DE102013011462A1

DE102013011462A1 - Flugzeitmassenspektrometer mit Cassini-Reflektor

Info

Publication number: DE102013011462A1
Application number: DE102013011462.4A
Authority: DE
Inventors: Claus Köster
Original assignee: Bruker Daltonik GmbH
Current assignee: Bruker Daltonics GmbH and Co KG
Priority date: 2013-07-10
Filing date: 2013-07-10
Publication date: 2015-01-15
Anticipated expiration: 2033-07-11
Also published as: EP3020064B1; EP3020064A1; DE102013011462B4; CN105378891B; US9576783B2; CN105378891A; US20160148795A1; WO2015003799A1

Abstract

Die Erfindung betrifft Ausführungsformen von hochauflösenden Flugzeitmassenspektrometern mit besonderen Reflektoren. Die Erfindung stellt für die Flugzeitmassenspektrometer ideal energie- und raumwinkelfokussierende Reflektoren auf der Basis von Cassini-Ionenfallen bereit und schlägt vor, einen Teil der Flugstrecke der Flugzeitmassenspektrometer als Cassini-Reflektor auszubilden. Besonders günstig ist es, diesen Cassini-Reflektor in einem Flugzeitmassenspektrometer relativ niederenergetisch mit kinetischen Energien unter einem oder zwei Kiloelektronenvolt durchlaufen zu lassen. Dadurch ergibt sich additiv zur Flugzeit der übrigen Flugstrecken eine lange massendispersive Laufzeit, ohne die Energiestreuung, die Winkelstreuung oder den Zeitfehler der Ionen jeweils einer Masse zu vergrößern. Es können auch mehrere Cassini-Reflektoren hintereinander gesetzt werden, um die massendispersive Flugzeit zu verlängern. Es werden mehrere Flugzeitmassenspektrometer für axialen wie auch orthogonalen Ioneneinschuss mit Cassini-Reflektoren vorgestellt.

Description

Die Erfindung betrifft Flugzeitmassenspektrometer mit Reflektoren besonderer Form.
Stand der Technik
Anmerkung: In dieser Schrift wird statt der gesetzlichen „vereinheitlichten atomaren Masseneinheit” (u) die Einheit „Dalton” (Da) verwendet, die in der letzten (achten) Ausgabe 2006 der Schrift „The International System of Units (SI)” des „Bureau International des Poids et Mesures” der atomaren Masseneinheit gleichwertig beigestellt wurde; vor alter, wie dort angemerkt, um die Einheiten Kilodalton, Millidalton und Ähnliche verwenden zu können.
Im Stand der Technik gibt es im Wesentlichen zwei Arten von hochauflösenden Reflektor-Flugzeitspektrometern, die nach Art des Einschusses der Ionen charakterisiert werden.
Zu den Flugzeitmassenspektrometern mit axialem Einschuss gehören die MALDI-Flugzeitmassenspektrometer (MALDI-TOF-MS), die mit einer Ionisierung durch matrixunterstützte Laserdesorption arbeiten, aber auch Flugzeitmassenspektrometer, bei denen im Wesentlichen ruhende Ionen aus einem Speicher wie beispielsweise einer HF-Quadrupol-Ionenfalle axial in die Flugstrecke eingeschossen werden. Sie besitzen üblicherweise Reflektoren nach Mamyrin („The massreflectron, a new nonmagnetic time-of-flight mass spectrometer with high resolution", Sov. Phys.-JETP, 1973: 37(1), 45–48), um Ionen mit Energiestreuung zeitlich zu fokussieren. Mamyrin-Reflektoren ermöglichen eine zeitliche Fokussierung in zweiter Ordnung, jedoch nicht in höheren Ordnungen. Da es sich um punktförmige Ionenquellen handelt, können gitterfreie Reflektoren eingesetzt werden, in Abwandlung der mit Gittern betriebenen Reflektoren nach Mamyrin. MALDI-TOF-MS werden mit verzögert einsetzender Beschleunigung der Ionen im sich adiabatisch ausdehnenden Laserplasma und mit hohen Beschleunigungsspannungen bis zu 30 Kilovolt betrieben, sie erreichen neuerdings in guten Ausführungsformen bei etwa 2,5 Metern Gesamtflugstrecke Massenauflösungsvermögen von R = 50000 in einem Massenbereich von etwa 1000 bis 3000 Dalton.
Flugzeitmassenspektrometer mit pulsförmiger Beschleunigung eines Primär-Ionenstrahls orthogonal zur ursprünglichen Flugrichtung der Ionen werden als OTOF-MS bezeichnet (orthogonal time-of-flight mass spectrometer). stellt ein vereinfachtes Schema eines solchen OTOF-MS dar. Der Massenanalysator des OTOF-MS besitzt am Anfang der Flugstrecke (13) einen so genannten Ionenpulser (12), der einen Ausschnitt des niederenergetischen Primär-Ionenstrahls (11), also ein fadenförmiges Ionenpaket, rechtwinklig zur bisherigen Strahlrichtung in die Flugstrecke (13) hinein beschleunigt. Übliche Beschleunigungsspannungen, die aber nur zu kleinen Teilen am Pulser geschaltet werden, betragen zwischen 8 und 20 Kilovolt. Dabei bildet sich ein bandförmiger Sekundär-Ionenstrahl (14), der aus einzelnen, quer liegenden, fadenförmigen Ionenpaketen besteht. Diese fadenförmigen Ionenpakete bestehen aus Ionen jeweils gleicher Massen. Die fadenförmigen Ionenpakete mit leichten Ionen fliegen schnell; solche mit schwereren Ionen fliegen langsamer. Die Flugrichtung dieses bandförmigen Sekundär-Ionenstrahls (14) liegt zwischen der bisherigen Richtung des Primär-Ionenstrahls und der dazu rechtwinkligen Beschleunigungsrichtung, weil die Ionen ihre Geschwindigkeit in der ursprünglichen Ionenstrahlrichtung des Primär-Ionenstrahls (11) beibehalten. Ein solches Flugzeitmassenspektrometer wird ebenfalls vorzugsweise mit einem energiefokussierenden Reflektor (15) nach Mamyrin betrieben, der den bandförmigen Sekundär-Ionenstrahl (14) mit den fadenförmiges Ionenpaketen in seiner ganzen Breite reflektiert, deren Energiestreuung fokussiert und auf einen flächig ausgedehnten Detektor (16) lenkt. Wegen der Breite des Ionenstrahls muss der Reflektor hier mit Gittern arbeiten. Es werden in diesen OTOF-Massenspektrometern Massenauflösungsvermögen von etwa R = 40000 bei Masse 1000 Dalton erreicht.
