DE102022115452A1

DE102022115452A1 - Verbesserungen in Bezug auf Flugzeit-Massenanalysatoren

Info

Publication number: DE102022115452A1
Application number: DE102022115452.1A
Authority: DE
Inventors: Christian Hock; Alexander Wagner; Hamish Stewart; Dmitry GRINFELD; Anastassios Giannakopulos; Wilko Balschun; Alexander Makarov
Original assignee: Thermo Fisher Scientific Bremen GmbH
Current assignee: Thermo Fisher Scientific Bremen GmbH
Priority date: 2021-06-25
Filing date: 2022-06-21
Publication date: 2022-12-29
Also published as: GB202109177D0; JP2023004985A; US20220415640A1; GB2608365A; CN115527833A; JP7416865B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung, umfassend eine Vakuumkammer und ein Flugzeitmassenspektrometer, wobei das Flugzeitmassenspektrometer in der Vakuumkammer enthalten ist. Das Flugzeitmassenspektrometer umfasst eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode, wobei die zweite Elektrode von der ersten Elektrode mit einer Distanz beabstandet ist, die einen Abschnitt eines lonenflugwegs dazwischen definiert. Die Anordnung umfasst ferner einen ersten Träger zum Tragen der ersten Elektrode, wobei der erste Träger zwischen einer Innenseite der Vakuumkammer und der ersten Elektrode angeordnet ist. Der erste Träger ist dazu konfiguriert, eine Relativbewegung zwischen mindestens einem Abschnitt der Innenseite der Vakuumkammer und der ersten Elektrode zu ermöglichen. Die Innenseite der Vakuumkammer und die erste Elektrode sind thermisch gekoppelt. Die vorliegende Erfindung betrifft auch einen Mehrfachreflexionsflugzeitmassenanalysator. Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Ausgasen, um Verunreinigungen von Oberflächen innerhalb einer Vakuumkammer durch Erwärmen und anschließendes Kühlen der Oberflächen zu entfernen.

Description

Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft die Verbesserung der Ausheizeffizienz, die Verbesserung der thermischen Kompensation und die Reduzierung von Belastung und Reibung an den Komponenten eines Flugzeitmassenanalysators.
Hintergrund der Erfindung
Bei der Flugzeit- (Time-of-Flight-, TOF-) Massenspektrometrie werden die Flugzeiten von Ionen gemessen, um Masse-zu-Ladung-Verhältnisse (m/z) zu bestimmen. Bekanntlich ist die Flugzeit eines Ions proportional zur Quadratwurzel seines Masse-zu-Ladung-Verhältnisses. Die aufgezeichnete Detektionszeit ist durch eine Kalibrierfunktion mit dem m/z-Verhältnis verknüpft. Die Umgebungstemperatur eines Massenspektrometers kann während des Gebrauchs um mehr als 10 Grad Celsius variieren, was zu thermischer Ausdehnung der mechanischen Teile und einer induzierten Drift der elektronischen Komponenten (Spannungsversorgungen) führt. Temperaturschwankungen des TOF-MS führen zu Änderungen der gemessenen Flugzeit von Ionen einer gegebenen Spezies und daher zu Drifts im gemessenen m/z der Ionen.
In der Vergangenheit wurden mehrere Ansätze unternommen, um diese Effekte zu minimieren. Zum Beispiel kann die Massenkalibrierung häufig aktualisiert werden, damit die Drift angemessen berücksichtigt wird, entweder unter Verwendung eines bekannten Analyten oder im Vergleich zu einem zweiten, viel stabileren Analysator, wie in US10593525B2 erörtert. Alternativ dazu kann das System temperaturgesteuert werden, um die Drift zu reduzieren. Dies erhöht jedoch die Kosten und den technischen Aufwand. Als weiteres Beispiel werden in US-B- 6,700,118 mehrere Sensoren dazu verwendet, Temperatur- und Belastungsmessungen von dem Instrument zu erhalten. Die gemessenen Parameter werden dann in Verbindung mit einem mathematischen Modell dazu verwendet, angepasste Massenspektren bereitzustellen.
