DE10116536A1

DE10116536A1 - Flugzeit-Massenspektrometer mit gepulsten Ionen-Spiegeln

Info

Publication number: DE10116536A1
Application number: DE2001116536
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-04-03
Filing date: 2001-04-03
Publication date: 2002-10-17

Abstract

Da die Geschwindigkeit monoenergetischer Ionen von deren Masse abhängt, kann man das Massenspektrum solcher Ionen dadurch bestimmen, dass man die Zeiten misst, die diese Ionen benötigen, um eine gebene Strecke zu durchfliegen. Sind die Energien dieser Ionen leicht verschieden, so erhält man aber nur dann sauber aufgelöste Massespektren, wenn entweder die Energiebreite dieser Ionen sehr klein ist, oder wenn das Flugzeit-Massensprektrometer "Energie-isochrone" Eigenschaften hat, d. h. dass schnellere Ionen höherer Energie den Endauffänger nur auf Umwegen erreichen, die mit der Ionenenergie geeignet wachsen. Mit solchen Energie-isochronen Flugzeit-Massenspektrometern kann man hohe Massenauflösungen erreichen, wenn man - bei gegebener Ionen-Pulsbreite - den Ionenflugweg verlängert. Hier wird nun vorgeschlagen, solch eine Flugweg-Verlängerung dadurch zu erreichen, dass man die Ionen mehrfach zwischen rotationssymmetrischen Gitter-freien Ionenspiegeln hin- und herreflektiert und so die geometrisch gegebene Flugstrecke mehrfach nutzt. Hierbei soll die Spiegelwirkungen dieser Ionen-Spiegel zum Einschleusen und zum Ausschleusen der Ionen in diese Vielfach-Flugstrecke für kurze Zeiten abgeschaltet werden, sodass diese Elektroden-Anordnungen als Transmissions-Linsen wirken. Obwohl die Ionen-Spiegel während der Multireflexions-Phase auch Linsenwirken besitzen, sollen hier zusätzliche rotations-symmetrische elektrostatische Linsen genutzt werden, deren Elektroden so mit Spannungen ...

Description

In Flugzeit-Massenspektrometern bestimmt man die Masse von Ionen dadurch, dass man die Zeiten misst, in der die Ionen die Strecke zwischen einer gepulsten Ionenquelle und einem Ionenauffänger durchqueren. Diese Flugzeit wird bestimmt durch die Geschwindigkeit v = √(2K/m) der Ionen der Masse (m) mit der kinetischen Energie (K) sowie durch die Länge des Flugweges. Diese Länge ist zum einen gegeben durch die geometrische Anordnung von Ionenquelle und Ionendetektor zum anderen aber durch die auf diesem Flugweg existierenden elektrischen und magnetischen Felder. Da die Flugbahnen in solchen Feldern von dem Masse/Ladungs Verhältnis (m/q) und dem Energie/Ladungs Verhältnis (K/q) abhängen ist die Zeit (T), die ein Ion braucht, um durch ein Flugzeit-Massenspektrometer hindurch zu fliegen, letztlich eine Funktion von (m/q) und (K/q).

Verwendet man Ionen einer bestimmten Ladung (q₀) und einer und derselben Energie (K₀), so erhält man aus der Flugzeitmessung ein (m/q₀) Massenspektrum. Haben dagegen die Ionen Energien (K = K₀ ± ΔK) so wird jede (m/q₀)-Linie durch die Energiebreite 2ΔK verbreitert, was die Massen-Auflösung reduziert. Dies kann man weitgehend verhindern, indem man die Ionen auf Ihrem Wege zwischen Ionenquelle und Ionenauffänger in wenigstens ein Gegenfeld laufen lässt, in das Ionen mit einem grösseren Energie/Ladung Verhältnis tiefer eindringen. Nachdem Sie dann aus diesem Gegenfeld wieder herausgekommen sind, haben damit die schnelleren Ionen grösserer Energie einen längeren Weg zurückgelegt als die langsameren Ionen kleinerer Energie. Bei geeigneter Dimensionierung solcher Gegenfelder kann man so erreichen, dass Ionen der gleichen Masse (m₀) und Ladung (q₀) aber verschiedener Energie (K = K₀ ± ΔK) alle die gleiche Flugzeit durch das Flugzeit-Massenspektrometer haben unabhängig von Ihrer Energiebreite (±ΔK). Solche Flugzeit-Massenspektrometer nennt man "Energie-isochron", da Ionen einer Masse und Ladung aber verschiedener Energie die gleiche Flugzeit besitzen. Realisieren kann man solche Gegenfelder in dem man mehrere Gitter und Gitter-freie Blenden [1, 2] mit verschiedenen Potentialen beaufschlagt.