Wie aus diesen beiden Beispielen nahegelegt wird, werden in heutiger Technik Flugzeitmassenspektrometer hoher Massenauflösung ganz überwiegend mit Mamyrin-Reflektoren betrieben. Mamyrin-Reflektoren bieten eine Energiefokussierung in zweiter Ordnung, jedoch nicht in höheren Ordnungen. Ist die Energiestreuung der Ionen relativ groß im Vergleich zur mittleren Energie, so treten somit störende Fokussierungsfehler auf. Da bei der Erzeugung der Ionen, oder bei ihrer pulsförmigen Beschleunigung, die kinetische Energie der Ionen immer etwas streut, müssen die Flugzeitmassenspektrometer mit hohen Beschleunigungsspannungen für die Ionen, beispielsweise zwischen fünf und 30 Kilovolt, betrieben werden, um die relative Energiestreuung bezogen auf die mittlere Energie jeweils so klein wie möglich zu halten.
Als Konsequenz aus der hohen Ionenenergie folgt, dass die Flugstrecken sehr lang gewählt werden müssen, um eine gute zeitliche Dispersion der Ionen verschiedener Massen zu erreichen. Da die gegenwärtig schnellsten Ionendetektoren nur Messraten von fünf Milliarden Messungen pro Sekunde bieten und damit eine Trennung zweier aufzulösender Ionenmassen von einigen Nanosekunden verlangen, müssen die Flugstrecken für gewünscht hohe Massenauflösungen viele Meter betragen, oft weit mehr als zehn Meter. Verwendet man Mehrfachreflektionen, um das Gerät kompakt zu halten und die Flugstrecke zu verlängern, so addieren sich die Restfehler der Reflektoren. Verwendet man geringere Beschleunigungsspannungen, um mit kürzeren Flugstrecken auszukommen, so verhindert die damit höhere relative Energiestreubreite, die nicht in höherer Ordnung fokussiert werden kann, ein hohes Auflösungsvermögen.
Es ist bekannt, dass ein quadratisch ansteigendes elektrisches Potential im Reflektor eine ideale Reflektion mit einer Energiefokussierung beliebig hoher Ordnung ergibt („A curved field reflectron time-of-flight mass spectrometer for the simultaneous focusing of metastable product ions", Rapid Communication in Mass Specrometry, 1994: 8(9), 781–785). Erzeugt man ein solches Feld in einem einfachen Blendenstapel durch Spannungen, die von Blende zu Blende einen jeweils quadratischen Anstieg aufweisen, so hat man in den beiden lateralen Richtungen eine jeweils defokussierende Wirkung in Bezug auf die Orts- und Winkelfokussierung. Senkt man die kinetische Energie der Ionen, um zu langen dispersiven Flugzeiten zu kommen, so steigt die lateral defokussierende Wirkung. Weitere elektrische Felder für eine zumindest „quasi-ideale” Energiefokussierung sind in der Arbeit von A. A. Makarov, J. Phys. D; Appl. Phys. 24, 533 (1991) angegeben.
Kingdon-Ionenfallen sind ganz allgemein elektrostatische Ionenfallen, in denen Ionen um eine oder mehrere innere Elektroden herumfliegen oder zwischen mehreren inneren Elektroden hindurchpendeln können, wobei ein äußeres, umschließendes Gehäuse auf einem Gleichspannungspotential liegt, das für die Ionen mit vorgegebener Gesamtenergie (Summe aus kinetischer und potentieller Energie) nicht erreichbar ist. In speziellen Kingdon-Ionenfallen, die für die Verwendung als Massenspektrometer geeignet sind, können die Innenflächen der Gehäuseelektroden und die Außenflächen der inneren Elektroden so geformt sein, dass erstens die Bewegungen der Ionen in Längsrichtung der Kingdon-Ionenfalle von ihren Bewegungen in transversaler Richtung vollständig entkoppelt sind, und zweitens in Längsrichtung ein symmetrischer, parabolisch geformter Potentialverlauf erzeugt wird, in dem die Ionen harmonisch in Längsrichtung schwingen können. Wenn unten von „Kingdon-Ionenfallen” die Rede ist, so sind stets diese speziellen Formen gemeint.
In der Offenlegungsschriften DE 10 2007 024 858 A1 (C. Köster) und DE 10 2011 008 713 A1 (C. Köster) werden Cassini-Ionenfallen als spezielle Arten von Kingdon-Ionenfallen beschrieben, die sich jeweils durch Anordnung von mehreren inneren Elektroden auszeichnen. Die inneren Elektroden und die äußere Gehäuse-Elektrode (gegebenenfalls auch mehrere segmentierte Gehäuse-Elektroden) sind dabei so geformt, dass die Längsbewegung vollständig von der transversalen Bewegung entkoppelt wird und dass in Längsrichtung eine parabolisch geformte Potentialmulde für eine harmonische Schwingung erzeugt wird.
Die Potentialverteilung φ(x, y, z) einer Cassini-Ionenfalle kann beispielsweise die eines hyperlogarithmisches Feldes mit folgender Form sein:
Durch die Konstanten a, b und B kann die Form des Feldes verändert werden. U_1n, U_quad und U_off sind Potentialspannungen. Die Innenfläche des Außengehäuses und die Außenflächen der Innenelektroden sind Äquipotentialflächen φ(x, y, z) = const. dieser Potentialverteilung. Im Querschnitt bilden die Äquipotential-Linien hier näherungsweise Cassini-Kurven um die inneren Elektroden; für zwei innere Elektroden ergeben sich Cassini-Kurven zweiter Ordnung, für n innere Elektroden Cassini-Kurven n-ter Ordnung. Für eine gerade Anzahl von inneren Elektroden gibt es jeweils Ausführungsformen, bei denen die Ionen transversal nahe der Mittelebene zwischen mindestens einem Paar innerer Elektroden pendeln können. Durch Formparameter kann man ein beliebiges Verhältnis der longitudinalen Schwingungsdauer zur transversalen Schwingungsdauer einstellen.
