之后(每次反射)该射束将在z＝0处通过一个圆弧聚焦透镜。然而，在一个更优选的实施方案中，相反地该圆弧透镜被放置在从该z＝0平面偏移一个短的距离的多个点处，在这些点该射束路径自身重叠并在相对的方向上(在任何一次振荡过程中)移动(如由图8中圆弧透镜325的位置所示)。在实例A的分析仪中从该z＝0平面的偏移可以是例如5mm，而在实例B的分析仪中是2.75mm。为了说明，在该图中仅显示了4个这样的透镜325。这具有以下优点，即每个透镜被使用两次，并且如果使用与本将用于透镜315的数目相同的透镜325，则该主飞行路径的轨迹可以被更接近地聚集在一起，由此使总飞行路径长度加倍。例如，虽然在将透镜放置在z＝0平面上的情况下在离子束的主飞行路径周围可能存在用于36个圆弧聚焦透镜的空间，但这将意味着在该射束返回到它的出发位置之前已经穿过z＝0平面36次(即从这些反射镜反射36次或在z方向上18次全振荡)。然而，在如上述将透镜偏离该z＝0平面放置的情况下，这将意味着在该射束返回到它的出发位置之前已经穿过该z＝0平面高达72次(即从这些镜反射72次或在z方向上36次全振荡)。因此，对于偏移的透镜325的情况来说，如果将多个圆弧聚焦透镜325周期性地在圆弧方向上间隔开一个角度θ弧度，其中θ＜＜2π，并且对于每个全振荡而言该射束在该圆弧方向上绕该分析仪轴线以一个角度4π+/-θ弧度做轨道运行，那么对每个全振荡该射束将通过每个圆弧聚焦透镜两次。

现在将说明将射束注入到该分析仪体积中并且到该主飞行路径上的不同实施方案。

在图9和10的示意性横截面图中说明了用于向该分析仪中进行注入的第一组方法。在第一组实施方案中，其中类似部件具有相同标记，图9a是分析仪在平面z＝0上的一个横截面视图，虽然该图也包含z＝0平面之外的一些特征。对应地显示了该内部和外部的限定场的电极系统900、910，以及该主射束的主飞行路径920的一部分。在此所述的主射束是指具有标称射束能量并且无射束散度的离子所采用的射束路径。注入轨迹930a(通过阴影线指示)是一个内部注入轨迹，它被定位在该外部的限定场的电极系统910内(即该分析仪体积内)。离子从一个外部注入轨迹940a(通过一个虚线指示)通过这些反射镜之一或(在一些实施方案中)两者的外部的限定场的电极系统910中一个孔950a进入该分析仪体积。离子沿着该注入轨迹930a在点P处行进到该主飞行路径920上。当这些离子沿注入轨迹930a移动时，在不存在该分析仪主场的情况下它们这样做，并且在这个实例中该注入轨迹是直的并且基本上从该外部的限定场的电极系统延伸到该主飞行路径上。该注入轨迹930a在点P处切向地截取主飞行路径920。图9b说明了一个也对图9a适用的注入安排，但是在沿着箭头A的方向上看的一个正交横截面侧视图中，并且显示出在本实例中离子从外部轨迹940b(图9a中的940a)，通过这些分析仪反射镜中仅一个的外部的限定场的电极系统910中的孔950b(图9a中的950a)进入该分析仪体积。在这个实例中，点P从z＝0平面移置一个距离960b，因为并不要求该注入轨迹930b在z＝0平面上与该主飞行路径920相连接(虽然它可以这样做)。这种移置可以是朝向或远离一旦开始该主飞行路径时这些离子所遇到的第一个反射镜。在这个实例中，离子以正确的能量和运动方向到达点P处从而在分析仪主场的作用下开始主飞行路径。

在例如与图9和10相关联地在此所述的某些实例以及一些其他实例中，为了简化说明，该注入是通过在该射束沿行该注入轨迹的同时将分析仪主场关闭来举例说明的。然而，应当理解的是，可以不通过使该分析仪主场关闭但是通过将注入轨迹从该分析仪主场屏蔽而替代性地实现相同的注入方法，即可以将该注入轨迹直到点P从该分析仪主场屏蔽，在这类情况下，该分析仪主场优选地在注入期间不关闭，从不需要快速切换电压的观点来看这是有利的。这两个反射镜的外部的限定场的电极系统上的电势是相同的，并且该电势(它可以是零)也被施加到该分析仪中所有电极上，使该分析仪中的体积是无场的。当该射束在点P处到达该主飞行路径920时，将该电势施加到该分析仪电极上从而产生该分析仪主场。当电势施加到该分析仪上从而产生分析仪主场时，具有沿该分析仪的主飞行路径920移动所需要的动能的带电粒子束被定向到该注入轨迹930(930a-930g)上(虽然任选地可以使用不同的动能，其中到达点P时施加一个动能改变)。在这些实例中，当该射束沿着该主飞行路径920移动时，两个反射镜的内部的限定场的电极系统上的电势是-2587V，同时两个反射镜的外部的限定场的电极系统上的是0V。当该射束沿行该注入轨迹930时，两个反射镜的内部的限定场的电极系统900上的电势被设置为0V。因此在到达点P时，当将电势施加到两个反射镜的内部的限定场的电极系统900上时，该射束经历朝向该分析仪轴线的一个加速场，它引起该射束在该分析仪内做轨道运行。为了清楚的目的，图9和10省略了如前所述的圆弧聚焦透镜以及它们的支持物带状电极安排。当该射束沿行该注入轨迹930时，这些部件上的电势也被设置为0V，并且然后当该射束到达点P时，电势恢复。该射束通过穿过该外部带状电极中的一个孔(未显示)而到达点P。

如已经说明的，当该射束沿行该注入轨迹时，通过产生与该分析仪主场不同的场就可以进行本发明的注入，该场不必要是零。

图9c说明了注入的另一个实例。图9a中的视图也适用于这个实例。在这种情况下该外部轨迹940c再次通过一个反射镜910的外部的限定场的电极系统中的一个孔950c进入该分析仪，在该点注入轨迹930c开始，并且再一次地点P不在平面z＝0上，而是以距离960c偏移。然而，在这个实例中，离子到达点P并在平行于z＝0平面的方向上行进，这不允许它们在未重新对齐的情况下进入该主飞行路径，并且将一个偏转器970提供在点P附近用来改变该射束的速度，这样使得它可以进入该主飞行路径920，从而使该射束在z方向上偏转。偏转器970被示例性地显示为一对偏转器板。该偏转增加了该射束在z方向上的速度并且降低了该射束在圆弧方向上的速度。

图9d说明了一般性情况，其中该注入轨迹930d从任何角度(即不仅是平行于z＝0平面(如图9c中所示))被导向点P。当该注入轨迹被导向为在点P处切向地截取该主飞行路径时，图9a再次适用于这些情况。对于该注入轨迹930d并不如在图9b的实例中一样与该主飞行路径对齐的所有情况而言，需要在z方向上进行偏转。偏转可以增加z速度或将它降低，这取决于该注入轨迹截取该主飞行路径的角度。相应地，可以降低或增加圆弧方向上的速度。

图10说明了第二组注入实例。类似于图9中的部件被给予相同的标识符。在这些实例中，如图10a中所示，注入轨迹930不切向地截取该主飞行路径920，但是与该切线的正交地进行截取，该图是在平面z＝0中分析仪的一个示意性的横截面视图，虽然它也包含该z＝0平面之外的一些特征。对应地显示了该内部和外部的限定场的电极系统900、910，以及该主射束的主飞行路径920。注入轨迹930e(通过阴影线指示)被定位在一个反射镜或(在一些实施方案中)两个反射镜的外部的限定场的电极系统910内部的分析仪体积中。离子从外部轨迹940e(通过虚线指示)通过该外部的限定场的电极系统910中的一个孔950e进入该分析仪。离子沿该注入轨迹930e在点E处行进到该主飞行路径920上。当这些离子沿注入轨迹930e行进时，在不存在该分析仪主场的情况下它们这样做，并且在这个实例中该注入轨迹930e是直的并且基本上从该外部的限定场的电极系统910延伸到该主飞行路径上。注入轨迹930e在点P处正交于该主飞行路径的切线而截取该主飞行路径920。图10b和10c显示了图10a使用的注入安排的一个实例的彼此正交的两个横截面侧视图，这两个视图与图10a中所示的图也是正交的。图10b是在箭头A的方向上看的横截面侧视图，并且图10c是在箭头B的方向上看的横截面侧视图。该离子束遵循一个外部轨迹940f，通过该外部的限定场的电极系统910中的孔950f，并且开始注入轨迹930f。它被一个或多个偏转器(例如扇形电场)偏转从而在该主飞行路径上(未显示)开始运动，这样使得当到达点P时该射束进入该主飞行路径920。在这种情况下，该偏转器起作用从而增加该射束在圆弧方向上的速度并且降低该射束在向内的径向上的速度。图10d说明了一般性情况，其中该注入轨迹930g被从任何角度导向点P。当在点P处该角度不等于该主飞行路径所采取的角度时，就需要偏转。

多种类型的注入还能够与图9和10中所示的情况的一种组合一起安排，其中在不存在分析仪主场的情况下该注入轨迹是以任何角度导向点P，其中该注入轨迹既不是切向地也不是在正交于该主飞行路径切线的方向上截取该主飞行路径。

当点P是位于该分析仪中的多个转折点之一处或其附近时，也可以方便地安排注入。在这种情况下，可以使用一种带状电极(例如图6d中670所示)来支持一个偏转器。

另外的注入实施方案示于图10e和10f中，这些图显示根据本发明的一个分析仪的示意性横截面侧视图，其中类似部件由前面图中使用的类似参考号标识。在图10e中，该射束通过在一个z位置处的、这些反射镜之一的、外部的限定场的电极系统910中的一个孔950j而进入该分析仪体积中，该z位置大于该反射镜中射束的最大转折点但是处于与主飞行路径距分析仪轴线相同的半径处。内部注入轨迹930k被沿行直至该射束在z＝0平面处在点P处到达该主飞行路径920，其中该射束在圆弧方向上从一个偏转器(未显示)受到一个偏转。当离子束进入该分析仪体积时，表示为A的区域(该区域由阴影虚线包围)被保持在一个电势下，该电势与当该射束在该主飞行路径上行进时所保持的电势不同。这可以方便地通过在比最大转折点更大的z位置处存在适当的场破坏(field-spoiling)或场修正电极(未显示)来实现。当该射束进入该分析仪体积中时，该场破坏或场修正电极被电偏压，这样使得区域A中的电势变形。当该射束开始其在主飞行路径上的行进时，该区域A中的电势分布被恢复到对于该射束在该稳定的主飞行路径920上继续行进所必要的程度。图10f显示了具有类似区域A的一个类似安排，但是该射束通过这些反射镜之一的外部的限定场的电极系统910中的一个孔950k以与该主飞行路径不同的半径进入该分析仪体积。在这种情况下，当该射束在点P处与该主飞行路径相遇时，该射束在径向上被额外地给予一个偏转。

图11和12的示意图中示出了使用其他注入实施方案注入到分析仪中。类似于图9中的部件被给予相同的标记。在第一组实施方案中，图11a是在平面z＝0上分析仪的一个横截面视图，虽然该平面还包含该z＝0平面之外的一些特征。对应地显示了该内部和外部的限定场的电极系统900、910，以及该主射束的主飞行路径920。注入轨迹930h(通过阴影线指示)被定位在该外部的限定场的电极系统910内的分析仪体积中。离子从一个外部轨迹940h通过这些分析仪反射镜之一或两者的外部的限定场的电极系统910中的一个孔950h进入该分析仪。离子沿着该注入轨迹930h在点S处行进到与该主飞行路径距该z轴线不同的距离990处的注入轨迹980上。当离子沿着注入轨迹930h移动时，在不存在分析仪主场的情况下它们这样做，例如将该内部和外部的限定场的电极系统900、910上的电势关闭，并且在这个实例中该注入轨迹930h因此是直的并且基本上从该外部的限定场的电极系统910延伸到在点S处的该注入轨迹980上。当到达点S时，将分析仪主场打开并且该射束在该分析仪主场的存在下沿着该注入轨迹980行进，当该射束到达在该主飞行路径开始处的点P时并且当该射束沿该主飞行路径行进时使用的场也是该分析仪主场。在这个实例中，选择离子的动能使得这些离子的注入轨迹980(由阴影虚线指示)不保持在处于距离990的路径上，但是相反地前进从而以朝向该分析仪轴线z逐渐减少的半径进行螺旋并且在点P处截取该主飞行路径。在此提及的“注入轨迹是位于与该主飞行路径不同的距离”并不表示着该注入轨迹保持在处于该距离的路径上，仅表示该射束至少前进到处于该距离的一个点。该注入轨迹980上的离子向内螺旋并且最终达到点P，但不具有用以进入在该主飞行路径的正确速度。图11b在从图11a中箭头A的方向上看的一个正交的横截面侧视图中显示了这个实例。为了清楚的目的，主飞行路径未示于图11b中，并且仅绘出了该注入轨迹980的一部分。在点S处该注入轨迹930h连接该注入轨迹980，该点可以在该分析仪内该内部和外部的限定场的电极系统900、910之间的任何地方并且在本实例中不是刚好在z＝0平面上而是在它附近。当离子在点P或其附近到达或接近该主飞行路径时，这些离子被一个偏转设备(在图11中未显示)偏转从而在远离该分析仪轴线z的径向上为这些离子提供额外的速度，此时它们能够进入该主飞行路径920。包括该偏转器组件的一半的一个电极的实例示于图12a中。z高度40.0mm的一个带状电极组件905支持该圆弧聚焦透镜组件915的一半以及该偏转器组件923的一半，它们各自设置在该带件中并且通过绝缘件935与其电绝缘。在这个实施方案中，该带状电极组件905和透镜组件915被定位在距该分析仪轴线相同半径上。所有尺寸以mm显示。图12b显示了通过该分析仪的一部分的示意性横截面侧视图，类似部件的标识符与图11中相同。两个反射镜的外部的限定场的电极系统具有一个收腰部分955。内部和外部带状电极组件965和975对应地支持对应的内部和外部偏转电极923、924。该射束以图11中所示方式沿行该注入轨迹930(未显示)到达比该主飞行路径920距该分析仪轴线z距离更大的点S，在那里射束开始该注入轨迹980k并向内螺旋从而通过偏转电极923、924之间的空隙到达该主飞行路径920上的点P。为了进行注入，偏转电极923、924仅出现在该分析仪赤道上的一个位置上。在该赤道上的其他点处，存在圆弧聚焦透镜电极996和997(仅显示其中一对)。如将进一步说明的，可以将附加的一对的偏转电极定位在赤道上从而进行该射束从该分析仪的喷射。图12b中所示的带件、透镜、以及偏转电极不是按比例绘制的并且轨迹仅是示意性表示的。为了清楚的目的，偏转器组件的偏转电极923、924和圆弧透镜电极996、997两者都是示意性显示的，以突出它们安装在其中的该带状电极组件965、975，但是在实践中，可以将这些电极设置在该带状电极组件中并且这些带状电极组件的表面和该偏转器以及透镜电极可以是平齐的。