Die Massen-Auflösung solch eines Energie-isochronen Flugzeit-Massenspektrometers kann man dadurch steigern, dass man

1. die Länge des letztlich gemessenen Ionenpulses kürzer und kürzer und/oder
2. die Länge des Flugweges länger und länger

macht. Da einer Verkürzung eines Ionenpulses letztlich physikalische Grenzen gesetzt sind, bleibt zum Erreichen grosser Massen-Auflösungen letztlich nur der zweite Weg. Eine Möglichkeit solche Wegverlängerungen zu erreichen, ist es eine gegebene Flugstrecke mehrfach zu nutzen. Dies kann man etwa dadurch erreichen, dass man die Ionen in einem Ring von Ablenkfeldern führt [1, 2] oder sie aber zwischen zwei oder mehr Ionen-Spiegeln mehrfach hin und her reflektiert.

Hier wird jetzt vorgeschlagen den zweiten Weg einzuschlagen und Ionen zwischen wenigstens zwei Gitter-freien Ionen-Spiegeln mehrfach hin und her zu reflektieren, wobei die Achse des Ionenbündels jeweils mit den Spiegel-Achsen zusammen fallen soll. Diese Ionenspiegel kann man als rotations symmetrische Felder aufbauen und diese entweder aus rotations-symmetrischen Elektroden aufbauen (siehe Abb. 1) oder aber aus planaren Elektrodenstrukturen, z. B. in zwei Ebenen, die oberhalb und unterhalb der Ebene Angeordnet sind, die die optische Achse des Ionenbündels enthält, wobei diese Elektrodenstrukturen trotzdem rotations-symmetrische Felder erzeugen können. Natürlich ist es auch möglich nicht-rotations-symmetrische Felder in Spiegeln oder Zusatzlinsen in einem hier vorgeschlagenen Multi-Reflexions-Flugzeit-Massenspektrometer einzusetzen. Die dafür notwendigen ionenoptischen Überlegungen und Rechnungen werden nur alle sehr viel komplizierter.

Diese Ionen-Spiegel sollen so aufgebaut sein, dass man ihre Spiegelwirkungen kurzfristig abschalten kann, um Ionen in die Multi-Reflexions-Strecke einzuschleusen oder aber um Ionen aus dieser Multi- Reflexions-Strecke herauszu-schleusen. In beiden Fällen sollen hierbei die urspünglich "fokussierenden Ionen-Spiegel" in focussierende Transmissions-Linsen umgewandelt sein, wobei die Fokussierungs wirkungen der Transmissionslinsen so gewählt werden sollen, dass der eingeschleuste Ionenstrahl ein Phasenraum-Volumen füllt, das an die ionenoptischen Eigenschaften der Multi-Reflexions-Strecke angepasst ist. Diese Multi-Reflexions-Strecke zwischen den beiden schaltbaren Ionen-Spiegeln kann entweder eine gerade feldfreie Flugstrecke sein (siehe Abb. 1b und Abb. 2) oder aber eine mehrfach abgeknickte (in Abb. 1a ist eine Anordnung mit einem "Knickung" dargestellt), wobei diese "Knickungen" bewirkt werden durch elektrische Sektorfelder oder weitere Ionenspiegel, in denen die Achse des Ionenbündels nicht mit der Spiegel-Achse zusammenfällt. Hierbei kann entweder die Achse des Ionenbündels gegenüber der Elektroden-Achse geneigt sein (siehe Abb. 1a) oder aber in etwa parallel (siehe Abb. 4).

