-
Massenspektrometer werden verwendet, um die chemische Zusammensetzung von Substanzen und Strukturen von Molekülen zu bestimmen. Massenspektrometer können eine Ionenquelle, um Ionen zu erzeugen (z. B. ionisierte, neutrale Moleküle zu erzeugen), sowie einen Masseanalysator und Ionendetektor aufweisen. Der Masseanalysator kann z. B. ein Flugzeit-(TOF-)Masseanalysator sein. TOF-Masseanalysatoren können verwendet werden, um die Massespektren von Verbindungen oder Mischungen von Verbindungen aufzuzeichnen durch Messen der Zeiten, die molekulare und/oder Fragment-Ionen von jenen Verbindungen benötigen, sich gewisse Distanzen zu bewegen.
-
Bei orthogonalen Flugzeit-Massenspektrometrie-Instrumenten ist es manchmal nötig, die Energie des Strahls zu steuern, der sich der orthogonalen Beschleunigungsregion nähert. In solchen Fällen kann die axiale Energie des Strahls gesteuert werden, um sicherzustellen, dass die Ionen auf den Detektor treffen, nachdem sie sich durch die Freiflugregion bewegt haben, und um eine gute Auflösung zu erreichen. Während die vertikale Position der Ionen in dem Pulsgeber eines Flugzeitspektrometers zum Verwenden von Raumfokussierungstechniken kompensiert werden kann, führt die vertikale Energie zu Umkehrzeitproblemen, die eine schlechte Auflösung verursachen können. Somit wird, um eine hohe Auflösung zu erreichen, der Strahl üblicherweise „geschnitten”, um Ionen mit übermäßiger vertikaler Geschwindigkeit sowohl abwärts als auch aufwärts zu beseitigen. Dies wird ausgeführt durch Leiten eines Ionenstrahls durch einen Schlitz in einer Platte, so dass die Ionen auf die Platte treffen und ihre Ladung verlieren.
-
Die
JP 2000-294188 A offenbart einen Ionenbeschleunigungsabschnitt eines vertikalbeschleunigenden TOF-Massenspektrometers mit Ionenextraktionsgittern, einer Ionenbeschleunigungsplatte und einer Ionenextraktionsplatte, die eine Beschleunigungslinse aufweist.
-
Die
US 5,464,985 A offenbart ein nicht-lineares Feld-Reflektron, das in der Lage ist, einen gesamten Massebereich aus Produktionen bei im Wesentlichen dem gleichen Brennpunkt zu fokussieren. Das Reflektron umfasst eine Mehrzahl von Linsenplatten, von denen jede eine Öffnung hat, um ein nicht-lineares elektrisches Feld in dem Reflektron zu erzeugen. Hierzu wird die Spannung, die an jeder aufeinanderfolgenden Linsenplatte angelegt wird, nicht linear bezüglich ihrer benachbarten Linsenplatte angehoben.
-
Die
US 2005/0017195 A1 offenbart ein Kompensations-Chopping-Element mit einer Einzel-Energie-Korrektureinheit. Eine Ionenquelle liefert einen Ionenstrahl, der durch einen Chopper geführt wird. Der Ionenstrahl läuft durch eine Aperturplatte und eine zusätzliche Deflektoreinheit, die mit einem HF-Signal beaufschlagt wird, was eine Energiespreizung wieder aufhebt, die durch den Chopper vor der Aperturplatte eingeführt worden ist.
-
Die
US 2007/0164205 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Massenspektrometerdiagnose. Ein Massenspektrometersystem umfasst eine interne Oberfläche, die einer Kontaminierung ausgesetzt ist, und eine optische Sensoranordnung, die positioniert ist, um eine Reflexion einer optischen Strahlung von der internen Oberfläche zu überwachen. Zur Bestimmung eines Kontaminationspegels auf der internen Oberfläche innerhalb des Massenspektrometers wird die interne Oberfläche mit einer optischen Strahlung bestrahlt, und es wird dann die von der internen Oberfläche reflektierte optische Strahlung detektiert und ein Reflektivitätswert basierend auf der detektierten optischen Strahlung erfasst, um schließlich den Kontaminationspegel zu bestimmen.
-
Die
DE 10 2007 026 441 A1 offenbart ein Massenspektrometer zur genauen Überwachung der Isotopen- und Elementarzusammensetzung einer Probe. Ein Mehrfach-Kollektor-ICP-Massenspektrometer wird modifiziert, so dass Ionen von dem Hauptweg in einen sekundären Analysator abgelenkt werden. Die Ablenkung wird durch ein gepulstes Signal an einem Deflektor erreicht. Die Mehrheit der Ionen tritt in den Isotopenanalysator ein, während ein kleiner Anteil zur Elementaranalyse verfügbar ist.
-
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zum Schneiden eines Anfangsionenstrahls, ein Massenspektrometersystem nach Anspruch 9 oder ein Verfahren zum Schneiden eines Anfangsionenstrahls zu schaffen.
-
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum Schneiden eines Anfangsionenstrahls nach Anspruch 1, ein Massenspektrometersystem nach Anspruch 9 oder ein Verfahren zum Schneiden eines Anfangsionenstrahls nach Anspruch 10 gelöst.
-
Die beiliegenden Zeichnungen, die hierin eingelagert sind, bilden einen Teil der Beschreibung. Zusammen mit dieser schriftlichen Beschreibung dienen die Zeichnungen ferner dazu, die Prinzipien der beanspruchten Systeme und Verfahren zu erklären und es Durchschnittsfachleuten auf dem entsprechenden Gebiet der Technik zu ermöglichen, diese herzustellen und zu verwenden.
-
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 schematisch eine exemplarische Konfiguration optischer Komponenten für einen Schnellschlitz-Ionenschneider;
-
2 schematisch eine andere exemplarische Konfiguration optischer Komponenten für einen Schnellschlitz-Ionenschneider;
-
3 schematisch ein Massenspektrometersystem, bei dem ein Objekt-Schnellschlitzschneider eingesetzt wird;
-
4 schematisch ein Beispiel eines mit Schneidblatt versehenen Schneiders;
-
5 schematisch ein anderes Beispiel eines mit Schneidblatt versehenen Schneiders; und
-
6 perspektivische Ansichten eines exemplarischen mit Schneidblatt versehenen Schneiders.
-
Hierin ist ein „Schnellschlitz”-Ionenschneider beschrieben. Im Allgemeinen weist diese Vorrichtung folgende Merkmale auf: a) eine erste Elektrode, die einen Ioneneintrittsschlitz aufweist, der auf einer Spannung ist, die eine Beschleunigung eines Anfangsionenstrahls bereitstellt, der sich dem Schlitz nähert; wobei die Breite des Schlitzes ausgewählt ist, um einen Teil der Ionen mit einer hohen Verschiebung von der Achse des Ionenstrahls zu blockieren; und b) eine oder mehrere Linsen nachgeordnet zu der ersten Elektrode, auf einer Spannung oder Spannungen, die eine Verlangsamung der Ionen bereitstellt/bereitstellen, wenn sie aus der einen oder den mehreren Linsen austreten. Die Geometrie und die Potenzialverteilung der einen oder der mehreren Linsen stellt einen Ionenstrahl bereit, der eine niedrige Divergenz in der Achse aufweist.
-
Ein Massenspektrometersystem wird ebenfalls bereitgestellt. Bei bestimmten Ausführungsbeispielen weist das Massenspektrometersystem folgende Merkmale auf: eine Ionenquelle zum Erzeugen von Ionen; einen Ionenleiter zum Leiten eines Strahls der Ionen; einen Schnellschlitz-Ionenschneider; und einen orthogonalen Flugzeit-(TOF-)Masse-analysator zum Analysieren der Ionen.