当偏转电极923、924未被激励时，这些电极被设置为与它们附近的该圆弧透镜电极具有相同电势。当偏转电极923、924被激励时，将额外的电压施加到它们上。在使用如图12a中所示的电极的实例中，在进行激励时将额外的+200V施加到内部偏转电极923上并且将额外的-100V施加到外部偏转电极924(在图12a中未显示)上。对于图12a中的圆弧透镜电极设计915而言，该圆弧透镜电极具有与支持它们的带状电极组件相同的电势，加上一个额外的+30V。当不用于偏转时，这对偏转电极923、924还可以用于圆弧聚焦，在这种情况下将一个共同的电势置于这对的两个电极之上。类似的带状电极组件、圆弧透镜电极以及偏转电极可以用于图10的注入实施方案中。

图11c说明了注入的一个另外实施方案，并且是在平面z＝0上的分析仪的一个横截面视图，虽然该图还包含z＝0平面之外的一些特征。对应地显示了该内部和外部的限定场的电极系统900、910，以及该主射束的主飞行路径920。内部注入轨迹930i(通过阴影线指示)被定位在该外部的限定场的电极系统910内的分析仪体积中。离子从一个外部注入轨迹940i通过这些分析仪反射镜之一或两者的外部的限定场的电极系统中的一个孔950i进入该分析仪体积。这些离子在不存在该分析仪主场的情况下沿该注入轨迹930i在点S处移动到与该主飞行路径距z轴线不同距离990i的一个注入轨迹980i上。在点S处，这些带电粒子经历分析仪主场。在这个实例中，再次选择离子的动能使得这些离子的注入轨迹980i(由阴影虚线指示)不保持在处于距离990的路径上，而是相反地前进从而以朝向该分析仪轴线逐渐减少的半径进行螺旋并且在点P处截取该主飞行路径。这些离子到达点P并且不具有用以进入该主飞行路径920的正确速度。图11d以图11c中箭头A的方向上看的示意性横截面侧视图的形式显示了图11c的实例。为了清楚的目的，主飞行路径未示于图11d中，并且仅绘出了该注入轨迹980的一部分。再次，点S(在该点处该注入轨迹930连接该注入轨迹980)可以在该分析仪内在该内部和外部的限定场的电极系统900、910之间的任何地方并且在本实例中不在z＝0平面上。与图11a和11b的实施方案不同，通过位于或接近点S处的一个偏转设备(未显示)将该射束偏转从而进入注入轨迹980i。当离子在点P或其附近到达或接近该主飞行路径时，这些离子被一个偏转设备(在图11中未显示)偏转从而在远离该分析仪轴线的径向方向上为这些离子提供额外的速度，此时它们能够进入该主飞行路径920。以类似方式使用类似于图12a中所示的偏转装置。

图11e是与说明一般性情况的图11b和11d类似的示意性横截面侧视图，其中该注入轨迹930j从相对于z＝0平面的任何角度到达点S，但是仍然切向于该分析仪轴线的半径而达到点S。因此图11c适用于图11e中所示的所有情况。射束的偏转以与参考图11d所述的类似方式发生在点S和P处或附近。

图13在示意性横截面视图中说明了类似于图11和12中所示的第二组注入实施方案。类似于图9中的部件被给予相同的标识符。在这些实例中，注入轨迹930m、930n不在点S处与从该分析仪轴线至点S的距离切向地截取注入轨迹980，但是与该切线正交地进行截取，如图13a中所示，图13a是在平面z＝0上分析仪的一个示意性横截面视图，虽然它也包含该z＝0平面之外的一些特征。对应地显示了该内部和外部的限定场的电极系统900、910，以及该主射束的主飞行路径920。注入轨迹930m(通过阴影线指示)被定位在该外部的限定场的电极系统910内的分析仪体积中。离子从一个外部轨迹940m(通过一个虚线指示)通过这些分析仪反射镜之一或两者的、外部的限定场的电极系统910中的一个孔950m而进入该分析仪体积。这些离子沿着注入轨迹930m在点S处行进到注入轨迹980m上。当这些离子沿注入轨迹930m行进时，它们在不存在该分析仪主场的情况下这样做并且在这个实例中该注入轨迹930m再次是直的并且在基本上从该外部的限定场的电极系统910在点S处延伸到该注入轨迹980m上。注入轨迹930m在点S处截取正交于该注入轨迹980m的切线的注入轨迹980m。图13b和13c显示了图13a使用的注入安排的一个实例的彼此正交的两个示意性横截面侧视图，这两个视图与图13a中的视图也是正交的。图13b是在箭头A的方向上看的横截面侧视图，并且图13c是在箭头B的方向上看的横截面侧视图。通过位于点S处的一个偏转装置(未显示)来使离子束偏转，这样使得当到达点S时，该射束进入该注入轨迹980m。在这种情况下，该偏转装置起作用从而增加该射束在圆弧方向上的速度并且降低该射束在向内的径向上的速度。图13d说明了一般性情况，其中该注入轨迹930n是从任何角度导向该注入轨迹980n上的点S的。当该角度不等于在点S处由该注入轨迹采取的角度时，需要在点S处进行偏转。以类似方式使用类似于图12a中所示的偏转装置。适用于在此描述的这些类型注入的任何一种的偏转装置包括多个扇形静电场。

注入还能够以与图11和13中所示的情况的组合来安排，其中在不存在分析仪主场的情况下该注入轨迹是以任何角度导向点S，其中该注入轨迹930在点S处既不是在该注入轨迹980的切向也不是在其切线的正交方向上截取注入轨迹980。

在注入的一些实施方案中，没有注入轨迹930，即注入轨迹的基本上直的区段。用于这种类型注入的一个优选实施方案的扇形静电场的一个实例(其中没有注入轨迹930)示意性地示于图15中，其中与图9中类似的部件被给予相同的标识符。图15显示了分析仪的仅一个部分的、在平面z＝0上的一个横截面视图。在这个实例中，扇形静电场1010被定位在该分析仪体积之外但是邻近这两个反射镜的外部的限定场的电极系统的一个收腰部分620，如与图6相关联地描述的，使用该收腰部分来将该扇形静电场1010定位为距该主飞行路径920比别的方式可能出现的情况近得多。当通过在该外部的限定场的电极的收腰部分620中的一个孔时，扇形场1010将该射束偏转过45度到达点S处的注入轨迹980q上，即点S被定位在该孔处。该孔未示于图15中因为该孔在z＝0平面之外。与图16a相关联地，将对此给出进一步说明。该扇形场包括内部1020和外部1030扇形电极元件。该内部扇形电极元件具有26.0mm的半径并且该外部扇形电极元件具有34.0mm的半径。对应地显示了内部和外部的带状电极组件1040、1041。其中进入的射束沿一个外部轨迹940q在该分析仪体积外部运行并且进入该内部和外部扇形元件之间的扇形场，此时该射束偏转过45度并且行进到该注入轨迹980q上的点S上。在部分地绕该分析仪轴线z做轨道运行之后，向内螺旋的注入轨迹980q(在图15中在(x，y)坐标(80，-28)附近重新出现)是在距该分析仪轴线的一个距离处，该距离小于这些反射镜的外部的限定场的电极系统的收腰部分620的距离。然后该射束到达该主飞行路径920上的点P并且前进以遵循该主飞行路径。对应地将电势+580V和-580V施加到该外部和内部扇形元件上。在这个实施方案中这些粒子的动能(即主飞行路径在r＝100mm)是4350eV。图16a显示了图15的优选注入实施方案的分析仪的一部分的示意图，并且图16b显示了与图16a的示意性截面视图正交的一个侧视图，该侧视图还包含该横截面中没有的一些特征(例如射束)。图16a和16b显示了该分析仪的一部分，该分析仪包括内部和外部带状电极组件1040、1041，内部和外部圆弧透镜组件915、916，一个注入偏转器电极925以及一个注入扇形场1010。为了清楚的目的，图16a中未显示该外部带状电极组件1041、外部透镜组件916、外部偏转器电极926、以及该内部的限定场的电极系统610的大部分。图16b显示了外部和内部的限定场的电极系统610、600。该外部的限定场的电极系统610具有一个收腰部分620(如前面与图6相关联地描述的)并且包括一个孔1060，该孔示于图16a和16b两者中。图16b还显示了类似于图6中与轨迹630相关联地描述的电极导轨630。该孔1060被定位在该外部的限定场的电极系统的收腰部分620中，图6中所示的电极导轨630的阵列被置于其上。孔1060刺穿了该外部的限定场的电极系统的收腰部分620以及电极导轨阵列630的一部分。离子束沿一个外部轨迹940q离开该脉冲离子源(未显示)并且进入扇形场1010，在此时它被该扇形场作用从而当通过该收腰的外部的限定场的电极系统中的孔1060时在点S处在该分析仪体积内进入一个注入轨迹980q。在这个实例中，当存在分析仪主场时，注入轨迹980q被沿行。这个优选的实施方案具有非直线的内部注入轨迹(即在点S之前该分析仪体积内没有轨迹)。在沿该注入轨迹980q的绕该分析仪轴线的大致一次轨道运行之后，该射束到达该内部和外部带状电极系统1040、1041之间的点P，并且不需要通过该外部带状电极组件1041中的一个孔，因为该注入轨迹980q已经在距离该分析仪轴线的不断减小的距离上进行了螺旋并且处于该外部带状电极系统1041的半径内部(如图16b和图15中可见)。然后通过图16b中所示的注入偏转器电极925、926对该射束起作用，从而提供了一个径向速度分量来防止该射束的进一步向内螺旋，并且然后在点P处该射束进入该主飞行路径920。图16a中的虚线1070是用于指示围绕分析仪轴线采取的轨道(在注入轨迹980q或主飞行路径上)，并且不是按比例绘制的。可以看到的是，在点S处开始该注入轨迹与在点P处开始主飞行路径之间，该射束通过一个转折点(即在一个反射镜中)。在这个实例中，该主飞行路径920在该分析仪的纵轴z的方向上每次振荡通过每个圆弧透镜915两次。该注入偏转器包括类似于与图12相关联地描述的、但位于不同半径上的两个相对的电极925、926。当不用作偏转器时，可以将类似的电偏压施加到两个相对电极上从而将该偏转器转变成另一个圆弧透镜。

以这种方式使用扇形静电场(例如扇形场1010)可以提供额外的优点，即具有不同动能的离子的时间聚焦表面可以与分析仪中z为常数的表面对齐(例如z＝0或z＝0附近的一个平面)。此外，如图15中所示，可以实现扇形静电场的对齐，其中来自该扇形场的所有主要电力出现在径向以及圆弧方向上，其中极少的或没有力作用在分析仪轴线z的方向上。对于该扇形场内的所有离子而言这具有沿z维持相同路径长度的作用，并且因此不改变该分析仪内时间聚焦平面的位置或角度。

一种另外类型的注入示于图14中示意性显示的实例中。图14a和14b显示了同一个实施方案的彼此正交的两个横截面侧视图。类似于图9中的部件被给予相同的标识符。离子沿着该分析仪体积外部的一个外部轨迹940p行进并且通过一个孔950p进入该分析仪体积中。在该分析仪体积之内，它们前进到一个注入轨迹930p上，并且在点P处前进到该主飞行路径920上，在这个实例中这个点不在平面z＝0上，虽然在其他实施方案中它可以在该平面上。主飞行路径920在内部和外部环形带状电极组件(对应地是1040和1041)之间通过，这些组件与z＝0平面上的内部的限定场的电极系统900共轴并且围绕该系统。对于使射束进入该主飞行路径920而言，可能需要或可能不需要在圆弧方向上的偏转。如果需要，可以使用例如以前说明的那些中的一个偏转设备。在这个实例中，当存在与该分析仪主场不同的一个注入分析仪场时，该注入轨迹930p被沿行。当该射束到达或接近点P时，通过改变该内部和外部的限定场的电极系统900、910上的电偏压将该分析仪内的场从注入场改变成分析仪主场。该射束具有注入动能，这样使得当到达点P时，它在存在分析仪主场的情况下开始该主飞行路径920。如在本实例中所示，注入轨迹930p是直的，注入场具有比分析仪主场低得多的强度，并且该射束沿着该注入轨迹移动，与一条直线仅具有小的偏差。注入场的强度可以任选地是该分析仪主场强度的一个显著的部分，在这种情况下注入轨迹930p将显著地从直线偏离。

一个替代实施方案示意性地示于图14c中(从与图14b相同视角)。在这种情况下，该射束在分析仪主场的存在下沿着注入轨迹930r行进，但是这样做使其具有比允许它在到达点P时沿主飞行路径行进所需要的更大的注入动能。因此，使用一种减速设备从而在该射束到达点P时降低该射束的动能。在这个实例中注入轨迹930r是一个弯曲的路径。

另一种其他类型的注入示于图17中所示的实例中，它以示意性横截面侧视图显示了两个替代实施方案。类似特征具有与图6中相同的标识符。在图17a中，注入器681沿分析仪601的分析仪体积外部的一个外部轨迹940s引导离子。这些离子通过外部的限定场的电极系统610的收腰部分620中的孔950s并且此后进入分析仪601的分析仪体积中。这些离子在分析仪主场的影响下沿注入轨迹930s通过该外部带状电极组件660中的孔688在分析仪体积中继续行进，并且在点P处到该主飞行路径920上。注入轨迹930s相对于该分析仪601的尺寸是短的。一个偏转器(未显示)被安装在该内部和外部带状组件650、660上、在点P附近，并且起作用来偏转该射束，从而通过在该射束上施加一个向外的径向力使它进入该主飞行路径920。