In jedem Falle sollten ionenoptische Massnahmen ergriffen werden, damit Ionen verschiedener Anfangs- Orte oder Anfangs-Winkel letztlich sehr exakt gleiche Wegstrecken zurücklegen. Dies kann man dadurch erreichen, dass auf der Flugstrecke zwischen den beiden schaltbaren Ionen-Spiegeln wenigstens eine zumeist jedoch mehrere elektrostatische, rotationssymmetrische, beschleunigende Linsen vorgesehen sind. Solche beschleunigende Linsen bestehen jeweils aus mehreren rotationssymmetrischen Elektroden oder den oben beschriebenen planaren Elektrodenstrukturen oberhalb und unterhalb der Ebene, die ionenoptische Achse enthalten. Diese so erzeugten rotations-symmetrischen Linsen-Felder sollen so dimensioniert sein, dass die Ionen im mittleren Bereiche der Linsen deutlich höhere Energien besitzen als vor Eintritt oder nach Austritt aus diesen Linsen, also im Falle von Linsen, wie in Abb. 2 angedeutet im Bereiche der Elektroden (4) und (7). Solche Linsen erlauben bei geeigneter Dimensionierung der Elektrodengeometrie und der Elektrodenpotentiale, dass die Energie-Isochronizität nicht nur für achsennahe sondern auch für achsenferne Ionenflugbahnen erfüllt werden kann.

Durch solche elektrostatischen, rotations-symmetrischen, beschleunigenden Linsen soll die Strahlführung so verändert werden, dass

1. die Ionen-Flugbahnen pro Periode "Energie-isochron" sind und dass zusätzlich
2. das Ionenbündel pro Periode wenigstens zwei laterale "beam-waists" bildet, was identisch ist mit der Forderung, dass
- 1. alle Ionen, die von einem Punkte auf der System-Achse ausgehen nach einer Periode wieder in diesen Punkt fokussiert werden und
- 2. alle Ionen, die ein Parallel-Bündel bilden nach einer Periode wieder ein Parallel-Bündel bilden

Hierbei ist eine Periode definiert als der Weg, den ein Ion zurücklegt, wenn es von einem bestimmten Punkt z₀ zwischen den Ionen-Spiegeln in (+z)-Richtung ausgeht und diesen Punkt einmal in (-z)-Richtung und dann noch einmal in (+z)-Richtung erreicht.

Obwohl diese Forderungen alle nur Massnahmen in linearer Ionenbahn-Näherung sind, erreicht man damit auch eine effektive Kompensation sowohl von lateralen Bildfehlern als auch von longitudinalen Bildfehlern höherer Ordnung, d. h. Flugzeit-Fehlern. Dies hängt damit zusammen, dass der symplektischen Beziehungen wegen die lateralen mit den longitudinalen Bildfehlern eng verknüpft sind.

Die beschriebene "waist-to-waist" Beziehung für eine Periode fordert auch, dass nach einer Halbperiode eine Zwischen-"beam waist" entsteht, die dadurch charakterisiert ist, dass Ionen, die von einem Punkte ausgehen nach dieser Halbperiode ein Parallel-Bündel bilden und dass Ionen, die anfänglich ein Parallel- Bündel bilden nach dieser Halbperiode auf einen Punkt fokussiert werden, wie das in Abb. 3 angedeutet ist. Treten in dieser Mehrfach-Reflexions-Strecke mehrere "beam-waists" auf, so ist es vorteilhaft, wenn einige dieser "beam-waists" mit Positionen von Ionen-Spiegel zusammenfallen, da dies eine grössere Energiebreite der Ionen bei einer bestimmten Massenauflösung erlaubt. Allerdings erfordert dies auch eine hohe Brechkraft der zusätzlichen rotationssymmetrischen Linsen.