Aufgabe der Erfindung
Es ist die Aufgabe der Erfindung, kompakte Flugzeitmassenspektrometer mit hoher Massenauflösung und insbesondere möglichst ideal energie- und raumwinkelfokussierende Reflektoren für Flugzeitmassenspektrometer bereitzustellen.
Beschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt ein Flugzeitmassenspektrometer mit einer Ionenquelle, einer Flugstrecke und einem Ionendetektor bereit, das dadurch gekennzeichnet ist, dass zumindest ein Teil der Flugstrecke des Flugzeitmassenspektrometers eine Potentialverteilung einer Cassini-Ionenfalle für entkoppelte Schwingungen der Ionen in longitudinaler und lateraler Richtung mit mehreren Innenelektroden aufweist.
Ein erfindungsgemäßes Flugzeitmassenspektrometer weist bevorzugt mindestens eine feldfreie Teilflugstrecke und mindestens einen Reflektor mit der Potentialverteilung einer Cassini-Ionenfalle für entkoppelte Schwingungen der Ionen in longitudinaler und lateraler Richtung mit mehreren Innenelektroden auf. Der mindestens eine Reflektor kann beispielsweise eine halbierte Cassini-Ionenfalle mit einem Gehäuse, zwei Innenelektroden und einer abschließenden Äquipotentialplatte mit Elektroden umfassen, wobei die Elektroden der Äquipotentialplatte die Äquipotentialflächen der Potentialverteilung der Cassini-Ionenfalle am Ort der Äquipotentialplatte nachzeichnen. Die Äquipotentialplatte weist dabei Öffnungen für den Ein- und Ausschuss von Ionen auf, wobei die Form des Reflektors und die Positionen der Ein- und Ausschussöffnungen bevorzugt so ausgebildet sind, dass die Ionen einer Masse im Reflektor eine ungerade ganzzahlige Anzahl halber transversalen Schwingungen durchlaufen. Das Gehäuse eines Cassini-Reflektors kann als Stapel von Lochblenden, insbesondere von gleichgeformten Lochblenden, aufgebaut sein, die mit einer Spannungsversorgung verbunden sind, die ein von Blende zu Blende quadratisch anteigendes Potential erzeugt.
In einem erfindungsgemäßen Flugzeitmassenspektrometer kann der überwiegende Teil der Flugstrecke des Flugzeitmassenspektrometers eine Potentialverteilung einer Cassini-Ionenfalle Ionenfalle mit mehreren Innenelektroden für entkoppelte Schwingungen der Ionen in longitudinaler und lateraler Richtung aufweisen, d. h., dass Ionen mehr als die Hälfte der Flugstrecke im Flugzeitmassenspektrometer (bzw. im massendispersiven Bereich des Flugzeitmassenspektrometers) eine Potentialverteilung einer Cassini-Ionenfalle aufweist. Dieser überwiegende Teil umfasst bevorzugt eine oder mehrere halbierte Cassini-Ionenfallen mit jeweils zwei Innenelektroden und einer abschließenden Äquipotentialplatte.
Ein erfindungsgemäßes Flugzeitmassenspektrometer kann mindestens ein Blendensystem (Beschleunigungs- und/oder Abbremseinheit für Ionen) aufweisen, das die kinetische Energie der Ionen so formt, dass die Ionen den Cassini-Reflektor bzw. die Flugstrecke mit der Potentialverteilung einer Cassini-Ionenfalle mit einer kinetischen Energie von höchstens etwa zehn Kiloelektronenvolt, bevorzugt von weniger zwei Kiloelektronenvolt, insbesondere von weniger als ein Kiloelektronenvolt, durchlaufen. Des Weiteren kann das Flugzeitmassenspektrometer eine Hochfrequenz-Quadrupol-Ionenfalle oder einen Pulser für den orthogonalen Einschuss eines Ionenstrahls umfassen. Die Ionenquelle des Flugzeitmassenspektrometers kann beispielsweise eine MALDI-Ionenquelle sein, wobei auch Elektrospray-Ionenquellen oder andere Ionisierungsarten insbesondere in Kombination mit einer orthogonalen Einpulsung möglich sind. Der Ionendetektor ist bevorzugt ein Ionendetektor mit einem Sekundärelektronenvervielfacher, kann aber auch ein Faraday-Detektor sein. Der Ionendetektor ist dabei zur Flugstrecke der Ionen so angeordnet, dass die Ionen beim Erreichen des Ionendetektors dort vernichtet werden. Insbesondere kann am Austritt aus einem Cassini-Reflektor ein Ionenbeschleunigungssystem mit einer Konversionsplatte angebracht sein, die Ionen in Elektronen wandelt, die rückwärts den Cassini-Reflektor durchfliegen, wobei hinter einer rückwärtigen Äquipotentialplatte ein Sekundärelektronenvervielfacher angebracht ist, der die Elektronen detektiert.
Die Erfindung stellt ideal fokussierende Reflektoren auf der Basis von Cassini-Ionenfallen bereit und schlägt vor, einen Teil der Flugstrecke eines Flugzeitmassenspektrometers als Cassini-Reflektor auszubilden. Cassini-Reflektoren können die Ionen jeweils einer Masse in idealer Weise nach Energie wie auch nach Einschusswinkel fokussieren. Besonders günstig ist es, diesen Cassini-Reflektor in einem Flugzeitmassenspektrometer relativ niederenergetisch mit kinetischen Energien unter einem oder zwei Kiloelektronenvolt durchlaufen zu lassen. Dadurch ergibt sich additiv zur Flugzeit der übrigen Flugstrecken eine lange massendispersive Laufzeit, ohne die Energiestreuung, die Winkelstreuung oder den Zeitfehler der Ionen jeweils einer Masse zu vergrößern. Es können auch mehrere Cassini-Reflektoren hintereinander gesetzt werden, um die massendispersive Flugzeit zu verlängern. Die Spannungen an den Elektroden (Lochblenden oder entsprechend der Potentialverteilung geformte Elektroden) eines Cassini-Reflektors bzw. einer Cassini-Laufstrecke kann durch einen oder mehrere Kondensatoren oder durch mehrere elektrochemische Batterien (insbesondere wieder aufladbare Batterien) bereitgestellt werden.