-
Schließlich wird ein Verfahren zum Schneiden eines Niedrigenergieionenstrahls bereitgestellt. Allgemein ausgedrückt weist dieses Verfahren folgende Schritte auf: Beschleunigen des Niedrigenergieionenstrahls hin zu einer ersten Elektrode, die einen Ioneneintrittsschlitz aufweist, wobei die erste Elektrode einen Teil der Ionen blockiert, mit hoher Verschiebung von der Achse des Ionenstrahls, wodurch der Ionenstrahl geschnitten wird; und Verlangsamen des Ionenstrahls nachdem er geschnitten ist.
-
Bezug nehmend auf die hierin gegebene Beschreibung werden die Ausdrücke „vertikal” und „quer” austauschbar verwendet, um auf die Richtung Bezug zu nehmen, in der sich die Ionen in einem nachgeschalteten, orthogonalen Flugzeitmasseanalysator bewegen. Der Ausdruck „horizontal” ist senkrecht sowohl zu der vertikalen als auch der Längs-Achse eines Ionenstrahls.
-
Flugzeitmessungen sind besonders empfindlich im Hinblick auf den Phasenraum des Ionenstrahls, was sowohl die Strahlgröße als auch Divergenz umfasst. Um die Qualität eines Ionenstrahls zu verbessern, ist es üblich, einen Ionenschneider zu verwenden, der Ionen mit besonders hoher Divergenz und/oder hoher Distanz von der Strahlenachse blockiert. Solche Ionenschneider definieren somit den Phasenraum des Strahls, der in das Massenspektrometer eintritt. Nach dem Schneiden tritt der geschnittene Ionenstrahl (der in bestimmten Fällen konzeptionell einem „Band” aus Ionen ähneln kann, da die Oberseite und Unterseite des Strahls entfernt wurden) in das Flugzeitspektrometer ein und Ionen werden in die Flugröhre des TOF-Spektrometers gepulst. Bei einigen Ausführungsbeispielen werden die Ionen in einer orthogonalen Richtung (z. B. aufwärts relativ zu der Ebene des Bandes) entlang der Flugröhre gepulst. Das Schneiden entfernt Ionen aus dem Ionenstrahl, die eine wesentliche Energie in der Richtung des Pulsens aufweisen, und ermöglicht ferner, dass ein größerer Anteil der Ionen von demselben Startpunkt in der Flugröhre gepulst wird. Beide dieser Merkmale führen zu einer Erhöhung der Auflösung des Massenspektrometers.
-
Eine andere Charakteristik des Verhaltens eines Massenspektrometers ist die Stabilität der Operation, die potenziell durch die Ansammlung von Analytenmolekülen auf den Arbeitsoberflächen des Schneiders beeinträchtigt werden kann. Dies führt nachfolgend zu einem Laden dieser Oberflächen, was die Ablenkung des Ionenstrahls verursacht. Wenn zum Beispiel die Arbeitsoberflächen des Schneiders schmutzig werden und Ladung anhäufen, kann der Strahl abgelenkt oder defokussiert werden. Die langsame Geschwindigkeit von Ionen verstärkt diese Wirkung.
-
Das elektrische Potenzial eines herkömmlichen Schneiders ist üblicherweise im Bereich von 0 bis 10 V im Hinblick auf die Spannung, die in der Pulsgeberregion in einem nachgeschalteten Flugzeit-Massenspektrometer verwendet wird, wogegen die axiale kinetische Energie von Ionen innerhalb der Pulsgeberregion üblicherweise unter 40 eV ist. Folglich ist die Ionengeschwindigkeit relativ niedrig, was zu einigen der oben beschriebenen Problemen führen kann.
-
Hierin ist ein „Schnellschlitz”-Ionenschneider beschrieben, d. h. ein Ionenschneider, der einen Schlitz enthält, durch den sich Ionen bei hoher Geschwindigkeit bewegen. Ionen bewegen sich durch den Schlitz eines Schnellschlitz-Ionenschneiders mit einer Energie bis zu 10× oder mehr im Vergleich zu Ionen, die sich durch einen herkömmlichen Ionenschneider bewegen. Als Ergebnis kann sich die Ionenschneiderlanglebigkeit bis zu 10× erhöhen, da die Wirkung des Ladens ungefähr umgekehrt proportional zu der kinetischen Energie der Ionen ist.
-
Ionen können hin zu einem Schlitz beschleunigt werden durch Anlegen eines hohen Potenzials an eine Elektrode, die den Schlitz enthält. Das Potenzial kann bis zu 500 V sein, ist jedoch üblicherweise in dem Bereich von 100 V bis 300 V. Der Schnellschlitz kann an einer ausgewählten Distanz von dem Pulsgeberbereich des TOF-Massenspektrometers angeordnet sein. Die Distanz zwischen dem Schnellschlitz und dem Pulsgeber sollte ausreichend sein, um eine Optik unterzubringen, die verwendet wird, um Ionen auf eine niedrigere Energie zu verlangsamen, die geeignet für die Analyse in einem Flugzeitanalysator ist. Die axiale kinetische Energie von Ionen in dem Pulsgeber eines Flugzeit-Massenspektrometers ist üblicherweise in dem Bereich von 10 eV bis 50 eV. Bei einer spezifischen Implementierung ist diese Distanz im Bereich von 30 bis 60 mm, obwohl eine Distanz außerhalb dieses Bereichs unter vielen Umständen eingesetzt werden kann. Die Verlangsamungsoptik stellt nicht nur einen langsameren Ionenstrahl zu dem Flugzeitanalysator bereit, sondern stellt auch den entsprechenden Phasenraum des Strahls mit einem kleinen Querschnitt und Winkeldivergenz in der „vertikalen” Achse bereit, d. h. in derselben Richtung wie die der Pulsgebung in einem nachgeschalteten, orthogonalen Flugzeit-Masseanalysator.
-
Bei bestimmten Ausführungsbeispielen weist ein Schnellschlitz-Ionenschneider folgendes auf: a) eine erste Elektrode, die einen Ioneneintrittsschlitz aufweist, der auf einer Spannung ist, die eine Beschleunigung eines Anfangsionenstrahls einer relativ niedrigen Energie bereitstellt, der sich dem Schlitz nähert. Wie oben erwähnt wurde, ist die Breite des Schlitzes ausgewählt, um einen Teil der Ionen zu blockieren, mit einer hohen vertikalen Verschiebung von der Achse des Ionenstrahls. Ein Schnellschlitz-Ionenschneider weist ferner folgendes auf: b) eine oder mehrere Linsen nachgeschaltet zu der ersten Elektrode, die ein elektrisches Feld bereitstellen, das die Ionen verlangsamt. Die Geometrie und Potentialverteilung der einen oder mehreren Linsen stellt einen Ionenstrahl bereit, der eine niedrige Divergenz in der vertikalen Achse aufweist, wodurch ein geschnittener Ionenstrahl bereitgestellt wird. Der geschnittene Strahl kann in der Form eines Bandes sein. Bei bestimmten Ausführungsbeispielen kann die erste Elektrode (d. h. die, die den Schnellschlitz enthält) eine Spannung aufweisen, die die Energie der Ionen in dem anfänglichen Strahl um das 2-fache bis 50-fache erhöht, und die eine oder die mehreren Linsen können auf einer oder mehreren Spannungen sein, die die Energie der beschleunigten Ionen um das 2-fache bis 50-fache verringern, wodurch ein Strahl erzeugt wird, der eine niedrige Energie aufweist und eine Geometrie, die geeignet ist für eine Flugzeitanalyse. Der Anfangsionenstrahl kann eine Energie im Bereich von 10 eV bis 50 eV aufweisen.