一个替代实施方案示于图17b中。注入器681以小于该内部的限定场的电极系统600的半径被定位在该分析仪体积外部并且沿该分析仪602外部的一个外部轨迹940t引导离子。这些离子通过该内部的限定场的电极系统600中的孔685并且进入分析仪602的分析仪体积中。这些离子在分析仪主场的影响下沿注入轨迹930t通过该内部带状电极组件650中的孔689在分析仪体积中继续行进，并且在点P处到该主飞行路径920上。注入轨迹930t相对于该分析仪602的尺寸是短的。一个偏转器(未显示)被安装在该内部和外部带状组件650、660上、在点P附近，并且起作用来偏转该射束，从而通过在该射束上施加一个向内的径向力使它进入该主飞行路径690。

在图17a和17b的两个实施方案中，偏转器(如图12中所示以及已经说明的那些)适合用于在点P上或附近施加向外的或向内的径向力。在这些外部和内部带状电极组件中的这些注入偏转器以及孔688和689对应地仅需要被定位在该z＝0平面附近该分析仪中的一个圆弧位置上并与该注入器681连通，并且因此不影响该分析仪中其他地方的分析仪主场。偏转器的替代形式可以包括安装在内部和外部带状电极组件上但不整合到这一系列的圆弧聚焦透镜中的相对的电极。相反，这些电极可以定位于这些带状组件的区域上、在z方向上从该圆弧聚焦透镜上移置。

在所述的所有注入类型以及情况中，偏转可以包括在点P处或附近改变带电粒子束的动能，这样使得该射束以对在该主飞行路径上稳定前进通过分析仪而言正确的能量进入该主飞行路径。

注入的一个另外的优选的实施方案示于图17c中，该图以在发生射束注入的赤道区域中通过分析仪的截面透视图的方式显示了一个示意图。显示了外部的限定场的电极系统610的一部分，它是部分620处的收腰。该射束遵循该分析仪体积外部(即该收腰部分620外部)的外部注入轨迹940u并且进入用于偏转该射束的一个扇形电场912。该扇形场912部分地被该收腰部分620支持并且部分地被该内部的限定场的电极系统600支持。如前面实施方案中所述，一个内部带状电极组件与相关联的圆弧聚焦透镜电极一起以被支持在该内部的限定场的电极系统600的外表面上的方式存在，并且一个外部带状电极组件与相关联的圆弧聚焦透镜电极一起以被支持在该收腰部分620的内表面上的方式存在，但是为了易于说明这些未示于图中。该射束通过一个入孔914进入扇形场912，该入孔位于该外部带状电极组件以及收腰部分620的外部，并且该射束在径向r以及圆弧Φ方向上被偏转。该射束通过它的出孔916离开扇形场912，该出孔位于该外部带状电极组件660内部并且位于与主飞行路径920相同的半径上(即距z轴线相同的径向距离)，即径向地在该内部和外部带状电极组件与圆弧聚焦电极(未显示)之间。因此，该射束在开始该主飞行路径920时在点P处直接地离开扇形场912，它然后沿该主飞行路径继续前进。扇形场912未提供时间聚焦，因为在z方向上没有作用力。通过圆901a显示该分析仪体积外部的时间聚焦，并且通过圆901b显示该主飞行路径上的分析仪体积内部的时间聚焦。

使用扇形电场来将该射束直接偏转到主飞行路径上的一个优选实施方案示于通过图17d中分析仪赤道的示意性截面视图中，其中与前面图中类似的部件具有类似参考号。一个处于C阱形式的脉冲离子阱1110被定位在该外部的限定场的电极系统610外部。该C阱1110以用于注入该分析仪体积中的一个离子包的形式产生一个射束。通过箭头显示来自该C阱的离子包的注入轨迹。该离子束被由共同地以参考号1100指示的离子光学器件引导并且通过它的入孔914进入扇形电场912中。该离子包在该扇形场912的出孔916处直接地退出到该主飞行路径上，该出孔位于与该主飞行路径相同的半径上。该扇形场912部分地被该收腰部分620支持并且部分地被该内部的限定场的电极系统600支持。如前面实施方案中所述的一个内部和一个外部带状电极组件存在于该分析仪中但是在该图的截面图中未显示。

使用扇形电场的另外一个类似的优选注入实施方案示于图17e中，该图显示了该注入部件的区域中的切除侧视图的一部分。在这个视图中，C-阱1110、离子光学器件1100，扇形电场912各自都可以被清楚地看到。显示了该外部的限定场的电极系统610以及内部的限定场的电极系统600。该外部的限定场的电极系统610具有一个收腰部分620，该收腰部分围绕该离子光学器件部分，用于进行注入(由此该光学器件位于该分析仪体积之外)以及部分地支持该扇形场912。扇形场912还部分地被内部的限定场的电极600支持。到达扇形场912的入口914位于被该外部的限定场的电极610的收腰部分620围绕的、该分析仪体积外部的区域中。以这种方式，这些离子进入该扇形场912而不经历该分析仪体积内部的分析仪主场(即使该分析仪主场在该分析仪体积内部被打开)。如图17c和17d中所示的实施方案中，这些离子从C阱1110中注入并且行进通过该离子光学器件1100并且最终通过该扇形场912从而由该扇形场出口916直接地出现在该主飞行路径上。该外部的限定场的电极610的该收腰部分620的最内部的表面支持了位于该主飞行路径的半径外部的一个外部带状电极(未显示)。相对于该外部带状电极，位于该主飞行路径的半径内部的是一个内部带状电极(也未显示)。该外部和内部带状电极(未显示)支持如参考前面各图所示的该圆弧聚焦透镜(未显示)。在该分析仪体积的侧面上，该收腰部分620的径向向内定向的侧表面具有类似于前面说明的电极导轨630。这些电极导轨630将这类电压施加到它们上以便维持(在这种情况下)在该收腰部分620的表面附近的该分析仪主场的四极-对数电势。类似的电极导轨(未显示)也提供在面向分析仪体积内的扇形电场912的表面上。

如前面所述，该内部和外部的限定场的电极系统可以由玻璃制成。这类玻璃电极具有以下优点，即它们重量比金属(例如因瓦合金)更轻(玻璃密度可以是约2.5g/cm³而因瓦合金的密度是约8g/cm³)，并且成本也更低。在Orbitrap^TM静电阱中，当使用该阱的外部等分部分进行检测时，使用金属涂覆的玻璃增加了相邻电极之间电容更低的这个另外的优点。当需要在这类电极上快速切换电压时，这种特性也可以在本分析仪中得到利用。在其中内部和/或外部的限定场的电极系统是由玻璃制造的实施方案中，可以将电阻性电极结合到该玻璃中或形成在该玻璃的表面上，当电流通过它们时，它升温以用作该分析仪的烘烤加热器。

本发明的分析仪、并且尤其是该分析仪内部的分析仪体积被维持在真空下，优选地是高度真空，更优选地是超高真空，优选地小于10^-8mbar，更优选地小于10^-9mbar并且还更优选地小于10^-10mbar，从而将这些离子与可能散射该射束的残余气体之间的碰撞降至最低。用于实现这类真空的材料对于本领域普通技术人员而言是已知的。可以需要将该分析仪烘烤到温度超过80℃从而实现需要的真空。如本领域已知的，需要的真空度取决于有待在该分析仪中使用的路径长度。适合与本发明一起使用的注入器包括弯曲的线性阱，该阱已经被称为C阱。多种已知类型的注入器通常使用局部增加的气体压力从而在注入之前以碰撞方式冷却离子。为了避免该分析仪加载来自该注入器的气体，可以恰在该注入器之后使用一个附加的偏转器来将该射束从由该注入器发射的气体中偏转出来。该射束然后通过的分析仪孔被定位在来自该注入器的气体流之外，从而降低了该分析仪上的气体加载。优选地在该注入器与该分析仪之间使用一种单偏转或一种双偏转作用。该分析仪体积外部的压力可以低于该分析仪体积内部的压力并且例如该分析仪体积外部可以是10^-6mbar。

现在将说明将该射束从该主飞行路径中例如喷射到检测器和/或另一个用于进一步处理的设备的多个实施方案。

图18和19的示意图中显示了使用一个第一类型的喷射实施方案从分析仪中进行喷射。在第一组实施方案中，其中类似部件具有与图9中使用的相同标记，图18a是分析仪在平面z＝0上的一个横截面视图，虽然该平面也包含z＝0平面之外的一些特征。对应地显示了该内部和外部的限定场的电极系统900、910，以及该主射束的主飞行路径920。喷射轨迹931a(通过阴影线指示)被定位在该外部的限定场的电极系统910内(即该分析仪体积内)。离子在一个外部轨迹941a(通过虚线指示)上通过这些反射镜之一或(在一些实施方案中)两者的外部的限定场的电极系统910中的一个孔951a离开该分析仪体积。在使用时，离子沿着主飞行路径920行进(沿该路径它们可以被分离)到一个点E上，此时它们进入该喷射轨迹931a。当这些离子沿着喷射轨迹931a移动时，它们在不存在该分析仪主场的情况下这样做，并且在这个实例中该喷射轨迹是直的并且基本上从该主飞行路径延伸到该外部的限定场的电极系统上。该喷射轨迹931a在点E处切向地截取主飞行路径920。图18b说明了一个也对图18a适用的注入安排，但是在沿箭头A的方向上看的一个正交横截面侧视图中，并且显示在本实例中离子离开该分析仪体积从而通过这些分析仪反射镜的仅一个的外部的限定场的电极系统910中的孔951b(图18a中951a)开始外部轨迹941b(图18a中941a)。在这个实例中，点E从z＝0平面移置一个距离962b，因为并不要求该喷射轨迹931b在该z＝0平面上离开该主飞行路径920(虽然它可以这样做)。这种移置可以是朝向或远离在开始喷射轨迹之前这些离子所遇到的最后的反射镜。在这个实例中，这些离子以正确的能量和运动方向到达点E从而一旦该分析仪主场被去除，就进入该喷射轨迹。

在与图18和19相关联的实例以及一些其他实例中，已经通过在该射束沿行该喷射轨迹的同时将分析仪主场关闭而说明了这种喷射。然而，应当理解的是，可以不通过使该分析仪主场关闭但是通过将喷射轨迹从该分析仪主场屏蔽而替代性地实现相同的喷射方法，即可以将从点E开始的该喷射轨迹从该分析仪主场屏蔽，在这类情况下，该分析仪主场优选地在喷射期间不关闭，从不需要快速切换电压的观点来看这是有利的。这两个反射镜的外部的限定场的电极系统上的电势是相同的，并且该电势(它可以是零)也被施加到该分析仪中所有电极上，使该分析仪中的体积是无场的。当该射束在点E处到达该主飞行路径920时，该分析仪电极上的电势被切换以去除该分析仪主场。在这些实例中，当该射束沿着该主飞行路径920行进时，在实例A的分析仪中这两个反射镜的内部的限定场的电极系统上的电势是-2587V，并且在实例B的分析仪中是2046.7V，而在两个实例中在两个反射镜的外部的限定场的电极系统上的电势是0V。当该射束沿行该喷射轨迹931(931a-931g)时，两个反射镜的内部的限定场的电极系统900上的电势被设置为0V。因此当到达点E时，该射束经历了朝向该分析仪轴线的加速场的去除，这引起它在该分析仪内做轨道运行，并且该射束前进到该喷射轨迹上。为了清楚的目的，图18和19省略了如前所述的圆弧聚焦透镜以及它们的支持物带状电极安排。当该射束沿行该喷射轨迹931时，这些部件上的电势也被设置为0V。该射束离开点E并且通过该外部带状电极中的一个孔(未显示)。

如已经说明的，当该射束沿行该喷射轨迹时，通过产生与该分析仪主场不同的场可以进行本发明的喷射，该场不必要是零。

图18c说明了喷射的另一个实例。图18a中的视图也适用于这个实例。点E不在该平面z＝0上，偏移了距离962c。然而，在这个实例中，离子到达该主飞行路径920上的点E并且开始该喷射轨迹931c、在平行于z＝0平面方向上行进，从而需要重新对齐，并且一个偏转器972被提供在点E附近用于改变该射束的速度，这样使得它可以进入该喷射轨迹931c，从而使该射束在z方向上偏转。偏转器972被示例性地显示为一对偏转器板。该偏转降低了该射束在z方向上的速度并且增加了该射束在圆弧方向上的速度。在这种情况下该外部轨迹941c再次通过一个反射镜910的外部的限定场的电极系统中一个孔951c离开该分析仪，在该点处该喷射轨迹931c终止。

图18d说明了一般性情况，其中该喷射轨迹931d以任何角度离开点E(即不仅是平行于z＝0平面(如图18c中所示))。当该喷射轨迹在点E处切向地截取该主飞行路径时，图18a再次适用于这些情况。对于该喷射轨迹931d并不如它在图18b的实例中所示地与该主飞行路径对齐的所有情况而言，需要在z方向上偏转。偏转可以增加z速度或将它降低，这取决于该喷射轨迹截取该主飞行路径的角度。相应地，可以降低或增加圆弧方向上的速度。