Beschreibung der Abbildungen
zeigt schematisch vereinfacht ein Flugzeitmassenspektrometer, wie es dem Stand der Technik entspricht. In einer Ionenquelle (1) mit einer Sprühkapillare (2) werden an Atmosphärendruck Ionen erzeugt, die durch eine Kapillare (3) ins Vakuumsystem gebracht werden. Ein üblicher HF-Ionentrichter (4) leitet die Ionen in ein erstes HF-Quadrupol-Stabsystem (5), das sowohl als einfaches Ionenführungssystem betrieben werden kann, aber auch als Massenfilter zur Auswahl einer zu fragmentierenden Sorte von Eltern-Ionen. Die unselektierten oder selektierten Ionen werden kontinuierlich durch die Ringblende (6) in den Vorratsspeicher (7) eingespeist, selektierte Eltern-Ionen können dabei durch energetische Stöße fragmentiert werden. Der Vorratsspeicher (7) ist gasdicht umschlossen und wird durch die Gaszuführung (8) mit Stoßgas beschickt, um die Ionen durch Stöße zu fokussieren und in der Achse zu versammeln. Aus dem Vorratsspeicher (7) werden durch die Extraktionsschaltlinse (9) Ionen entnommen, in Verbindung mit der Einzellinse (10) zu einem feinen Primärstrahl (11) geformt und zum Ionenpulser (12) geschickt. Der Ionenpulser (12) pulst einen Abschnitt des Primärionenstrahls (11) orthogonal in die auf hohem Potential befindliche Driftstrecke (13) als massendispersivem Bereich des Flugzeitmassenspektrometers aus, wodurch der neue Ionenstrahl (14) entsteht. Der Ionenstrahl (14) wird im Reflektor (15) in zweiter Ordnung energiefokussierend reflektiert und im Detektor (16) gemessen. Das Massenspektrometer wird durch die Pumpen (17), (18) und (19) evakuiert.
zeigt eine elektrostatische Kingdon-Ionenfalle vom Cassini-Typ nach C. Köster mit einer mittig in zwei Halbschalen (20) und (21) quer geteilten Gehäuseelektrode und zwei spindelförmigen Innenelektroden (23, 24) in einer dreidimensionalen Darstellung. Die Kingdon-Ionenfalle kann durch ein Eintrittsröhrchen (25) mit Ionen befüllt werden; die Ionen bewegen sich dann auf Pendelbahnen (26). Diese Kingdon-Ionenfalle entspricht ebenfalls dem Stand der Technik.
zeigt in sehr schematischer Weise drei Querschnitte durch eine Cassini-Ionenfalle, deren äußeres Gehäuse (30) und deren Innenelektroden (31) so geformt sind, dass die Schwingungsdauern in lateraler Richtung und in longitudinaler Richtung gleich groß sind. Die Ionen können daher einfache, geschlossene Bahnen (32, 33) durchfliegen, wobei im oberen und unteren Scheitelpunkt jeweils eine ideale Fokussierung nach Energie und Winkel eintritt.
gibt eine Cassini-Ionenfalle nach wieder, die erfindungsgemäß als Reflektor verwendet werden kann. Die rechte Gehäusehälfte (35) ist gegenüber der linken Gehäusehälfte leicht verkleinert und auch mit einer etwas geringeren Spannungsdifferenz zu den Innenelektroden (31) belegt, so dass die elektrischen Felder im Inneren der Kingdon-Ionenfalle erhalten bleiben. Werden Ionen am Einschusspunkt (36) mit geeigneter mittlerer Energie, aber mit einer Raumwinkel- wie auch mit einer Energiestreuung eingeschossen, so werden sie zum Austrittspunkt (37) überführt und dabei in idealer Weise, nicht nur in zweiter Ordnung, raumwinkelwie auch energiefokussiert.
erlaubt einen Blick in das Innere eines Cassini-Reflektors in Form einer halben Cassini-Ionenfalle mit Gehäuse (30) und zwei Innenelektroden (31). Der Cassini-Reflektor wird hier durch eine Äquipotentialplatte (38) abgeschlossen, die im Inneren des Cassini-Reflektors aufgebrachte linienförmige Elektroden (39) trägt, die entlang der entsprechenden Äquipotential-Linien der Kingdon-Ionenfalle laufen und die mit solchen Spannungen belegt sind, dass das ursprüngliche elektrische Feld der Kingdon-Ionenfalle aus wiederhergestellt wird. Die auf die Äquipotentialplatte (38) aufgebrachten linienförmigen Elektroden (39) sind hier nur grob-schematisch gezeigt, sie folgen in etwa den bekannten Cassini-Kurven zweiter Ordnung um die beiden Innenelektroden. Durch einen Einführungsschlitz (36) in der Äquipotentialplatte (38) können Ionen in das Innere der Cassini-Ionenfalle eingeschossen werden. Diese Ionen werden dann in idealer Weise nach Raumwinkel und Energie fokussiert aus dem Austrittsschlitz (37) wieder austreten. Dieser Reflektor kann auch Ionen mit weiter Streuung der Energie wieder ideal fokussieren, auch wenn die Ionen mit geringer Energie fliegen und eine hohe relative Energiestreuung aufweisen.
gibt ein Flugzeitmassenspektrometer unter Verwendung von drei Cassini-Reflektoren (46, 47, 48) wieder. Durch eine hier nicht wiedergegebene Ionenzuführung wird ein feiner Ionenstrahl (40) erzeugt, der in die Bildebene hinein fliegt und in den Pulser (41) eintritt. Der feine Ionenstrahl (40) entspricht dem feinen Ionenstrahl (11) in und kann in ähnlicher Weise erzeugt werden. Der Pulser (41) pulst nun einen kleinen Abschnitt des Ionenstrahls (40) in Richtung auf den ersten Cassini-Reflektor (46) hin aus. Der Winkelversatz des Ionenstrahls (43) wird von einem Ablenkkondensator (42) korrigiert. Das Auspulsen kann niederenergetisch geschehen, mit einer üblichen Raum- und Energiefokussierung nach Wiley und McLaren, die am Einschusspunkt (45) ihren Fokuspunkt hat („Time-of-Flight Mass Spectrometer with Improved Resolution", W. C. Wiley and I. H. McLaren, Rev. Sci. Instrum., 26, 1150 (1955)). Die niederenergetischen Ionen werden dann in idealer Weise durch die Cassini-Reflektoren (46), (47) und (48) geführt und am Ausgang (49) wieder nach Energie und Raumwinkel fokussiert. Die Ionen können dann in der Beschleunigungseinheit (50) auf hohe Energien von 10 bis 30 Kilovolt gebracht und innerhalb des Gehäuses (53), das auf Hochspannung liegt, im Reflektor (51) energiefokussierend auf den Detektor (52) reflektiert werden.