-
Bei einem Ausführungsbeispiel ist es möglich, dass sich ein Ionenstrahl ausdehnt, während er hin zu der ersten Elektrode beschleunigt wird, und nur der Teil des Strahls, der Ionen mit der kleineren Distanz von der Achse enthält, durch den Schnellschlitz verläuft. Bei dieser Konfiguration kann ein Schnellschlitz breiter sein als er üblicherweise bei herkömmlichen Schneidern verwendet wird (d. h. er kann eine Breite im Bereich von z. B. 0,6 bis 1,2 mm aufweisen), was die Schneiderlanglebigkeit weiter verbessert durch Ausbreiten der Verschmutzung über den größeren Bereich und Reduzieren des ladungsinduzierten Feldes in der Nähe des Ionenstrahls. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann die Breite des Ioneneintrittsschlitzes bei der ersten Elektrode in dem Bereich von 0,1 bis 10 mm sein, z. B. in dem Bereich von 0,5 mm bis 2 mm. Nachdem er durch den Schnellschlitz passiert ist, kann die niedrige Energie und Parallelität unter Verwendung von Linsenkonfigurationen wieder hergestellt werden. Bei bestimmten Ausführungsbeispielen weisen die eine oder die mehreren Linsen nachgeschaltet zu dem Schnellschlitz ein Paar aus gegenüberliegenden Plattenelektroden auf (wobei die Oberflächen der Plattenelektroden in der x-y-Ebene relativ zu der Richtung der Flugzeitröhre ist). Die Distanz zwischen den gegenüberliegenden Plattenelektroden kann in bestimmten Fällen in dem Bereich von 0,2 mm bis 2 cm sein, obwohl diese Distanz bedeutend variieren kann. Ferner kann die Anzahl solcher Linsen ebenfalls variieren.
-
Ein Beispiel eines Schnellschlitz-Ionenschneiders ist in 1 dargestellt. Wie in 1 dargestellt ist, kann ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung folgendes aufweisen: a) eine erste Elektrode 20, die einen Ioneneintrittsschlitz 22 aufweist, der auf einer Spannung ist, die eine Beschleunigung von einem anfänglichen Ionenstrahl 24 mit niedriger Energie bereitstellt (z. B. einem Strahl, der aus dem Ionenleiter 26 ausgetreten ist), wobei die Breite des Schlitzes ausgewählt ist, um einen Teil der Ionen mit einer hohen Verschiebung der Achse des Ionenstrahls zu blockieren, wie oben beschrieben wurde. Diese Implementierung der gegenständlichen Vorrichtung enthält ferner i. eine erste Linse 28, die z. B. ein erstes Paar aus gegenüberliegenden Plattenelektroden aufweist, bei einer Spannung, die eine Verlangsamung der Ionen verursacht, die in die erste Linse eintreten; ii. eine zweite Linse 30, die z. B. ein zweites Paar aus gegenüberliegenden Plattenelektroden aufweist, bei einer Spannung, die eine Verlangsamung der Ionen verursacht, die in die zweite Linse eintreten. Die Vorrichtung kann eine zweite Elektrode 32 enthalten, die einen Ionenaustrittsschlitz 34 aufweist, der auf einer Spannung ist, die eine Ionenverlangsamung verursacht. Die Vorrichtung ist ausgebildet, so dass ein Ionenstrahl durch die erste Elektrode geschnitten wird, um einen geschnittenen Ionenstrahl zu erzeugen, und der geschnittene Ionenstrahl verläuft durch die erste und zweite Linse bevor er aus der Vorrichtung durch den Ionenaustrittsschlitz bei relativ niedriger Energie austritt. Bei einem Ausführungsbeispiel wird der Eintrittsschlitz 22 auf einem hohen Potenzial beibehalten (z. B. in dem Bereich von 100 V bis 500 V, z. B. 200 V), um eine hohe Ionengeschwindigkeit bereitzustellen, die erste Linse 28 ist auf einer niedrigeren Spannung (z. B. in dem Bereich von 0 V bis 200 V, z. B. 70 V), was die Ionen verlangsamt. Die zweite Linse 30 wird auf einer hohen Spannung beibehalten (in dem Bereich von 100 V bis 500 V, z. B. 200 V), und schließlich ist die Schneideraustrittslinse 32 auf einem niedrigen Potenzial ähnlich zu dem der nachgeschalteten Ionenpulsgeberplatten in einem orthogonalen Flugzeit-Massenspektrometer (was in einem Bereich von 0 V bis 15 V sein kann). Alle Spannungen haben ein Vorzeichen, das entgegengesetzt zu dem Vorzeichen der analysierten Ionen ist.
-
Die Breite des Austrittsschlitzes 34 kann in bestimmten Fällen größer sein als die Breite eines Schlitzes in einem herkömmlichen Ionenschneider, um zu verhindern, dass ein wesentlicher Teil der Ionen mit der Linse kollidiert. Bei dieser Konfiguration kann wenig oder keine Verschmutzung und Ladung des Austrittsschlitzes auftreten. Als eine Option kann der Austrittsschlitz beseitigt werden, solange die Gasleitfähigkeit des Schneiders ausreichend niedrig ist, um einen hohen Druck in dem TOF-MS-Analysator zu verhindern.
-
Eine SIMION-Simulation (nicht gezeigt) demonstriert, dass der erforderliche geringe Querschnitt und die Divergenz des Strahls wieder hergestellt werden können durch die Auswahl von geeigneten Spannungen auf den Linsenelementen. Eine Simulation zeigt, dass der Phasenraum des Strahls so gut ist wie der bei herkömmlichen Schneiderentwürfen, die zwei Schlitze mit ähnlichen Abmessungen aufweisen. Zusätzlich dazu bietet der erste Schlitzentwurf eine Verbesserung bei der Gesamtübertragung ohne ein Kompromittieren der Auflösung der TOF-MS-Analyse.
-
In bestimmten Fällen und wie in 1 gezeigt ist, können die Ionenbahnen in bestimmten Fällen in der horizontalen Abmessung des Strahls während ihres Durchgangs durch die Objektvorrichtung überkreuzen. Genauer gesagt, wenn die Richtung, in der sich der Ionenstrahl bewegt, die x-Abmessung ist und die Breite des Strahls die y-Richtung ist, können sich die Ionen in der z- oder der vertikalen Richtung (sowohl aufwärts als auch abwärts) bewegen, um die horizontale Ebene zu kreuzen, die die Längsachse des Ionenstrahl enthält, ohne die vertikale Ebene zu überkreuzen, die die Längsachse des Ionenstrahls enthält. Anders ausgedrückt können sich die Ionen von einer Position in der oberen Hälfte des geschnittenen Strahls zu einer entsprechenden Position in dem unteren Teil des geschnittenen Strahls bewegen, ohne eine wesentliche seitliche Bewegung (d. h. ohne sich von einer Seite des Strahls zu der anderen zu bewegen). Es besteht ein Potenzial für raumladungsinduzierte Probleme, wenn ein Strahl einen schmalen Übergang aufweist. Unter den typischen Betriebsbedingungen jedoch ist dies nicht wahrscheinlich. Ferner würde bei jedem Übergang eine Region mit hoher Ionengeschwindigkeit und mit niedriger Ionendichte auftreten, was ferner die Wahrscheinlichkeit von Raumladungseffekten reduziert.