Im theoretisch einfachsten Falle kann man eine feldfreie Flugstrecke zwischen zwei geschalteten Ionen- Spiegeln vorsehen (siehe Abb. 1b und Abb. 2) und zusätzlich postulieren, dass in der Mitte zwischen Ihnen das Ionenbündel bei jedem Durchgang beam-waists bildet. Es kann aber auch von Vorteil sein, die beam- waists nicht exakt in der Mitte zwischen den schaltbaren Ionen-Spiegeln zu fordern solange nur die Bedingung der Energie-Isochronizität erhalten bleibt. In besonderen Fällen kann es auch von Vorteil sein, dass die Lage der "beam-waists" sich von Halb-Periode zu Halb-Periode um eine Länge Δz verschiebt, wobei Δz < 0 oder Δz < 0 sein kann. In diesem Falle ist die Länge einer Periode 2L₀ + Δz, wobei L₀ der Abstand zwischen den beiden Ionen-Spiegeln ist.

Solch ein gerades Multi-Reflexions-Flugzeit-Massenspektrometer ist in Abb. 2 in einer anschaulichen dreidimensionalen Darstellung zu sehen. Hier gehen Ionenpakete aus von einer gepulsten Ionenquelle (1), treten durch eine Ionen-Spiegel (2) hindurch, wenn dieser abgeschaltet ist, und dann durch zwei beschleunigende elektrische Rundlinsen (3, 4, 5) sowie (6, 7, 8) um schliesslich mehrfach zwischen den Ionen-Spiegeln (9) und (2) hin und her reflektiert zu werden bevor es durch den zu diesem Zeitpunkt abgeschalteten Ionenspiegel (9) hindurch treten kann um letztlich den Ionenauffänger (10) zu erreichen.

Lässt man die Ionen N Perioden durchlaufen, so ist die Gesamt-Fluglänge L_gesamt = 2N.L₀. Um diese Gesamt-Fluglänge zu erreichen, muss man bei gegebener geometrischer Länge des Systems die Zahl der Reflexionen, i. e. 4N, gross genug wählen. Man kann aber auch eine doppelt so grosses System bauen, so dass L₀ doppelt so gross wird, und dafür nur halb so viele Perioden für die Gesamt-Flugzeit nutzen. Was die erreichbare Massen-Auflösung angeht sind beide Lösungen gleichwertig, da L_gesamt gleich gross ist. Unterschiedlich ist der gleichzeitig direkt erfasste Massenbereich. Schleust man nämlich nach einer Zeit T₀ alle Ionen aus der Multi-Reflexions-Strecke aus, so registriert man in dem Massenspektrum

1. Ionen einer entsprechenden Masse m₀ die nach der Flugzeit T₀ genau N Perioden absolviert haben. Diese Ionen sollen hier Referenzionen genannt werden.
2. Ionen der Massen m mit m₀ < m < m₀(1 + 2/N), die nach der Flugzeit T mit T₀ < T < T₀(1 + 1/N) auch N Perioden absolviert haben. Diese Ionen sollen hier Normionen genannt werden.
3. nach derselben Flugzeit T mit T₀ < T < T₀(1 + 1/N) leichtere Ionen mit Massen m < m₀, die schon mehr als N Perioden sowie schwere Ionen mit Massen m < m₀(1 + 2/N), die weniger als N Perioden abolviert haben.

Hierbei ist zu bemerken, dass der Massenbereich der Norm-Ionen, umso grosser ist je kleiner die Zahl N ist, d. h. je grösser 2N.L₀ die Fluglänge pro Periode ist.

Die Ionen zu leichter und zu schwerer Massen kann man durch ein vorgeschaltetes zusätzliches Flugzeit- Massenspektrometer elimieren. Da dieses Massenspektrometer nicht sehr genau sein muss, kann man dafür etwa die Flugstrecke zwischen der Ionenquelle und dem ersten Ionen-Spiegel nutzen, auch wenn diese nur wenige cm lang ist. Diese Elimination kann man allerdings verbessern, wenn man auch den ersten Durchgang der Ionen durch das Flugzeit-Massenspektrometer mit einschliesst und nicht nur den ersten sondern auch den zweiten Ionenspiegel für die Elimination nutzt, d. h. nicht nur zu leichte und zu schwere Ionen in von dem ersten Spiegel in die Ionenquelle zurückreflektiert, sondern auch die etwas zu schweren Ionen, die in die Flugstrecke zwischen den schaltbaren Spiegeln gelangt sind, durch ein kurz fristiges Ausschalten des zweiten Ionenspiegels vorzeitig aus der Flugstrecke in Richtung auf den Detektor entlässt. Man kann aber - zumindest mit verminderter Massenauflösung - die Massen dieser Ionen auch noch bestimmen, wenn man zusätzlich deren Geschwindigkeit bestimmt und daraus die Anzahl der genutzten Perioden. Da diese Geschwindigkeitsbestimmung nicht sehr genau sein muss, kann man die Ionen einmal nach der Zeit T₀ und einmal nach einer etwas anderen Zeit (T₀ + ΔT) ausschleussen und aus der Änderung des relativen Flugzeit-Unterschiede zwischen den einzelnen Ionen auf deren relative Geschwindigkeiten schliessen. Bedenken muss man hier aber, dass für die Ionen, die zu viele oder zu wenige Perioden genutzt haben, die Bedingung der Energie-Isochronizität schlechter erfüllt ist als für Norm-Ionen.