US6998607B1 betrifft ein thermisches Kompensationsschema in einem Flugzeitmassenanalysator, wobei der Analysator derart konstruiert ist, dass, obwohl Material sich mit der Temperatur ausdehnen/zusammenziehen kann, ihre tatsächliche lonenflugweglänge ungefähr gleich bleibt. Dies wird durch die Verwendung eines am Detektor angebrachten Abstandshalters erreicht, der bei thermischer Ausdehnung die Distanz zwischen lonenquelle und Detektor verringert, um die Flugweglänge zwischen lonenquelle und Detektor zu verringern. Diese Verringerung des Flugwegs kompensiert die Zunahme des Flugwegs durch die anderen Komponenten des Analysators. Als Folge dieser Anordnung kann jedoch Reibung zwischen dem Abstandshalter und dem Detektor eine reibungslose Ausdehnung/Kontraktion behindern.
Außerdem ist anzumerken, dass es aufgrund ihrer viel längeren Flugweglänge schwierig ist, bekannte thermische Kompensationsverfahren auf Mehrfachreflexionsflugzeitmassenanalysatoren anzuwenden.
Ihre viel längere Flugweglänge erfordert hervorragende Vakuumbedingungen, typischerweise einen um mindestens eine Größenordnung niedrigeren Druck als herkömmliche Analysatoren. Daher muss die Vakuumkammer, in der der Analysator untergebracht ist, ausgeheizt werden, um das Ausgasen durchzuführen. Beim Ausheizen wird die Vakuumkammer für etwa 4-24 Stunden auf 80-120 °C erwärmt. Ausgasen ist die konsequente Entfernung von Verunreinigungen von den Innenseiten der Vakuumkammer während des Ausheizens. Damit der Analysator nach dem Ausheizen verwendet werden kann, muss der Analysator gekühlt werden. Eine effiziente Erwärmung/Kühlung erfordert jedoch eine gute thermische Kopplung zwischen dem Analysator und der Vakuumkammer. Bei bekannten Anordnungen erfordert eine gute thermische Kopplung, dass die Innenseite der Vakuumkammer und der Analysator fest aneinander befestigt sind. Folglich wird dann eine Kraft von der thermischen Ausdehnung/Kontraktion der Vakuumkammer auf den Analysator übertragen, wodurch eine Belastung auf die Komponenten des Analysators ausgeübt und die Wirkung der angewandten thermischen Kompensationsverfahren zunichte gemacht wird.
Die vorliegende Erfindung versucht, einige dieser Probleme von Geräten nach dem Stand der Technik zu lösen.
Kurzdarstellung der Erfindung
In einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Anordnung bereitgestellt, die eine Vakuumkammer und ein Flugzeitmassenspektrometer umfasst, wobei das Flugzeitmassenspektrometer in der Vakuumkammer enthalten ist,
wobei das Flugzeitmassenspektrometer eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode umfasst, wobei die zweite Elektrode von der ersten Elektrode mit einer Distanz beabstandet ist, die einen Abschnitt eines lonenflugwegs dazwischen definiert;
wobei die Anordnung ferner einen ersten Träger zum Tragen der ersten Elektrode umfasst, wobei der erste Träger zwischen einer Innenseite der Vakuumkammer und der ersten Elektrode angeordnet ist;
wobei der erste Träger eine Relativbewegung zwischen mindestens einem Abschnitt der Innenseite der Vakuumkammer und der ersten Elektrode zulässt;
wobei die Innenseite der Vakuumkammer und die erste Elektrode thermisch gekoppelt sind.
Die Anordnung ermöglicht, dass der erste Träger mit der Vakuumkammer thermisch gekoppelt ist, während sie es dem ersten Träger auch ermöglicht, sich relativ zu der Vakuumkammer zu bewegen.
Während des Ausheizens wird die Vakuumkammer erwärmt, um Verunreinigungen von den Innenseiten der Vakuumkammer zu entfernen. Damit der Analysator nach dem Ausheizen verwendet werden kann, muss der Analysator gekühlt werden. Der erste Aspekt der vorliegenden Erfindung koppelt die Vakuumkammer und die erste Elektrode des Analysators thermisch, um ein effizientes Erwärmen/Kühlen während des Ausheizens zu ermöglichen. Das verringert jedoch auch Belastung und Reibung an Komponenten des Analysators, insbesondere den Elektroden, da sich die Vakuumkammer ausdehnen/zusammenziehen kann, ohne Kraft auf die Elektroden auszuüben, da der erste Träger ermöglicht, dass sich die Innenseite der Vakuumkammer relativ zur ersten Elektrode bewegt. Das verhindert auch, dass die thermische Ausdehnung/Kontraktion der Vakuumkammer das für den Analysator verwendete thermische Kompensationsschema erheblich beeinflusst.