-
Um dieses potenzielle Problem des Übergangs anzugehen, wenn es zu einem Problem wird, sowie die gewünschte Strahlgeometrie bereitzustellen, können die Formen von einer oder mehreren der Linsen unten am Strahl so entworfen sein, dass kein Übergang in der horizontalen Richtung vorliegt. Zum Beispiel zeigt die Simulation, dass die Verwendung von Linsen mit gegenüberliegenden, parallelen Elektroden einen Strahlübergang nur in einer Dimension bereitstellt, was die Chancen von Raumladungsproblemen wesentlich reduziert. Gleichzeitig ist die resultierende Divergenz des Strahls in der horizontalen Richtung immer noch ausreichend, um die Empfindlichkeit beizubehalten.
-
2 zeigt eine spezifischere Konfiguration von optischen Elementen, die nicht nur die oben beschriebenen Merkmale bereitstellt (d. h. Ionenleiter 26, erste Elektrode 20, die einen Ioneneintrittsschlitz 22 aufweist, der auf einer Spannung ist, die eine Ionenbeschleunigung bereitstellt, eine erste Linse 28, die eine Spannung aufweist, die eine Verlangsamung der Ionen bereitstellt, die in die erste Linse eintreten; eine zweite Linse 30 bei einer Spannung, die eine Beschleunigung der Ionen bereitstellt, die in die zweite Linse eintreten; und eine dritte Linse 32, die einen Ionenaustrittsschlitz 34 aufweist), sondern auch eine „vordere” bzw. „Front-„Elektrode 40 einlagert, die einen Frontschlitz 42 enthält. Bei einem Ausführungsbeispiel können die zwei Seiten des Frontschlitzes auf etwas unterschiedliche Spannungen eingestellt sein, die eine Möglichkeit liefern, den Ionenstrahl in der vertikalen Richtung zu lenken. Dies liefert eine Möglichkeit, jegliche potenzielle mechanische Fehlausrichtung der Optik zu kompensieren und erreicht eine optimale Strahlrichtung bevor er in den TOF-Extraktionsbereich eintritt. Die Dimensionen des Frontschlitzes können groß genug sein, so dass wenige oder keine Ionenbahnen mit der Frontelektrode kollidieren.
-
Zusätzlich dazu können zwei weitere DC-Spannungselemente direkt nach dem Ionenleiter und vor dem Ionenschlitz angeordnet sein, z. B. eine kreisförmige Linsenelektrode eines kleinen Durchmessers 44 und ein größeres zylindrisches Element 46. Ihre Rolle kann sein, eine Abschirmung von den HF-Feldern bereitzustellen sowie den Anfangsstrahl zu formen.
-
Die Form des Frontschlitzes kann verwendet werden, um die Geometrie des Strahls zu steuern. Simulationen haben gezeigt, dass ein Schlitz mit einem Verhältnis von ungefähr 2:1 zwischen horizontaler und vertikaler Abmessung (wo die „horizontale” Abmessung der Apertur in derselben Ausrichtung ist wie der Schlitz bei der ersten Elektrode) eine verbesserte Strahlgeometrie bietet und zu der zufriedenstellenden Übertragung führt. Es hat sich ferner herausgestellt, dass diese Konfiguration weniger empfindlich für eine horizontale Fehlausrichtung der Elemente ist, wenn der Schneider gegenüberliegend zu mehr quadratischen Öffnungen ist (wie z. B. jenen mit einem Verhältnis 5:4 oder 4:4).
-
Tabelle 1 fasst einen Satz einiger möglicher Spannungseinstellungen für verschiedene optische Elemente zusammen, die ein angemessenes Verhalten bei einer Konfiguration bereitstellen können. Diese Spannungen stellen nur einen möglichen Satz aus Spannungen dar. Die tatsächlichen Spannungen, die verwendet werden können, können stark abweichen, abhängig von der geplanten Verwendung und der bestimmten Geometrie des optischen Systems. Als Beispiel kann der verwendete Schnellschlitz eine Breite von 0,6 mm bis 1,2 mm aufweisen, und die Frontschlitzabmessungen können über einen breiten Wertebereich optimiert werden (was z. B. 8 mm × 4 mm umfasst, obwohl kleinere oder größere Abmessungen verwendet werden können). Die Geschwindigkeit der Ionen in dem System kann durch die Spannung auf dem Ionenleiter definiert sein, da dies das letzte Element ist, wo diese mehrere Kollisionen mit Gas erfahren. Alle Spannungen verstehen sich relativ zu der Referenzplatte in dem Ionenpulsgeber. Wie ohne weiteres ersichtlich wäre, können die Polaritäten der hierin beschriebenen Spannungen (d. h. ob eine Spannung positiv oder negativ ist) abhängig von der Ladung der Ionen verändert werden, die analysiert werden.
| Element | Ionenleiter | Ionenfokus | Ionenlinse | Frontschlitz | Schnellschlitz | Linse 1 | Linse 2 | Austrittsschlitz | TOF-Pulsgeber |
| Spannung | 12 v | –20 V | –10 V | –50 V | –200 V | –50 V | –200 V | 0 V | 0 V |
-
Bei einem Ausführungsbeispiel ist es möglich, die Spannungseinstellungen an der Schneideroptik einzustellen, so dass die Divergenz des Strahls vor dem Schlitz modifiziert wird und sich der Betrag des Strahls, der blockiert wird, ändern kann. Dies stellt eine Möglichkeit bereit, die Auflösung und Empfindlichkeit des nachgeordneten Massenspektrometers zu ändern. Genauer gesagt, wenn ermöglicht wird, dass der Strahl mehr vor dem Schlitz divergiert, wird der kleinere Teil der Raumphase übertragen. Folglich kann eine hohe Auflösung erreicht werden, jedoch auf Kosten eines gewissen Empfindlichkeitsverlustes. Umgekehrt stellt eine höhere Kollimation vor dem Schlitz eine hohe Empfindlichkeit bei reduzierter Auflösung bereit. Als Beispiel kann eine geringere Divergenz des Ionenstrahls erreicht werden durch Einstellen des Frontschlitzes auf niedrigere absolute Werte (30–40 V).
-
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann das Einstellen des Schneiders für das spezifische Verhalten erreicht werden durch Variieren der Größe des Schnellschlitzes. Wenn die Breite des Schlitzes geändert werden kann (z. B. mechanisch), kann der Kompromiss zwischen Auflösung und Empfindlichkeit eingestellt werden. Bei einem spezifischen Ausführungsbeispiel kann das Instrument zwei oder mehr „Operationsmodi” haben, die abhängig von dem Ziel einer bestimmten Anwendung ausgewählt werden.
-
Bei einem Ausführungsbeispiel kann der Schnellschlitz, d. h. die erste Elektrode, mit Blättern bzw. Schneidblättern versehen sein und kann einen Körper; ein erstes längliches Blatt; und ein zweites längliches Blatt aufweisen; wobei der mit Blättern versehene Ionenschneider einen Schlitz aufweist, der sich durch den Körper erstreckt, durch den Ionen passieren, und wobei die Kanten des ersten und zweiten länglichen Blattes den Eingang des Schlitzes definieren und hin zu dem Ionenstrahl zeigen, wie in 4 exemplarisch gezeigt ist.