Literatur

[1] H. Wollnik and M. Przewloka, Time-of-Flight Mass Spectrometers with Multiply Reflected Ion Trajectories, Int. Journal of Mass Spectrometry and Ion Proc. 96 (1990) 267-274
[2] H. Wollnik, Energy Isochronous Time-of-Flight Mass Analyzers, Int. Journal of Mass Spectrometry and Ion Proc. 131 (1994) 387-407

Claims

1. Flugzeit-Massenspektrometer, bei dem ein Ionenpaket auf einer geraden oder wenigstens ein Mal abgeknickten Flugstrecke zwischen zwei elektrischen aus rotations-symmetrischen Feldern bestehenden Ionen-Spiegeln weitgehend Energie-isochron hin und her reflektiert wird, wobei die beiden Ionen-Spiegel aus Gitter-freien Elektroden bestehen, deren Potentiale vor Beginn und nach Ende der Multi-Reflexions-Zeit so geändert werden, dass Ionen von hinten durch sie in die Flugstrecke zwischen den Ionen-Spiegeln eintreten bzw. aus ihr austreten können (siehe Abb. 1), dadurch gekennzeichnet, dass sich in der Flugstrecke zwischen den beiden Ionen- Spiegeln wenigstens eine elektrostatische, weitgehend rotations-symmetrische, beschleunigende Linse befindet, wobei die Potentiale der mittleren Linsen-Elektroden, was in dem System von Fig. 2 die Elektroden (4) und/oder (7) wären, so gewählt sind, dass die Ionen-Energie auf der Linsen-Achse im Bereiche dieser mittleren Linsen-Elektroden merklich grösser ist als irgendwo auf dem Rest der Flugstrecke, wobei weiterhin die Potentiale an allen Linsen-Elektroden so gewählt sein sollen, dass sie in Zusammenwirkung mit den Linsenwirkungen der Ionen-Spiegel während der Multi-Reflexions- Zeit für jede Periode, d. h. nach einer gewissen Anzahl von Durchläufen durch die Multi-Reflexions- Strecke, bewirken, dass

a) die Flugzeiten für alle Ionen einer Masse und Ladung in etwa gleich lang sind zwischen einer Position z₁ und einer Position z₂ = z₁ + Δz und dann z₃ = z₂ + Δz etc. . . . auf der optischen z-Achse des Flugzeit-Massenspektrometers, d. h. dass die Energie-Isochronizität für den Flug durch einen Periode weitgehend gewahrt ist, und dass
b) die Ionen, die von einem Punkte P(z₁) ausgehen, nach einer Periode in einen Punkt P(z₂ = z₁ + Δz) und dann P(z₃ = z₂ + Δz) etc. . . . auf der optischen z-Achse des Flugzeit-Massenspektrometers fokussiert werden, wobei gleichzeitig ein an der Position z₁ paralleles Ionen-Bündel in ein paralles Ionen-Bündel an der Position z₂ = z₁ + Δz und dann z₂ = z₁ + Δz und dann z₃ = z₂ ± Δz etc. . . . überführt wird, so dass zwischen den Positionen z₁, z₂, z₃ etc. . . . laterale "waist-to-waist" Beziehungen gegeben sind, was in Abb. 3 für eine Halbperiode des Systems von Abb. 2 dargestellt ist, d. h. Ionen, die von einer Punktquelle ausgehen, werden in ein paralles Ionenbündel überführt und umgekehrt.