Die Vakuumkammer umfasst oder definiert darin einen Hohlraum, in dem das Flugzeitmassenspektrometer untergebracht ist.
Die Innenseite der Vakuumkammer kann jede Innenseite sein, die durch Wände der Vakuumkammer gebildet wird.
Der Analysator kann eine lonenquelle und einen Ionendetektor umfassen. Der gesamte lonenflugweg verläuft von der lonenquelle zum lonendetektor (über den ersten und den zweiten ionenoptischen Spiegel).
Der erste Träger kann mit der Innenseite der Vakuumkammer verbunden sein. Der erste Träger kann direkt mit der Innenseite der Vakuumkammer und/oder direkt mit der ersten Elektrode verbunden sein.
Vorzugsweise kann die Anordnung einen zweiten Träger zum Halten einer zweiten Elektrode umfassen. Der zweite Träger kann eine ähnliche Konfiguration wie der erste Träger aufweisen. Der zweite Träger ist zwischen der Innenseite der Vakuumkammer und der zweiten Elektrode angeordnet, wobei der zweite Träger eine Relativbewegung zwischen mindestens einem Abschnitt der Innenseite der Vakuumkammer und der zweiten Elektrode zulässt.
Der zweite Träger kann mit der Innenseite der Vakuumkammer verbunden sein. Der zweite Träger kann direkt mit der Innenseite der Vakuumkammer und/oder direkt mit der zweiten Elektrode verbunden sein.
Vorzugsweise umfasst der erste und/oder zweite Träger eine Oberfläche, die dazu konfiguriert ist, die jeweilige Elektrode darauf zu tragen, wobei die Oberfläche elektrisch isolierend ist. Die jeweilige Elektrode kann direkt auf der Oberfläche des Trägers getragen werden. Der erste und/oder zweite Träger kann mit einem elektrisch isolierenden Material beschichtet sein oder kann vollständig aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet sein, um die elektrisch isolierende Oberfläche bereitzustellen.
Der erste und/oder zweite Träger lässt eine relative Translation der jeweiligen Elektrode relativ zu mindestens einem Abschnitt der Innenseite der Vakuumkammer zu. (Das heißt, die vorstehend erwähnte Relativbewegung kann eine relative Translation sein). Die relative Translation kann in jede Richtung erfolgen.
In einer Ausführungsform umfasst der erste und/oder zweite Träger ein oder mehrere drehbare Elemente, wobei jedes drehbare Element eine gekrümmte Oberfläche aufweist, die dazu konfiguriert ist, die jeweilige Elektrode darauf zu tragen. Die gekrümmte Oberfläche kann elektrisch isolierend sein. Die Drehung des einen oder der mehreren drehbaren Elemente kann eine relative Translation zwischen der/den Elektrode(n) und der Innenseite der Vakuumkammer ermöglichen. Die gekrümmte Oberfläche kann in direktem Kontakt mit der jeweiligen Elektrode, aber nicht der Innenseite der Vakuumkammer stehen. Alternativ dazu kann die gekrümmte Oberfläche in direktem Kontakt mit der jeweiligen Elektrode und der Innenseite der Vakuumkammer stehen. Zum Beispiel kann jeder Träger eine Mehrzahl von drehbaren Elementen umfassen, die entlang einer Längsrichtung der jeweiligen Elektrode beabstandet sind.
Jedes drehbare Element kann eine Kugel sein, wobei die Kugel von einem Halter derart aufgenommen wird, dass die Kugel relativ zu dem Halter drehbar ist, und wobei der Halter mit der Innenseite der Vakuumkammer gekoppelt ist. Der Halter kann aus einem flexiblen Material gebildet oder derart geformt sein, dass er Flexibilität verleiht. Der Halter kann direkt an der Innenseite der Vakuumkammer montiert sein. Der Halter kann die Position der jeweiligen Kugel flexibel beibehalten. Der Halter kann die Translation der jeweiligen Kugel begrenzen.
Vorzugsweise weist die Innenseite der Vakuumkammer eine komplementäre Vertiefung zum Aufnehmen jedes drehbaren Elements auf. Die komplementäre Vertiefung kann die Kugel und/oder den Halter des drehbaren Elements aufnehmen.