-
Ein Querschnitt eines Beispiels einer mit Blättern versehenen ersten Elektrode ist schematisch in 4 dargestellt. Allgemein ausgedrückt weist eine mit Blättern versehene erste Elektrode 209 auf: a) einen Körper 210; b) ein erstes längliches Blatt 212; und d) ein zweites längliches Blatt 214; wobei der mit Blättern versehene Ionenschneider einen Schlitz 214 aufweist, der sich durch den Körper 210 erstreckt und durch den Ionen passieren. Wie dargestellt ist, definieren die Kanten (d. h. die scharfe Schneidekante) des ersten und zweiten länglichen Blattes 216 bzw. 218 den Eingang 220 des Schlitzes und zeigen hin zu dem Ionenstrahl (d. h. die Kanten zeigen in eine Richtung, die entgegen dem Fluss des Ionenstrahls ist). Bei bestimmten Ausführungsbeispielen und wie in 4 dargestellt ist, können die Kanten des ersten und zweiten länglichen Blattes parallel zueinander sein. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann die Beabstandung zwischen den Kanten des ersten und zweiten länglichen Blattes variieren und kann in bestimmten Fällen abnehmen oder zunehmen, allmählich oder schrittweise, von einem Ende des Schlitzes zu dem anderen. Durch Verschieben der Blätter von Seite zu Seite können dem Ionenstrahl unterschiedliche Schlitzgrößen präsentiert werden, um das Ausgleichen von Empfindlichkeit gegen Auflösung zu ermöglichen. Auf ähnliche Weise könnte das Verschieben der Blätter zur Seite verwendet werden, um dem Ionenstrahl eine frische Oberfläche zu präsentieren, um das Laden zu verringern. In einigen Fällen, wie in 4 dargestellt ist, weist der Schlitz ein Ioneneintrittsende und ein Ionenaustrittsende auf, und das Ionenaustrittsende ist breiter als das Ioneneintrittsende. In bestimmten Fällen können die Wände des Schlitzes in einem Winkel von z. B. 1° bis 15° zueinander sein, derart, dass das Ionenaustrittsende breiter ist als das Ioneneintrittsende, was verhindert, dass Ionen mit der Wand des Schlitzes kollidieren. Der Schlitz kann eine Breite in dem Bereich von 0,1 mm bis 10 mm aufweisen, obwohl eine Breite in dem Bereich von 0,5 mm bis 2 mm für viele Zwecke verwendet werden kann. Ein mit Blättern versehener Ionenschneider kann aus einem leitfähigen Material hergestellt sein, z. B. Edelstahl oder einem elektrisch leitfähigen Keramikmaterial. Der mit Blättern versehene Schneider kann elektrisch verbunden sein, um ein Spannungspotenzial bereitzustellen, das Ionen beschleunigt, die in den Schneider eintreten, wie oben beschrieben wurde. Bei bestimmten Ausführungsbeispielen können zumindest die Blätter des Schneiders eine dünne Beschichtung eines Materials aufweisen, das die Oberflächeneigenschaften des Schneiders verbessert, z. B. im Hinblick auf Kantenretention und/oder Korrosionswiderstand, Härte oder Stabilität. Titannitrid ist ein Beispiel einer solchen Beschichtung, obwohl andere Beschichtungen verwendet werden können. In bestimmten Fällen kann eine solche Vorrichtung eine monolithische Struktur sein, die unter Verwendung einer Drahtfunkenerrosion (wire electrical discharge machine) hergestellt wird. Die Kante des Blattes kann in bestimmten Fällen einen Radius oder eine Abschrägung von zwischen 0 mm und 0,1 mm aufweisen.
-
Bei bestimmten Ausführungsbeispielen und wie in 5 dargestellt ist, kann eine mit Blättern versehene erste Elektrode ein drittes längliches Blatt 230 und ein viertes längliches Blatt 232 aufweisen, wobei, wie dargestellt ist, die Kanten des dritten und vierten länglichen Blattes hin zu dem Ionenstrahl gerichtet sind und parallel zu und nahe zu dem ersten bzw. zweiten länglichen Blatt sind. In bestimmten Fällen können die Kanten des dritten und vierten Blattes von Kanten des ersten und zweiten Blattes um eine Distanz beabstandet sein, die in dem Bereich von z. B. 0,05 mm bis bzw. 1 mm ist, obwohl diese Distanz bedeutend abhängig von der gewünschten Anwendung variieren kann. Bei bestimmten Ausführungsbeispielen und wie in 5 dargestellt ist, können die Kanten des ersten und zweiten länglichen Blattes relativ zu dem dritten und vierten länglichen Blatt versenkt sein.
-
Bei einigen Ausführungsbeispielen kann eine mit Blättern versehene erste Elektrode zumindest drei Blätter aufweisen, die sich entlang beider Seiten des länglichen Schlitzes erstrecken, wobei die Kanten der Blätter hin zu dem Ionenstrahl zeigen, wobei die Blätter zunehmend hin zu den länglichen Schlitz versenkt bzw. ausgespart sind. 5 stellt einen Blattschneider dar, der vier Blätter auf jeder Seite des Schlitzes aufweist (wobei Blätter 232, 234, 236 und 238 über dem Schlitz sind und Blätter 230, 240, 242 und 244 unter dem Schlitz sind), wobei die Blätter zunehmend hin zu dem Schlitz versenkt sind.
-
Der Winkel des einen oder der mehreren Blätter relativ zu der Achse des Ionenstrahls kann bedeutend abhängig von der gewünschten Anwendung variieren, so wie der relative Winkel der Seiten von jedem der individuellen Blätter. Bei einem bestimmten Ausführungsbeispiel ist die Seite der Blätter, die näher an der Längsachse des Ionenstrahls ist (d. h. die Seite der Blätter, die näher an dem Schlitz ist) im Bereich von 10 bis 30 Grad relativ zu der Längsachse des Ionenstrahls gewinkelt. In bestimmten Fällen kann die Seite der Blätter, die weiter von der Längsachse des Ionenstrahls entfernt ist (d. h. die Seite der Blätter, die weiter von dem Schlitz entfernt ist) im Bereich von 1 bis 60 Grad relativ zu der Längsachse gewinkelt sein.
-
6 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer mit Blättern versehenen ersten Elektrode darstellt, die mehrere Blätter enthält, gezeigt von der Ionenaustrittsseite (oben) und der Ioneneintrittsseite (unten). Wie in 6 gezeigt ist, erstreckt sich der Schlitz 214 durch den Körper 210 und der Eingang des Schlitzes auf der Ioneneintrittsseite des Schneiders ist durch längliche Blätter 216 und 218 definiert. Wie in 6 gezeigt ist, ist der mit Blättern versehene Schlitz, die Länge der Messerkanten, viel breiter als die Breite des Strahls, wodurch erlaubt wird, dass der Schlitz periodisch seitwärts bewegt wird, um frische Blattoberflächen für den Ionenstrahl freizulegen.
