DE102020113468A1

DE102020113468A1 - Massenspektrometer

Info

Publication number: DE102020113468A1
Application number: DE102020113468.1A
Authority: DE
Inventors: Alexander Makarov; Wilko Balschun; Jan-Peter Hauschild; Aivaras Venckus; Denis CHERNYSHEV; Eduard Denisov
Original assignee: Thermo Fisher Scientific Bremen GmbH
Current assignee: Thermo Fisher Scientific Bremen GmbH
Priority date: 2019-05-22
Filing date: 2020-05-19
Publication date: 2020-11-26
Also published as: GB2586689A; GB202007387D0; US20200388480A1; GB2586689B; GB2600816A; GB2600816B; GB201907211D0; CN111986981A

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt ein Massenspektrometer bereit, das eine erste Ionenfalle 200, eine zweite Ionenfalle 400, einen Linsenstapel 300 zum Lenken von Ionen von der ersten Ionenfalle 200 zur zweiten Ionenfalle 400 und ein Gehäuse 10 umfasst. Die erste Ionenfalle 200 ist angeordnet, um einen linearen oder gekrümmten Potentialtopf zu bilden, und die zweite Ionenfalle 400 ist eine elektrostatische Ionenfalle, vorzugsweise eine Orbitalionenfalle, die angeordnet ist, um einen ringförmigen Potentialtopf zu bilden. Das Massenspektrometer umfasst ferner einen einstückigen Einsatz 50, der einen ersten Hohlraum 51, der den Linsenstapel 300 hält, und einen zweiten Hohlraum 52, der die zweite Ionenfalle 400 hält, umfasst, wobei der Einsatz 50 in das Gehäuse 10 eingesetzt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Massenspektrometer und Komponenten davon. Im Folgenden werden insbesondere Konstruktionsdetails eines Massenspektrometers beschrieben, die das Zusammenbauen verschiedener Komponenten des Massenspektrometers, ihre Abdichtung in evakuierten Verteilern und ihre elektromagnetische Abschirmung verbessern können. Durch Verbessern der physischen Passung verschiedener Komponenten des Massenspektrometers, ihrer Abdichtung und ihrer elektromagnetischen Abschirmung können genauere Massenspektren erhalten werden.
Auf dem Gebiet der Massenspektrometrie ist bekannt, Ionen von einer gekrümmten Ionenfalle, die einen Potentialtopf definiert, in dem die Ionen gespeichert sind, über einen Linsenstapel zu einer Orbitalionenfalle zu lenken, die einen zweiten ringförmigen Potentialtopf bildet, in dem die Ionen einer Umlaufbahn folgen. Die gekrümmte Ionenfalle ist in der Technik als C-Falle (C-Trap) bekannt. Die Orbitalionenfalle, die das quadro-logarithmische Potential nutzt, ist in der Technik als Orbitrap®-Analysator bekannt. Es ist in der Technik bekannt, dass der Linsenstapel Elektrodenpaare umfasst, die wie lonenlinsen wirken (im Gegensatz zu optischen Linsen, die tatsächlich geformte Feststoffe mit einem bestimmten Brechungsindex umfassen).
Herkömmlicherweise werden die C-Trap-, Linsenstapel- und Orbitrap®-Teile zuerst als separate Baugruppen aufgebaut und anschließend miteinander verbunden. Der herkömmliche Ansatz erkennt nicht die Notwendigkeit einer genauen Ausrichtung dieser drei entscheidenden Komponenten. Eine zuverlässige Abdichtung und eine verbesserte elektromagnetische Abschirmung dieser Komponenten sind wünschenswert.
Erfindungsgemäß wird ein Massenspektrometer bereitgestellt, wie es in den Ansprüchen dargelegt ist.
Eine bevorzugte Ausführungsform eines Massenspektrometers gemäß der Erfindung umfasst: eine erste Ionenfalle, wobei die erste Ionenfalle dazu angeordnet ist, einen linearen oder gekrümmten Potentialtopf zu bilden; eine zweite Ionenfalle, wobei die zweite Ionenfalle eine Orbitalionenfalle ist, die dazu angeordnet ist, einen ringförmigen Potentialtopf entlang einer Längsachse zu bilden, die die Längsrichtung definiert; einen Linsenstapel zum Lenken von Ionen von der ersten Ionenfalle zur zweiten lonenfalle; und ein Gehäuse, wobei das Massenspektrometer ferner einen einstückigen Einsatz umfasst, der einen ersten Hohlraum, der den Linsenstapel hält, und einen zweiten Hohlraum umfasst, der die zweite Ionenfalle hält, wobei der Einsatz in das Gehäuse eingesetzt ist. Vorzugsweise wird der Potentialtopf innerhalb der ersten Ionenfalle durch eine Kombination aus einem Pseudopotentialtopf, der durch Hochfrequenz-(HF)-Spannungen erzeugt wird, und einem statischen Potentialtopf, der durch Gleichspannungen erzeugt wird, gebildet.
Die zweite Ionenfalle kann ein Massenanalysator sein.
Vorzugsweise umfasst der Linsenstapel eine Vielzahl von Elektrodenpaaren, die auf einem oder mehreren Ausrichtungsstäben montiert sind; die erste Ionenfalle greift direkt in mindestens einen der einen oder mehreren Ausrichtungsstäbe ein; der Einsatz berührt direkt mindestens eines der Vielzahl von Elektrodenpaaren und nimmt sie innerhalb des ersten Hohlraums auf; und der Einsatz berührt direkt die zweite Ionenfalle und nimmt sie innerhalb des zweiten Hohlraums auf.
Vorzugsweise umfasst der Linsenstapel eine Vielzahl von Elektrodenpaaren, die auf einem oder mehreren Ausrichtungsstäben montiert sind; die erste Ionenfalle greift direkt in mindestens einen der einen oder mehreren Ausrichtungsstäbe ein; der Einsatz berührt direkt mindestens einen der einen oder mehreren Ausrichtungsstäbe und nimmt sie innerhalb des ersten Hohlraums auf; und der Einsatz berührt direkt die zweite Ionenfalle und nimmt sie innerhalb des zweiten Hohlraums auf.
Vorzugsweise umfasst die zweite Ionenfalle eine Spindelelektrode, die sich durch einen ringförmigen Hohlraum einer Zylinderelektrode erstreckt, wobei die Spindelelektrode und die Zylinderelektrode durch einen oder mehrere isolierende Abstandshalter getrennt sind; und der Einsatz berührt direkt mindestens einen der einen oder mehreren isolierenden Abstandshalter und nimmt sie innerhalb des zweiten Hohlraums auf.
Vorzugsweise umfasst das Massenspektrometer ferner ein Heizelement zum Erzeugen von Wärme innerhalb des Einsatzes. Dieses kann das Ausheizen des Systems ermöglichen, das zum Erreichen von Ultrahochvakuum-(UHV)-Bedingungen erforderlich ist, die für eine hochauflösende akkurate Massen-(HR/AM)-Analyse in der zweiten Ionenfalle erforderlich sind, die vorzugsweise eine Orbitalionenfalle ist.
Vorzugsweise umfasst das Gehäuse eine Vielzahl von getrennten Bereichen, die durch eine Vielzahl von Dichtungen gegeneinander abgedichtet sind. Zum Beispiel, wenn der Einsatz in das Gehäuse eingesetzt wird.
Vorzugsweise ist mindestens eine Dichtung zwischen dem ersten lonenfallenbereich und dem zweiten lonenfallenbereich eine leitfähige Dichtung. Vorzugsweise ist die leitfähige Dichtung elektrisch leitfähig. Vorzugsweise berührt ein Dichtungspartner in einem Teil des Einsatzes direkt das Gehäuse. Vorzugsweise steht der leitfähige Dichtungsteil des Einsatzes in elektrischer Verbindung mit dem Gehäuse.
Vorzugsweise sind sowohl der Einsatz als auch das Gehäuse aus Metall und die mindestens eine Dichtung wird durch Metall-Metall-Kontakt zwischen dem Einsatz und dem Gehäuse gebildet. Vorzugsweise wird die mindestens eine Dichtung durch Druck von Metall auf Metall zwischen dem Einsatz und dem Gehäuse gebildet.
Vorzugsweise enthält ein erster lonenfallenbereich der Vielzahl von Bereichen die erste Ionenfalle und wird auf einen ersten Druck evakuiert; ein Linsenstapelbereich der Vielzahl von Bereichen enthält den Linsenstapel und wird auf einen zweiten Druck evakuiert; ein zweiter lonenfallenbereich der Vielzahl von Bereichen enthält die zweite Ionenfalle und wird auf einen dritten Druck evakuiert; und der erste Druck ist größer als der zweite Druck und der zweite Druck ist größer als der dritte Druck.
Vorzugsweise wird ein Hohlraum innerhalb der ersten Ionenfalle gebildet, wobei der Hohlraum einen Druck aufweist, der größer als der erste Druck ist.
Vorzugsweise wird ein Druckverhältnis über jede der Dichtungen aufrechterhalten, und jedes Druckverhältnis ist nicht kleiner als 1:10, vorzugsweise nicht kleiner als 1:100 und nicht größer als 1:1000.
Vorzugsweise wird jede der Dichtungen durch Eingriff zwischen einer Schulter des Gehäuses und einer Dichtung, beispielsweise einer Dichtfläche des Einsatzes, gebildet, so dass die Bereiche durch Labyrinthdichtungen getrennt sind.
Vorzugsweise ist eine erste Dichtung zwischen dem ersten lonenfallenbereich und dem Linsenstapelbereich vorgesehen, und das Druckverhältnis über der ersten Dichtung ist nicht kleiner als 1:10, vorzugsweise nicht kleiner als 1:100 und nicht größer als 1:1000.
Vorzugsweise ist ein Paar zweiter Dichtungen zwischen dem Linsenstapelbereich und dem zweiten lonenfallenbereich vorgesehen, und das Druckverhältnis über jede der zweiten Dichtungen ist nicht kleiner als 1:10, vorzugsweise nicht kleiner als 1:100 und nicht größer als 1:1000.
Vorzugsweise wird das Paar zweiter Dichtungen durch Kontakt zwischen dem Einsatz und dem Gehäuse gebildet; und eine Dichtung wird durch Kontakt zwischen dem Einsatz und einem Elektrodenpaar des Linsenstapels gebildet.
Vorzugsweise ist der erste Hohlraum entlang einer Längsachse, die sich durch den Einsatz erstreckt, vom zweiten Hohlraum versetzt; und der Einsatz umfasst ferner eine Vielzahl von Dichtungsflanschen, die sich von der Längsachse zum Eingriff in das Gehäuse nach außen erstrecken.