图19说明了第二组的喷射实例。类似于图18中的部件被给予相同的标识符。在这些实例中，如图19a中所示，喷射轨迹931不切向地截取该主飞行路径920，但是与该切线正交地进行截取，该图是在平面z＝0中分析仪的一个示意性的横截面视图，虽然它也包含该z＝0平面之外的一些特征。对应地显示了该内部和外部的限定场的电极系统900、910，以及该主射束的主飞行路径920。喷射轨迹931e(通过阴影线指示)被定位在一个反射镜或(在一些实施方案中)两个反射镜的外部的限定场的电极系统910内部的分析仪体积中。离子通过该喷射轨迹931e离开该主飞行路径并且通过该外部的限定场的电极系统910中的一个孔951e由进入外部轨迹941e(通过虚线指示)而离开该分析仪体积。离子沿着该喷射轨迹931e在点E处行进离开该主飞行路径920。当这些离子沿喷射轨迹931e移动时，它们在不存在该分析仪主场的情况下这样做，并且在这个实例中该喷射轨迹931e是直的并且基本上从该主飞行路径920延伸到该外部的限定场的电极系统910上。喷射轨迹931e在点E处与该主飞行路径的切线正交地截取该主飞行路径920。图19b和19c显示了图19a适用的喷射安排的一个实例的彼此正交的两个横截面侧视图，这两个视图与图19a中所示的也是正交的。图19b是在箭头A的方向上看的横截面侧视图，并且图19c是在箭头B的方向上看的横截面侧视图。离子束遵循主飞行路径920并且在点E处被偏转器(未显示)偏转，这样使得当到达该主飞行路径920上的点E时，该射束开始喷射轨迹931f。从喷射轨迹931f该射束通过该外部的限定场的电极系统910中的孔951f并且进入外部轨迹941f。在这种情况下，该偏转器起作用从而降低该射束在圆弧方向上的速度并且增加该射束在向外的径向上的速度。图19d说明了一般性情况，其中引导该喷射轨迹931g从任何角度远离点E。当在点E处该角度不等于该主飞行路径所采取的角度时，就需要偏转。

上述类型的喷射还能够与图18和19中所示的情况的组合一起安排，其中在不存在分析仪主场的情况下引导该喷射轨迹以任何角度远离点E，其中该喷射轨迹既不是切向地也不是在与该主飞行路径的切线正交的方向上截取该主飞行路径。当点E是位于该分析仪中的多个转折点之一或其附近时，也可以方便地安排这种类型的喷射。在这种情况下，可以使用一种带状电极(例如图6d中670所示)来支持偏转器使得离子偏转出该分析仪。

图20和12c的示意图中显示了使用一个另外类型的注入实施方案从分析仪中进行喷射。类似于图9中的部件被给予相同的标记。在第一组实施方案中，图20a是在平面z＝0上分析仪的一个横截面视图，虽然该平面还包含该z＝0平面之外的一些特征。对应地显示了该内部和外部的限定场的电极系统900、910，以及该主射束的主飞行路径920。喷射轨迹931h(通过阴影线指示)被定位在该外部的限定场的电极系统910内的分析仪体积中。离子从该喷射轨迹931h沿着一个外部轨迹941h通过这些分析仪反射镜之一或两者的、外部的限定场的电极系统910中的一个孔951h离开分析仪。在使用时，在该主飞行路径上行进之后，这些离子在点E处离开该主飞行路径并且开始沿一个喷射轨迹981h朝向一个与该主飞行路径距z轴线不同的距离991h行进，并且在点W处在距离991h进入该喷射轨迹931h。当离子沿喷射轨迹931h行进时，在不存在分析仪主场的情况下它们这样做，例如其中该内部和外部的限定场的电极系统900、910上的电势关闭，并且在这个实例中该喷射轨迹931h因此是直的并且基本上在点W处从该喷射轨迹981h延伸到该外部的限定场的电极系统910。直到达到点W，将该分析仪主场打开并且在存在该分析仪主场的情况下该射束沿该喷射轨迹981h移动，当该射束在该主飞行路径920行进时也使用这个场。在这个实例中，当到达或接近该主飞行路径920上的点E时，这些离子被一个偏转设备(在图20中未显示)偏转从而在远离该分析仪轴线z的径向上为这些离子提供额外的速度，此时它们能够进入该喷射轨迹981h。

包括适当的偏转器组件的一半的一个电极的实例示于图12a中。这个实例适合于注入实施方案并且已经与上述注入相关联地进行了说明。与用于注入的相同的偏转器电极一样可以用于喷射。可以将类似的偏转电压施加到偏转电极923、924上从而如用于进行注入一样进行喷射，或者替代性地，如果在喷射期间不同的喷射轨迹将被该射束沿行，则可以施加与在注入期间被沿行的轨迹不同的电压。可以使用这类不同的喷射轨迹来使该注入器和检测器能够被定位在不同位置中。替代性地，可以提供类似于注入偏转器电极923、924的一个第二对偏转器电极，它们安装在该带状电极组件965、975上的其他地方。在将于后面说明的一个实施方案中，这样一个第二对偏转电极被定位在该注入偏转电极附近。在本实例中，将与用于注入的相同的偏转器电极用于喷射，并且如注入期间使用的相同的电压被施加到这些偏转器电极上，从而该喷射轨迹981h与注入期间所遵循的轨迹一样(虽然在相反方向上行进)。z高度40.0mm的一个带状电极组件905支持该圆弧聚焦透镜组件915的一半以及该偏转器组件923的一半，它们各自设置在该带件中并且通过绝缘件935与其电绝缘。所有尺寸以mm显示。

离子的动能使得离子的喷射轨迹981h(通过阴影虚线指示)前进从而以远离该分析仪轴线z逐渐增加的半径进行螺旋直至它到达距该分析仪轴线z一个距离991h的点W处。图20b在从图20a中箭头A的方向上看的一个正交的横截面侧视图中显示了这个实例。为了清楚的目的，主飞行路径未示于图20b中，并且仅绘出了该喷射轨迹981h的一部分。在点W处该喷射轨迹931h连接该喷射轨迹981h，该点可以在该分析仪内该内部和外部的限定场的电极系统900、910之间的任何地方，并且在本实例中不是刚好在z＝0平面上而是在它附近。

图12c显示了通过该分析仪的一部分的示意性横截面侧视图，类似部件使用与图20a和20b以及图12b中类似的标识符。两个反射镜的外部的限定场的电极系统具有一个收腰部分955。内部和外部带状电极组件965和975对应地支持对应的内部和外部偏转电极923、924。该主飞行路径920被邻近偏转电极923、924而到达点E的射束沿行，此时这些偏转电极被激励，并且该射束进入该喷射轨迹981h、围绕该分析仪轴线z以不断增加的半径进行螺旋。在这个实例中，对于注入和喷射两者而言，偏转电极923、924仅出现在该分析仪赤道上的一个位置上。在该赤道上的其他点处，存在圆弧聚焦透镜电极996和997(仅显示其中一对)。图12c中所示的带件、透镜、以及偏转电极不是按比例绘制的并且轨迹仅是示意性表示的。为了清楚的目的，偏转器组件的偏转电极923、924和圆弧透镜电极996、997两者都是示意性显示的，以突出它们安装在其中的该带状电极组件965、975，但是在实践中，可以将这些电极设置在该带状电极组件中并且这些带状电极组件的表面和该偏转器以及透镜电极可以是平齐的。

当偏转电极923、924未被激励时，这些电极被设置为与它们附近的该圆弧透镜电极具有相同电势。当偏转电极923、924被激励时，将额外的电压施加到它们上。在使用如图12c中所示的电极的实例中，当激励时，将额外的+200V施加到内部偏转电极923上并且将额外的-100V施加到外部偏转电极924(在图12a中未显示)上。对于图12c中的圆弧透镜电极设计915而言，这些圆弧透镜电极具有与支持它们的带状电极组件相同的电势，加上一个额外的+10至+30V。当不用于偏转时，这对偏转电极923、924还可以用于圆弧聚焦，在这种情况下将一个共同的电势置于这对的两个电极之上。类似的带状电极组件、圆弧透镜电极以及偏转电极可以用于图19的喷射实施方案中。

图20c说明了喷射的一个另外实施方案，并且是在平面z＝0上分析仪的一个横截面视图，虽然该平面还包含该z＝0平面之外的一些特征。对应地显示了该内部和外部的限定场的电极系统900、910，以及该主射束的主飞行路径920。喷射轨迹931i(通过阴影线指示)被定位在该外部的限定场的电极系统910内的分析仪体积中。离子从该喷射轨迹931i离开分析仪体积并且通过这些分析仪反射镜之一或两者的外部的限定场的电极系统中的一个孔951i沿行一个外部轨迹941i。这些离子在不存在该分析仪主场的情况下从位于与该主飞行路径距该z轴线一个不同的距离991i处的一个喷射轨迹981i、在点W处进入该喷射轨迹931i。当该射束到达点W时，将该分析仪主场关闭。当使用时，该离子束沿该主飞行路径920行进并且当到达点E时，激励位于或邻近点E处的喷射偏转器电极(未显示)从而在远离该分析仪轴线的径向上为这些离子提供额外的速度，此时它们能够进入该喷射轨迹981i、在存在分析仪场的情况下该轨迹围绕该分析仪轴线以不断增加的半径进行螺旋直至到达点W。图20d以图20c中箭头A的方向上看的示例性横截面侧视图的形式显示了图20c的实例。为了清楚的目的，主飞行路径未示于图20d中，并且仅绘出了该喷射轨迹981i的一部分。再次在点W处，该喷射轨迹连接该喷射轨迹981i，该点可以在该分析仪内该内部和外部的限定场的电极系统900、910之间的任何地方，并且在本实例中不在z＝0平面上。与图20a和20b的实施方案不同，通过位于或接近点W处的一个偏转设备(未显示)将该射束偏转从而进入喷射轨迹931i。

图20e是一个与说明一般性情况的图20b和20d类似的示意性横截面侧视图，其中该喷射轨迹931j从相对于z＝0平面的任何角度到达点W，但是仍然与来自该分析仪轴线的半径切向地达到点W。因此图20c适用于图20e中所示的所有情况。射束的偏转以与参考图20d所述的类似方式发生在点W和E处或附近。

图21在示例性横截面视图中说明了另一组注入实施方案。类似于图9中的部件被给予相同的标识符。在这些实例中，喷射轨迹931m、931n不在点W处与从该分析仪轴线至点W的距离相切地截取喷射轨迹981m、981n，但是与切线正交地进行截取，如图21a中所示，该图是在平面z＝0中分析仪的一个示意性横截面视图，虽然它也包含该z＝0平面之外的一些特征，。对应地显示了该内部和外部的限定场的电极系统900、910，以及该主射束的主飞行路径920。喷射轨迹931m(通过阴影线指示)被定位在该外部的限定场的电极系统910的分析仪体积中。离子沿着一个外部轨迹941m(通过虚线指示)从喷射轨迹931m通过这些分析仪反射镜之一或两者的外部的限定场的电极系统910中的一个孔951m离开该分析仪体积。在使用时，离子离开主飞行路径920，沿喷射轨迹981m在点W处行进到喷射轨迹931m上。当这些离子沿喷射轨迹931m行进时，它们在不存在该分析仪主场的情况下这样做，并且在这个实例中该喷射轨迹931m再次是直的并且基本上在点W处从该喷射轨迹981m延伸到外部的限定场的电极系统910。喷射轨迹931m在点W处与该第二喷射轨迹981m的切线正交地截取喷射轨迹981m。图21b和21c显示了图21a适用的注入安排的一个实例的彼此正交的两个示意性横截面侧视图，这两个视图与图21a中的视图也是正交的。图21b是在箭头A的方向上看的横截面侧视图，并且图21c是在箭头B的方向上看的横截面侧视图。在喷射轨迹981m的末端，离子束被定位在点W处的一个偏转设备(未显示)偏转，这样使得当到达点W时，该射束进入喷射轨迹931m。在这种情况下，该偏转装置起作用从而降低该射束在圆弧方向上的速度并且增加该射束在向外的径向上的速度。图21d说明了一般性情况，其中引导该喷射轨迹931n从任何角度远离该喷射轨迹981n上的点W。当该角度不等于在点W处该喷射轨迹981n采取的角度时，需要在点W处偏转。以类似方式使用类似于图12a中所示的偏转装置。适用于在此描述的这些类型的注入中的任何一种的偏转装置包括多个扇形静电场。

喷射还能够与图20和21中所示的情况的组合一起安排，其中在不存在分析仪主场的情况下引导该喷射轨迹以任何角度远离点W，其中该喷射轨迹931在点W处既不是与该喷射轨迹981切向地也不是在与它的切线正交的方向上截取喷射轨迹981。

图16c描绘了一个优选的喷射实施方案的示例性表示并且显示了包括一个内部带状电极安排1040、多个圆弧透镜915、一个喷射偏转器电极1080的分析仪的一部分。该图也显示了喷射偏转器元件925以及注入扇形场1010，它们与图15、16a和16b相关联地已经进行了描述，在此仅概要地说明。在这个实例中，存在两个单独的偏转器电极对，一对用于注入925、926并且一对用于喷射1080、1081，并且它们是围绕这些带状电极组件彼此邻近地定位的。图16c中显示了该内部带状电极组件1040，但是为了清楚的目的，未显示该外部带状电极组件以及外部喷射偏转器电极。如与图16a相关联地说明的，以虚线显示了注入偏转器电极925和注入扇形场1010。如图16a中所示，虚线1070是用于指示围绕分析仪轴线采取的轨道(在第二喷射轨迹或主飞行路径之一上)，并且不是按比例绘制的。图16d显示了与图16c中所示的正交一个侧视图，并且包括外部带状电极组件1041、外部喷射偏转器电极1081、类似于图6中630的那些电导轨，以及内部和外部的限定场的电极系统610、600。为了清楚的目的，图6d省略了注入偏转器以及注入扇形场。该外部的限定场的电极系统610具有一个收腰部分620，该收腰部分包括一个孔1060(如先前所述)。在这个实例中，使用定位在先前说明的、图16a中的注入偏转器925附近的喷射偏转器电极1080、1081进行喷射。相同的孔1060被用于注入和喷射两者，虽然在其他实施方案中可以使用两个分开的孔。在注入之后，该离子束开始围绕该主飞行路径上的分析仪轴线做轨道运行。对于每次轨道运行而言，在z＝0平面上该离子束位置围绕该分析仪前进2π弧度的一个分数。喷射偏转器电极1080、1081保持去激励状态并且可以被设置为与施加到带状电极组件1040、1041上相同的电势，同时该射束以这种方式前进直至该射束的前进已经使该射束超过z＝0平面上的注入偏转电极925、926并且与喷射偏转器电极1080、1081对齐。当在点E处这样对齐时，喷射偏转电极被激励并且这个离子序列的全部或部分被偏转从而进入一个喷射轨迹985。在这个实例中，当存在分析仪主场时，喷射轨迹985被沿行。喷射轨迹985从主飞行路径上的点E以距分析仪轴线逐渐增加的距离螺旋离开，并且在该分析仪轴线的大致一次轨道运行以及从相对的反射镜之一的一次反射之后，在点W处该射束通过该外部的限定场的电极系统的收腰部分中的孔1060，在一个外部轨迹945上离开分析仪，并且撞击到一个带电粒子检测器1090的一个第一元件上。点W标记了从该内部喷射轨迹985到该外部轨迹945的过渡处。在这个实施方案中，喷射轨迹985是离子束从主飞行路径至在孔1060处离开该分析仪体积而采用的唯一轨迹。在这个实例中，带电粒子检测器1090的第一元件是在平行于平面z＝0的一个平面上、位于z＝0平面附近、在一个时间焦点上并且与一个时间聚焦平面对齐。替代性地，在其他实施方案中，该点W标记了一个点，在该点处该射束从该喷射轨迹985转移到一个外部轨迹945中从而进入例如一个离子存储器或碰撞室(它们未显示)。