2. Flugzeit-Massenspektrometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flugstrecke zwischen den beiden geschalteten Ionen-Spiegeln wenigstens einmal abgeknickt ist, wobei der oder die "Knicke" durch Reflexionen in mindestens einem weiteren statischen oder geschalteten Ionenspiegel erfolgen, wobei die Achse des Ionenbündels entweder schräg zu der oder den Spiegel-Achsen sind, wie in Abb. 1a illustriert oder aber achsenparallel wie in Abb. 4 illustriert.

3. Flugzeit-Massenspektrometer nach Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Flugstrecke zwischen den beiden geschalteten Ionen-Spiegeln wenigstens einmal abgeknickt ist, wobei alle oder ein Teil der "Knicke" durch statische oder geschaltete elektrostatische und/oder magnetische Sektorfelder erfolgen.

4. Flugzeit-Massenspektrometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flugstrecke zwischen zwei geschalteten Ionen-Spiegeln eine Gerade ist wie in Abb. 1b und 2 dargestellt.

5. Flugzeit-Massenspektrometer nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Δz in Anspruch 1 Null gewählt wird, d. h. dass der Punkt P(z₂) in Abb. 1 und 2 nach jeder Periode mit dem Punkt P(z₁) zusammenfällt.

6. Flugzeit-Massenspektrometer nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ionen durch einen geschalteten Ionen-Spiegel in die Multi-Reflexions-Flugstrecke eintreten und nach Beendigung der Multi-Reflexions-Zeit durch einen anderen geschalteten Ionen-Spiegel aus dieser Flugstrecke austreten, wenn diese jeweils diese Ionen-Spiegel auf Durchlass geschaltet sind.

7. Flugzeit-Massenspektrometer nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ionen durch denselben geschalteten Ionen-Spiegel, durch den sie in die Multi-Reflexions- Flugstrecke eingetreten waren, auch nach Beendigung der Multi-Reflexions-Zeit aus dieser Flugstrecke wieder austreten, wenn dieser eine geschaltete Ionen-Spiegel wieder auf Durchlass geschaltet ist.

8. Flugzeit-Massenspektrometer nach Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge von Δz in Anspruch 1 so gewählt wird, dass die Positionen z₁ und z₂ in Abb. 1 und 2, zwischen denen "waist-to-waist" Beziehung bestehen sollen, sich von Periode zu Periode so verschieben, dass z₁ zu Begin in etwa mit der Ionenquelle zusammenfällt, d. h. im Falle der Abb. 2, die Position (1), und z₂ am Ende in etwa mit dem Ionenauffänger zusammenfällt, d. h. im Falle der Abb. 2, die Position (9).

9. Flugzeit-Massenspektrometer nach Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste geschaltete Ionenspiegel nicht gleich nach der Extraktion der Ionen aus der Ionenquelle auf Durchlass geschaltet wird sondern erst nach einiger Zeit "T₁" und auch dann nur während eines bestimmten Zeitfensters "ΔT₁", sodass zu leichte schnellere Ionen, die zu Zeiten T < T₁ diesen Spiegel von hinten erreichen, ebenso in die Ionenquelle zurückreflektiert werden wie zu schwere langsamere Ionen die diesen Spiegel zu Zeiten T < T₁ + ΔT₁ von hinten erreichen.

10. Flugzeit-Massenspektrometer nach Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter geschalteter Ionenspiegel nicht erst nach Ablauf der Multi-Reflexionsphase auf Durchlass geschaltet wird, sondern für eine Zeit ΔT₂ auch schon nach der Zeit T₂ zu der diejenigen Ionen ihn erreicht haben, die den Ionenspiegel 1 zur Zeit T < T₁ + ΔT₁ von hinten erreicht hatten und zumindest teilweise noch passieren konnten.