Vorzugsweise ist das Gehäuse leitfähig und die erste Ionenfalle ist gegen die zweite Ionenfalle durch eine leitfähige Dichtung abgedichtet, die das Gehäuse direkt berührt, wobei der direkte Kontakt eine elektrische Leitung zwischen dem Einsatz und dem Gehäuse ermöglicht. Die leitfähige Dichtung kann beispielsweise eine Dichtfläche des Einsatzes sein.
Vorzugsweise sind das Gehäuse und der Einsatz leitfähig und die erste Ionenfalle ist durch direkten Kontakt zwischen einem Dichtungsflansch des Einsatzes und dem Gehäuse gegen die zweite Ionenfalle abgedichtet, wobei der direkte Kontakt eine elektrische Leitung zwischen dem Einsatz und dem Gehäuse ermöglicht.
Vorzugsweise umfasst das Massenspektrometer ferner zwei Wärmesensoren, die am oder innerhalb des Einsatzes montiert sind.
Eine andere bevorzugte Ausführungsform eines Massenspektrometers umfasst: eine erste Ionenfalle, wobei die erste Ionenfalle dazu angeordnet ist, einen linearen oder gekrümmten Potentialtopf zu bilden; eine zweite Ionenfalle, wobei die zweite Ionenfalle insbesondere eine Orbitalionenfalle ist, die dazu angeordnet ist, einen ringförmigen Potentialtopf zu bilden; einen Linsenstapel zum Lenken von Ionen von der ersten Ionenfalle zur zweiten lonenfalle; und ein leitfähiges Gehäuse, wobei: das Gehäuse eine Vielzahl von getrennten Bereichen umfasst, wobei die Bereiche gegeneinander abgedichtet sind, wenn sie mit dem Einsatz in Kontakt stehen; ein erster lonenfallenbereich der Vielzahl von Bereichen die erste Ionenfalle enthält; ein Linsenstapelbereich der Vielzahl von Bereichen den Linsenstapel enthält; ein zweiter lonenfallenbereich der Vielzahl von Bereichen die zweite Ionenfalle enthält; der erste lonenfallenbereich gegen den zweiten lonenfallenbereich durch einen leitfähigen Dichtungsteil des Einsatzes abgedichtet ist, der das Gehäuse direkt berührt, um dazwischen elektrische Leitung zu ermöglichen.
Die zweite Ionenfalle kann ein Massenanalysator sein.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines Massenspektrometers umfasst: eine Tragekonstruktion und einen Massenanalysator (Ionenfalle), der eine Elektrodenbaugruppe umfasst. Der Massenanalysator erstreckt sich entlang der Längsachse/Längsrichtung zwischen einem ersten Ende und einem zweiten Ende. Der Massenanalysator ist am ersten Ende an der Tragekonstruktion montiert und das zweite Ende ist frei. Vorzugsweise umfasst die Elektrodenbaugruppe Elektroden, die entlang der Längsrichtung angeordnet sind. Die Elektroden/Elektrodenbaugruppe können/kann sich zwischen dem ersten und dem zweiten Ende in Längsrichtung erstrecken. Vorzugsweise ist der Massenanalysator eine elektrostatische Ionenfalle, insbesondere vorzugsweise eine Orbitalionenfalle, die dazu angeordnet ist, einen ringförmigen Potentialtopf zu bilden.
Vorzugsweise umfasst der Massenanalysator (Ionenfalle) die Elektrodenbaugruppe und einen elektrisch isolierenden Abstandshalter, wobei sich der erste elektrisch isolierende Abstandshalter am ersten Ende des Massenanalysators befindet und eine Montagefläche für den Massenanalysator bildet und direkt mit der Tragekonstruktion in Eingriff ist.
Vorzugsweise umfasst die Tragekonstruktion eine oder mehrere Vorspannanordnung(en), vorzugsweise Federplatten, die direkt mit einer Außenfläche des elektrisch isolierenden Abstandshalters in Eingriff sind, und eine oder mehrere Hardstop-Platten, die direkt mit einer Innenfläche des elektrisch isolierenden Abstandshalters in Eingriff sind, wobei die Innenfläche des elektrisch isolierenden Abstandshalters sich in der Nähe der Elektrodenbaugruppe des Massenanalysators befindet und die Außenfläche des elektrisch isolierenden Abstandshalters sich distal von der Elektrodenbaugruppe des Massenanalysators befindet. Die Innen- und die Außenfläche des elektrisch isolierenden Abstandshalters am zweiten Ende stehen senkrecht zur Längsachse des Massenanalysators.
Ausführungsformen von Massenspektrometern gemäß der Erfindung können unter Verwendung eines Herstellungsverfahrens gebildet werden, das umfasst: Bereitstellen einer ersten Ionenfalle zum Bilden eines linearen oder gekrümmten Potentialtopfes; Bereitstellen einer zweiten Ionenfalle zum Bilden eines ringförmigen Potentialtopfes; Bereitstellen eines Linsenstapels, der mit der ersten Ionenfalle verbunden ist, um Ionen von der ersten Ionenfalle zur zweiten Ionenfalle zu lenken; und Bereitstellung eines Gehäuses. Das Verfahren umfasst auch die folgenden Schritte: Bilden eines einstückigen Einsatzes, umfassend einen ersten Hohlraum und einen zweiten Hohlraum; Platzieren des Linsenstapels in dem ersten Hohlraum und der zweiten Ionenfalle in dem zweiten Hohlraum, um eine Baugruppe zu bilden; und Einsetzen der Baugruppe in das Gehäuse.
Zum besseren Verständnis der Erfindung und um zu zeigen, wie diese umgesetzt werden kann, wird nun lediglich beispielhaft auf die beiliegenden Zeichnungen eingegangen, wobei:

1 einen Querschnitt einer ersten lonenfallen- und Linsenstapelbaugruppe zeigt;
2 einen Querschnitt einer zweiten Ionenfalle zeigt;
3 einen Querschnitt einer Baugruppe der Komponenten der 1 und 2 zum Bilden eines Abschnitts eines Massenspektrometers gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt;
4 eine optionale Heizungsanordnung zeigt;
5 einen Querschnitt einer zweiten Ausführungsform zeigt;
6 einen Querschnitt einer elektrostatischen Ionenfalle zeigt, die an einer Tragekonstruktion montiert ist, um einen Abschnitt eines Massenspektrometers gemäß einer dritten Ausführungsform zu bilden;
7 eine perspektivische Ansicht der elektrostatischen Ionenfalle und der Tragekonstruktion von 6 ist;
8 einen Querschnitt einer Baugruppe der Komponenten der 1 und 6 zum Bilden eines Abschnitts eines Massenspektrometers gemäß der dritten Ausführungsform zeigt;
9 eine perspektivische Ansicht einer Baugruppe zum Bilden eines Abschnitts eines Massenspektrometers gemäß der dritten Ausführungsform zeigt, wobei die Baugruppe die Komponenten von 6 umfasst und optional auch einen Deflektor und eine Fokussierlinse umfasst, die an der elektrostatischen Ionenfalle montiert sind;
10 eine weitere perspektivische Ansicht der Baugruppe von 9 ist; und
11 eine perspektivische Ansicht des unteren Teils der Baugruppe von 8 ist.
1 zeigt eine erste Ionenfalle 200 und einen Linsenstapel 300.

Die erste Ionenfalle 200 ist so angeordnet, dass sie im Gebrauch einen linearen oder gekrümmten Potentialtopf in einem Hohlraum 210 bildet. Im Fall eines gekrümmten Potentialtopfes würde die erste Ionenfalle 200 die in der Technik als C-Falle bekannte Form haben, wie in US8017909 gezeigt. Die erste Ionenfalle 200 umfasst obere und untere Elektroden 201, 202. Im Gebrauch wird der Hohlraum 210 auf einen Vakuumdruck von etwa 10^-3 mbar evakuiert. Er kann beispielsweise einen eingeschriebenen Radius von 3 mm aufweisen. In einigen Ausführungsformen nehmen die obere und die untere Elektrode 201, 202 der Falle 200 eine Phase der HF-Spannung, die linke und die rechte Elektrode 203, 204 die entgegengesetzte Phase der HF-Spannung auf. Typische Amplituden können im Bereich von 500 bis 3000 V und Frequenzen im Bereich von 2 bis 4 MHz, vorzugsweise 3,1 MHz, liegen.
Wie in der Technik bekannt ist, umfasst die untere Elektrode 202 der ersten Ionenfalle 200 eine Öffnung oder einen Schlitz 220 für das Ausstoßen von Ionen. Die Öffnung oder der Schlitz 220 kann eine Länge von beispielsweise 0,8 mm bis 1 mm aufweisen. Das Ausstoßen von Ionen kann wie in den Patentanmeldungen WO2008081334 oder WO05124821 beschrieben organisiert sein. Der Schlitz kann sich senkrecht zur Zeichnungsebene erstrecken. Typischerweise können diese Schlitze eine Höhe von 1 mm aufweisen und in der Breite schrittweise von 10 mm auf 1 mm abnehmen, um einen konvergierenden lonenstrahl aufzunehmen.
Der Linsenstapel 300 ist so angeordnet, dass Ionen von der ersten Ionenfalle 200 zu einer zweiten Ionenfalle 400 gelenkt werden. Der Linsenstapel 300 umfasst eine Vielzahl von Komponenten, die in Längsrichtung X voneinander beabstandet sind.
Der Linsenstapel 300 weist eine Reihe von Öffnungen in den Komponenten auf, wobei die Öffnungen zusammen einen Linsenstapelpfad durch den Linsenstapel 300 definieren, durch den Ionen hindurchlaufen können.
Der Linsenstapel 300 umfasst eine Anzahl von Komponenten, für die eine genaue Ausrichtung wichtig ist. Der Linsenstapel 300 umfasst mindestens ein erstes Elektrodenpaar 310a, 310b und vorzugsweise ein zweites Elektrodenpaar 320a, 320b.
Vorzugsweise ist die Öffnung zwischen dem ersten Elektrodenpaar 310a, 310b seitlich (d. h. in einer Richtung Y senkrecht zur Längsrichtung X) von der Öffnung zwischen dem zweiten Elektrodenpaar 320a, 320b versetzt. Auf diese Weise definieren die zwei Elektrodenpaare 310a, 310b, 320a, 320b eine „Z-Linse“, wie sie in der Technik bekannt ist. Diese kann neutrales Gas eliminieren, das aufgrund des Fehlens einer Sichtlinie durch die Öffnungen der Z-Linse aus der ersten Falle 200 austritt.
Der Linsenstapel 300 kann auch eine erste geerdete Linse 500a und eine zweite geerdete Linse 500b umfassen, zwischen denen sich die Elektroden des Linsenstapels 300 befinden.
Der Linsenstapel 300 umfasst einen oder mehrere Ausrichtungsstäbe 330a, 330b, auf denen die Komponenten des Linsenstapels 300 zur genauen Ausrichtung montiert sind. Die Komponenten können über darin gebildete Löcher montiert werden, die zu den Ausrichtungsstäben 330a, 330b komplementär sind.