-
Ein Massenspektrometersystem wird bereitgestellt. Bei bestimmten Ausführungsbeispielen weist das System folgendes auf: eine Ionenquelle zum Erzeugen von Ionen; einen Ionenleiter zum Leiten eines Strahls der Ionen; einen Schneider, der einen Schnellschlitz enthält, wie oben beschrieben ist, zum Schneiden des Strahls. Wie oben erwähnt ist, kann der Schneider folgendes aufweisen: a) eine erste Elektrode, die einen Ioneneintrittsschlitz aufweist, der auf einer Spannung ist, die eine Beschleunigung eines Anfangsionenstrahls bereitstellt, der sich dem Schlitz annähert; wobei die Breite des Schlitzes ausgewählt ist, um einen Teil der Ionen mit einer hohen Verschiebung von der Achse des Ionenstrahls zu blockieren; und b) ein oder mehrere Linsen nachgeschaltet zu der ersten Elektrode, auf einer Spannung oder Spannungen, was eine Verlangsamung der Ionen bereitstellt, wenn sie aus der einen oder den mehreren Linsen austreten; wobei die Geometrie und die Potentialverteilung der einen oder der mehreren Linsen einen Ionenstrahl mit niedriger Divergenz in der vertikalen Achse bereitstellt, wodurch die Bandform des geschnittenen Ionenstrahls beibehalten wird. Das Massenspektrometersystem enthält ferner einen orthogonalen Flugzeit-(TOF; time of flight)-Masseanalysator zum Analysieren der Ionen. In bestimmten Fällen kann zumindest eine der Spannungen des Schneiders abstimmbar sein, um eine höhere Empfindlichkeit und eine niedrigere Auflösung, oder eine niedrigere Empfindlichkeit und eine höhere Auflösung, des TOF-Masseanalysators bereitzustellen. In bestimmten Fällen ist das Ionenaustrittsende des Ionenleiters bzw. der Ionenführung von dem Ioneneintrittsschlitz der Vorrichtung in einer Distanz beabstandet, die ein Blockieren von Ionen bereitstellt, die eine definierte Divergenz von der Strahlachse aufweisen. Während eine Vielzahl von Spannungen bei bestimmten Ausführungsbeispielen verwendet werden kann, kann der Ionenleiter auf einer Spannung im Bereich von 5 V bis 50 V sein; die erste Elektrode kann auf einer Spannung im Bereich von 100 V bis 500 V sein; und die eine oder die mehreren Linsen können auf einer Spannung im Bereich von 0 bis 200 V sein. Das System kann bei bestimmten Ausführungsbeispielen auch eine zweite Elektrode aufweisen, die eine Apertur aufweist, zwischen dem Ionenleiter und der ersten Elektrode, zum Formen und/oder Lenken des Ionenstrahls. Diese Apertur kann in bestimmten Fällen in der horizontalen Achse breiter als in der vertikalen Achse sein. Das Massenspektrometersystem kann ferner eine Ringelektrode und eine zylindrische Elektrode zwischen dem Ionenleiter und der zweiten Elektrode aufweisen, um ein HF-Schild bereitzustellen und/oder eine anfängliche Strahldivergenz zu formen.
-
Der oben beschriebene Schnellschlitz-Ionenschneider kann bei jeglichem Massenspektrometersystem verwendet werden, insbesondere bei einem, das ein orthogonales Flugzeit-Massenspektrometer aufweist. Viele Beispiele solcher Systeme sind bekannt. 3 stellt ein Beispiel eines Tandem-Massenspektrometers 100 dar (ein Quadrupol-/Flugzeit- oder ‚q-TOF’), das einen Flugzeit-(TOF-)-Masseanalysator umfasst und ferner den Schnellschlitzschneider einlagert, der oben beschrieben ist. 3 zeigt die Positionierung des gegenständlichen Schnellschlitzschneiders relativ zu anderen Komponenten in einer einzelnen, exemplarischen Maschine. Andere Konfigurationen der in 3 gezeigten Elemente sind für Fachleute auf dem Gebiet offensichtlich.
-
Wie in 3 gezeigt ist, umfasst das Tandem-Massenspektrometer 100 eine Ionenquelle 110 mit einem Schnabel (skimmer) 115 an dem nachgeordneten bzw. hinteren Ende zum Filtern der Einbringung von Ionen in die Vakuumstufen des Massenspektrometers. Bei einer ersten Vakuumstufe 120 werden Analytenionen durch einen Oktopol 122, Ionenlinsen 123 und einen ersten Masseanalysator 124 geleitet. Ionen, die nicht bei dem ersten Masseanalysator 124 beseitigt werden, passieren in eine zweite Vakuumstufe 130 über eine Apertur. Die zweite Vakuumstufe 130 umfasst in dieser Reihenfolge eine Kollisionszelle 132, in der Analytenionen in kleinere Ionen und neutrale Partikel fragmentiert werden können, einen Oktopol-Ionenleiter 134 und einen weiteren Quadrupol-Ionenleiter 136, der auf einer DC-Spannung beibehalten wird.
-
Die Produktionen, die aus der Kollisionszelle ausgegeben werden, werden durch den Oktopol- 134 und Quadrupol-Ionenleiter 136 in einen Gegenstand-Schnellschlitzschneider 135 gerührt, der verwendet wird, um einige der Ionen zu blockieren, die einen hohen Grad einer Querverschiebung aufweisen (Verschiebung in der Richtung der Flugröhre, wie oben erörtert wurde), vor dem Eintritt in die orthogonale Beschleunigungskammer des TOF-Masseanalysators 140. Die Ionen, die durch den Schnellschlitzschneider 135 blockiert werden, sammeln sich auf seiner Oberfläche an.
-
Ionen, die durch den Schnellschlitzschneider 135 passieren, treten in einem Ionenpulsgeber 142 mit einer Rückplatte und einer Beschleunigungssäule ein. Um den Ionenflug durch die Flugröhre 143 zu starten, wird ein Hochspannungspuls an die Rückplatte angelegt, der Ionen durch einen Plattenstapel in der Beschleunigungssäule beschleunigt. Die Ionen bewegen sich dann durch die Flugröhre in einer „Abwärts”-Richtung hin zu einen elektrostatischen Ionenspiegel 145. Der Ionenspiegel 145 kehrt den Ionenfluss zurück in die „Aufwärts”-Richtung der Flugröhre um. Die Ionen, die durch den Ionenspiegel umgekehrt werden, fliegen hin zu einem Detektor 148, der den Aufprall der Ionen und ihre Flugzeiten durch die Flugröhre 143 registriert.
-
Ein Verfahren zum Schneiden eines Niedrigenergie-Ionenstrahls, so dass ein Strahl, der aus einem Ionenleiter ausgetreten ist, ebenfalls bereitgestellt wird. Bei bestimmten Ausführungsbeispielen kann dieses Verfahren das Beschleunigen des Niedrigenergie-Ionenstrahls hin zu einer ersten Elektrode aufweisen, die einen Ioneneintrittsschlitz aufweist, wobei die erste Elektrode einen Teil der Ionen blockiert, mit einer hohen Verschiebung von der Achse des Ionenstrahls, wodurch der Ionenstrahl geschnitten wird; und Verlangsamen des Ionenstrahls nachdem er geschnitten ist. Der Ionenstrahl kann in einen orthogonalen Flugzeit-Massenspektrometer gepulst werden, nachdem er geschnitten ist. Bei einem Ausführungsbeispiel weist das Verfahren das Richten eines Ionenstrahls auf eine Vorrichtung auf, die folgendes aufweist: a) eine erste Elektrode, die einen Ioneneintrittsschlitz aufweist; b) eine erste Linse, die ein erstes Paar aus gegenüberliegenden Plattenelektroden aufweist; c) eine zweite Linse, die ein zweites Paar aus gegenüberliegenden Plattenelektroden aufweist; d) eine zweite Elektrode, die einen Ionenaustrittsschlitz aufweist; wobei der Ionenstrahl durch die erste Elektrode geschnitten wird, um ein Ionenband zu erzeugen, das durch die erste und zweite Linse passiert, bevor es aus der Vorrichtung durch den Ionenaustrittsschlitz austritt, und wobei die erste Elektrode die Ionen beschleunigt, die erste Linse die Ionen verlangsamt, die zweite Linse die Ionen beschleunigt und die zweite Elektrode die Ionen verlangsamt.
-
Ausführungsbeispiele
-
Ausführungsbeispiel 1. Eine Vorrichtung zum Schneiden eines Ionenstrahls, die folgende Merkmale aufweist: a) eine erste Elektrode, die einen Ioneneintrittsschlitz aufweist, der ausgebildet ist, um bei einer Spannung zu arbeiten, die eine Beschleunigung eines Anfangsionenstrahls bereitstellt, der sich dem Schlitz nähert; wobei die Breite des Schlitzes ausgewählt ist, um einen Teil der Ionen zu blockieren, mit einer hohen Verschiebung von der Achse des Ionenstrahls; und b) ein oder mehrere Linsen nachgeordnet zu der ersten Elektrode, ausgebildet, um bei einer Spannung oder Spannungen zu arbeiten, die eine Verlangsamung der Ionen bereitstellen, wobei die Geometrie und die Potenzialverteilung der einen oder mehreren Linsen einen Ionenstrahl mit niedriger Divergenz von der Achse bereitstellt.