11. Flugzeit-Massenspektrometer nach Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden des i-ten der in Anspruch 2 erwähnten Zusatz-Ionen-Spiegel, die eine "Knickung" der ionenoptischen Achse bewirken, nur während der Zeit T_i < T < T_i + ΔT_i mit Spannungen beaufschlagt werden, so dass diesen Ionen-Spiegel nur Ionen mit Massen m_i ≦ m ≦ m_i + Δm_i, zu Zeiten T mit T_i < T < T_i + ΔT_i erreicht haben, auf den Rest der Flugstrecke zu den Ionen-Spiegeln j < i und dann letztlich zu dem End-Ionenauffänger schicken kann, während Ionen mit m < m_i und m < m_i + Δm_i durch diesen kurzzeitig auf Transmission geschalteten i-ten Ionen-Spiegel hindurchdringen können, um dann entweder in einem Zusatz-Ionenauffänger registriert zu werden oder aber lediglich vernichtet zu werden.

12. Flugzeit-Massenspektrometer nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass durch geeignete Einstellungen der beschleunigenden Linsen vor und nach dem i-ten Ionen-Spiegel die in etwa Energie-Isochronizität und die Ausbildung einer Ionen-Strahl-waist sowohl für den End- Ionen-Auffänger als auch - wenn auch nicht notwendigerweise mit derselben Genauigkeit - für den Zusatz-Ionen-Auffänger erreicht ist, sodass in dem Zusatz-Ionen-Auffänger ein Übersichts- Massenspektrum mit mittlerer oder kleiner Massenauflösung registrieren kann für Ionen mit den Massen m ≦ m_i und m ≧ m_i + Δm_i und in dem End-Ionen-Auffänger die Ionen mit Massen m < m_i und m < m_i + Δm_i mit hoher Massenauflösung, die in dem Übersichts-Massenspektrum fehlen.

13. Flugzeit-Massenspektrometer nach Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der geschalteten Ionen-Spiegel auf der Seite, die der Flugstrecke zwischen den verschiedenen Ionen-Spiegeln abgewandt ist, mit einem Gitter abgeschlossen ist, so dass er zwar während der Multi-Reflexions-Phase für die Ionen als Gitter-freier Spiegel wirkt aber während der Ionen-Einschleus- oder Ionen-Ausschleus-Phase als Gitter-behaftete Transmissions-Linse.

14. Flugzeit-Massenspektrometer nach Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der geschalteten Ionen-Spiegel auf der Seite, die der Flugstrecke zwischen den verschiedenen Ionen-Spiegeln abgewandt ist, mit mehreren Gitter abgeschlossen ist, die sich alle auf demselben Potential befinden, wodurch dieser Ionen-Spiegel zwar während der Multi-Reflexions-Zeit für die Ionen als Gitter-freier Spiegel wirkt aber während der Ionen-Einschleus- bzw. Ionen- Ausschleus-Phase als Gitter-behaftete Transmissions-Linse.

15. Flugzeit-Massenspektrometer nach Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der geschalteten Ionen-Spiegel auf der Seite, die der Flugstrecke zwischen den verschiedenen Ionen-Spiegeln abgewandt ist, mit mehreren Gittern abgeschlossen ist, die sich auf verschiedenen Potentialen befinden, wodurch dieser Ionen-Spiegel zwar während der Multi- Reflexions-Zeit für die Ionen als Gitter-freier Spiegel wirkt aber während der Ionen-Einschleus- bzw. Ionen-Ausschleus-Phase als Gitter-behaftete Transmissions-Linse.

16. Flugzeit-Massenspektrometer nach Ansprüchen 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass während der Ionen-Einschleus-Phase bzw. Ionen-Ausschleus-Phase die Potentiale V_m (mit 1 ≦ m ≦ M) aller M Gitter sowie V_n (mit 1 ≦ n ≦ N) aller N Gitter-freien Elektroden eines geschalteten Ionen- Spiegels, durch den Ionen hindurchtreten sollen, auf Werte V_ma_m bzw. V_na_n reduziert werden, wobei -1 ≦ a_m ≦ 1 und -1 ≦ a_n ≦ 1.