Beispielsweise können die zwei Elektrodenpaare 310a, 310b, 320a, 320b Löcher mit einer Form enthalten, die eng auf den Querschnitt der Ausrichtungsstäbe 330a, 330b abgestimmt ist. Die Ausrichtungsstäbe 330a, 330b können aus Keramik sein.
Der Linsenstapel 300 kann auch einen oder mehrere Abstandshalter 600 umfassen, um die Elektroden 310a, 310b, 320a, 320b in genauer Ausrichtung an den Ausrichtungsstäben 330a, 330b zu halten.
Sowohl die Ausrichtungsstäbe 330a, 330b als auch die Löcher in den Linsenstapelkomponenten sind vorzugsweise auf hohe Toleranz bearbeitet.
Vorzugsweise ist die erste Ionenfalle 200 auch an den Ausrichtungsstäben 330a, 330b montiert. Auf diese Weise wird die Öffnung 220 zum Ausstoßen von Ionen aus der ersten Ionenfalle 200 genau auf den Pfad durch den Linsenstapel 300 ausgerichtet.
2 zeigt einen Querschnitt einer zweiten Ionenfalle 400.
Die zweite Ionenfalle 400 umfasst eine Spindelelektrode 410, die von einer äußeren Elektrode 420 umgeben ist. Die äußere Elektrode 420 kann eine oder mehrere (in diesem Beispiel zwei) Zylinderelektroden 420a und 420b umfassen und vorzugsweise daraus bestehen. Die Zylinderelektrode(n) 420a, 420b kann (können) durch einen Isolierring 450 getrennt sein. Die Spindelelektrode 410 und die Zylinderelektroden 420a und 420b definieren zusammen einen Hohlraum 440.
Die Spindelelektrode 410 und eine oder mehrere Zylinderelektroden 420a, 420b sind durch einen oder mehrere isolierende Abstandshalter 430a, 430b getrennt, die Montageflächen für die zweite Ionenfalle 400 bereitstellen können. Die isolierenden Abstandshalter 430a, 430b sind elektrisch isolierend.
Die zweite Ionenfalle 400 ist dazu angeordnet, einen ringförmigen Potentialtopf in dem Hohlraum 440 zu bilden.
Wie in der Technik bekannt ist, umfasst die zweite Ionenfalle 400 einen schematisch dargestellten loneneinführungskanal 460 in der Zylinderelektrode 420b zur Injektion von Ionen in den Hohlraum 440. Eine solche Konfiguration ist in der Technik beispielsweise aus WO2012152950A1 oder US7714283 bekannt.
Somit ist die zweite Ionenfalle 400 vorzugsweise eine Orbitalionenfalle vom Orbitrap-Typ.
3 zeigt einen Querschnitt einer Baugruppe der Komponenten von 1 und 2 zum Bilden eines Abschnitts eines Massenspektrometers gemäß einer ersten Ausführungsform.
Wie in 3 zu sehen ist, enthält ein Massenspektrometer eine Gehäusekomponente 10, die eine oder mehrere Unterkomponenten 10a, 10b umfassen kann. Ein Einsatz 50 wird in die Gehäusekomponente 10 eingesetzt. Vorzugsweise ist die Gehäusekomponente 10 ein einstückiger Körper. Vorzugsweise ist das Gehäuse 10 aus einem leitfähigen Material, am meisten bevorzugt aus einem Metall wie Aluminium, gebildet.
Der Einsatz 50 ist eine starre einstückige Komponente, die einen ersten Hohlraum 51 zum Aufnehmen des Linsenstapels 300 und einen zweiten Hohlraum 52 zum Aufnehmen der zweiten Ionenfalle 400 umfasst. Vorzugsweise ist der Einsatz 50 aus einem leitfähigen Material, am meisten bevorzugt aus einem Metall wie Aluminium, Invar, Edelstahl, gebildet.
Der erste Hohlraum 51 ist gegenüber dem zweiten Hohlraum 52 entlang einer Achse versetzt, die sich durch den Einsatz 50 erstreckt. Insbesondere ist der erste Hohlraum 51 gegenüber dem zweiten Hohlraum entlang der Längsachse X versetzt, die sich durch den Einsatz erstreckt.
Der Linsenstapel 300 kann den Einsatz 50 direkt mit einer oder mehreren der Linsenkomponenten und/oder mit einem oder mehreren der Ausrichtungsstäbe 330a, 330b in Eingriff bringen, wenn er sich in dem ersten Hohlraum 51 befindet. Der direkte Eingriff zwischen dem Linsenstapel 300 und dem ersten Hohlraum 51 des Einsatzes 50 kann eine genaue Ausrichtung der ersten Ionenfalle 200, der Komponenten des Linsenstapels 300 und des Einsatzes 50 ermöglichen.
Mit direktem Eingriff ist gemeint, dass eine Oberfläche einer Komponente eine Oberfläche einer anderen Komponente berührt.
Die zweite Ionenfalle 400 kann den Einsatz 50 direkt innerhalb des zweiten Hohlraums 52 in Eingriff bringen. Der direkte Eingriff zwischen der zweiten Ionenfalle 400 und dem zweiten Hohlraum 52 des Einsatzes 50 kann eine genaue Ausrichtung der zweiten Ionenfalle 400 und des Einsatzes 50 ermöglichen.
In bevorzugten Ausführungsformen bilden die elektrisch isolierenden Abstandshalter 430a, 430b die Montageflächen für die zweite Ionenfalle 400, wobei mindestens eine der Montageflächen direkt mit dem Einsatz 50 in Eingriff ist. Vorzugsweise gleiten mindestens eine, bevorzugter beide Montageflächen mit dem Einsatz 50 in Eingriff.
Somit stellt der Einsatz 50 ein einstückiges Ausrichtungselement bereit, durch das die erste Ionenfalle 200 mit der zweiten Ionenfalle ausgerichtet ist, so dass ein kontinuierlicher Pfad für Ionen von einer Öffnung 220 der ersten Ionenfalle 200 über einen Linsenstapelpfad durch den Linsenstapel 300 zu einem Injektionskanal 460 in der zweiten Ionenfalle 400 mit sehr hoher Genauigkeit ausgerichtet werden kann. Weitere Linsen könnten innerhalb und in der Nähe des Injektionskanals 460 verwendet werden, wie in der Technik bekannt.
In bevorzugten Ausführungsformen ist der Einsatz 50 so konfiguriert, dass er beim Einsetzen in das Gehäuse 10 eine Vielzahl von getrennten Bereichen 4, 6, 8 definiert, wobei die Bereiche gegeneinander abgedichtet sind.
Optional kann sich der einstückige Einsatz 50 so erstrecken, dass er einen weiteren separaten Bereich 2 definiert. Alternativ kann, wie in 3 gezeigt, der separate Bereich 2 durch eine Membrankomponente 60 definiert sein, die sich über den Einsatz 50 erstreckt, um den Einsatz 50 innerhalb des Gehäuses 10 einzuschließen.
Die Membrankomponente 60 kann aus einem leitfähigen Material, vorzugsweise Metall, wie Aluminium oder Edelstahl, gebildet sein. Die Membrankomponente 60 kann mit dem Gehäuse 10 eine Abdichtung (vorzugsweise, wie gezeigt, eine Gleitringdichtung) bilden, um einen Bereich 4 zu definieren. Die Membrankomponente kann auch mit einem Element der Linsenbaugruppe 300 abdichten, wie beispielsweise der ersten geerdeten Linse 500a, wie in 3 gezeigt.
Vorzugsweise sind innerhalb des Gehäuses 10 definiert: ein erster lonenfallenbereich 2, der die erste Ionenfalle enthält; ein Linsenstapelbereich 4, der den Linsenstapel enthält; und ein zweiter lonenfallenbereich 8, der die zweite Ionenfalle enthält.
Eine Öffnung in dem Einsatz 50, durch die der Linsenstapel 300 eingesetzt wird, kann durch Bilden einer Dichtung durch Kontakt zwischen dem Einsatz 50 und einem Elektrodenpaar 320a, 320b des Linsenstapels 300 geschlossen werden.
Der erste lonenfallenbereich 2 wird auf einen ersten Druck evakuiert; der Linsenstapelbereich 4 wird auf einen zweiten Druck evakuiert; und der zweite lonenfallenbereich 8 wird auf einen dritten Druck evakuiert. Vorzugsweise ist der erste Druck größer als der zweite Druck und der zweite Druck ist größer als der dritte Druck. Weiterhin ist der Druck innerhalb des ersten lonenfallenhohlraums 210 höher als der erste Druck.
Beispielsweise beträgt der Druck bevorzugt in der ersten Ausführungsform innerhalb des ersten lonenfallen-Hohlraums 210 etwa 1*10^-3 mbar, der erste Druck etwa 1*10^-5 mbar, der zweite Druck etwa 1*10^-7 mbar und der dritte Druck etwa 1*10^-10 mbar. Optional kann ein weiterer Bereich 6 zwischen dem Linsenstapelbereich 4 und dem zweiten lonenfallenbereich 8 mit einem Druck von etwa 1*10^-8 mbar bereitgestellt werden.
Für jede der Vielzahl von Dichtungen wird ein höherer Druck auf einer Seite und ein niedrigerer Druck auf der gegenüberliegenden Seite angelegt. Vorzugsweise beträgt das Verhältnis zwischen dem höheren Druck und dem niedrigeren Druck weniger als 1000. Typischerweise sind dies mindestens 100. Mit anderen Worten beträgt das Verhältnis zwischen dem höheren Druck und dem niedrigeren Druck weniger als drei Größenordnungen (wie im vorstehenden Beispiel) und vorzugsweise mindestens zwei.
Eine oder mehrere Dichtungen zwischen getrennten Bereichen können durch Kontakt zwischen dem Einsatz 50 und dem Gehäuse 10 ausgeführt werden. Vorzugsweise umfasst das Gehäuse 10 eine Vielzahl von Schultern 12a, 12b, die einen kontinuierlichen Pfad um den Einsatz 50 herum definieren. Eine Schulter 12a, 12b ist durch ein Paar Oberflächen des Gehäuses 10 definiert, die sich in einem Winkel zueinander erstrecken. Ein entsprechender Abschnitt des Einsatzes 50 ist so angeordnet, dass er mit jeder Schulter 12a, 12b zusammenpasst.
Vorzugsweise umfasst der Einsatz 50 eine Vielzahl von Dichtungsflanschen 54a, 54b, die sich von dort nach außen erstrecken, um mit den Schultern 12a, 12b des Gehäuses 10 in Eingriff zu kommen.
Beispielsweise können sich die Dichtungsflansche 54a, 54b senkrecht zu einer Längsachse des Einsatzes 50 erstrecken.