如先前说明的，当不用做偏转器时，可以将类似的电偏压施加到注入偏转器925、926两者的两个相对的电极和喷射偏转器电极1080、1081上从而将这些偏转器转变成额外的圆弧聚焦透镜。一旦该射束已经被成功地注入，这种方法可以与注入偏转器一起使用，这样使得当接近该检测器或喷射台时，通过这些注入偏转器电极执行额外的圆弧透镜作用。在注入期间以及之后，这种方法还可以与喷射偏转器一起使用，直至达到喷射时间。

可替代的实施方案使用两个分开的双扇形静电场之一或一个单个的双扇形静电场来进行注入和喷射。这两个实施方案具有以下优点，即离子注入器和/或离子检测器可以被定位得更加远离该分析仪轴线、在该外部的限定场的电极系统距分析仪轴线z的最大距离的外部，这允许使用更大的注入和检测系统。双扇形静电场800示于图22的示意图中。在其最简单的形式中，该双扇形静电场800包括两个扇形场801、802，扇形场801包括两个电极803、804，扇形场802包括两个电极805、806。在工作中，扇形场801将电压V1施加到电极803上，并且将电压V2施加到电极804上，而扇形场802将电压V3施加到电极806上，并且将电压V2施加到电极805上(与扇形场801的电极804相同)。射束轨迹807、808对应地前进通过扇形场801、802，并且通过扇形场801和802两者共用的一部分809。在这个实施方案中，部分809位于该分析仪附近(未显示)，射束808被注入分析仪中并且射束807从该分析仪中喷射出来。如先前所述，如果这些扇形静电场被定向为使它们在z方向上对离子束不具有显著的力(如图22中所示，其中显示了z轴线810)，则该分析仪中的时间聚焦平面的角度和位置不受影响。图22中所示的双扇形静电场可以用于从该主飞行路径、或一个次级注入/喷射轨迹进行注入和喷射。

另一种类型的喷射示于图23中示意性显示的实施方案中。图23a和23b显示了同一个实施方案的彼此正交的两个横截面侧视图。类似于图9中的部件被给予相同的标识符。离子沿该分析仪体积内的主飞行路径920行进并且当到达点E时开始喷射轨迹931p。离子通过这些反射镜910之一的外部的限定场的电极系统中的孔951p离开该分析仪体积。在这个实例中，点E不在平面z＝0上，虽然在其他实施方案中它可以在该平面上。

主飞行路径920在内部和外部环形带状电极组件(对应地是1040和1041)之间通过，这些组件与z＝0平面上的内部的限定场的电极系统900共轴并且围绕该系统。射束进入喷射轨迹931p可能需要或可能不需要在圆弧方向上的偏转。如果需要，可以使用例如以前说明的那些中的一个偏转设备。在这个实例中，当存在与该分析仪主场不同的一个喷射分析仪场时，该喷射轨迹931p被沿行。当该射束到达或接近点E时，通过改变该内部和外部的限定场的电极系统900、910上的电偏压，将该分析仪内的场从分析仪主场改变成喷射场。该射束具有的动能使得当到达点E时它在存在注入场的情况下进入喷射轨迹931p。如在本实例中所示的，喷射轨迹931p是直的，喷射轨迹具有比分析仪主场低得多的强度，并且该射束沿着该喷射轨迹移动，与直线仅具有小的偏差。喷射场的强度可以任选地是该分析仪主场强度的一个显著的部分，在这种情况下喷射轨迹931p将显著地从直线偏离。

一个替代实施方案示例性地示于图23c(从与图23b相同的视角)。在这种情况下，该射束在分析仪主场的存在下沿着喷射轨迹931r移动，但是这样具有比当沿主飞行路径920行进时所具有的动能更大的一个喷射动能。因此，使用一种加速设备从而在该射束离开点E时增加该射束的动能。在这个实例中喷射轨迹931r是一个弯曲的路径。

又另一个类型的优选喷射作用示于图24中所示的实例中，它以示意性横截面侧视图显示了两个替代实施方案。类似特征具有与图17中相同的标识符。在图24a中，当在分析仪主场的影响下时，离子遵循该主飞行路径920并且当到达点E时，通过该外部带状电极组件660中的孔688s，进入该分析仪体积中的一个喷射轨迹931s，并且到达该外部的限定场的电极系统610的孔951s，此时它们进入一个外部轨迹941s到达检测器691中。喷射轨迹931s相对于该分析仪601的尺寸是短的。偏转器(未显示)被安装在该内部和外部带状组件650、660上、在点E附近，并且起作用来偏转该射束，从而通过在该射束上施加一个向外的径向力使它进入喷射轨迹931s。

一个替代实施方案示于图24b中。检测器693以小于该内部的限定场的电极系统600的半径被定位在该分析仪体积之外。当在分析仪主场的影响下时，离子遵循该主飞行路径920并且当到达点E时，通过该内部带状电极组件650中的开口689t，进入该分析仪体积中的一个喷射轨迹931t，并且到达该内部的限定场的电极系统600的孔685t，此时它们进入一个外部轨迹941t到达检测器693中。喷射轨迹931s相对于该分析仪601的尺寸是短的。偏转器(未显示)被安装在该内部和外部带状组件650、660上、在点E附近，并且起作用来偏转该射束，从而通过在该射束上施加一个向内的径向力使它进入喷射轨迹931s。

在图24的两个实施方案中，偏转器(如图12中所示以及已经说明的那些)适合用于在点E上或附近施加向外的或向内的径向力。在这些外部和内部带状电极组件中的这些喷射偏转器以及孔688s和689t对应地仅需要被定位在该z＝0平面附近该分析仪中的一个圆弧位置上而与检测器691、693连通，并且因此不影响在该分析仪中其他地方的分析仪主场。偏转器的替代形式可以包括安装在内部和外部带状电极组件上但不整合到这一系列的圆弧聚焦透镜中的相对的电极。相反，这些电极可以定位于这些带状组件的区域上、在z方向上从该圆弧聚焦透镜上移置。

在所述的所有喷射类型以及情况中，偏转可以包括在点E处或附近改变带电粒子束的动能，这样使得该射束以用于前进的正确能量离开该主飞行路径。

应当理解的是，使用扇形场912的、图17c中所示的注入方法也可以相反地用于将该射束从该分析仪中喷射出来，即该射束将直接地从该主飞行路径以与该主飞行路径相同的半径通过一个扇形场的一个入孔进入该扇形场(与用于注入的扇形场相同或不同的扇形场)并且被该扇形场径向地偏转出该分析仪。因此，图17c适用于以反转的射束方向进行喷射。

在示意性地示于图24c中的一个另外的喷射安排中，离子最初地从该主飞行路径(例如通过定位在z＝0平面上的一个偏转器或多个加速电极)喷射出来(例如偏转)，它或它们由处于一个第一半径的一个第一圆柱形包络线920a表示，这样使得该射束移动到由处于比该主飞行路径920a更大的半径的一个第二圆柱形包络线920b表示的一个第二主飞行路径上。该主飞行路径920a被定位在内部带状电极组件650与一个第一中间带状电极组件655a之间并且通过围绕这些带件周期性地间隔开的圆弧聚焦透镜(未显示)来聚焦。该第二主飞行路径920b与该主飞行路径920a类似，也是该分析仪中的一个稳定路径，并且在该第一中间带状电极组件655a与一个第二中间带状电极组件655b之间通过。在一些实施方案中，在完成所需要数目的围绕该第二主飞行路径920b上z轴线的轨道运行之后，根据前面说明的用于检测或进一步处理离子的方法将该射束偏转出该分析仪。因为该第二主飞行路径是稳定的，该射束可以在该第二主飞行路径上再次横过该分析仪，由此显著地增加总飞行路径并且在一些实施方案中能够使通过该分析仪的飞行路径长度至少加倍，由此增加TOF分离的分辨率而不损失与封闭路径TOF相关的质量范围。在一些实施方案中，在完成所需要数目的围绕该第二主飞行路径920b上z轴线的轨道运行之后，能够将该射束偏转返回到该第一主飞行路径920a或偏转到一个处于再大的半径第三主飞行路径上(如通过圆柱形包络线920c表示的)，该第三主飞行路径在该第二中间带状电极组件655b与一个外部带状电极组件660之间行进。应当理解的是，该射束每次被偏转到一个不同的主飞行路径上，该射束的质量范围的全部或仅一部分可以如此偏转，其中剩余部分仍然留在先前的飞行路径上或被从该分析仪中喷射出来和/或检测。因此，有可能的是，将该质量范围的一个第一部分喷射到该第二主飞行路径920b上用于较高分辨率的TOF分析，同时一个第二部分被喷射出该分析仪用于检测、进一步处理或甚至进行通过该第一主飞行路径920a的一个第二行程。应当理解的是，该质量范围的多个部分可以是“停留”在不同的半径轨道中的直至它们准备好用于喷射和/或检测。为了使这些离子同时地在不同半径的主飞行路径中做轨道运行，当该射束被喷射到一个不同半径的飞行路径中时有必要改变该射束的动能，从而使不同半径的飞行路径对同一个分析仪主场而言是稳定的轨迹。如果所有这些射束都被喷射到不同半径的主飞行路径中，则有可能在改变这些离子的动能的同时保持分析仪主场恒定或者有可能保持这些离子的动能相同但是改变该分析仪主场用于不同半径的飞行路径。第二、第三等主飞行路径可以具有与优选为圆形的该第一主飞行路径不同的横截面轮廓。例如，该第二、第三等主飞行路径可以具有椭圆形横截面轮廓或如图3b中110a-d所示的轮廓之一。

替代性地或附加性地，可以同时将不同的质量范围保持在不同半径的轨道中。当这些质量范围小时，在发生任何质量重叠之前它们可以横穿该分析仪数次，从而使得在该范围内重叠质量之前能够进行多次横穿，这提供了更高的质量分辨率。平行地进行所有质量范围的质量分离。优选地首先检测包括最小质荷比离子的质量范围，因为在一个给定次数下它们将在最短的时间内完成横穿该分析仪。

对具有不同半径轨道的设备的进一步使用包括在多次横穿该分析仪之后有意地允许不同质荷比的离子彼此重叠。在这种工作模式中，可以将不同质荷比的离子注入一个给定半径的轨道中，允许这些离子横穿该分析仪多次并且一旦选定的用于喷射的包与任何邻近的包充分分离时，就以任何选定顺序一次一个地进行喷射。在这种情况下，邻近包可以包含具有非常不同的质荷比的离子。在这个实例中，可以在不同时间将多个离子包注入轨迹中，分析仪的成功工作是依赖于注入时间、注入离子的质荷比以及离子能量的信息，从而能够预测在任何给定时间处所有这些离子包将在何处进入分析仪中。替代性地，当多个包在该分析仪中该喷射或检测装置处重叠时，它们可以被同时地喷射或检测(如果希望的话)。喷射可以是到任何形式的离子接收器，像例如一种裂解装置。

优选地，从该离子源发射的离子的时间聚焦平面的位置以及该检测器位置都定位在该z＝0平面上。然而，由于与离子源相关的空间限制，这可能是无法实现的。因此，在实践中从离子源发射的离子的时间聚焦平面以及该检测器中之一或两者有可能被定位为稍微偏离该z＝0平面。可以通过在相反的z方向上移动检测器的聚焦平面来校正该源的时间聚焦平面z位置的小的改变。然而，通常不能通过在z轴线上简单地移动该时间聚焦平面来校正该离子源与该分析仪之间的距离(例如可能需要该距离以将离子从该分析仪体积之外带入该分析仪场中)。本发明可以使用两个优选方法之一来实现校正从而在检测器处得到时间焦点。第一种方法使用一个离子反射镜，该离子反射镜定位在该源的时间聚焦平面被转移到该分析仪体积中希望的位置之处，或定位在最终的振荡/旋转的时间聚焦平面被转移到检测器中之处。这是可能的，因为可以构造具有时间聚焦特性的离子反射镜。图25示意地显示了如何使用这样一种离子反射镜1200来将在其他情况下将是离子源(未显示)的时间焦点1205的物质转移得更接近该圆弧透镜915被定位在其附近或其上的、该分析仪的赤道，在位置1206处显示了转移后的时间聚焦点。第二种方法(它是更优选的)使用一种偏转器，例如其轴线平行于该仪器的z轴线的一个扇形电场。该扇形电场将该离子束偏转到该分析仪体积之外。以这样一种配置，该扇形场本身不能提供任何时间聚焦。然而，第二种方法的最大优点在于该检测器不必置于分析的场中(在其他情况下将置于其中)并且因此可以定位在该时间聚焦平面上。

如前面说明的，在一个另外的方法中，两个相对的反射镜可以被偏移得更靠近在一起从而补偿该一个或多个时间聚焦平面与该分析仪之间的距离，这样使得在与接收器相关联的时间聚焦平面上正确地实现时间聚焦。例如，可以将如实例A已经说明的分析仪(具有380mm的z长度(即+/-190mm))在总z长度上减少1.389mm，这样使得减少长度的36个全振荡对时间聚焦平面的100mm的位移进行补偿。在一个优选的实施方案中，该脉冲离子源位于该分析仪的外部、在轴向坐标35mm处、切向于距它160mm的距离处的入口点，该接收器的时间聚焦平面位于轴向坐标-20mm上，并且相对的反射镜从每侧被移动0.5mm向一起靠近(总计1mm)用来补偿31个全振荡上产生的偏差。通过将内部和外部带状电极组件上的电压改变20-30V实现了对时间聚焦平面的精细调节。