-
Ausführungsbeispiel 2. Die Vorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 1, bei der die erste Elektrode eine Spannung aufweist, die die Energie der Ionen bei dem Anfangsstrahl um das 2-fach bis 50-fache erhöht, und bei der die eine oder die mehreren Linsen die Energie der beschleunigten Ionen um das 2-fache bis 50-fache verringern.
-
Ausführungsbeispiel 3. Die Vorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ausführungsbeispiele, bei der der Anfangsionenstrahl eine Energie in dem Bereich von 1 eV bis 50 eV aufweist.
-
Ausführungsbeispiel 4. Die Vorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ausführungsbeispiele, bei der die Ionen in einer Ebene des Strahls kreuzen, die die Längsachse enthält, wenn sie sich durch die eine oder die mehreren Linsen bewegen.
-
Ausführungsbeispiel 5. Die Vorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ausführungsbeispiele, bei der die Breite des Ioneneintrittsschlitzes bei der ersten Elektrode im Bereich von 0,6 mm bis 1,2 mm liegt.
-
Ausführungsbeispiel 6. Die Vorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ausführungsbeispiele, bei der die Breite des Ioneneintrittsschlitzes bei der ersten Elektrode im Bereich von 0,1 mm bis 10 mm liegt.
-
Ausführungsbeispiel 7. Die Vorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ausführungsbeispiele, bei der die eine oder die mehreren Linsen ein Paar aus gegenüberliegenden Plattenelektroden aufweisen.
-
Ausführungsbeispiel 8. Die Vorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 7, bei der die Distanz zwischen den gegenüberliegenden Plattenelektroden in dem Bereich von 0,2 mm bis 2 cm liegt.
-
Ausführungsbeispiel 9. Die Vorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ausführungsbeispiele, bei der die eine oder die mehreren Linsen folgende Merkmale aufweisen: i. eine erste Linse, die ausgebildet ist, um bei einer Spannung zu arbeiten, die eine Verlangsamung der Ionen bereitstellt, die in die erste Linse eintreten; ii. eine zweite Linse, die ausgebildet ist, bei einer Spannung zu arbeiten, die eine Beschleunigung der Ionen bereitstellt, die in die zweite Linse eintreten; und wobei die Vorrichtung ferner eine zweite Elektrode aufweist, die einen Ionenaustrittsschlitz aufweist, der ausgebildet ist, bei einer Spannung zu arbeiten, die eine Ionenverlangsamung bereitstellt; wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, so dass der Anfangsionenstrahl durch die erste Elektrode geschnitten wird, um einen geschnittenen Ionenstrahl bereitzustellen, und der geschnittene Ionenstrahl durch die erste und die zweite Linse verläuft, bevor er aus der Vorrichtung durch den Ionenaustrittsschlitz austritt.
-
Ausführungsbeispiel 10. Die Vorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ausführungsbeispiele, bei der die erste Elektrode mit Blättern versehen ist und folgendes aufweist: a) einen Körper; b) ein erstes längliches Blatt, das mit dem Körper verbunden ist; und c) ein zweites längliches Blatt, das mit dem Körper verbunden ist; wobei der Ionenschneider einen Schlitz aufweist, der sich durch den Körper erstreckt, durch den Ionen passieren, und wobei die Kanten des ersten und zweiten länglichen Blattes den Eintritt des Schlitzes definieren und hin zu dem Ionenstrahl zeigen.
-
Ausführungsbeispiel 11. Die Vorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 10, bei der die Kanten des ersten und zweiten länglichen Blattes parallel zueinander sind.
-
Ausführungsbeispiel 12. Die Vorrichtung gemäß Ausführungsbeispielen 10 oder 11, die ferner ein drittes längliches Blatt und ein viertes längliches Blatt aufweist, wobei die Kanten des dritten und vierten länglichen Blattes hin zu dem Ionenstrahl gerichtet sind und parallel zu und in der Nähe des ersten bzw. zweiten länglichen Blattes sind.
-
Ausführungsbeispiel 13. Die Vorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 12, bei der die Kanten des ersten und zweiten länglichen Blattes relativ zu dem dritten und vierten länglichen Blatt versenkt sind.
-
Ausführungsbeispiel 14. Die Vorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 12, bei der der Ionenschneider zumindest drei Blätter aufweist, die sich entlang jeder Seite des länglichen Schlitzes erstrecken, wobei die Kanten der Blätter hin zu dem Ionenstrahl zeigen und die Blätter zunehmend hin zu dem länglichen Schlitz versenkt sind.
-
Ausführungsbeispiel 15. Die Vorrichtung gemäß einem der Ausführungsbeispiele 10 bis 14, bei der die Seite der Blätter, die weiter von der länglichen Achse des Ionenstrahls entfernt ist, im Bereich von 10 bis 60 Grad relativ zu der Längsachse des Ionenstrahls gewinkelt ist.
-
Ausführungsbeispiel 16. Die Vorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 15, bei der die Seite der Blätter, die näher an der Längsachse des Ionenstrahls ist, im Bereich von 1 bis 30 Grad relativ zu der Längsachse gewinkelt ist.
-
Ausführungsbeispiel 17. Die Vorrichtung gemäß einem der Ausführungsbeispiel 10 bis 16, bei der der Schlitz ein Ioneneintrittsende und einen Ionenaustrittsende aufweist und die Wände, die sich von dem Ioneneintrittsende und dem Ionenaustrittsende erstrecken, in einem Winkel im Bereich von 1° bis 15° relativ zueinander sind, derart, dass das Ionenaustrittsende des Schlitzes größer ist als das Ioneneintrittsende des Schlitzes.
-
Ausführungsbeispiel 18. Die Vorrichtung gemäß einem der Ausführungsbeispiele 10 bis 17, bei der der Schlitz eine Breite im Bereich von 0,1 mm bis 10 mm aufweist.
-
Ausführungsbeispiel 19. Die Vorrichtung gemäß einem der Ausführungsbeispiele 10 bis 18, bei der der Ionenschneider eine monolithische Struktur ist, die unter Verwendung von Draht-EDM hergestellt wird.
-
Ausführungsbeispiel 20. Die Vorrichtung gemäß einem der Ausführungsbeispiele 10 bis 19, bei der der Ionenschneider aus einer leitfähigen Keramik hergestellt ist.
-
Ausführungsbeispiel 21. Die Vorrichtung gemäß einem der Ausführungsbeispiele 10 bis 21, bei der die Kante des Blattes einen Radius oder eine Abschrägung von zwischen 0 mm und 0,1 mm aufweist.
-
Ausführungsbeispiel 22. Ein Massenspektrometersystem, das folgende Merkmale aufweist: a) eine Ionenquelle zum Erzeugen von Ionen; b) einen Ionenleiter zum Leiten eines Strahls der Ionen; c) einen Flugzeit-(TOF-)Masseanalysator zum Analysieren der Ionen, wobei der TOF einen Pulsgeber aufweist, der Ionen in einer Richtung pulst, die orthogonal zu der Längsachse des Strahls ist; und d) eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 zwischen dem Innenleiter und dem TOF-Masseanalysator, wobei das Bauelement bzw. die Vorrichtung einen Teil der Ionen mit einer hohen Verschiebung von der Achse des Ionenstrahls in der Richtung des Pulsens blockiert.
-
Ausführungsbeispiel 23. Das Massenspektrometersystem gemäß Ausführungsbeispiel 22, bei dem zumindest eine der Spannungen abstimmbar ist, um eine höhere Empfindlichkeit und eine niedrigere Auflösung, oder eine niedrigere Empfindlichkeit und eine höhere Auflösung, des TOF-Masseanalysators bereitzustellen.