Damit der Einsatz 50 in das Gehäuse ungehindert, jedoch geführt von den Schultern 12a, 12b, eingesetzt werden kann, können sich die Dichtungsflansche 54a, 54b vom Einsatz um einen Betrag erstrecken, der für benachbarte Dichtungsflansche 54a, 54b in Richtung der ersten Ionenfalle 200 monoton zunimmt. Das heißt, der Dichtungsflansch 54b, der am weitesten in das Gehäuse 10 eingesetzt ist, weist eine kleinere Spannweite/Breite auf als der Dichtungsflansch 54a, der weniger weit eingesetzt ist. Wenn beispielsweise der Querschnitt des Einsatzes 50 kreisförmig ist, wäre die Spannweite/Breite des Durchmessers senkrecht zur Längsachse X des Einsatzes.
In einigen Ausführungsformen können Dichtungskomponenten/-materialien zwischen den Schultern 12a, 12b und den Dichtungsflanschen 54a, 54b angeordnet sein. In anderen Ausführungsformen können jedoch ein oder mehrere Dichtungsflansche 54a, 54b durch direkten Kontakt mit den Schultern 12a, 12b des Gehäuses 10 eine Dichtung bilden, wie weiter unten erläutert wird. Ein solcher direkter Kontakt kann eine Presspassung zwischen dem einen oder den mehreren Dichtungsflanschen 54a, 54b und den Schultern 12a, 12b des Gehäuses 10 beinhalten.
Eine Passung, insbesondere eine Presspassung, kann daher zwischen benachbarten getrennten Bereichen 4, 6, 8 durch Eingriff zwischen einer Schulter 12a, 12b des Gehäuses 10 und einem Dichtungsflansch 54a, 54b, der die benachbarten Bereiche 4, 6, 8 durch eine Labyrinthdichtung trennt, gebildet werden.
Wie in der Technik bekannt ist, ist es zum Erzielen eines Ultrahochvakuums zweckmäßig, die Kammer auf eine hohe Temperatur erwärmen zu können (in der Technik als „Ausheizen“ bekannt), hauptsächlich zur Entfernung von in einer Kammer adsorbiertem Wasser und Verunreinigungen.
Dies kann unter Verwendung einer Heiz-/Vakuumbaugruppe durchgeführt werden, die sowohl ein Heizelement als auch eine Vakuumpumpe umfasst. Die Heiz-/Vakuumbaugruppe kann an dem Gehäuse 10 und/oder dem Einsatz 50 montiert sein.
In der bevorzugten Ausführungsform von 4 ist eine optionale Heizanordnung 700 zu sehen. Die Heizanordnung 700 kann anstelle einer Heizung in einer Heiz-/Vakuumbaugruppe oder als Zusatzheizung verwendet werden. Diese Heizung kann zum Ausheizen der Hochvakuumbereiche oder zur thermischen Stabilisierung der zweiten Ionenfalle 400 verwendet werden, was eine höhere Massengenauigkeit in sich ändernden Umgebungen bereitstellen kann.
Die Heizanordnung 700 ist in eine Bohrung innerhalb des Einsatzes 50 eingesetzt. Vorzugsweise erstreckt sich die Bohrung von der Seite des Druckbereichs 2.
Vorzugsweise wird auch ein erster Wärmesensor 702 (z. B. ein Thermoelement oder ein Platinwiderstand) in eine Bohrung im Einsatz 50 (entweder dieselbe Bohrung oder eine weitere Bohrung) eingesetzt.
Bevorzugter ist auch ein zweiter Wärmesensor (nicht gezeigt) in dem Einsatz 50 bereitgestellt, der von dem ersten Wärmesensor beabstandet ist. Der zweite Wärmesensor kann sich näher an der ersten Ionenfalle 200 befinden als der erste Wärmesensor 702.
Alternativ kann sich der zweite Wärmesensor näher an der Unterseite des Einsatzes 50 befinden als der erste Wärmesensor 702. Dies kann ermöglichen, dass Temperaturgradienten über den Einsatz 50 während eines Kalibrierungsprozesses genau bewertet und korrigiert werden können.
In Ausführungsformen, in denen der Einsatz 50 wärmeleitfähig ist, sind die ersten und zweiten lonenfallen 200, 400 nicht thermisch isoliert. Die Bereitstellung von zwei Wärmesensoren in der vorstehend vorgeschlagenen Weise kann zur Kalibrierung und/oder nummerischen Kompensation von Anzeigewerten von der ersten und zweiten Ionenfalle 200, 400 verwendet werden.
Eine solche Ausführungsform ist in 5 dargestellt. Der Unterschied zwischen der zweiten Ausführungsform von 5 und der ersten Ausführungsform von 3 ist die Anordnung der Flansche 54a, 54b, 54c, 54d und Schultern 12a, 12b, 12c, 12d.
In 3 nimmt die Spannweite/Breite der Flansche in Richtung der ersten Ionenfalle 200 allmählich zu, während in 5 die Spannweite/Breite der Flansche in Richtung der ersten Ionenfalle 200 allmählich abnimmt. Dies liegt daran, dass in der ersten Ausführungsform das zweite Ende 57 des Einsatzes 50 (dasjenige, das die zweite Ionenfalle 400 hält) zuerst in das Gehäuse 10 einzusetzen ist. Wenn beispielsweise der Querschnitt des Einsatzes 50 kreisförmig ist, wäre die Spannweite/Breite der Durchmesser senkrecht zur Längsachse X des Einsatzes,
Im Allgemeinen kann beispielsweise das Gehäuse 10 direkt an einer Pumpe wie einer Turbomolekularpumpe (vorzugsweise einer mehrstufigen Turbomolekularpumpe) montiert (z. B. verschraubt) sein, wie in US2015056060 beschrieben. Insbesondere kann das Gehäuse 10 Anschlüsse für die Pumpe bereitstellen.
In der zweiten Ausführungsform soll das zweite Ende 53 des Einsatzes 50 (dasjenige, das die erste Ionenfalle 200 hält) zuerst in das Gehäuse 10 eingesetzt werden. In dieser Ausführungsform kann das Gehäuse 10 Anschlüsse für die Pumpe bereitstellen.
In der zweiten Ausführungsform ist das zweite Ende 57 des Einsatzes 50 (das Ende, das die zweite Ionenfalle 400 hält) so angeordnet, dass es an einem Vakuumflansch 800 zur Anlage kommt, der an dem Gehäuse 10 montiert ist. Alternativ kann der Einsatz 50 an dem Vakuumflansch 800 montiert werden, und dann wird die Baugruppe aus Einsatz 50 und Vakuumflansch 800 in das Gehäuse 10 eingesetzt. Vorzugsweise ist der Vakuumflansch 800 durch Schrauben mit dem Gehäuse 10 verbunden. Vorzugsweise enthält der Vakuumflansch 800 eine Heizung zum Ausheizen, die von der Seite der Atmosphäre eingesetzt wird. Um Leckagen aus der Atmosphäre in den Bereich 8 zu vermeiden, wird die Abdichtung durch den Viton-O-Ring 820 verbessert, indem eine zusätzliche Nut 810 gepumpt wird, die mit dem Vakuumbereich 3 oder 4 unter Verwendung des Differentialpumpeffekts verbunden ist.
In jeder der Ausführungsformen kann die symmetrische Anordnung des Trägers der Falle 400 eine gleiche Kapazität zur Masse und somit eine verringerte elektrische Störung sicherstellen. Außerdem wird die mechanische Belastung der Falle 400 erheblich verringert, und dies verringert die nachteiligen Auswirkungen von Vibrationen (d. h. Rausch-Peaks und Seitenbändern), die von einer oder mehreren Vakuumpumpen stammen, die zum Evakuieren des Massenspektrometers verwendet werden.
Bevorzugt sollte die Wärmeausdehnung des Einsatzes 50 von der Wärmeausdehnung der Falle 400 entkoppelt werden. In einigen Ausführungsformen sind daher isolierende Abstandshalter 430 relativ zum Einsatz 50 verschiebbar.
Dies kann erreicht werden, indem eine Oberflächenbeschaffenheit von hoher Toleranz von den Kontaktflächen sowohl des Halteendes 57 als auch der isolierenden Abstandshalter 430 bereitgestellt wird.
Alternativ kann dies erreicht werden, indem die zweite Ionenfalle 400 an einem Ende festgeklemmt und am anderen Ende von einem flexiblen Element getragen wird.
Als weitere Alternative kann das Einsatzende 57 aus dem gleichen Material wie die zweite Ionenfalle 400 hergestellt sein.
In den vorstehend dargelegten Ausführungsformen sollte bevorzugt mindestens eine Dichtung zwischen der ersten Ionenfalle und der zweiten Ionenfalle eine Kontaktdichtung sein, d. h. eine Dichtung, die durch Druck zwischen sich direkt berührenden Oberflächen eines Einsatzes 50 und eines Gehäuses 10 gebildet wird. Vorzugsweise werden durch Eingreifen der Vielzahl von Dichtungsflanschen 54a, 54b in die Schultern 12a, 12b des Gehäuses 10 eine Vielzahl von Kontaktdichtungen gebildet.
In bevorzugten Ausführungsformen sind das Gehäuse 10 und der Einsatz 50 leitfähig und vorzugsweise beide aus Metall (in diesem Fall würde eine Dichtung zwischen der ersten Ionenfalle und der zweiten Ionenfalle als „Metall-Metall-Dichtung“ betrachtet (gleich, ob es sich um eine Welle-Loch- oder Flächenabdichtung, d. h. durch radiale oder axiale Interferenz, handelt).
Im Gegensatz zu herkömmlichen Schneidendichtungen (wie Conflat®) wird die Metallverformung vorzugsweise unter der Schwelle der plastischen Verformung gehalten, so dass eine Verformung im elastischen Bereich liegt. Dies ermöglicht das mehrfache Ausrasten und Wiedereinrasten von Teilen, ohne die Qualität des Vakuums zu beeinträchtigen.
In bevorzugten Ausführungsformen sind Dichtungen unter 1*10^-7 mbar Metall-Metall-Gleitringdichtungen. So ist in den Niederdruckbereichen eines Massenspektrometers oder eines Teils des Massenspektrometers ein ausheizbares System vorgesehen.
Die Verwendung von Metall-Metall-Dichtungen kann einen leitfähigen Pfad zwischen dem Einsatz 50 und dem Gehäuse 10 bereitstellen, so dass sie zusammen eine erste leitfähige Einhausung für die erste Ionenfalle 200 und eine zweite leitfähige Einhausung für die zweite Ionenfalle 400 definieren. Die zwei leitfähigen Einhausungen schirmen daher die lonenfallen 200, 400 voneinander ab und verhindern so elektromagnetische Störungen.
In Ausführungsformen ohne direkten Kontakt zwischen sich direkt berührenden Oberflächen des Einsatzes 50 und des Gehäuses 10 kann eine leitfähige Dichtung verwendet werden.