图26显示了本发明实施方案的示意图，其中类似部件具有与图9中使用的相同标识符。本发明的分析仪包括内部和外部的限定场的电极系统900、910。在一些实施方案中，外部的限定场的电极系统包括一个收腰部分955，并且在一些实施方案中，该收腰部分还包括一个孔961。图26a显示了一个分析仪的示意性横截面侧视图，其中主飞行路径920撞击在该分析仪体积971中的一个检测器959a上。图26的实施方案中的所有检测器可以包括多个部件，包括一个或多个转换倍增电极、电子倍增电极、闪烁器、阳极、多通道板等。图26a的实施方案包括一个通道板，因为这种类型检测器的紧凑尺寸，这使得它适合用于该分析仪体积971的有限空间内的其位置。图26b显示了图26a的实施方案在z＝0平面963上的一个横截面视图。由于检测器959a位于z＝0平面之外、一个图26a中所示的距离957a，在图26b中以虚线轮廓显示它。距离957a(在此称为检测器偏距)，优选地将该检测器定位在该分析仪的时间聚焦平面上或附近；在图26a的实施方案中，该检测器偏距将该检测器定位在该分析仪的一个时间聚焦平面上。在这个实施方案中，该分析仪的时间聚焦平面基本上是平的并且平行于该z＝0平面963。图26c显示了本发明的一个另外实施方案的一个示意性横截面侧视图，其中主飞行路径920撞击在一个检测器959c上，该检测器定位为距该z＝0平面963一个检测器偏距957c。在这个实施方案中，该外部的限定场的电极系统包括一个收腰部分955，并且检测器959c相对于z＝0平面963是倾斜的，因为它定位在其上的时间聚焦平面也是倾斜的。使检测器倾斜以匹配该时间聚焦平面的倾斜。这类倾斜的时间聚焦平面可以源于例如使用偏转器来改变离子束在该主飞行路径920之上或之前的路线。

图26d和26e显示了本发明的一个另外的实施方案，其中在从该主飞行路径920中喷射射束期间使用了一个内部喷射轨迹981。图26d是一个示意性横截面侧视图并且图26e是一个示意性俯视图，它显示了z＝0平面上的分析仪以及喷射轨迹981整体(即使喷射轨迹981位于z＝0平面之外)。喷射轨迹981在图26e中所示的点E处离开该主飞行路径920，并且以从该分析仪轴线967到一个距离969d以不断增加的距离进行螺旋。检测器959d(在图26e中未显示)以距离969d位于点D处并且接收该分析仪体积971内的离子束。检测器959d从z＝0平面963偏移了检测器偏距957d并且位于该分析仪的一个时间聚焦平面上，在这种情况下所述平面平行于z＝0平面963。

图26f和26g显示了本发明的一个另外实施方案的两个示意性侧视图，这些视图彼此正交。离子沿喷射轨迹981从主飞行路径(未显示)喷射，从该分析仪轴线967至距离969f螺旋出来。外部的限定场的电极系统910包括一个收腰部分955，该部分位于距离该分析仪轴线967的一个距离处，该距离小于距离969f。该收腰部分955包括一个孔961，该孔被定位为截取该喷射轨迹981。离子束通过孔961并且撞击在检测器959f上，该检测器位于该分析仪体积971之外。与另外可能的情况相比较，使用该外部的限定场的电极系统910的收腰部分955允许将检测器定位得更靠近分析仪轴线967，但仍然保持在该分析仪体积971之外。这允许使用利用高电压的检测器，例如，将该分析仪体积971内的分析仪场从由检测器产生的电场屏蔽。将收腰部分955与一个喷射轨迹981相结合地使用允许使用更大的检测器，这些检测器的庞大体积被容纳在该分析仪体积971外部的一个更大的自由空间中。在这个实施方案中，检测器959f是倾斜的并且不平行于z＝0平面963，这种倾斜使得该检测器平面与该分析仪的时间聚焦平面匹配，由于使用多个偏转器来使离子束从该主飞行路径(未显示)偏转到喷射轨迹981上，该时间聚焦平面也是相对于z＝0平面倾斜的。

图26h显示了类似于图26f和26g中所示的、本发明的一个另外的实施方案，但是描绘了一个检测器959h，该检测器在两个平面中相对于z＝0平面955是倾斜的。

图26i显示了使用喷射轨迹981的、本发明的一个另外的实施方案，但是其中检测器959i(它在两个平面中是倾斜的)位于分析仪体积971内、接近该分析仪的外部的限定场的电极系统910的收腰部分955。以这种方式定位后，检测器959i可以由该收腰部分955支持。

在图26的任何一种实施方案中，在到达检测器之前，可以使用电场通过后加速为离子提供增大的动能。该加速可以是在平行于该分析仪轴线967的方向上；在径向方向上(朝向或远离该分析仪轴线967)；在圆弧方向上；或在这些方向的两项或更多项的一个组合上。一些形式的后加速使该时间聚焦平面角度进行旋转。这可以通过将离子加速不同的量来实现，这个量取决于它们在位于该时间聚焦平面上游的平面K上所处的位置，该平面K平行于未旋转的聚焦平面。在该平面K与该希望的、旋转后的时间聚焦平面L之间要移动更远的那些离子与移动更少距离的那些相比被给予了更大的附加动能。在这种情况下，这些离子的最终动能依赖于它们处于该聚焦平面上的位置而改变。替代性地，并且优选地，该时间聚焦平面的旋转还可以通过沿该射束路径在不同位置处加速这些离子来实现，这取决于它们在该平面K上所处的位置，其中要移动更远的那些离子在要移动较少距离的那些离子之前(在其上游)被加速。在这后一种情况下，所有离子以相同的动能增量到达该检测器平面(L，该旋转后的时间聚焦平面)，但是要移动更远距离的那些离子已经被更早地加速，这允许它们比移动较少距离的那些离子更快地移动这个更远的距离。

图27显示了根据本发明的一个实施方案的、到检测器的喷射区域中的一个切除侧视图的一部分。与图17e中的注入实施方案类似的视图中所示的多个相同部件示于图27中。在图27中，显示了该外部的限定场的电极系统610以及内部的限定场的电极系统600。该外部的限定场的电极系统610具有一个收腰部分620，该收腰部分允许该检测器和关联的部件被放置在该主飞行路径附近。图27再次显示该收腰部分620的侧面上的电极导轨630，在使用时将这样的电压施加到它们上从而维持该分析仪主场的电势(如图17e中所示)。支持该圆弧聚焦透镜(未显示)的一半的该内部带状电极组件650的位置可以在图27中看到。在这个实施方案中，该收腰部分620支持了用于容纳一个后加速器958和一个检测器959j的一个盒子622。该盒子622的多个突出到该收腰部分620外部的部分还可以在它们的表面上配备有多个电极导轨用来维持该盒子附近的分析仪场。在喷射和检测期间，当离子束的主飞行路径在放置该喷射偏转器的圆弧坐标处通过该外部的限定场的电极系统610的收腰部分620与该内部的限定场的电极系统600之间时，该射束被一个扇形电场偏转器(图27中不可见)径向向外地偏转并且通过盒子622中的一个孔(未显示)。在盒子622内部，这些离子首先被该后加速器958加速并且然后被检测器959j检出。方便的是，在一些实施方案中，盒子622还可以用于容纳图17e中所示的注入光学器件。

优选地构建本发明的分析仪从而将由于温度改变造成的材料的膨胀和/或收缩(它们可以另外地影响飞行时间)降至最低和/或对其进行补偿。优选地，任何分辨能力损失应当是＜5％并且对于1℃的温度改变任何一个TOF的偏移应当是＜1ppm。这些内部和外部的限定场的电极的优选材料包括硼硅酸盐玻璃以及因瓦合金。该带状电极组件的优选材料包括铝和不锈钢。

结合了本发明的分析仪的分析系统构型的一个实例示意性地示于图28a中。离子源1140(例如用于产生离子的电子喷射源)连接到一个四级杆滤质器1150上从而实行对由源1140产生的离子的初始质量过滤。离子引导件(例如flatapole 1160)将这些离子引导到存储装置中，该存储装置是一个弯曲的衬阱或C型阱1170。任选地，在返回到C阱1170中之前，这些离子可以从该C阱1170被传输到用于对具有所选择的m/z的离子进行裂解的一个碰撞室1180。替代性地，用气体填充flatapole 1160将允许它作为一个碰撞室来使用。然后将这些离子径向地从该C阱1170中喷射出来并且注入本发明的分析仪1190中进行飞行时间分离和/或分析。

本领域普通技术人员可以设想出使用本发明的分析仪的、或多或少的复杂仪器配置。现在与图28b相关联地通过举例讨论可能的仪器配置。

在1140处，多种不同类型的离子化源可以与本发明的分析仪一起使用，包括但不限于ESI、常压光电离、APCI、MALDI、常压MALDI、DIOS、EI、CI、FI、FD、热解吸、ICP、FAB、LSIMS以及DESI。任选地，在离子化作用之后可以进行不同形式的离子迁移光谱，包括FAIMS、1145。离子迁移装置可以被结合到一个第一质量选择器1155的上游或下游、在本发明的分析仪之前，例如在位置1145以及1185处。可以将已知类型的离子引导件结合到该仪器中，包括例如多级杆、多离子环、离子漏斗、包括像素的室以及这些装置的组合。可以施加不同RF电势，例如叠合的RF波形(像例如US7,375,344中所述)、用于不同质量范围的不同的RF参数、用于该离子引导件/室的不同部分的不同RF参数、以及多种RF加上时间不变的电势的组合。该离子引导件/室可以包括不同的区域，这些区域能够各自在相同或不同气体压力下操作。可以使用多个离子引导件来将离子从一个常压离子源输送进入该仪器的高真空中(如本领域已知的)。这些引导件可以与不同类型的离子透镜以及偏转器系统相结合来使用。示例性的位置以1142和1147示于图28b。该仪器配置可以包括位于本发明的分析仪1190上游的一个第一质量选择器(MS1)1155，用于预选择一种质荷比或一个质荷比范围的离子。MS1可以包括例如一个四级杆滤质器，一个线性离子阱(例如一个LTQ)、一个飞行时间质量选择器、一个3D离子阱、一个扇形磁场、以及静电阱或任何其他形式的滤质器。本发明的一种分析仪还可以用作MS1，以质量选择模式来工作。在位置1185处，还可以结合多种裂解装置，像例如在CID、光解离、ETD或ECD工作模式或这类模式的组合下工作的装置。不同类型的离子引导件/室可以用于该裂解装置，包括上面给出的这些实例。在位置1185处，还可以结合用于将这些离子升高到适合用于注入到本发明的分析仪中的高能量(一种能量提升)的一种装置。这种装置可以是一种专用设备或可以是裂解仪、离子迁移装置或离子引导件的一部分。它可以结合通过用气体来加压的离子冷却设备。用于将多个离子包供应到本发明的分析仪中的脉冲离子源1175可以是例如一个C阱、一个正交加速器或某些其他形式的离子阱。可以用一种气体对该脉冲离子源1175加压，而用于(除其他事项之外)在喷射之前将这些离子冷却，或替代性地可以使用一种外部冷却装置。仍替代性地，可以在该脉冲离子源之内亦或之外使用一些其他装置来冷却离子，例如一种定向气体喷流(如WO2010/034630中所述)。该脉冲离子源优选包括用于在喷射之前积累离子的存储容量(例如，在该C阱中)。任选地，在位置1178处可以将另外的裂解设备结合在该脉冲离子源的下游、在由本发明的TOF分析仪出发的仪器的另一个分支上。然后可以使离子通过该脉冲离子源1175到达该另外的裂解仪1178中，然后在裂解之后返回该脉冲离子源1175的上游以便喷射到该TOF分析仪1190中。该另外的裂解仪1178可以再次是在CID、光解离、ETD或ECD工作模式或这类模式的组合下工作的一个装置，并且可以再次将不同类型的离子引导件/室用于该进一步裂解装置，包括上面给出的那些实例。任选地，在该另外的裂解器的下游、在位置1195处可以有一个额外的质量选择器，在这种情况下离子可以从该另外的裂解器1178向下游进入额外的质量选择器1195中，离子可以被选出并且通过该另外的裂解器1178返回上游到达该脉冲离子源1175以便喷射到该TOF分析仪1190中。该额外的质量分析仪1195可以是任何一种类型的质量选择器，例如作为用于上述MS1的实例而给出的那些。因此，还可以将多个额外的质量分析仪结合到该仪器中，在本发明的分析仪1190的上游或下游。可以使用本发明的多个分析仪，在这种情况下能够以质量选择模式运行一个或多个分析仪，包括该TOF分析仪1190。当以质量选择模式运行该TOF分析仪1190时，离子可以被传送到一个裂解器中，方便地是前面所述的另外的裂解器1178。在那里离子可以被裂解并且被传送到该脉冲离子源1175中用于再一次喷射到该TOF分析仪1190中。这个过程可以进行多次以提供MSⁿ能力。

优选地，本发明的分析仪1190可以与一个离子源1140、一个离子迁移设备1145、一个第一质量选择器1155、结合了一个能量提升装置的一个第一裂解设备1185、一个脉冲离子源1175、以及一个第二裂解设备1178相结合来使用.