stellt einen Einblick in einen Cassini-Reflektor dar, der so geformt ist und dessen Ein- und Ausschussöffnungen so positioniert sind, dass in ihm die Ionen während der halben longitudinalen Schwingung genau anderthalb transversale Schwingungen durchlaufen. Die Äquipotentialplatte (95) mit den aufgedruckten Elektroden erspart den zweiten Halbraum und erlaubt den Ein- und Ausschuss der Ionen durch diese Platte hindurch. Die durch das Einschussloch (93) eingeschossenen Ionen laufen auf Bahnen (92) und werden in idealer Weise auf das Ausschussloch (94) fokussiert, wobei eine Zeit- und Raumwinkelfokussierung für Ionen jeweils einer Masse sowohl in Bezug auf deren Energiestreuung wie auch auf deren Winkelstreuungen in beiden lateralen Richtungen eintritt. Die größere Eindringtiefe der Ionen gegenüber der Anordnung in lässt eine wesentlich breitere relative Streuung der Ioneneinschussenergien zu als die Anordnung nach .
stellt ein Flugzeitmassenspektrometer dar, das die Ionen zunächst in einer HF-Quadrupol-Ionenfalle nach Wolfgang Paul sammelt und zu einer winzigen Wolke (62) kühlt. Die Ionen werden über ein HF-Quadrupol-Ionenleitsystem (60) und eine Ionenlinse (61) der Ionenfalle mit Endkappenelektroden (63, 65) und Ringelektrode (64) zugeführt und dort durch ein Dämpfungsgas gekühlt. Die Ionen können in üblicher Weise massenselektiv ausgeworfen und über einen Ionen-Elektronen-Konverter (67) in einem Channeltron-Elektronenvervielfacher (66) als Massenspektrum gemessen werden. Die Ionen der Ionenwolke (62) können aber auch zeitgleich beschleunigt in eine weitgehend feldfreie Flugstrecke (68) ausgepulst, im Blendensystem (70) wieder abgebremst, und niederenergetisch dem Cassini-Reflektor (72) zugeführt werden, mit einer idealen Raumwinkel- und Energie-Fokussierung am Einschussort (71). Der Cassini-Reflektor ist hier vorn und hinten mit je einer Äquipotentialplatte (75) bzw. (74) abgeschlossen. Die Äquipotentialplatten (75) bzw. (74) sind mit feinen Leiterbahnen belegt, die die Äquipotentialflächen nachbilden, und sind mit den richtigen Potentialen versehen, um das Cassini-Potential zu erhalten. Die aus der Austrittsöffnung (77) austretenden Ionen werden im Blendensystem (78) mit 10 bis 30 Kilovolt nachbeschleunigt und im Reflektor (80) energiefokussierend auf den Ionendetektor (81) reflektiert.
stellt dar, wie Ionenstrahlen außerhalb der Mittelebene durch Öffnungen (112, 114) der Äquipotentialplatte (111) eingeschossen werden und durch Öffnungen (113, 115) nach Energie und Raumwinkel fokussiert außerhalb der Mittelebene wieder verlassen.
In ist gezeigt, wie dieses Verhalten zu einem doppelten Durchlauf genutzt werden kann. Der Strahl (105) tritt durch die Äquipotentialplatte (103) ein, wird zwischen den beiden Innenelektroden (100) des ersten Cassini-Reflektors reflektiert, tritt wieder aus, wird zwischen zwei weiteren Innenelektroden (101) eines zweiten Cassini-Reflektors reflektiert, tritt wiederum durch die Äquipotentialplatte (103) hindurch, wird wieder zwischen den Innenelektroden (100) des ersten Cassini-Reflektors reflektiert und tritt als Strahl (106) wieder aus.
zeigt einen Cassini-Reflektor anderer Bauart, jedoch mit dem gleichen elektrischen Feld: Das äußere Gehäuse ist hier durch einen Stapel identischer Lochblenden (122) ersetzt. Die Lochblenden besitzen Innenöffnungen in Form einer Cassini-Kurve. Um das elektrische Feld einer Cassini-Ionenfalle zu erhalten, werden die Lochblenden von der Äquipotentialplatte (120) her mit quadratisch ansteigendem Potential versehen. Die Äquipotentialplatten (120) und (121) entsprechen denen der . Ionen verschiedener Energien laufen auf Bahnen (124), die verschieden weit in den Reflektor hineinlaufen, aber für Ionen gleicher Masse alle exakt gleiche Flugzeit besitzen.
Bevorzugte Ausführungsformen
Die Erfindung stellt ideal energie- und raumwinkelfokussierende Reflektoren auf der Basis von Cassini-Ionenfallen bereit und schlägt insbesondere vor, einen Teil der Flugstrecke eines Flugzeitmassenspektrometers als Cassini-Reflektor auszubilden. Besonders günstig ist es, diesen Cassini-Reflektor relativ niederenergetisch mit kinetischen Energien möglichst weit unter einem Kiloelektronenvolt durchlaufen zu lassen. Dadurch ergibt sich additiv zur Flugzeit der übrigen Flugstrecken eine lange massendispersive Laufzeit, ohne dabei die Energiestreuung ΔE, die Winkelstreuungen Δφ_x und Δφ_y der Ionen oder deren Zeitfehler Δt, den sie in der vorangehenden Teilflugstrecke des Flugzeitmassenspektrometers erhalten haben, zu vergrößern. Die Laufzeit eines einfachgeladenen Ions der Masse 500 Da in einem der erfindungsgemäßen Cassini-Reflektoren beträgt bevorzugt zwischen 10 μs bis 100 ms betragen, insbesondere zwischen 100 μs und 10 ms, besonders bevorzugt um 1 ms. Entsprechend der Laufzeit erhöhen sich die Flugzeitauflösung der Ionen und deren Massenauflösung. Es können dabei auch mehrere Cassini-Reflektoren hintereinander gesetzt werden. Durchmesser und Länge eines Cassini-Reflektors können mehr als 75 cm bzw. 100 cm betragen.