Ein Massenspektrometer gemäß der Erfindung kann durch ein Verfahren gebildet werden, umfassend: Bilden eines Einsatzes 50 mit einem ersten Hohlraum und einem zweiten Hohlraum, wobei der Einsatz zu dem Gehäuse 10 komplementär ist.
Der Linsenstapel 300 wird in den ersten Hohlraum eingesetzt.
Die zweite Ionenfalle 400 wird in den zweiten Hohlraum eingesetzt (entweder vor, nach oder gleichzeitig mit dem Einsetzen des Linsenstapels 300 in den ersten Hohlraum).
Die resultierende Baugruppe aus dem Einsatz 50, dem Linsenstapel 300 und der zweiten Ionenfalle 400 wird dann in das Gehäuse 10 eingesetzt.
Die Dichtungen können durch Einsetzen des Einsatzes 50 in das Gehäuse 10 gebildet werden.
Während der Einsatz 50 nur in 5 gezeigt ist, kann er die erste Ionenfalle 200 direkt berühren und in sie eingreifen. 5 zeigt, dass dies über die Flansche 54a erreicht werden kann.
Eine dritte Ausführungsform ist in den 6 bis 13 gezeigt.
6 zeigt einen Querschnitt einer elektrostatischen Ionenfalle 400 und 7 zeigt eine perspektivische Ansicht der elektrostatischen Ionenfalle 400, die einen Querschnitt der Ionenfalle entlang einer XY-Ebene zeigt, die nicht die zentrale Längsachse der Spindelelektrode 410 umfasst. Die elektrostatische Ionenfalle 400 ist dieselbe wie die zweite Ionenfalle 400 der 2 bis 5. Dementsprechend umfasst die elektrostatische Ionenfalle 400 eine Spindelelektrode 410, die von einer äußeren Elektrode 420 umgeben ist. Die äußere Elektrode 420 kann eine oder mehrere (in diesem Beispiel zwei) Zylinderelektroden 420a und 420b umfassen und vorzugsweise daraus bestehen. Die Zylinderelektrode(n) 420a, 420b kann (können) durch einen Isolierring 450 getrennt sein. Die Spindelelektrode 410 und die Zylinderelektroden 420a und 420b definieren zusammen einen Hohlraum 440. Somit ist die elektrostatische Ionenfalle 400 vorzugsweise eine Orbitalionenfalle vom Orbitrap-Typ.
Die elektrostatische Ionenfalle 400 hat eine zentrale Längsachse, die durch die Spindelelektrode 410 definiert ist. Die Zylinderelektroden 420a, 420b und die Spindelelektrode 410 erstrecken sich entlang der Längsachse. Ein erstes Ende 470 und ein zweites Ende 480 der elektrostatischen Ionenfalle 400 sind entlang der Längsachse der Ionenfalle 400 zueinander versetzt.
Die Elektroden der elektrostatischen Ionenfalle 400 (Spindelelektrode 410 und Zylinderelektroden 420a, 420b) bilden die Elektrodenbaugruppe 402 der elektrostatischen Ionenfalle 400. Die elektrostatische Ionenfalle 400 umfasst ferner erste und zweite isolierende Abstandshalter 430a, 430b, die am ersten Ende 470 bzw. am zweiten Ende 480 der elektrostatischen Ionenfalle 400 positioniert sind. Die zwei Zylinderelektroden 420a, 420b sind von der Spindelelektrode 410 durch den ersten und den zweiten isolierenden Abstandshalter 430a, 430b getrennt. Der erste und der zweite isolierende Abstandshalter 430a, 430b sind elektrisch isolierend.
Die elektrostatische Ionenfalle 400 ist so angeordnet, dass sie einen ringförmigen Potentialtopf in dem Hohlraum 440 bildet.
Wie in der Technik bekannt, umfasst die elektrostatische Ionenfalle 400 einen schematisch dargestellten loneneinführungskanal 460 in der Zylinderelektrode 420b zur Injektion von Ionen in den Hohlraum 440. Eine solche Konfiguration ist in der Technik beispielsweise aus WO2012152950A1 oder US7714283 bekannt.
Wie in den 6 bis 8 gezeigt, umfasst die dritte Ausführungsform ferner eine Tragekonstruktion 900. In der dritten Ausführungsform bildet die Tragekonstruktion 900 einen Teil des Einsatzes 50, der vorstehend in Bezug auf die erste und zweite Ausführungsform ausführlich beschrieben wurde und in den 3 bis 5 gezeigt ist. Es ist jedoch möglich, dass die Tragekonstruktion 900 stattdessen Teil des Gehäuses 10 des Massenspektrometers ist, was auch vorstehend in Bezug auf die erste und die zweite Ausführungsform ausführlich beschrieben ist. Beispielsweise kann die Tragekonstruktion 900 ein Arm des Gehäuses 10 sein.
Der Unterschied zwischen der in den 6 bis 8 gezeigten dritten Ausführungsform und der in den 2 bis 5 gezeigten ersten und zweiten Ausführungsform besteht in den unterschiedlichen Montageanordnungen für die elektrostatische Ionenfalle 400. In den 6 bis 8 ist die elektrostatische Ionenfalle 400 nur an ihrem ersten Ende 470 an der Tragekonstruktion 900 montiert, und das zweite Ende 480 ist frei. Mit „frei“ ist gemeint, dass das zweite Ende 480 nicht an der Tragekonstruktion 900 montiert ist. In der Tat ist das zweite Ende 480 mechanisch von der Tragekonstruktion 900 entkoppelt. Im Gegensatz dazu ist in den 2 bis 5 die zweite Ionenfalle 400 an beiden Enden am Einsatz 50 montiert. Im Gegensatz dazu ist in den 2 bis 5 die zweite Ionenfalle 400 an beiden Enden am Einsatz 50 montiert.
Wenn eine Ionenfalle in einem Hohlraum an beiden Enden montiert ist, wobei ein Ende an Ort und Stelle befestigt ist und das andere Ende unter Verwendung eines Gleitlagers montiert ist und die Montageflächen der Ionenfalle und/oder die Montageflächen des Hohlraums nicht einwandfrei poliert sind, kann bei Temperaturänderung aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnung Haftreibung auftreten. Dann können Kräfte auf die Zylinderelektrode(n) 420a, 420b ausgeübt werden, und folglich kann eine Signaldrift in den Massenspektren beobachtet werden. Diese Drift würde eine zusätzliche Kalibrierung des Massenspektrometers erfordern.
Die in den 6 und 7 gezeigte dritte Ausführungsform ist vorteilhaft, da durch Montieren der elektrostatischen Ionenfalle 400 nur an einem Ende die Haftreibung und die daraus resultierende Signaldrift verringert werden. Obwohl die elektrostatische Ionenfalle 400 und die Tragekonstruktion 900 bei Temperaturänderungen immer noch eine unterschiedliche Wärmeausdehnung erfahren können, ist ihre Wärmeausdehnung entlang der Längsachse in Richtung des zweiten Endes 480 der elektrostatischen Ionenfalle 400 nicht eingeschränkt. Dies liegt daran, dass das zweite Ende 480 frei ist. Dementsprechend werden durch die Tragekonstruktion 900 keine Kräfte auf die Zylinderelektrode(n) 420a, 420b ausgeübt und eine Signaldrift in den resultierenden Massenspektren vermieden.
Wie in den 6 und 7 am besten gezeigt, bildet der erste elektrisch isolierende Abstandshalter 430a, der am ersten Ende 470 der elektrostatischen Ionenfalle 400 positioniert ist, eine Montagefläche für die elektrostatische Ionenfalle 400 und ist direkt mit der Tragekonstruktion 900 in Eingriff. Mit direktem Eingriff ist gemeint, dass eine Oberfläche einer Komponente eine Oberfläche einer anderen Komponente berührt. Typischerweise ist der elektrisch isolierende Abstandshalter 430a durch einen Klemmmechanismus, z. B. unter Verwendung von Schrauben und Muttern, an der Tragekonstruktion 900 montiert.
Die Innenfläche des ersten elektrisch isolierenden Abstandshalters 430a liegt proximal zur Elektrodenbaugruppe 402 der elektrostatischen Ionenfalle 400. Die Außenfläche des ersten elektrisch isolierenden Abstandshalters 430a liegt distal von der Elektrodenbaugruppe 402 der elektrostatischen Ionenfalle 400. Die Innenfläche liegt parallel zur und gegenüber der Außenfläche. Die Längsachse der elektrostatischen Ionenfalle 400 ist senkrecht zu den Innen- und Außenflächen des ersten elektrisch isolierenden Abstandshalters 430a.
Anstatt sich auf eine Gleitwirkung eines Gleitlagers zu verlassen, die unter Haftreibung leiden kann, wenn die Montageflächen nicht hochgradig poliert sind, umfasst in dieser Ausführungsform, wie in 7 am besten gezeigt, die Tragekonstruktion 900 vorzugsweise eine oder mehrere Vorspannanordnungen 910, die direkt mit der Außenfläche des ersten elektrisch isolierenden Abstandshalters 430a in Eingriff sind, und eine oder mehrere Hardstop-Platten 920, die direkt mit der Innenfläche des elektrisch isolierenden Abstandshalters 430a in Eingriff sind. Die Schrauben 935 können verwendet werden, um die Hardstop-Platten 920 direkt mit dem elektrisch isolierenden Abstandshalter 430a in Eingriff zu bringen und um die Vorspannanordnung(en) 910 direkt mit dem elektrisch isolierenden Abstandshalter 430a in Eingriff zu bringen. Die eine oder mehreren Vorspannanordnungen 910 und eine oder mehrere Hardstop-Platten 920 werden verwendet, um die elektrostatische Ionenfalle 400 so an der Tragekonstruktion 900 zu montieren, dass die Wärmeausdehnung der Tragekonstruktion 900 zumindest teilweise von der Wärmeausdehnung der elektrostatischen Ionenfalle 400 entkoppelt ist. Die Vorspannanordnung 910 ist flexibler als die Hardstop-Platten 920. Vorzugsweise ist die Vorspannanordnung 910 um den Faktor 10 flexibler als die Hardstop-Platten 920. In der Tat sind die Hardstop-Platten 920 typischerweise aus einem starren Material gebildet, und die Vorspannanordnung 910 ist typischerweise aus einem Material gebildet, das elastisch verformbar ist. Vorzugsweise bestehen die Hardstop-Platten aus Cr-Ni-Stahl, der ein Austerit oder ein rostfreier Stahl ist. Vorzugsweise bestehen die Vorspannanordnungen 910 aus Federstahl, der vorzugsweise eine Ni-Cr-Legierung oder eine Co-Ni-Cr-Mehrphasenlegierung ist. Vorzugsweise wurde der Federstahl einem Härtungsprozess unterzogen oder ist hartgewalzt. Die Vorspannanordnungen 910 sind so angeordnet, dass sie eine elastische (Vorspann-) Kraft, vorzugsweise eine Federkraft, in Längsrichtung auf die Hartstop-Platten 920 ausüben. Die Vorspannanordnung 910 ermöglicht die Wärmeausdehnung der Tragekonstruktion 900 und/oder des ersten elektrisch isolierenden Abstandshalters 430a entlang der Längsachse der Ionenfalle 400 in der Richtung weg von der Elektrodenbaugruppe 402 der elektrostatischen Ionenfalle 400. Die Hardstop-Platten 920 verhindern die Ausdehnung der Tragekonstruktion 900 und/oder des ersten elektrisch isolierenden Abstandshalters 430a entlang der Längsachse in der Richtung zur Elektrodenbaugruppe 402 der elektrostatischen Ionenfalle 400. Daher werden Kräfte auf die Zylinderelektrode(n) 420a, 420b und die daraus resultierende Signaldrift in Massenspektren vermieden. Weiterhin müssen die Kontaktflächen der elektrisch isolierenden Abstandshalter 430a, 430b und die Kontaktflächen der Tragekonstruktion 900 nicht hochgradig poliert sein. Vorzugsweise ist jede Vorspannanordnung 910 gegenüber jeder Hardstop-Platte 920 positioniert. Vorzugsweise sind die eine oder mehreren Vorspannanordnung(en) 910 eine oder mehrere Federplatten 910. Bevorzugter umfasst die Tragekonstruktion erste und zweite Hardstop-Platten 920 und erste und zweite Federplatten 910. Vorzugsweise liegt die erste Hardstop-Platte 910 der zweiten Hardstop-Platte 920 diametral gegenüber und die erste Federplatte 910 liegt der zweiten Federplatte 910 diametral gegenüber.