-
Ausführungsbeispiel 24. Das Massenspektrometersystem gemäß Ausführungsbeispiel 22 oder 23, bei dem das Ionenaustrittsende des Ionenleiters von dem Ioneneintrittsschlitz um eine Distanz beabstandet ist, die das Blockieren von Ionen bereitstellt, die eine definierte Distanz von der Strahlachse aufweisen.
-
Ausführungsbeispiel 25. Das Massenspektrometersystem gemäß einem der Ausführungsbeispiele 22 bis 24, bei dem:
der Ionenleiter ausgebildet ist, um bei einer Spannung im Bereich von 5 V bis 50 V zu arbeiten;
wobei die erste Elektrode ausgebildet ist, um bei einer Spannung in dem Bereich von 100 V bis 500 V zu arbeiten;
wobei die eine oder die mehreren Linsen eine Verlangsamungslinse aufweisen, die ausgebildet ist, um bei einer Spannung in dem Bereich von 0 bis 200 V zu arbeiten.
-
Ausführungsbeispiel 26. Das Massenspektrometersystem gemäß einem der Ausführungsbeispiele 22 bis 25, das ferner eine zweite Elektrode aufweist, die eine Apertur aufweist, zwischen dem Ionenleiter und der ersten Elektrode, zum Formen und/oder Lenken des Ionenstrahls.
-
Ausführungsbeispiel 27. Das Massenspektrometersystem gemäß Ausführungsbeispiel 26, bei dem die Apertur in der horizontalen Achse breiter ist als in der vertikalen Achse.
-
Ausführungsbeispiel 28. Das Massenspektrometersystem gemäß Ausführungsbeispiel 26, das ferner eine Ringelektrode und eine zylindrische Elektrode zwischen dem Ionenleiter und der zweiten Elektrode aufweist, um eine HF-Abschirmung und/oder zu dem Ionenstrahl bereitzustellen.
-
Ausführungsbeispiel 29. Das Massenspektrometersystem gemäß einem der Ausführungsbeispiele 22 bis 28, bei dem die erste Elektrode mit Blättern versehen ist und folgendes aufweist: a) einen Körper; b) ein erstes längliches Blatt, dass mit dem Körper verbunden ist; und c) ein zweites längliches Blatt, das mit dem Körper verbunden ist; wobei der Ionenschneider einen Schlitz aufweist, der sich durch den Körper erstreckt, durch den Ionen passieren, und wobei die Kanten des ersten und des zweiten länglichen Blattes den Eintritt des Schlitzes definieren und hin zu dem Ionenstrahl zeigen.
-
Ausführungsbeispiel 30. Ein Verfahren zum Schneiden eines Ionenstrahls, das folgende Schritte aufweist: Beschleunigen des Ionenstrahls hin zu einer ersten Elektrode, die einen Ioneneintrittsschlitz aufweist, wobei die erste Elektrode einen Teil der Ionen mit einer hohen Verschiebung von der Achse des Ionenstrahls blockiert, wodurch der Ionenstrahl geschnitten wird; und Verlangsamen des Ionenstrahls nachdem er geschnitten ist.
-
Ausführungsbeispiel 31. Das Verfahren gemäß Ausführungsbeispiel 30, bei dem das Beschleunigen die Energie der Ionen in dem Strahl um das 2-fache bis 50-fache erhöht und das Verlangsamen die Energie der beschleunigten Ionen um das 2-fache bis 50-fache verringert.
-
Ausführungsbeispiel 32. Das Verfahren gemäß einem der Ausführungsbeispiele 30 oder 31, bei dem der Ionenstrahl in einen orthogonalen Flugzeitmassenspektrometer gepulst wird, nachdem er geschnitten ist.
-
Ausführungsbeispiel 33. Das Verfahren gemäß einem der Ausführungsbeispiele 30 bis 32, wobei das Verfahren beim Beschleunigen und Verlangsamen durch eine Vorrichtung ausgeführt wird, die folgendes aufweist: a) eine erste Elektrode, die einen Ioneneintrittsschlitz aufweist; b) eine erste Linse, die ein erstes Paar aus den gegenüberliegenden Plattenelektroden aufweist; c) eine zweite Linse, die ein zweites Paar aus gegenüberliegenden Plattenelektroden aufweist; und d) eine zweite Elektrode, die einen Ionenaustrittsschlitz aufweist; wobei der Ionenstrahl durch die erste Elektrode geschnitten wird, um ein Band aus Ionen zu erzeugen, das durch die erste und zweite Linse passiert, bevor es aus der Vorrichtung durch den Ionenaustrittsschlitz austritt, und wobei die erste Elektrode die Ionen beschleunigt, die erste Linse die Ionen verlangsamt und die zweite Linse die Ionen beschleunigt und die zweite Elektrode die Ionen verlangsamt.
-
Die vorangehende Beschreibung der Erfindung wurde zu Zwecken der Darstellung und Beschreibung vorgelegt. Sie soll nicht erschöpfend sein oder die Erfindung auf die präzise, offenbarte Form einschränken. Andere Modifikationen und Veränderungen können im Hinblick auf die obigen Lehren möglich sein. Die Ausführungsbeispiele wurden ausgewählt und beschrieben, um die Prinzipien der Erfindung und ihre praktische Anwendung bestmöglich zu beschreiben und um es dadurch anderen Fachleuten auf dem Gebiet zu ermöglichen, die Erfindung bei verschiedenen Ausführungsbeispielen und verschiedenen Modifikationen bestmöglich zu verwenden, wie sie für die bestimmte, gedachte Verwendung geeignet sind. Es ist beabsichtigt, dass die angehängten Ansprüche erdacht sind, um andere alternative Ausführungsbeispiele der Erfindung zu umfassen; dies umfasst äquivalente Strukturen, Komponenten, Verfahren und Einrichtungen.
-
Außer anderweitig angegeben, haben alle technischen und wissenschaftlichen Ausdrücke, die hierin verwendet wurden, dieselbe Bedeutung wie sie Fachleuten auf dem Gebiet üblicherweise geläufig ist, zu dem diese Erfindung gehört.
-
Es wird darauf hingewiesen, dass bestimmte Merkmale der Erfindung, die der Klarheit halber in dem Kontext separater Ausführungsbeispiele beschrieben sind, auch in Kombination in einem einzelnen Ausführungsbeispiel enthalten sein können. Umgekehrt können verschiedene Merkmale der Erfindung, die der Kürze halber in dem Kontext eines einzelnen Ausführungsbeispiels beschrieben sind, auch separat oder in jeglicher geeigneten Teilkombination bereitgestellt sein. Alle Kombinationen der Ausführungsbeispiele sind spezifisch in der vorliegenden Erfindung umfasst und hierin offenbart, so als ob jede einzelne Kombination individuell und ausdrücklich offenbart worden wäre, insoweit, als solche Kombinationen umsetzbare Prozesse und/oder Vorrichtungen/Systeme/Anordnungen umfassen.
-
Wie für die Fachleute auf dem Gebiet nach dem Lesen dieser Offenbarung offensichtlich ist, weist jedes der individuellen Ausführungsbeispiele, die hierin beschrieben und dargestellt sind, einzelne Komponenten und Merkmale auf, die ohne Weiteres von den Merkmalen von jeglichen der anderen verschiedenen Ausführungsbeispiele getrennt oder mit denselben kombiniert werden können, ohne von dem Wesen oder dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Jedes angegebene Verfahren kann in der Reihenfolge der Ereignisse ausgeführt werden, die angegeben ist oder in jeglicher anderen Reihenfolge, die logisch möglich ist.