Die folgenden Ausführungsformen von Cassini-Reflektoren und Flugzeitmassenspektrometern stellen Beispiele dar, die aber die verschiedenartigen Formen und Einsatzmöglichkeiten von Cassini-Reflektoren in Flugzeitmassenspektrometern bei Weitem nicht ausschöpfen. Sie sollen daher nicht einschränkend wirken.
In ist als Beispiel eine Ausführungsform eines Flugzeitmassenspektrometers gezeigt, das wie in einem OTOF-MS mit einem orthogonal beschleunigten Ionenstrahl arbeitet und drei Cassini-Reflektoren verwendet. Dabei schießt ein Pulser (41) einen feinen Ionenstrahl (40) wie in üblichen OTOF-Massenspektrometern in eine weitgehend feldfreie Flugstrecke (44) ein und fokussiert den neuen Ionenstrahl (43), nach einer Richtungskorrektur im Ablenkkondensator (42), in üblicher Weise auf den Eintrittsschlitz (45) des ersten Cassini-Reflektors (46). Ionen einer Masse treten mit dem für solche Pulser üblichen Zeitfehler Δt₁ zeitfokussiert, aber auch mit einer Energiestreuung ΔE und Winkelstreuungen Δφ_x und Δφ_y in den ersten Cassini-Reflektor ein. Sie durchlaufen dann die drei Cassini-Reflektoren (46), (47) und (48), ohne den Zeitfehler Δt₁, die Energiestreuung ΔE und die Winkelstreuungen Δφ_x und Δφ_y zu vergrößern. Die Ionen können dann nach dem Austritt aus dem dritten Cassini-Reflektor beispielsweise in einem Blendenstapel (50) auf 10 bis 30 Kilovolt nachbeschleunigt, im Reflektor (51) energiefokussierend reflektiert und im Detektor (52) gemessen werden. Dabei tritt im nicht-idealen Reflektor (52) ein weiterer Zeitfehler Δt₂ auf. Sie können aber auch (nicht in gezeigt) nach dem Austritt über eine kurze Strecke auf 10 bis 30 Kilovolt hoch beschleunigt und dann direkt auf einen Detektor aufgeschossen werden.
Die Flugzeit durch den Reflektor oder die Serie von Reflektoren kann mehrere Hundert Mikrosekunden betragen, bei räumlich groß ausgebildeten Reflektoren (Durchmesser: 150 cm, Länge: 200 cm) und sehr niedrigen kinetischen Energien sogar Millisekunden. Dadurch wird die Wiederholungsrate für die Massenspektren stark eingeschränkt und es verkleinern sich Empfindlichkeit und dynamischer Messbereich. Da die Massenspektren wegen der hohen Massenauflösung aber weitgehend leer sind, kann man eine zeitliche Überlappung der Flugzeitspektren in Kauf nehmen, und die Zugehörigkeit der einzelnen Flugzeitpeaks zu den Beschleunigungspulsen des Pulsers durch die Form der Peaks, insbesondere deren Breite, und die Form der Isotopengruppen bestimmen (siehe DE 102 47 895 B4 , J. Franzen, 2002, entsprechend GB 2 396 957 B oder US 6,861,645 B2 ).
Die erfindungsgemäßen Cassini-Reflektoren (46), (47) und (48) sind dabei von einem Typ, der in in dreidimensionaler Darstellung wiedergegeben ist. Er entspricht einer halben Cassini-Ionenfalle nach C. Köster (Zitate oben), mit der Besonderheit, dass die Ionen in longitudinaler Richtung zwischen Ein- und Ausschuss die gleiche Schwingungszeit benötigen wie in transversaler Richtung. Dadurch können die Ionen, wie in näher dargelegt, geschlossene Figuren bilden, wenn sie in der Ebene zwischen den inneren Elektroden schwingen. Die halbe Kingdon-Ionenfalle wird durch eine Platte (38) abgeschlossen, die hier der Einfachheit halber „Äquipotentialplatte” genannt wird. Durch schmale, linienförmige Elektroden (39) auf der Äquipotentialplatte wird das Potential in der halben Kingdon-Ionenfalle so aufrechterhalten, wie es in der vollen Kingdon-Ionenfalle herrschen würde. Die linienförmigen Elektroden (39) müssen dazu die Äquipotentialflächen nachbilden. Außerdem müssen sie mit Spannungen versorgt werden, die den Potentialen in der Kingdon-Ionenfalle entsprechen. Die Äquipotentialplatte mit den linienförmigen Elektroden kann beispielsweise als eine elektronische Platine ausgeführt sein, wobei rückwärtig die Widerstände aufgebracht sind, die als Spannungsteiler für die Erzeugung der richtigen Spannungen benötigt werden. Die Elektroden können aber beispielsweise auch auf einen Isolator, etwa eine dünne Keramikplatte, aufgedruckt sein, wobei es besonders günstig ist, wenn der Isolator vor dem Bedrucken mit einer sehr hochohmigen Schicht versehen wird, um Aufladungen durch gestreute Ionen während des Betriebs zu vermeiden. Die hochohmige Schicht kann sogar als Spannungsteiler für die Cassini-Potentiale ausgebildet sein.
In einem solchen Cassini-Reflektor werden die Ionen jeweils einer Masse, die durch die schlitzförmige Öffnung (36) in der Äquipotentialplatte (38) mit einer Zeitverschmierung Δt, einer Energiestreuung ΔE und lateralen Winkelstreuungen Δφ_x und Δφ_y eintreten, exakt in Zeit t und den Lateralwinkeln φ_x und φ_y auf die Austrittsöffnung (37) fokussiert, unter Erhaltung der Zeitverschmierung Δt, der Energiestreuung ΔE und den lateralen Winkelstreuungen Δφ_x und Δφ_y.
In der Cassini-Ionenfalle herrscht beispielsweise die Potentialverteilung φ(x, y, z) eines sogenannten hyperlogarithmisches Feldes, das hier einmal der Vollständigkeit wegen angegeben werden soll:
Durch die Konstanten a, b und B kann die Form des Feldes verändert werden. U_1n, U_quad und U_off sind Potentialspannungen. Die Innenfläche des Außengehäuses und die Außenflächen der Innenelektroden sind Äquipotentialflächen φ(x, y, z) = const. dieser Potentialverteilung.