Der erste elektrisch isolierende Abstandshalter wird in einer ersten Bohrung 930 gehalten, die in der Tragekonstruktion 900 ausgebildet ist. Wie vorstehend erörtert, muss die erste Bohrung 930 nicht hochgradig poliert sein. Vorzugsweise ist der Durchmesser des ersten elektrisch isolierenden Abstandshalters 430a etwa gleich dem Durchmesser der ersten Bohrung 930, wodurch die Haftreibung verringert wird. Typischerweise liegt der Durchmesser des ersten elektrisch isolierenden Abstandshalters 430a und der Durchmesser der ersten Bohrung zwischen 10 mm und 60 mm, vorzugsweise zwischen 20 mm und 40 mm und bevorzugter zwischen 25 mm und 35 mm. Vorzugsweise sind die eine oder mehreren Hardstop-Platten 920 und eine oder mehrere Vorspannanordnung(en) 910 proximal zum Umfang der ersten Bohrung 930 positioniert.
Vorzugsweise ist der erste elektrisch isolierende Abstandshalter 430a aus Quarzglas gebildet. Quarzglas weist eine verringerte Härte und Druckfestigkeit im Vergleich zu den Materialien auf, die typischerweise in bekannten isolierenden Abstandshaltern wie Keramik verwendet werden. Durch Bilden des ersten isolierenden Abstandshalters 430a aus Quarzglas werden Kräfte, die durch die Vorspannanordnung(en) 910 auf den ersten isolierenden Abstandshalter 430a ausgeübt werden, nicht über den ersten elektrisch isolierenden Abstandshalter 430a auf die Zylinderelektrode(n) 420a, 420b übertragen. Vorzugsweise ist der zweite elektrisch isolierende Abstandshalter 430b ebenfalls aus Quarzglas gebildet. Zusätzlich hat Quarzglas eine relativ niedrige Dielektrizitätskonstante, was zu verringerten dielektrischen Verlusten im Vergleich zu den Materialien führt, die typischerweise in elektrisch isolierenden Abstandshaltern verwendet werden.
8 zeigt einen Querschnitt einer Baugruppe der Komponenten der 1 und 6 zum Bilden eines Abschnitts eines Massenspektrometers gemäß der dritten Ausführungsform. Der Unterschied zwischen der in 8 gezeigten dritten Ausführungsform und der in 3 gezeigten ersten Ausführungsform besteht darin, dass die elektrostatische Ionenfalle 400 nur an einem Ende montiert ist, wie vorstehend erörtert. Die Beschreibung der anderen Komponenten von 3 gilt gleichermaßen für die äquivalenten Komponenten von 8, die mit denselben Referenznummern gekennzeichnet sind.
In der in den 9 und 10 gezeigten bevorzugten Ausführungsform umfasst die Baugruppe ferner einen Deflektor 1000 und eine Fokussierlinse 1100 zum Lenken von Ionen in die elektrostatische Ionenfalle 400. Deflektoren sind in der Technik beispielsweise aus WO2012152950A1 und US7714283 bekannt. Der Deflektor 1000 und die Fokussierlinse 1100 sind direkt auf der elektrostatischen Ionenfalle 400 montiert. Mit direkter Montage ist gemeint, dass eine Oberfläche einer Komponente eine Oberfläche einer anderen Komponente berührt.
Typischerweise werden der Deflektor 1000 und die Fokussierlinse 1100 unter Verwendung von Muttern und Schrauben an der elektrostatischen Ionenfalle 400 befestigt. Durch direkte Montage des Deflektors 1000 und der Fokussierlinse 1100 an der elektrostatischen Ionenfalle 400 anstelle der Tragekonstruktion 900 werden der Deflektor 1000 und die Fokussierlinse 1100 mechanisch von der Tragekonstruktion 900 entkoppelt. Dementsprechend werden Kräfte von der Tragekonstruktion 900, die sich beispielsweise aus der unterschiedlichen Wärmeausdehnung der elektrostatischen Ionenfalle 400 und der Tragekonstruktion 900 ergeben, nicht über den Deflektor 1000 oder die Fokussierlinse 1100 auf die Zylinderelektrode(n) 420a, 420b übertragen. Folglich wird eine Signaldrift in den resultierenden Massenspektren vermieden. Während die Anordnung von 9 sowohl den Deflektor 1000 als auch die Fokussierlinse 1100 zeigt, die direkt an der elektrostatischen Ionenfalle 400 montiert sind, versteht es sich, dass nur einer vom Deflektor 1000 und der Fokussierlinse 1100 direkt an der elektrostatischen Ionenfalle 400 montiert sein darf. Es versteht sich auch, dass die Baugruppe nur eines vom Deflektor 1000 und der Fokussierlinse 1100 umfassen kann.
Wie am besten in 10 gezeigt, sind der Deflektor 1000 und die Fokussierlinse 1100 direkt an der Zylinderelektrode 420a montiert, in der der Einführungskanal 460 gebildet ist.
Typischerweise sind der Deflektor 1000 und die Fokussierlinse 1100 direkt an der Außenfläche der Zylinderelektrode 420a montiert.
Vorzugsweise sind der Deflektor 1000 und/oder die Fokussierlinse 1100 an der Außenfläche der Zylinderelektrode 420b positioniert. Bevorzugter werden der Deflektor 1000 und/oder die Fokussierlinse 1100 in Position gehalten, indem sie an einen Vorsprung stoßen, der an der Außenfläche der Zylinderelektrode 420b gebildet ist.
Der Deflektor 1000 ist typischerweise senkrecht zur Längsachse des loneneinführungskanals 460 positioniert. Der Deflektor 1000 ist so positioniert, dass beim Anlegen einer Spannung an den Deflektor 1000 eine Tangentialkraft auf die Ionen ausgeübt wird, die über den loneneinführungskanal 460 in den Hohlraum 440 eintreten. Die Tangentialkraft führt die aus dem loneneinführungskanal 460 austretenden Ionen in Richtung der Mitte des Hohlraums 440. Die Fokussierlinse 1100 ist vorzugsweise eine Hochspannungsfokuslinse (HV).
Die Fokussierlinse 1100 ist vorzugsweise dazu positioniert, Ionen in den loneneinführungskanal 460 zu führen. Typischerweise ist die Fokussierlinse 1100 direkt vor dem loneneinführungskanal 460 positioniert, so dass die Ionen die Fokussierlinse 1100 durchlaufen, um in den loneneinführungskanal 460 einzutreten.
Vorzugsweise werden der Deflektor 1000 und die Fokussierlinse 1100 von einem Stützelement 1200 getragen. Vorzugsweise ist das Stützelement 1200 ein einstückiges Stützelement, das einen ersten Aufnahmeabschnitt zum Halten des Deflektors 1000 und einen zweiten Aufnahmeabschnitt zum Halten der Fokussierlinse 1100 umfasst. Vorzugsweise hält das Stützelement 1200 den Deflektor 1000 in einer festen Position relativ zu der Fokussierlinse 1100.
Optional umfasst die Ausführungsform von 10 ferner Führungselemente 1300, die dazu konfiguriert sind, die Drehung der Spindelelektrode 410 und/oder der Zylinderelektroden 420a, 420b um die Längsachse der elektrostatischen Ionenfalle 400 einzuschränken. Insbesondere schränken die Führungselemente die Drehung der Spindelelektrode 410 und/oder der Zylinderelektroden 420a, 420b relativ zur Tragekonstruktion 900 ein. Vorzugsweise sind die Führungselemente 1300 länglich und erstrecken sich parallel zur Längsachse der elektrostatischen Ionenfalle 400. Typischerweise sind die Führungselemente 1300 voneinander beabstandet, um einen Spalt dazwischen zu definieren. Vorzugsweise sind die Führungselemente 1300 Teil der Tragekonstruktion 900 und erstrecken sich von dort in Richtung der Elektrodenbaugruppe 402 der elektrostatischen Ionenfalle 400. In einer anderen Ausführungsform kann sich ein Führungselement in einer separaten Säule oder Aussparung befinden, die Teil eines Einsatzes 50 oder des Gehäuses 10 sein kann. Die Führungselemente 1300 können an einer Komponente der elektrostatischen Ionenfalle 400 oder einer an der elektrostatischen Ionenfalle 400 montierten Komponente zur Anlage kommen, um die Drehung der Spindelelektrode 410 und/oder der Zylinderelektrode(n) 420a, 420b einzuschränken.