17. Flugzeit-Massenspektrometer nach Ansprüchen 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass während der Ionen-Einschleus-Phase bzw. Ionen-Ausschleus-Phase nur das Potential V_m des m_ten Gitters oder V_n der n_ten Gitter-freien Elektrode eines geschalteten Ionen-Spiegels, durch den die Ionen hindurchtreten sollen, auf V_ma_m bzw. V_na_n reduziert wird, wobei -1 ≦ a_m ≦ 1 und -1 ≦ a_n ≦ 1.

18. Flugzeit-Massenspektrometer nach Ansprüchen 16 und 17, dadurch gekennzeichnet dass für a_m bzw. a_n Werte gewählt werden, die nur so wenig unter 1 liegen, dass V_m(1 - a_m) bzw. V_n(1 - a_n) kleiner bleiben als wenige 100 V.

19. Flugzeit-Massenspektrometer nach Ansprüchen 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Ionen-Spiegel, durch den die Ionen während der Ionen-Einschleus-Phase hindurchtreten müssen, auf der Seite, die der Flugstrecke zwischen den Ionen-Spiegeln abgewandt ist, Zusatz-Elektroden enthält, die zu den Feldern der Ionen-Spiegel zusätzliche koaxiale Rundlinsen-Felder bewirken, die - wenn diese durch geeignete Potentiale an den Linsenelektroden richtig eingestellt sind - während der Einschleus-Phase eine "beam-waist" an der Position z₁ (siehe Abb. 1 und 2) erzeugen.

20. Flugzeit-Massenspektrometer nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzelektroden zusätzlich zu koaxialen Rundlinsen-Felder auch Quadrupollinsen-Felder erzeugen, die - wenn diese durch geeignete Potentiale an den Linsenelektroden richtig eingestellt sind - während der Einschuss-Phase eine "beam-waist" an der Position 21 (siehe Abb. 1 und 2) erzeugen.

21. Flugzeit-Massenspektrometer nach Ansprüchen 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Ionen-Spiegel, durch den die Ionen während der Ionen-Einschleus-Phase hindurchtreten müssen, auf der Seite, die der Flugstrecke zwischen den Ionen-Spiegeln abgewandt ist, wenigstens einen elektrischen Ionen-Ablenker enthält, die in zwei zueinander geneigten aber zu der z-Achse im wesentlichen senkrechten Richtungen wirken.

22. Flugzeit-Massenspektrometer nach Ansprüchen 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Ionen-Spiegel, durch den die Ionen während der Ionen-Einschleuss-Phase oder der Ionen- Ausschleus-Phase hindurchtreten müssen, auf der Seite, die der Flugstrecke zwischen den Ionen- Spiegeln zugewandt ist und/oder auf der Seite, die der Flugstrecke zwischen den beiden Ionen- Spiegeln abgewandt ist, elektrische Ionen-Ablenker enthält, die jeweils in zwei zueinander geneigten aber zu der z-Achse im wesentlichen senkrechten Richtungen wirken, wobei diese Wirkungen nur kurzfristig aktiviert werden.

23. Flugzeit-Massenspektrometer nach Ansprüchen 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Potential der Achse zwischen den beiden Ionen-Spiegeln sich über einen merklichen Teil der Flugstrecke auf einem Potential befindet, auf dem die Energie der Ionen reduziert ist gegenüber der mittleren Energie, die sie in der Multi-Reflexions-Strecke haben.

24. Flugzeit-Massenspektrometer nach Ansprüchen 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden der Spiegel und Linsen zum Teil nicht aus rotations-symmeterischen Elektroden aufgebaut sind sondern aus Elektroden-Anordnungen auf zwei zueinander parallelen, ebenen Strukturen, wie etwa gedruckten Schaltungen, die in verschiedenen Ausbildungen rotations symmetrische und/oder quadrupolare Feldverteilungen erzeugen können.

25. Flugzeit-Massenspektrometer nach Ansprüchen 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden der Ablenker nicht nur aus Plattenkondensatoren bestehen, deren Ablenkfeldstärke senkrecht zu diesen Platten ist, sondern aus Elektroden-Anordnungen auf zwei zueinander parallelen, ebenen Strukturen, wie etwa gedruckten Schaltungen, die in verschiedenen Ausbildungen sowohl Ablenkfeldstärken senkrecht zu diesen ebenen Strukturen erzeugen als auch parallel zu ihnen.