Bei einer alternativen Anordnung kann jedes drehbare Element ein Zylinder sein.
In einer Ausführungsform sind der erste Träger und der zweite Träger einstückig gebildet. Mit anderen Worten können der erste Träger und der zweite Träger eine einzige einheitliche Struktur bilden.
Der erste und/oder zweite Träger kann eine geschmierte Schicht umfassen, die elektrisch isolierend ist. Die geschmierte Schicht kann auch wärmeleitfähig sein, wodurch die thermische Kopplung zwischen der/den Elektrode(n) und der Innenseite der Vakuumkammer bereitgestellt wird. Die geschmierte Schicht kann sich zwischen der Innenseite der Vakuumkammer und der jeweiligen Elektrode erstrecken. Der erste Träger kann ein erster Abschnitt der geschmierten Schicht sein, und der zweite Träger kann ein zweiter Abschnitt der geschmierten Schicht sein. Der erste und der zweite Abschnitt der geschmierten Schicht können voneinander getrennt sein. Alternativ dazu können der erste und der zweite Abschnitt eine einheitliche, geschmierte Schicht bilden, derart, dass der erste und der zweite Träger einstückig gebildet sind. Die geschmierte Schicht kann Vakuumfett und/oder Weichmetall, etwa Indiumfolie, umfassen.
Der erste und/oder zweite Träger kann eine Schicht umfassen, die einen niedrigen Reibungskoeffizienten aufweist und aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet ist, etwa reibungsarmem Kunststoff/Teflon. Die Schicht kann auch wärmeleitfähig sein. Der erste Träger kann ein erster Abschnitt der Schicht sein, und der zweite Träger kann ein zweiter Abschnitt der Schicht sein. Der erste und der zweite Abschnitt der Schicht können voneinander getrennt sein. Alternativ dazu können der erste und der zweite Abschnitt eine einheitliche, geschmierte Schicht bilden, derart, dass der erste und der zweite Träger einstückig gebildet sind.
In einer Ausführungsform umfasst der erste und/oder zweite Träger einen oder mehrere Drähte, die dazu konfiguriert sind, die jeweilige Elektrode an der Innenseite der Vakuumkammer aufzuhängen. Vorzugsweise ist bei dieser Anordnung die Innenseite der Vakuumkammer eine Oberseite der Vakuumkammer. Der eine oder die mehreren Drähte können aus einem wärmeleitfähigen Material gebildet sein. Der eine oder die mehreren Drähte können mindestens teilweise von einem elektrisch isolierenden Material bedeckt sein. Der eine oder die mehreren Drähte können an ihren Enden komprimiert und/oder zusammengeführt sein.
In einer Ausführungsform umfasst der erste und/oder zweite Träger eine oder mehrere Federn, die sich zwischen der Innenseite der Vakuumkammer und der/den Elektrode(n) erstrecken. Der eine oder die mehreren Federn können aus einem wärmeleitfähigen Material gebildet sein. Jede Feder kann sich zwischen einer mit der Innenseite der Vakuumkammer verbundenen Halterung und einer mit der Oberfläche der jeweiligen Elektrode verbundenen Halterung erstrecken. Alternativ dazu kann sich jede Feder direkt zwischen der Innenseite der Vakuumkammer und einer Oberfläche der jeweiligen Elektrode erstrecken.
Vorzugsweise sind die Innenseite der Vakuumkammer und die zweite Elektrode thermisch gekoppelt. Die thermische Kopplung zwischen der Innenseite der Vakuumkammer und der zweiten Elektrode kann durch das gleiche oder ein anderes Merkmal erreicht werden, das dazu verwendet wird, eine thermische Kopplung zwischen der Innenseite der Vakuumkammer und der ersten Elektrode bereitzustellen.
In einer Ausführungsform kann die thermische Kopplung zwischen der Innenseite der Vakuumkammer und einer oder beiden der ersten und/oder zweiten Elektrode durch einen oder mehrere flexible Wärmeleiter erreicht werden. Der oder die flexiblen Wärmeleiter ermöglichen eine Relativbewegung zwischen der Innenseite der Vakuumkammer und der jeweiligen Elektrode. Vorzugsweise ist jeder flexible Wärmeleiter zwischen der Innenseite der Vakuumkammer und der jeweiligen Elektrode verbunden.