当使用一个C-阱脉冲离子源时，先前说明的具有提供总z长度为约380mm以及约36个全振荡的多个相对的反射镜的分析仪经计算能够提供超过120,000的质量分辨能力。然而，防止从该C-阱中散发的气体进入该分析仪的要求、以及旋转该时间聚焦平面的需要都产生了额外的偏差，这将计算出的分辨能力降低到60,000，虽然保持了几乎全传输(约90％)。使用如所描述的仅允许射束中心部分传输的射束限定方法将传输降低到＜10％，但是将质量分辨能力提高到120,000。这种传输损失是相当可观的，虽然如此但是分析仪的传输仍然与常规的正交加速TOF分析仪相当或更好并且同时提供了特别高的质量分辨能力。典型地，在降低的传输率下将增加多重光谱。当使用先前说明的散焦透镜方法来限制射束的相空间时，有可能在120,000分辨能力下得到全部母离子谱，还有甚至超过了受限的有意义的质量范围的、更高分辨能力的谱。可以使用预过滤器来在这些有意义的区域内选择离子用于在该C阱或一个在前的存储多级杆中进行积累，当通过在最高质量分辨能力的模式下工作的本发明的分析仪时，这些积累的离子足以用来补偿随后的传输损失。例如，在不使用高速层析法的应用中这种方法是特别有用的。

当射束行进通过该分析仪时，特别是在主飞行路径上时，为了检查和/或优化该射束的位置，可以使用结合有对齐或调节辅助作用的不同方法。如前面提及的，当一个射束通过电极附近时，可以在这些电极的任何一个上使用像电流检测来检测离子束。然而，对于如此短的检测时间而言这些检测的灵敏度通常是低的，从而将需要更灵敏的检测器来检测这些飞行时间系统的低强度离子脉冲特征。在这样一种对齐或调节辅助作用的一个实施方案中，有可能使用定位在该主飞行路径之外的一个或两个检测器(或多个)(如现在参考图29所述的)。图29a显示了该分析仪的赤道附近的一个示意性侧视图。主飞行路径示于1210，它在该内部与外部带状电极组件(对应地650和660)之间通过。位于该外部带状电极660之后在该主飞行路径的一侧上一个距离处的是一个第一对齐检测器1215a，并且在该内部带状电极650之后在该主飞行路径的另一侧上一个相等的距离处的是一个第二对齐检测器1215b。虚线1220表示限定场的结构(例如电极导轨)，这些结构形成该内部和外部的限定场的电极系统的一部分，用来维持这些带件和检测器附近的分析仪场。检测器1215a、b被定位在该限定场的结构1220中的多个狭缝之后。在分析仪中先前的反射过程中，这些离子可以例如被定位在这些带状电极组件上的偏转器电极偏转，从而遵循如通过箭头1218a和1218b所示的轨迹到达比该主飞行路径1210更大亦或更小的半径中，这样使得它们撞击检测器1215a亦或1215b、通过该限定场的结构1220中的多个孔。通过扫描从较小半径至较大半径(或反之亦然)的射束，可以从这两个检测器1215a、b上的信号来确定该射束的中心位置(即用于主飞行路径的最佳位置)。这些检测器1215a、b不必具有时间分辨能力。用于检查该射束的正确对齐的一种替代性的安排示例性地示于图29b中，其中可以使用带状电极组件660中的一种负偏压(用于正离子束)的偏转电极1230来使离子朝向这些带状电极之一(例如，在这种情况下是外部带状电极组件660)偏转。偏转电极1230可以方便地是这些圆弧聚焦透镜之一或一个单独的电极。这些离子撞击到偏转电极1230上并且产生次级离子以及负电子，这些负电子被引导朝向相对的带状电极(在这种情况下是内部带状电极组件650)。在这个安排中，该内部带状电极组件650具有一个格栅1225用来允许发射的离子以及电子通过而到达一个对齐检测器1215c中。因此可以针对这些带状电极之间不同的离子束路径来监测检测器信号以便找到最佳的射束位置。任选地，还能够以图29a中所示的方式使用一个第二对齐检测器1215d。一种类似的安排示意性地示于图29c中，其中类似部分如图29b中一样标记。在图29c中，将一个电压给予该偏转电极1230用来排斥朝向相对的带状电极组件650的离子束，在该带状电极组件处它通过一个格栅1225撞击到一个对齐检测器1215e上。在图29d中示例性显示的一个另外的变体中，其中类似部分如图29c中一样标记，该离子束可以首先撞击一个转换倍增电极1235，该转换倍增电极为该对齐检测器1215f产生出一种更可测量的电荷。可以将多个对齐检测器环状地围绕z轴线来定位以帮助调节该分析仪，如图29e中所示，该图示意性地显示了环形地围绕分析仪轴线z安排的检测器1215g。

图29e中示意性显示的射束对齐或调节安排更详细地示于图29f中，其中显示了该调节安排的区域中的一个示意性切除透视图。具有收腰部分620的外部的限定场的电极系统610显示为径向地围绕该内部的限定场的电极系统600。如前面各图中所示，面向该分析仪体积内的收腰部分620的表面携带有电极导轨630，用来维持该收腰部分的区域中该分析仪场的四极-对数电势。该内部的限定场的电极系统600携带有一个内部带状电极组件650，该组件以成形的电极1240的形式支持内部圆弧聚焦透镜。与内部带状电极组件650相对的是一个外部带状电极组件660，该组件以成形的电极1242的形式支持外部圆弧聚焦透镜。该离子束在主飞行路径上行进，在该内部带状电极组件650与该外部带状电极组件660之间通过。将适当的电压施加到该内部的成形的电极1240上，引起该射束偏转通过外部带状电极组件660的一个部分1225中的多个狭缝1226。然后该射束击中转换倍增电极1235b的表面并且然后通过该通道倍增器检测器1215h检测所发射的带电粒子。通过监测来自用于不同轨迹的、主飞行路径的通道倍增器检测器1215h的检测信号，可以确定最佳的飞行路径。

替代性地或附加性地，从参考图29所述的这些类型的检测器中任何一个中检测的信号可以被用在一个控制系统中。一个控制器被连接到该检测系统上并且用于控制多个离子光学设备，这些离子光学设备在该分析仪之前并且影响进入该分析仪的离子包的进入轨迹和/或该分析仪场。由此可以调整用于所注入的下一个离子包的进入轨迹，和/或由此可以通过例如改变施加到电极上的电势来调节分析仪场，从而控制通过该分析仪的离子束路径。还可以使用该控制器，从而使得基于被该检测系统检出的电荷数量而在注入的下一个包中将希望数目的离子传送到分析仪中。检测到的电荷数量是被注入分析仪中的离子数目的指标。当希望将一定量的离子注入分析仪中从而例如最佳地填充该分析仪这样使得质量分辨率不受到空间电荷的不利影响、或从而确保最终检测器不过载时，可以如刚刚说明的通过该控制器来控制离子的数量，该控制器是处于自动增益控制(AGC)的形式。替代性地或附加性地，还可以基于被该检测系统检出的电荷数量而通过该控制器调整最终检测器的增益，这提供了以下优点，即由此针对将随后到达该最终检测器上的离子数量将连接到该最终检测器上的检测系统(最终检测系统)准备好。由此可以安排该最终检测系统的有用的动态范围来适应离子的到达率，这些离子已经在该分析仪中飞行亦或在随后注射中将被注入该分析仪中。

如前面所述并且参考图6、7、16、17、24、27和29，可以通过提供多个电导轨来抑制该静电质谱仪场的变形，在使用时将这类电压施加到这些导轨上用来维持该分析仪主场的电势。将这些电极偏压以匹配该分析仪主场的等电势。像这样，本发明的这个方面涉及抑制一个非零静电场的变形，因为零电场将不存在多于一个等电势。该表面可以是基本上平坦的，或可以是折叠的并且可以延伸越过两个或更多个正交平面(如图17c-e、27以及29f中所示)。该表面可以被分成多个空间上分开的子表面。本领域普通技术人员应当清楚的是该表面可以是弯曲的。该表面可以包含一个孔，如前面与图16b相关联地说明的。当存在一个孔时，这些电极导轨可以被成形为抑制由于电场穿透该孔而引起的该场的变形。该表面可以是绝缘的或半导电的，从而在需要时在这些导轨之间提供电绝缘。因此，该表面可以包括聚合物或陶瓷的pcb材料。这些导轨可以是如已经说明的电阻性材料，或可以是常规的金属化的沉积物。

利用了带电粒子被相关地运输通过该TOF分析仪的这种另外优点实施方案包括使用MALDI源。与使用一个阱的(例如已经说明的C-阱)实施方案相比较，偶联到本发明的TOF分析仪上的、专门设计的MALDI源可以提供更高的质荷分辨率，因为与C-阱中200μm x 1000μm的尺寸相比较，这些粒子可以在更小的体积中(例如＜100μm直径)形成，并且因为产生的这些粒子具有更低的能量扩展，这降低了飞行时间偏差。此外，由于不存在在C-阱中存在的RF场，因此没有质量上限。该MALDI源不要求一种气体来提供离子的碰撞冷却并且因此不需要前提条件来防止从该脉冲离子源发出的气体束进入该分析仪中。

对包括来自一个+/-100μm区域的多重射束、具有0.01度的散度、具有1eV能量扩展(给出约2000Da的理论质量上限)、经历八次反射的一个射束的模拟表明该像仍然是相关的并且尺寸上增加到约1mm。

除了上述用于与本发明的TOF源分析仪一起使用的、专门设计的MALDI源之外，可以将非成像MALDI源与所述C-阱一起使用，例如，以高速度和高分辨率应用于代谢物以及小分子上。例如可以将该MALDI源偶联到该C-阱上，其方式与来自Thermo Fisher Scientific的LTQ-Orbitrap^TM仪器中所使用的方式相同。该MALDI源可以被定位在该C-阱的任何一侧上。该MALDI源可以被定位在该C-阱的一侧上，而另一个来源被定位在该C-阱的另一侧上，由此提供了一个双源仪器。举例而言，取决于该检测器上后加速的方式以及该C-阱上的电势，可能存在下面配置：(1)ESI/LTQ_或_Q/HCD/C-阱/HCD/LTQ_或_Q/MALDI，或者(2)ESI/LTQ_或_Q/HCD/c-阱/MALDI，其中ESI是电喷射源，LTQ是线性阱四级杆，Q是四级杆，并且HCD是碰撞室。对于将离子从该C阱的一侧移动到另一侧上的这些复杂操作来说，可能需要一个HCD室(该室可以在这两个方向上施加电势梯度)。虽然，在理论上，这类MALDI安排仅可以用于小肽以及蛋白，因为该装置要求多个RF设备，这些RF设备通常将不能有效地传输大于10,000-20,000m/z的离子。然而，在实践中可以通过使用两个可切换的RF频率/电势并且在两个可切换的质量范围上工作来解决这个问题。还可以将这些谱以小的时间花费无缝地拼合。可以使用带有整合的MALDI源的、修改过的C-阱。在这种设计中，该系统中任何源的离子光学器件(例如，一个ESI注射系统)可以保持与用于常规的(例如ESI)安排相同并且可以如正常情况一样偶联到该C-阱上。然而在整合的C-阱/MALDI安排中，常规C-阱的后板可以是一个x-y平移台上的样品表面。在这种情况下，在MALDI期间C阱在无RF的情况下工作，并且需要两级提取或延迟的提取。这种方法的优点是不需要RF来进行MALDI并且该设备可以用于大分子(例如蛋白)并且几乎所有离子进样系统保持原样。

为了补偿由于温度改变造成的材料膨胀和/或收缩，优选地使用US6,998,607中由Davis等人说明的原则来构建该分析仪。这些原则包括使用具有非零的热膨胀系数的多种材料并且以这样一种方式来结合，即使得离子通过分析仪的飞行时间保持恒定。更具体地的说，使用具有一个依赖温度的参数的一个第一元件来构建飞行时间分析仪，该参数致使离子沿着飞行路径的一个第一区段的飞行时间随温度改变而改变，并且该构造还包括一个第二元件，例如一个隔离件，该第二元件也具有一个依赖温度的参数，该参数致使该第二元件具有一个依赖温度的长度，并且选择该第二元件的长度和用于该第二元件的材料的温度依赖性这样使得对于相同质荷比的离子而言离子沿着全部飞行路径行进的总飞行时间保持恒定，而无需考虑该分析仪的温度。

参考图30，使用这种方法的一个实施方案包括定位在z轴线100上、延伸了分析仪10的全部轴线长度的、一种第一材料的一个中心柱1500，该分析仪包括反射镜40、50。反射镜40、50各自对应地包括两个区段40a、40b、50a、50b。中心柱1500在两个反射镜40、50的该内部的限定场的电极系统20内部延伸。在内部和外部带件(未显示)所在区域中，反射镜40、50对应地包括内部和外部中心区段1510、1520。反射镜40、50由端板1530、1540封端。中心柱1500被刚性地附连到端板1530上，但在端板1540内可移动地延伸穿过一个孔1535。上套环1550被刚性地附连到中心柱1500上并且与其一起移动。下套环1560围绕中心柱1500，并且中心柱1500可以自由地通过套环1560移动。辅柱A 1570被刚性地附连到上套环和下套环1550和1560两者上。辅柱A 1570与上套环1550一起移动并且因此致使下套环1560移动。辅柱B 1580穿过套环1550和1560两者。辅柱B 1580自由地通过上套环1550移动，但在其下端被刚性地附连到下套环1560上，这样使得辅柱B1580与下套环1560一起移动。在其上端，柱B 1580被刚性地附连到端板1540上。上述部件包括一种温度补偿机构。

大多数材料随着温度升高而膨胀，并且用于制造反射镜40、50的许多实际材料(例如不同类型的金属或玻璃)也随着温度升高而膨胀。在不存在任何机构的情况下，这类膨胀将致使反射镜40、50变得更大并且在z方向上增加了分析仪的轴向长度，这增加了飞行路径长度以及通过分析仪10的总飞行时间。在工作时，上述的以及图30中所述的温度补偿机构致使反射镜区段40a和50a随着温度升高移动得更加靠近到一起，这压缩了位于内部和外部中心区段1510、1520附近的材料1600。当反射镜区段40a、50a在它们的z长度上变得更长时(这增加了每个反射镜区段40a、50a内的飞行路径长度)，该温度补偿机构致使这些膨胀后的反射镜区段40a、50a移动得更加靠近彼此，从而降低了该内部和外部中心区段1510、1520的区域中的飞行路径长度。飞行路径长度的这些改变使得通过该分析仪的总飞行时间是不随着该分析仪的温度改变而变的。当温度升高时，形成反射镜区段40a、50a的材料在尺寸上膨胀并且端板1530、1540倾向于移动而彼此分开；中心柱1500同样地膨胀。然而，辅柱A 1570包括具有比用于形成这些反射镜区段40a、50a以及用于形成中心柱1500的材料更大的热膨胀系数的材料，并且辅柱A 1570在长度上比反射镜区段40a、50a和中心柱1500膨胀更大的量。由于被固定在上套环1550中，辅柱A 1570的膨胀朝向z＝0平面推动下套环1560。包括具有低热膨胀系数的材料的辅柱B 1580被附连到下套环1560上并且也被附连到端板1540上。因此下套环1560朝向z＝0平面的移动也通过辅柱B 1580使端板1540朝向z＝0平面移动。这种移动引起端板1530、1540随着温度升高而朝向彼此移动，从而压缩材料1600。反射镜区段40a、50a中的飞行路径长度较长，但是反射镜区段40b、50b中的飞行路径长度较短，并且这些移动是通过选择用于这些反射镜和柱的适当材料来安排的，这样使得总飞行时间不随温度而改变。

替代性地，可以使用其他已知的温度补偿方法。例如，如US6,049,077中所述可以使用热长度不变的间隔结构，或如US6,700,118中所述可以将由于热膨胀造成的飞行路径的改变考虑在内而对得到的质谱进行调整。

通过方程式(6a-c)说明的一些实施方案的实例示于图31中。图31a显示了在x＝0平面上(i)、在y＝0平面上(ii)以及在z＝A平面上(iii)穿过反射镜结构的横截面。相对的反射镜40、50各自包括一个外部的限定场的电极结构1300，该电极结构围绕两个内部的限定场的电极结构1310、1320。这些内部的限定场的电极1310、1320不位于x＝0平面上并且在图31a(i)中以虚线显示。图31b显示了通过方程式(6a)描述的一个另外的实施方案，其中在x＝0平面上(i)以及z＝A平面上(ii)提供了穿过该反射镜结构的横截面。相对的反射镜40、50各自包括一个外部的限定场的电极结构1300，该电极结构围绕四个内部的限定场的电极结构1350、1360、1370、1380。

类似结构示于C.