In einer bevorzugten Ausführungsform erstrecken sich, wie am besten in 10 gezeigt, die Führungselemente 1300 von der Tragekonstruktion 900 und sind so voneinander beabstandet, dass die Führungselemente 1300 an gegenüberliegenden Oberflächen/Kanten des Stützelements 1200 zur Anlage kommen. Dieses Anliegen schränkt die Drehung der Zylinderelektrode 420a relativ zur Tragekonstruktion 900 ein. Typischerweise gibt es ein gewisses Spiel zwischen den Führungselementen 1300 und den Oberflächen/Kanten des Stützelements 1200, die bei Drehung der Zylinderelektrode 420a an dem jeweiligen Führungselement 1300 zur Anlage kommen. Dementsprechend ist eine minimale Drehung der Zylinderelektrode 420a vor dem Anliegen zulässig. Der Abstand zwischen dem Führungselement 1300 und der Oberfläche des Stützelements 1200, das bei Drehung der Zylinderelektrode 420a an dem jeweiligen Führungselement 1300 zur Anlage kommt, kann in einem Bereich von 50 µm bis 200 µm, vorzugsweise in einem Bereich von 70 µm bis 150 µm und bevorzugter in einem Bereich von 80 µm bis 120 µm, liegen. Typischerweise liegt eine maximal mögliche Drehung der Zylinderelektrode 420a im Bereich von 1° bis 5°, vorzugsweise liegt eine maximal mögliche Drehung der Zylinderelektrode 420a im Bereich von 2° bis 3° und bevorzugter liegt eine maximal mögliche Drehung der Zylinderelektrode 420a im Bereich von 2,25° bis 2,75°. Dementsprechend kann die Größe des Spiels variiert werden, um den zulässigen Rotationsgrad der Zylinderelektrode 420a relativ zur Tragekonstruktion 900 zu verringern oder zu erhöhen.
Alternativ können die Führungselemente 1300 an der elektrostatischen Ionenfalle 400 oder an einem an der elektrostatischen Ionenfalle montierten Merkmal, wie dem Stützelement 1200, montiert sein und sich von dort in Längsrichtung in Richtung der Tragekonstruktion 900 erstrecken. Das mindestens eine Führungselement 1300 kann an der Tragekonstruktion 900 zur Anlage kommen, um die Drehung der Spindelelektrode 410 und/oder der Zylinderelektrode(n) 420a, 420b relativ zur Tragekonstruktion 900 einzuschränken. Beispielsweise können die Führungselemente 1300 in beabstandeten Nuten (nicht dargestellt) in der Tragekonstruktion 900 aufgenommen werden.
Im Allgemeinen ist es ausreichend, mindestens ein Führungselement 1300 bereitzustellen. Ein solches mindestens eine Führungselement 1300 kann dazu verwendet werden, die Drehung der Elektroden eines Massenanalysators mit entlang einer Längsrichtung angeordneten Elektroden einzuschränken, wenn der Massenanalysator in einer Tragekonstruktion nur an einem seiner Enden entlang seiner Längsrichtung montiert ist.
In der bevorzugten Ausführungsform von 11 ist ähnlich wie in der in 4 gezeigten Ausführungsform eine optionale Heizanordnung 700 zu sehen. Die Heizanordnung 700 kann anstelle einer Heizung in einer Heiz-/Vakuumbaugruppe oder als Zusatzheizung verwendet werden. Diese Heizung kann zum Ausheizen der Hochvakuumbereiche oder zur thermischen Stabilisierung der elektrostatischen Ionenfalle 400 verwendet werden, was eine höhere Massengenauigkeit in einer sich verändernden Umgebung bereitstellen kann. Die Heizanordnung 700 kann eine Heizpatrone sein.
Die Heizanordnung 700 ist in eine zweite Bohrung 940 innerhalb der Tragekonstruktion 900 eingesetzt. Vorzugsweise wird auch ein erster Wärmesensor 702 (z. B. ein Thermoelement oder ein Platinwiderstand) in eine dritte Bohrung 950 in der Tragekonstruktion 900 eingesetzt. Alternativ ist der erste Wärmesensor in der gleichen Bohrung wie die Heizanordnung 700 montiert.
Optional kann auch ein zweiter Wärmesensor (nicht dargestellt) in der Tragekonstruktion 900 oder einem anderen Teil des Einsatzes 50 bereitgestellt sein, der von dem ersten Wärmesensor beabstandet ist. Der zweite Wärmesensor kann sich näher an der ersten Ionenfalle 200 befinden als der erste Wärmesensor 702.
Alternativ kann sich der zweite Wärmesensor näher am Boden des Einsatzes 50 befinden als der erste Wärmesensor 702. Dies kann ermöglichen, dass Temperaturgradienten über den Einsatz 50 während eines Kalibrierungsprozesses genau bewertet und korrigiert werden können.
In Ausführungsformen, in denen der Einsatz 50 (und die Tragekonstruktion 900, die einen Teil des Einsatzes 50 bildet) wärmeleitfähig ist (sind), werden die erste Ionenfalle 200 und die elektrostatische Ionenfalle 400 nicht thermisch isoliert. Die Bereitstellung von zwei Wärmesensoren in der vorstehend vorgeschlagenen Weise kann zur Kalibrierung und/oder nummerischen Kompensation von Anzeigewerten von der ersten Ionenfalle 200 und der elektrostatischen Ionenfalle 400 verwendet werden.
Während die in der dritten Ausführungsform beschriebene elektrostatische Ionenfalle 200 eine Orbitalionenfalle ist, versteht es sich, dass die Merkmale der dritten Ausführungsform gleichermaßen mit verschiedenen Typen von Massenanalysatoren verwendet werden können, die sich entlang der Längsrichtung zwischen einem ersten Ende und einem zweiten Ende erstrecken und Elektroden aufweisen, die entlang der Längsrichtung angeordnet sind. Beispiele für solche Massenanalysatoren sind in WO 2013/110587 A2 und WO 2007/122383 A2 beschrieben. Insbesondere können die Merkmale der dritten Ausführungsform gleichermaßen mit einem anderen Typ von elektrostatischen lonenfallen verwendet werden, die eine andere Form aufweisen können.
Die für eine spezifische Ausführungsform der Erfindung beschriebenen Merkmale können auch in einer anderen Ausführungsform der Erfindung verwendet werden, die die Merkmale verschiedener Ausführungsformen der Erfindung kombiniert, die in dieser Beschreibung beschrieben sind. Während beispielsweise der Deflektor 1000 und die Fokussierlinse 1100 nur in der dritten Ausführungsform beschrieben sind, versteht es sich, dass der Deflektor 1000 und die Fokussierlinse 1100 in der ersten und zweiten Ausführungsform auf ähnliche Weise verwendet werden können. Als weiteres Beispiel kann die in der dritten Ausführungsform beschriebene Anordnung zum Montieren der elektrostatischen Ionenfalle 400 an nur einem Ende gleichermaßen auf die erste und zweite Ausführungsform zum Montieren der zweiten Ionenfalle 400 an dem Einsatz 50 an einem Ende anstelle von beiden Enden angewendet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 8017909 [0032]
WO 2008081334 [0033]
WO 05124821 [0033]
WO 2012152950 A1 [0048, 0108, 0119]
US 7714283 [0048, 0108, 0119]
US 2015056060 [0083]
WO 2013/110587 A2 [0136]
WO 2007/122383 A2 [0136]

Claims

Massenspektrometer, umfassend: eine erste Ionenfalle, wobei die erste Ionenfalle dazu angeordnet ist, einen linearen oder gekrümmten Potentialtopf zu bilden; eine zweite Ionenfalle, wobei die zweite Ionenfalle eine elektrostatische Ionenfalle ist, vorzugsweise eine Orbitalionenfalle, die dazu angeordnet ist, einen ringförmigen Potentialtopf zu bilden; einen Linsenstapel zum Lenken von Ionen von der ersten Ionenfalle zur zweiten lonenfalle; und ein Gehäuse, wobei das Massenspektrometer ferner einen einstückigen Einsatz umfasst, der einen ersten Hohlraum, der den Linsenstapel hält, und einen zweiten Hohlraum, der die zweite Ionenfalle hält, umfasst, wobei der Einsatz in das Gehäuse eingesetzt ist.
Massenspektrometer nach Anspruch 1, wobei: der Linsenstapel eine Vielzahl von Elektroden, vorzugsweise eine Vielzahl von Elektrodenpaaren, die auf einem oder mehreren Ausrichtungsstäben montiert sind, umfasst; die erste Ionenfalle direkt in mindestens einen der einen oder mehreren Ausrichtungsstäbe eingreift; der Einsatz innerhalb des ersten Hohlraums mindestens eines der Vielzahl von Elektrodenpaaren direkt berührt und aufnimmt; und der Einsatz innerhalb des zweiten Hohlraums die zweite Ionenfalle direkt berührt und aufnimmt.
Massenspektrometer nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei: der Linsenstapel eine Vielzahl von Elektroden, vorzugsweise eine Vielzahl von Elektrodenpaaren, die auf einem oder mehreren Ausrichtungsstäben montiert sind, umfasst; und der Einsatz die erste Ionenfalle direkt berührt und aufnimmt.
Massenspektrometer nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, wobei: die zweite Ionenfalle eine Spindelelektrode umfasst, die sich durch einen ringförmigen Hohlraum von mindestens einer Zylinderelektrode erstreckt, wobei die Spindelelektrode und die Zylinderelektrode(n) durch einen oder mehrere elektrisch isolierende Abstandshalter getrennt sind; und der Einsatz innerhalb des zweiten Hohlraums mindestens einen der einen oder mehreren elektrisch isolierenden Abstandshalter berührt und aufnimmt.
Massenspektrometer nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner umfassend ein Heizelement zum Erzeugen von Wärme innerhalb des Einsatzes.
Massenspektrometer nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse eine Vielzahl von getrennten Bereichen umfasst, die durch eine Vielzahl von Dichtungen gegeneinander abgedichtet sind.
Massenspektrometer nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei mindestens eine Dichtung zwischen dem ersten lonenfallenbereich und dem zweiten lonenfallenbereich eine leitfähige Dichtung ist, wobei vorzugsweise ein Dichtungspartner das Gehäuse ist.
Massenspektrometer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei sowohl der Einsatz als auch das Gehäuse aus Metall sind und die mindestens eine Dichtung durch Metall-Metall-Kontakt zwischen dem Einsatz und dem Gehäuse gebildet wird.
Massenspektrometer nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei: ein erster lonenfallenbereich der Vielzahl von Bereichen die erste Ionenfalle enthält und auf einen ersten Druck evakuiert wird; ein Linsenstapelbereich der Vielzahl von Bereichen den Linsenstapel enthält und auf einen zweiten Druck evakuiert wird; ein zweiter lonenfallenbereich der Vielzahl von Bereichen die zweite Ionenfalle enthält und auf einen dritten Druck evakuiert wird; und der erste Druck größer ist als der zweite Druck und der zweite Druck größer ist als der dritte Druck.
Massenspektrometer nach Anspruch 9, wobei ein Hohlraum innerhalb der ersten Ionenfalle gebildet ist, wobei der Hohlraum einen Druck aufweist, der größer als der erste Druck ist.
Massenspektrometer nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei ein Druckverhältnis über jede der Dichtungen aufrechterhalten wird und jedes Druckverhältnis kleiner als 1000:1 und vorzugsweise größer als 10:1 ist.