Vorzugsweise weist jeder flexible Wärmeleiter einen oder mehrere wärmeleitende Drähte auf. Die Mehrzahl von wärmeleitenden Drähten kann zusammengefügt, zum Beispiel miteinander verflochten, werden, um ein flexibles Band zu bilden. Mindestens ein Abschnitt des einen oder der mehreren wärmeleitenden Drähte kann mit einem elektrisch isolierenden Material bedeckt sein.
Vorzugsweise umfasst jeder flexible Wärmeleiter eine erste Halterung, die dazu konfiguriert ist, den flexiblen Wärmeleiter mit der jeweiligen Elektrode zu verbinden, und eine zweite Halterung, die dazu konfiguriert ist, den flexiblen Wärmeleiter mit der Innenseite der Vakuumkammer zu verbinden.
Die erste und die zweite Halterung können direkt mit der Innenseite der Vakuumkammer und den jeweiligen Elektroden verbunden sein. Alternativ dazu kann zwischen der ersten Halterung und der jeweiligen Elektrode und/oder zwischen der zweiten Halterung und der Innenseite der Vakuumkammer ein Abstandshalter bereitgestellt sein.
Die erste Halterung kann von der jeweiligen Elektrode elektrisch isoliert sein. Zum Beispiel kann mindestens die Oberfläche der ersten Halterung in Kontakt mit der jeweiligen Elektrode aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet sein. Alternativ dazu kann zwischen der ersten Halterung und der jeweiligen Elektrode ein Abstandshalter positioniert sein, der dazu konfiguriert ist, die erste Halterung und die jeweilige Elektrode zu beabstanden, wobei der Abstandshalter aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet ist oder eine aus einem elektrisch isolierenden Material gebildete Oberflächenbeschichtung aufweist. Die erste Halterung kann über einen Bolzen mit der jeweiligen Elektrode verbunden sein. Der Bolzen kann von einem elektrisch isolierenden Material umgeben sein.
Vorzugsweise ist der erste und/oder zweite Träger wärmeleitfähig, wodurch die Innenseite der Vakuumkammer mit der jeweiligen Elektrode thermisch gekoppelt wird. Der erste und/oder zweite Träger kann aus einem wärmeleitfähigen Material, etwa einer Keramik, gebildet sein. Bei dieser Anordnung sind flexible Wärmeleiter möglicherweise nicht erforderlich.
Eine Flüssigkeitskühlung, die direkt temperaturgesteuert sein kann, kann dazu verwendet werden, die Innenseite der Vakuumkammer thermisch mit der/den Elektrode(n) zu koppeln. Zur Flüssigkeitskühlung können Leitungen, etwa flexible, abgedichtete Schläuche, mit einem Kühlmittel bereitgestellt werden, das durch sie hindurchfließt, um die Elektrode(n) und die Innenseite der Vakuumkammer thermisch zu koppeln. Die Leitungen können zwischen der Innenseite der Vakuumkammer und der/den Elektrode(n) verbunden sein. Eine Pumpe kann bereitgestellt sein, um das Kühlmittel, etwa eine Kühlflüssigkeit, durch das Innenvolumen der Leitungen zu zirkulieren, sodass das Kühlmittel zwischen der Innenseite der Vakuumkammer und der/den Elektrode(n) über die Leitung fließt und zwischen ihnen effizient Wärme überträgt.
Flexible Faltenbälge, die direkt temperaturgesteuert sein können, können dazu verwendet werden, die Innenseite der Vakuumkammer thermisch mit der/den Elektrode(n) zu koppeln. Zum Beispiel kann/können die Elektrode(n) an flexiblen Faltenbälgen montiert sein, die mit Anschlüssen der Vakuumkammer verbunden sind, anstatt mit der Innenseite der Vakuumkammer. Die flexiblen Faltenbälge können zur Temperatursteuerung direkt luftgekühlt werden.
Die erste Elektrode kann eine von einer ersten Mehrzahl von Elektroden sein, und die zweite Elektrode kann eine von einer zweiten Mehrzahl von Elektroden sein, wobei die erste Mehrzahl von Elektroden von der zweiten Mehrzahl von Elektroden beabstandet ist, wodurch der Abschnitt des lonenflugwegs dazwischen definiert wird.