Wie angemerkt, wurde in eine halbe Cassini-Ionenfalle dargestellt, in der für den Abstand der Ein- und Ausschussöffnungen die laterale und die longitudinale Schwingungsdauer genau gleich sind. Es können jedoch auch andere ganzzahlige Verhältnisse der Schwingungsdauern eingestellt und verwendet werden. So ist in ein Cassini-Reflektor auf der Basis einer halben Cassini-Ionenfalle dargestellt, in der die Ionen während der halben longitudinalen Schwingung genau anderthalb laterale Schwingungen durchlaufen. Werden hier Ionen durch das Eintrittsloch (93) in der Äquipotentialplatte (95) eingeschossen, so werden sie nach einer halben Schwingungsdauer im parabolischen Längsfeld genau auf das Austrittsloch (94) fokussiert, wieder mit idealer Fokussierung nach Energie und Raumwinkel. Da hier die Eindringtiefe der Ionenbahnen (92) in das parabolische Längsfeld sehr viel größer ist als bei der Ausführung nach , ist auch eine breitere Verteilung der Ioneneinschussenergie möglich. Die Akzeptanz einer breiteren relativen Streuung der Energien erlaubt es wiederum, die mittlere Energie zu senken und damit die massendispersive Flugzeit zu verlängern.
In ist dargestellt, wie ein solch längerer Cassini-Reflektor (72) mit dem Einschuss von Ionen aus einer Hochfrequenz-Ionenfalle nach Wolfgang Paul zu einem Flugzeitmassenspektrometer gekoppelt ist. Im Flugzeitmassenspektrometer der werden die Ionen zunächst in einer HF-Quadrupol-Ionenfalle nach Wolfgang Paul gesammelt und durch ein Dämpfungsgas zu einer winzigen Wolke (62) gekühlt. Die Ionen können in einer ersten Betriebsweise, die der eine gewöhnlichen dreidimensionalen HF-Quadrupol-Ionenfalle entspricht, in üblicher Weise massenselektiv ausgeworfen und über einen Ionen-Elektronen-Konverter (67) in einem Channeltron-Elektronenvervielfacher (66) als Massenspektrum gemessen werden; diese Art der Akquisition des Massenspektrums hat aber für viele Anwendungen nicht genügend hohe Massenauflösung und Massengenauigkeit. Die Ionen der Ionenwolke (62) können aber auch in einer zweiten Betriebsweise zeitgleich beschleunigt in eine weitgehend feldfreie Flugstrecke (68) ausgepulst, im Blendenstapel (70) wieder abgebremst, und niederenergetisch dem Cassini-Reflektor (72) zugeführt werden, mit einer möglichst guten Raumwinkel- und Energie-Fokussierung am Einschussort (71). Der Cassini-Reflektor ist hier vorn und hinten mit je einer Äquipotentialplatte (75) bzw. (74) abgeschlossen. Die Äquipotentialplatten (75) bzw. (74) sind, wie oben bereits beschrieben, mit feinen Leiterbahnen versehen, die die Cassini-Kurven der Äquipotentialflächen nachbilden, und mit den richtigen Spannungen beaufschlagt das Cassini-Potential erhalten. Die aus der Austrittsöffnung (77) austretenden Ionen werden im Blendensystem (78) mit 10 bis 30 Kilovolt nachbeschleunigt und im Reflektor (80) energiefokussierend auf den Ionendetektor (81) reflektiert. Diese zweite Betriebsweise der Anordnung aus bietet als hochwertiges Flugzeitmassenspektrometer eine sehr hohe Massenauflösung und eine sehr hohe Massengenauigkeit.
Die Ionen müssen aber nicht einen zweiten Reflektor (80) durchlaufen. Sie können nach einer Nachbeschleunigung m Blendensystem (78) direkt senkrecht auf eine Ionen-Elektronen-Konverterplatte aufprallen und dort Sekundärelektronen auslösen. Die Elektronen werden im Blendensystem (78) rückwärts beschleunigt, treten durch die Öffnung (77) wieder in den Cassini-Reflektor ein, durchqueren diesen mit ihrer hohen Energie, treten durch eine weitere Öffnung (nicht in gezeigt) wieder aus und können dann in einem normalen Sekundärelektronen-Verstärker nachgewiesen werden. Diese Kombination des Cassini-Reflektors mit einen Ionendetektor hoher Güte hat einige Vorteile gegenüber üblichen Ionendetektoren; sie bewirken insbesondere keine zusätzliche Zeitverschmierung der Signale, wie sie beispielsweise in Vielkanalplatten-Sekundärelektronenverstärkern auftreten.
Statt der Hochfrequenz-Quadrupol-Ionenfalle kann aber ein Flugzeitmassenspektrometer ähnlich dem in auch mit einer MALDI-Ionenquelle ausgestattet sein. Die Analyt-Ionen entstehen dann in einem Plasma, das durch einen Laserschuss auf die Probe mit der Analytsubstanz gebildet wird, und werden dann mit einer zeitlichen Verzögerung beschleunigt, die bei richtiger Einstellung von Verzögerungszeit und Beschleunigungsfeldstärke zu einer zeitlichen Fokussierung der Ionen jeweils einer Masse an der Eintrittsöffnung (71) des Cassini-Reflektors aus führt. Besondere Vorteile bietet dieser Aufbau zur massenspektrometrischen Analyse von Fragment-Ionen. Ionen, die im feldfreien Raum vor dem Cassini-Reflektor zerfallen, werden in diesem Reflektor, unabhängig der gegenüber dem Mutter-Ion veränderten kinetischen Energie, räumlich und zeitlich fokussiert. Es entfallen zusätzliche Elemente, wie sie in herkömmlichen Reflektor-Systemen notwendig sind, um die Fragment-Ionen in besonderer Weise zu beschleunigen.
Es ist auch möglich, Cassini-Reflektoren noch schlanker und mit längeren Eindringtiefen in das parabolische Potential in Längsrichtung zu bauen. Die Ionen müssen dann pro halber longitudinaler Schwingung 5/2, 7/2 oder 9/2 transversale Schwingungen durchlaufen. Damit erhöht sich die Akzeptanz für Ionen mit breiter relativer Energiestreuung.