Int.J.Mass Spectrom.Volume 287，Issues 1-3，pages 114-118(2009)中，图1和2显示了类似于图31a和31b中所示的实施方案的透视图。该出版物还提供了在此于图3、4以及5中描述的静电阱中的带电粒子轨迹的图示。在本发明的TOF分析仪的多个实施方案中可以执行类似的轨迹。与方程式6(a-c)的一个另外的解相关联的一个另外的轨迹示意性地示于图31c中，其中在每个反射镜中16个内部的限定场的纺锤状结构1390被一个外部的限定场的电极结构1300围绕，结构1300、1390在z方向上延伸。图31c显示了在z为常数的平面上穿过电极结构的一个横截面，并且描绘了示意性指明离子轨迹的一个射束包络线1400，从而描述了在垂直于z轴线的一个平面中的基本线性的运动以及绕z轴线旋转的基本线性的运动，这些运动产生了一种星形的射束包络线1400。

如在此使用的，包括权利要求在内，除非上下文另外说明，本文中术语的单数形式应当理解为包括复数形式，并且反之亦然。例如，除非上下文另外说明，本文中、包括权利要求中单数的指称，例如“一”或“一个”是指“一个或多个”。

贯穿本说明书的说明和权利要求，词语“包括”、“包括了”、“具有”以及“包含”以及这些词的变体，例如“包括了”以及“包括着”等是指“包括但不限于”，并且不旨在(并且不)排除其他组分。

应当理解的是，当仍然落在本发明的范围内时，可以对本发明的上述实施方案进行变更。本说明书中披露的每个特征，除非另外说明，可以被用于相同的、等价的或类似目的的替代性特征所替换。因此，除非另外说明，所披露的每个特征仅是等价或类似特征的一个属类系列中的一个实例。

使用在此提供的任何一个以及全部实例，或示例性语言(“例如”、“像”、“举例而言”以及类似语言)，仅旨在更好地说明本发明并且不表示对本发明的范围进行限制，除非另外说明。本说明书中的任何语言都不应当被理解为是在指示：任何未提出权利要求的元件是对本发明的实现至关重要的。

Claims (51)

1.一种使用分析仪将带电粒子分离的方法，该方法包括：

致使一个带电粒子束飞行通过该分析仪并且在沿一条主飞行路径绕一个分析仪轴线(z)做轨道运行的同时在该轴线(z)的方向上在该分析仪内经历至少一次全振荡；

当该带电粒子束飞行通过该分析仪时，对其圆弧散度进行限制；并且

根据这些带电粒子的飞行时间将其分离。

2.如权利要求1所述的方法，其中该分析仪包括两个相对的反射镜，每个反射镜包括沿一个轴线z伸长的、内部和外部的限定场的电极系统，该外部系统围绕该内部系统并且在其间限定一个分析仪体积，其中，当这些电极系统被电偏压时，这些反射镜产生一个电场，该电场包括沿z的多个相对电场，并且该带电粒子束在该分析仪体积内在该分析仪轴线(z)的方向上通过在这些反射镜之间进行反射而经历该至少一次全振荡。

3.如权利要求1或2所述的方法，该方法进一步包括将这些具有多个m/z的带电粒子中的至少一些粒子从该分析仪中喷射出来或者对这些具有多个m/z的带电粒子中的至少一些粒子进行检测，该喷射或检测是在这些粒子已经经历了相同数目的围绕轴线z的轨道之后进行的。

4.如以上权利要求中任何一项所述的方法，该方法进一步包括在带电粒子中的至少一些已经经历了相同数目的绕轴线z的轨道之后对这些粒子的飞行时间进行测量。

5.如以上权利要求中任何一项所述的方法，其中该在z轴线方向上的至少一次全振荡实质上是简谐运动。

6.如以上权利要求中任何一项所述的方法，其中该分析仪包括至少一个圆弧聚焦透镜用于限制该带电粒子束在该分析仪内的圆弧散度，该方法包括使该带电粒子束穿过该至少一个圆弧聚焦透镜以限制该带电粒子束的圆弧散度。

7.如权利要求6所述的方法，其中一个或多个圆弧聚焦透镜位于该z＝0平面处或其附近。

8.如权利要求6所述的方法，其中一个或多个圆弧聚焦透镜位于该带电粒子束沿z的这些最大转折点之一或二者附近。

9.如以上权利要求中任何一项所述的方法，其中该方法包括当该带电粒子束飞行通过该分析仪时对该带电粒子束的圆弧散度进行多次限制。

10.如权利要求9所述的方法，其中该带电粒子束在这些反射镜之间的基本上每次振荡之后其圆弧散度都被限制。

11.如权利要求10所述的方法，其中该带电粒子束在从这些反射镜的基本上每次反射之后其圆弧散度都被限制。

12.如权利要求6至11中任何一项所述的方法，其中该装置包括多个圆弧聚焦透镜。

13.如权利要求12所述的方法，其中该多个圆弧聚焦透镜形成了位于基本上相同的z坐标处的一个圆弧聚焦透镜阵列，该阵列在该圆弧方向上至少部分地围绕z轴线延伸。

14.如权利要求13所述的方法，其中该圆弧聚焦透镜阵列被定位为从z＝0偏移到在一次振荡过程中该主飞行路径横穿其自身处的一个坐标。

15.如权利要求13至14中所述的方法，其中该多个圆弧聚焦透镜在圆弧方向上的间隔是周期性的。

16.如权利要求15所述的方法，其中该多个圆弧聚焦透镜在圆弧方向上间隔开一个距离，该距离是该带电粒子束在圆弧方向上、在这些透镜所位于的z坐标处、在沿z的每次振荡之后所前进的距离。

17.如权利要求15所述的方法，其中该多个圆弧聚焦透镜在圆弧方向上间隔开一个角度θ弧度，其中θ＜＜2π，并且对于每个全振荡而言该带电粒子束在该圆弧方向上绕该分析仪轴线而轨道运行了一个角度4π+/-θ弧度。

18.如权利要求15所述的方法，其中该多个圆弧聚焦透镜在圆弧方向上间隔开一个角度θ弧度，其中θ＜＜2π，并且对于每个半振荡而言该带电粒子束在该圆弧方向上绕该分析仪轴线而轨道运行了一个角度2π+/-θ弧度。

19.如权利要求6至18中任何一项所述的方法，其中该至少一个圆弧聚焦透镜包括一对位于该带电粒子束的两侧上的相对的电极。

20.如权利要求19所述的方法，其中该对相对的电极中的每个电极的形状是基本上圆形的和/或具有多个平滑弧形的边缘。

21.如权利要求19或20所述的方法，其中该对相对的电极包括一对单件式透镜电极组件，这些组件被成形为提供多个圆弧聚焦透镜。

22.如权利要求21所述的方法，其中这些单件式透镜电极组件具有多个包括多个平滑弧形的边缘。

23.如权利要求21或22所述的方法，其中这些单件式透镜电极组件在该圆弧方向上至少部分地围绕z轴线延伸。

24.如权利要求6至18中任何一项所述的方法，其中该一个或多个圆弧聚焦透镜各自包括多个彼此电绝缘的、径向堆叠的电极。

25.如以上权利要求中任何一项所述的方法，其中该分析仪包括一个或多个带状电极组件，这些带状电极组件在一个圆弧方向上至少部分地围绕z轴线延伸。

26.如权利要求25所述的方法，其中该分析仪包括至少两个带状电极组件，其中在该主飞行路径的每侧上放置了一个带状电极组件。

27.如权利要求25或26所述的方法，其中该一个或多个带状电极组件与这些圆弧聚焦透镜是电绝缘的并且在z方向上延伸而越过这些圆弧聚焦透镜的边缘。

28.如权利要求25至27中任何一项所述的方法，其中该一个或多个带状电极组件是处于圆柱体或如下的区段的形式，这些区段具有的形状近似于该一个或多个带状电极组件所在之处的分析仪电场的等电势。

29.如以上权利要求中任何一项所述的分离带电粒子的方法，其中离子被偏转离开该主飞行路径，这样使得它们撞击到该分析仪体积内的一个检测表面上。

30.如权利要求29所述的分离带电粒子的方法，其中该方法包括对撞击到该检测表面上的离子进行检测，该检测作为当该离子束行进通过该分析仪时对其位置进行优化的过程的一部分，和/或作为对一个检测器的增益进行调整的过程的一部分。

31.如以上权利要求中任何一项所述的分离带电粒子的方法，该方法包括在这些带电粒子中的至少一些已经经历了相同数目的绕轴线z的轨道后通过该分析仪对这些粒子的飞行时间进行测量，并且根据所测量的飞行时间构建一个质谱。

32.一个带电粒子分析仪，该分析仪包括两个相对的反射镜，每个反射镜包括沿一个轴线z伸长的、内部和外部的限定场的电极系统，该外部系统围绕该内部系统，其中当这些电极系统被电偏压时，这些反射镜产生一个电场，该电场包括沿z的多个相对电场；以及至少一个圆弧聚焦透镜用于在一个带电粒子束绕该轴线z做轨道运行的同时在该分析仪内限制该带电粒子束的圆弧散度。

33.如权利要求32所述的分析仪，其中一个或多个圆弧聚焦透镜位于该z＝0平面处或其附近。

34.如权利要求32或33所述的分析仪，其中一个或多个圆弧聚焦透镜位于该带电粒子束沿z的这些最大转折点之一或二者附近。

35.如权利要求32至34所述的分析仪，其中该装置包括多个圆弧聚焦透镜，这些圆弧聚焦透镜形成了位于基本上相同的z坐标处的一个圆弧聚焦透镜阵列，这些圆弧聚焦透镜在圆弧方向上是间隔开的并且该阵列在圆弧方向上至少部分地围绕z轴线延伸。

36.如权利要求35所述的分析仪，其中该圆弧聚焦透镜阵列被定位从z＝0偏移到在一次振荡过程中该主飞行路径横穿自身处的一个坐标。

37.如权利要求35或36所述的分析仪，其中该多个圆弧聚焦透镜在该圆弧方向上的间隔是周期性的。

38.如权利要求37所述的分析仪，其中该多个圆弧聚焦透镜在圆弧方向上间隔开一个距离，该距离是该带电粒子束在圆弧方向上、在这些透镜所位于的z坐标处、在沿z的每次振荡之后所前进的距离。

39.如权利要求32至38中任何一项所述的分析仪，其中该至少一个圆弧聚焦透镜包括一对位于该带电粒子束的两侧上的相对的电极。

40.如权利要求39所述的分析仪，其中该对相对的电极中的每个电极的形状是基本上圆形的和/或具有多个平滑弧形的边缘。

41.如权利要求39或40所述的分析仪，其中该对相对的电极包括一对单件式透镜电极组件，这些组件被成形为提供多个圆弧聚焦透镜。

42.如权利要求41所述的分析仪，其中这些单件式透镜电极组件具有多个包括多个平滑弧形的边缘。

43.如权利要求41或42所述的分析仪，其中这些单件式透镜电极组件在该圆弧方向上至少部分地围绕z轴线延伸。

44.如权利要求32至38中任何一项所述的分析仪，其中该一个或多个圆弧聚焦透镜各自包括多个彼此电绝缘的、径向堆叠的电极。

45.如权利要求32至44中任何一项所述的分析仪，其中该分析仪包括一个或多个带状电极组件，这些带状电极组件在一个圆弧方向上至少部分地围绕z轴线延伸。

46.如权利要求45所述的分析仪，其中该分析仪包括至少两个带状电极组件，其中在该带电粒子束的主飞行路径的每侧放置了一个带状电极组件。

47.如权利要求45或46所述的分析仪，其中该一个或多个带状电极组件与这些圆弧聚焦透镜是电绝缘的并且在z方向上延伸而越过这些圆弧聚焦透镜的边缘。

48.如权利要求45至47中任何一项所述的分析仪，其中该一个或多个带状电极组件是处于圆柱体或如下的区段的形式，这些区段具有的形状近似于该一个或多个带状电极组件所在之处的分析仪电场的等电势。

49.如权利要求32至48中任何一项所述的分析仪，进一步包括一个偏转器，该偏转器被布置为在使用中将离子偏转离开该主飞行路径，这样使得它们撞击到定位在该分析仪体积内的一个检测器上。

50.一种质谱仪，包括权利要求32至49中任何一项所述的分析仪。

51.如权利要求50所述的质谱仪，该质谱仪被布置为适合用于串联质谱测定法，其中该分析仪被布置为对前驱体或裂片离子进行高的质量分辨率的飞行时间分析。

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