Massenspektrometer nach einem der Ansprüche 6 bis 11, wobei jede der Dichtungen durch Eingriff zwischen einer Schulter des Gehäuses und einer Dichtung gebildet wird, so dass die Bereiche durch Dichtungen getrennt sind, die zwei oder mehr aneinander anliegende Oberflächen aufweisen und vorzugsweise eine Labyrinthdichtung bilden.
Massenspektrometer nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine erste Dichtung zwischen dem ersten lonenfallenbereich und dem Linsenstapelbereich bereitgestellt ist und das Druckverhältnis über der ersten Dichtung kleiner als 1000:1 und vorzugsweise größer als 10:1 ist.
Massenspektrometer nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein Paar zweiter Dichtungen zwischen dem Linsenstapelbereich und dem zweiten lonenfallenbereich bereitgestellt ist und das Druckverhältnis über jede der zweiten Dichtungen kleiner als 1000:1 und vorzugsweise größer als 10:1 ist.
Massenspektrometer nach Anspruch 14, wobei: das Paar von zweiten Dichtungen durch Kontakt zwischen dem Einsatz und dem Gehäuse gebildet wird; und eine Dichtung durch Kontakt zwischen dem Einsatz und einem Elektrodenpaar des Linsenstapels gebildet wird.
Massenspektrometer nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei: der erste Hohlraum entlang einer Längsachse, die sich durch den Einsatz erstreckt, vom zweiten Hohlraum versetzt ist; und der Einsatz ferner eine Vielzahl von Dichtungsflanschen umfasst, die sich von der Längsachse zum Eingriff mit dem Gehäuse nach außen erstrecken.
Massenspektrometer nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse leitfähig ist und die erste Ionenfalle gegen die zweite Ionenfalle durch eine leitfähige Dichtung abgedichtet ist, die das Gehäuse direkt berührt, wobei der direkte Kontakt eine elektrische Leitung zwischen dem Einsatz und dem Gehäuse ermöglicht.
Massenspektrometer nach Anspruch 17, wobei das Gehäuse und der Einsatz leitfähig sind und die erste Ionenfalle durch direkten Kontakt zwischen einem Dichtungsflansch des Einsatzes und dem Gehäuse gegen die zweite Ionenfalle abgedichtet ist, wobei der direkte Kontakt eine elektrische Leitung zwischen dem Einsatz und dem Gehäuse ermöglicht.
Massenspektrometer nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner umfassend zwei Wärmesensoren, die an oder innerhalb des Einsatzes montiert sind.
Massenspektrometer nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei sich die zweite Ionenfalle zwischen einem ersten Ende und einem zweiten Ende erstreckt und wobei die zweite Ionenfalle am Einsatz am ersten Ende montiert ist und das zweite Ende frei ist.
Massenspektrometer nach Anspruch 20, wenn abhängig von Anspruch 4, wobei die zweite Ionenfalle den elektrisch isolierenden Abstandshalter an ihrem ersten Ende umfasst, wobei der elektrisch isolierende Abstandshalter eine Montagefläche für die zweite Ionenfalle bildet und direkt mit dem Einsatz in Eingriff ist.
Massenspektrometer nach Anspruch 21, wobei der Einsatz eine oder mehrere Vorspannanordnung(en), vorzugsweise Federplatten, die direkt mit einer Außenfläche des ersten elektrisch isolierenden Abstandshalters im Eingriff sind, und eine oder mehrere Hardstop-Platten, die direkt mit einer Innenfläche des elektrisch isolierenden Abstandshalters im Eingriff sind, umfasst, wobei die Innenfläche des ersten elektrisch isolierenden Abstandshalters proximal zu den Zylinderelektroden verläuft und die Außenfläche des ersten elektrisch isolierenden Abstandhalters distal zu den Zylinderelektroden verläuft.
Massenspektrometer nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Massenspektrometer ferner einen Deflektor und/oder eine Fokussierlinse umfasst, um Ionen in die elektrostatische Ionenfalle zu lenken, wobei der Deflektor und/oder die Fokussierlinse direkt an der elektrostatischen Ionenfalle montiert sind.
Massenspektrometer nach Anspruch 23, wenn abhängig von Anspruch 4, wobei der Deflektor und/oder die Fokussierlinse direkt an einer der Zylinderelektroden montiert sind.
Massenspektrometer, umfassend: eine Tragekonstruktion; und einen Massenanalysator, umfassend eine Elektrodenbaugruppe, wobei sich der Massenanalysator zwischen einem ersten Ende und einem zweiten Ende entlang seiner Längsrichtung erstreckt, und wobei der Massenanalysator am ersten Ende an der Tragekonstruktion montiert ist und das zweite Ende frei ist.
Massenspektrometer nach Anspruch 25, wobei der Massenanalysator eine elektrostatische Ionenfalle, vorzugsweise eine Orbitalionenfalle, ist, die dazu angeordnet ist, einen ringförmigen Potentialtopf zu bilden.
Massenspektrometer nach Anspruch 25 oder Anspruch 26, wobei der Massenanalysator die Elektrodenbaugruppe und einen elektrisch isolierenden Abstandshalter umfasst, wobei sich der elektrisch isolierende Abstandshalter an dem ersten Ende des Massenanalysators befindet und eine Montagefläche für den Massenanalysator bildet und direkt mit der Tragekonstruktion in Eingriff ist.
Massenspektrometer nach Anspruch 27, wobei die Tragekonstruktion eine oder mehrere Vorspannanordnung(en), vorzugsweise Federplatten, die direkt mit einer Außenfläche des elektrisch isolierenden Abstandshalters in Eingriff stehen, und eine oder mehrere Hardstop-Platten, die direkt mit einer Innenfläche des elektrisch isolierenden Abstandshalters in Eingriff stehen, umfasst, wobei die Innenfläche des elektrisch isolierenden Abstandshalters sich in der Nähe der Elektrodenbaugruppe des Massenanalysators befindet und die Außenfläche des elektrisch isolierenden Abstandshalters sich distal von der Elektrodenbaugruppe des Massenanalysators befindet.
Massenspektrometer nach einem der Ansprüche 25 bis 28, wobei der elektrisch isolierende Abstandshalter innerhalb einer ersten Bohrung in der Tragekonstruktion gehalten wird, wobei vorzugsweise der Durchmesser des ersten elektrisch isolierenden Abstandshalters in etwa gleich dem Durchmesser der ersten Bohrung ist.
Massenspektrometer nach einem der Ansprüche 26 bis 29, wobei die elektrostatische Ionenfalle eine Spindelelektrode umfasst, die sich durch einen ringförmigen Hohlraum einer oder mehrerer Zylinderelektroden erstreckt.
Massenspektrometer nach einem der Ansprüche 26 bis 30, wobei das Massenspektrometer ferner einen Deflektor umfasst, um Ionen in die elektrostatische Ionenfalle zu lenken, wobei der Deflektor direkt an der elektrostatischen Ionenfalle montiert und mechanisch von der Tragekonstruktion entkoppelt ist.
Massenspektrometer nach Anspruch 31, wenn abhängig von Anspruch 30, wobei der Deflektor direkt an eine oder mehrere der Zylinderelektroden montiert ist, wobei vorzugsweise der Deflektor direkt an der Zylinderelektrode montiert ist, in der ein loneneinführungskanal zum Injizieren von Ionen in den ringförmigen Hohlraum gebildet ist.
Massenspektrometer nach einem der Ansprüche 26 bis 32, wobei die elektrostatische Ionenfalle eine Fokussierlinse umfasst, die direkt an der elektrostatischen Ionenfalle montiert ist, von der Tragekonstruktion mechanisch entkoppelt und dazu konfiguriert ist, Ionen, die in die elektrostatische Ionenfalle eintreten, zu fokussieren.
Massenspektrometer nach Anspruch 33, wenn abhängig von Anspruch 30, wobei die Fokussierlinse direkt an eine oder mehrere der Zylinderelektroden montiert ist, wobei vorzugsweise der Deflektor direkt an der Zylinderelektrode montiert ist, in der ein loneneinführungskanal zum Injizieren von Ionen in den ringförmigen Hohlraum gebildet ist.
Massenspektrometer nach Anspruch 30 oder nach einem der Ansprüche 31 bis 34, wenn abhängig von Anspruch 30, wobei das Massenspektrometer ferner Führungselemente umfasst, die dazu konfiguriert sind, an der Spindelelektrode und/oder einer oder mehreren Zylinderelektroden zur Anlage zu kommen, um die Drehung der Spindel und/oder einer oder mehrerer Zylinderelektroden um ihre Längsachse einzuschränken.
Massenspektrometer nach einem der Ansprüche 21 bis 24 oder 27 bis 35, wobei der elektrisch isolierende Abstandshalter aus Quarzglas gebildet ist.
Massenspektrometer nach einem der Ansprüche 25 bis 36, wobei die Tragekonstruktion eine Bohrung zur Aufnahme einer Heizung umfasst, wobei vorzugsweise die Tragekonstruktion ferner eine Bohrung zum Aufnehmen eines Wärmesensors umfasst.
Massenspektrometer nach einem der Ansprüche 25 bis 37, wobei die Tragekonstruktion einen Teil eines Gehäuses des Massenspektrometers bildet.
Massenspektrometer nach einem der Ansprüche 25 bis 37, wobei die Tragekonstruktion einen Teil eines einstückigen Einsatzes bildet.
Massenspektrometer nach Anspruch 39, wobei das Massenspektrometer ferner umfasst: ein Gehäuse; eine Ionenfalle, wobei die Ionenfalle so angeordnet ist, dass sie einen linearen oder gekrümmten Potentialtopf bildet; und einen Linsenstapel zum Lenken von Ionen von der Ionenfalle zum Massenanalysator; und wobei der einstückige Einsatz einen ersten Hohlraum, der den Linsenstapel hält, und einen zweiten Hohlraum, der die Tragekonstruktion umfasst und den Massenanalysator hält, umfasst, wobei der einstückige Einsatz in das Gehäuse eingesetzt ist.
Verfahren zum Herstellen eines Massenspektrometers, umfassend: Bereitstellen einer ersten Ionenfalle zum Bilden eines linearen oder gekrümmten Potentialtopfes; Bereitstellen einer zweiten Ionenfalle zum Bilden eines ringförmigen Potentialtopfes; Bereitstellen eines Linsenstapels, der mit der ersten Ionenfalle verbunden ist, um Ionen von der ersten Ionenfalle zur zweiten Ionenfalle zu lenken; und Bereitstellen eines Gehäuses, wobei das Verfahren ferner die folgenden Schritte umfasst: Bilden eines einstückigen Einsatzes, umfassend einen ersten Hohlraum und einen zweiten Hohlraum; Platzieren des Linsenstapels in dem ersten Hohlraum und der zweiten Ionenfalle in dem zweiten Hohlraum, um eine Baugruppe zu bilden; und Einsetzen der Baugruppe in das Gehäuse.