Die Ionen brauchen übrigens nicht in der Mittelebene des Cassini-Reflektors eingeschossen werden, um ideal reflektiert zu werden. In ist zu sehen, wie ein Ionenstrahl außerhalb der Mittelebene eintritt und auch außerhalb der Mittelebene ideal nach Energie und Raumwinkel fokussiert wieder austritt. Dieses Verhalten kann man für einen doppelten Durchlauf eines Cassini-Reflektors ausnutzen. zeigt eine solche Anordnung. Beträgt die Eindringtiefe des Ionenstrahls in den ersten Cassini-Reflektor etwa einen Meter, so können Eintrittsstrahl (105) und Austrittsstrahl (106) durchaus etwa sechs Zentimeter weit auseinander liegen. Man kann damit schwere Ionen mit einem Molekulargewicht von 3000 Dalton aus einer HF-Quadrupol-Ionenfalle eine massendispersive Flugzeit von einigen Millisekunden durchlaufen lassen, wobei das Flugzeitspektrum mit einem 16-bit-ADC mit 400 Millionen Messungen pro Sekunde gemessen werden kann und Auflösungen im mittleren Massenbereich von R > 100 000 ergibt.
Das Gehäuse der Cassini-Reflektoren nach den bis ist nicht ganz einfach herzustellen. Außerdem ist das Innere der weitgehend geschlossenen Cassini-Reflektoren nicht einfach auszupumpen. Die zeigt daher einen Cassini-Reflektor völlig anderer Ausführungsform, jedoch mit dem gleichen elektrischen Feld: Das äußere Gehäuse ist hier durch einen Stapel identischer Lochblenden (122) ersetzt, wie sie in ähnlicher Form nach dem Stand der Technik für Mamyrin-Reflektoren eingesetzt werden. Die Lochblenden besitzen hier jedoch Innenöffnungen in Form einer Cassini-Kurve. Um das elektrische Feld einer Cassini-Ionenfalle zu erhalten, werden die Lochblenden von der Äquipotentialplatte (120) her mit quadratisch ansteigendem Potential versehen. Die Äquipotentialplatten (120) und (121) entsprechen denen der . Ionen verschiedener Energien laufen auf Bahnen (124), die verschieden weit in den Reflektor hineinlaufen, aber für Ionen gleicher Masse alle exakt gleiche Flugzeit besitzen. Diese Ausführungsform hat mehrere Vorteile: Der Reflektor ist besser zu bepumpen; die Gesamtgröße ist kleiner, die Herstellung ist einfacher und preiswerter.
Es sei noch erwähnt, dass man auch die Innenelektroden als Stapel von identischen Blenden aufbauen kann, die mit einem quadratisch abnehmenden Potential zu versorgen sind. Die Herstellung ist möglicherweise jedoch komplizierter als die Herstellung kompakter Innenelektroden.
Dem Fachmann ist es leicht möglich, weitere interessante Ausführungsformen auf der Basis der erfindungsgemäßen Vorrichtungen für die Reflektion von Ionen zu erarbeiten. Diese sollen für den dieser Erfindung unterliegenden Anteil durch dieses Schutzbegehren mit abgedeckt sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007024858 A1 [0010]
DE 102011008713 A1 [0010]
DE 10247895 B4 [0033]
GB 2396957 B [0033]
US 6861645 B2 [0033]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

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„A curved field reflectron time-of-flight mass spectrometer for the simultaneous focusing of metastable product ions”, Rapid Communication in Mass Specrometry, 1994: 8(9), 781–785 [0008]
A. A. Makarov, J. Phys. D; Appl. Phys. 24, 533 (1991) [0008]
„Time-of-Flight Mass Spectrometer with Improved Resolution”, W. C. Wiley and I. H. McLaren, Rev. Sci. Instrum., 26, 1150 (1955) [0024]

Claims

Flugzeitmassenspektrometer mit einer Ionenquelle, einer Flugstrecke und einem Ionendetektor, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Flugstrecke eine Potentialverteilung einer Cassini-Ionenfalle für entkoppelte Schwingungen der Ionen in longitudinaler und lateraler Richtung mit mehreren Ionenelektroden aufweist.
Flugzeitmassenspektrometer mit einer Ionenquelle, einer Flugstrecke, einem Reflektor innerhalb der Flugstrecke, und einem Ionendetektor, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor eine halbierte Cassini-Ionenfalle mit einem Gehäuse, zwei Innenelektroden und einer abschließenden Äquipotentialplatte mit Elektroden umfasst, wobei die Elektroden der Äquipotentialplatte die Äquipotentialflächen der Potentialverteilung der Cassini-Ionenfalle am Ort der Äquipotentialplatte nachzeichnen.
Flugzeitmassenspektrometer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Äquipotentialplatte Öffnungen für den Ein- und Ausschuss von Ionen aufweist.
Flugzeitmassenspektrometer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Form des Reflektors und die Positionen der Ein- und Ausschussöffnungen so ausgebildet sind, dass die Ionen einer Masse im Reflektor eine ungerade ganzzahlige Anzahl halber transversalen Schwingungen durchlaufen.
Flugzeitmassenspektrometer nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse des Reflektors als Stapel von gleichen Lochblenden aufgebaut ist, mit einer Spannungsversorgung, die ein von Blende zu Blende quadratisch anteigendes Potential erzeugt.
Flugzeitmassenspektrometer nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Blendensytem vorhanden ist, das die kinetische Energie der Ionen so formt, dass sie einen Reflektor mit einer kinetischen Energie von unter zwei Kiloelektronenvolt durchlaufen.
Flugzeitmassenspektrometer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Flugzeitmassenspektrometer einen Pulser für den orthogonalen Einschuss eines feinen Ionenstrahls umfasst.
Flugzeitmassenspektrometer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Flugzeitmassenspektrometer eine Hochfrequenz-Quadrupol-Ionenfalle umfasst.
Flugzeitmassenspektrometer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass am Austritt aus dem Reflektor ein Ionenbeschleunigungssystem mit einer Konversionsplatte angebracht ist, die Ionen in Elektronen wandelt, die rückwärts den Reflektor mit hoher Energie durchfliegen, und dass hinter der rückwärtigen Äquipotentialplatte ein Sekundärelektronenvervielfacher angebracht ist, der die Elektronen detektiert.