Eine oder mehrere der Elektroden der ersten Mehrzahl von Elektroden können von einem Träger getragen werden, der ähnlich wie der erste Träger konfiguriert ist. Mit anderen Worten können eine oder mehrere der Elektroden der ersten Mehrzahl von Elektroden durch einen jeweiligen Träger getragen werden, der eine Relativbewegung zwischen mindestens einem Abschnitt der Innenseite der Vakuumkammer und der jeweiligen Elektrode zulässt.
Eine oder mehrere der Elektroden der zweiten Mehrzahl von Elektroden können von einem Träger getragen werden, der ähnlich wie der zweite Träger konfiguriert ist. Mit anderen Worten können eine oder mehrere der Elektroden der zweiten Mehrzahl von Elektroden durch einen jeweiligen Träger getragen werden, der eine Relativbewegung zwischen mindestens einem Abschnitt der Innenseite der Vakuumkammer und der jeweiligen Elektrode zulässt.
Vorzugsweise ist das Flugzeitmassenspektrometer ein Mehrfachreflexionsflugzeitmassenspektrometer, wobei der Mehrfachreflexionsflugzeitmassenanalysator einen ersten ionenoptischen Spiegel umfasst, der mindestens die erste Elektrode umfasst, und einen zweiten ionenoptischen Spiegel, der mindestens die zweite Elektrode umfasst, wobei der zweite ionenoptische Spiegel von dem ersten ionenoptischen Spiegel mit einer Distanz beabstandet ist, die mindestens den Abschnitt des lonenflugwegs dazwischen definiert.
Der erste ionenoptische Spiegel kann eine erste Mehrzahl von Elektroden umfassen, die voneinander beabstandet sind, und/oder der zweite ionenoptische Spiegel kann eine zweite Mehrzahl von Elektroden umfassen, die voneinander beabstandet sind. Bei dieser Anordnung ist die erste Elektrode die von der zweiten Mehrzahl von Elektroden am weitesten entfernte Elektrode der ersten Mehrzahl von Elektroden und die zweite Elektrode die von der ersten Mehrzahl von Elektroden am weitesten entfernte Elektrode der zweiten Mehrzahl von Elektroden.
Träger für eine oder mehrere der Elektrode(n) der ersten und zweiten Mehrzahl von Elektroden können ähnlich wie der erste und der zweite Träger verwendet werden.
Alternativ dazu kann das Flugzeitmassenspektrometer ein Multiturnflugzeitmassenspektrometer sein, wobei der Multiturnflugzeitmassenanalysator einen ersten elektrostatischen Sektor, der mindestens die erste Elektrode umfasst, und einen zweiten elektrostatischen Sektor umfasst, der mindestens die zweite Elektrode umfasst, wobei der zweite elektrostatische Sektor von dem ersten elektrostatischen Sektor mit einer Distanz beabstandet ist, die mindestens den Abschnitt des lonenflugwegs dazwischen definiert. Das Multiturnflugzeitmassenspektrometer kann auch weitere Paare von elektrostatischen Sektoren umfassen, die ähnlich wie die ersten und zweiten elektrostatischen Sektoren konfiguriert sind. Zum Beispiel kann das Multiturnflugzeitmassenspektrometer einen dritten und einen vierten elektrostatischen Sektor umfassen, die ähnlich wie der ersten und der zweite elektrostatische Sektor konfiguriert sind, wobei der vierte elektrostatische Sektor von dem dritten elektrostatischen Sektor mit einer Distanz beabstandet ist, die einen Abschnitt des lonenflugwegs dazwischen definiert. Ionen können entlang eines Flugwegs zwischen dem ersten, dem zweiten, dem dritten und dem vierten elektrostatischen Sektor oszillieren.
Der erste elektrostatische Sektor kann eine erste Mehrzahl von Elektroden umfassen, die voneinander beabstandet sind, und/oder der zweite elektrostatische Sektor kann eine zweite Mehrzahl von Elektroden umfassen, die voneinander beabstandet sind.
Ein Träger für eine oder mehrere der Elektroden der ersten und zweiten Mehrzahl von Elektroden kann ähnlich wie der erste und der zweite Träger verwendet werden.
Die lonenquelle und der Detektor sind vorzugsweise an der Innenseite der Vakuumkammer montiert. In einer weniger bevorzugten Anordnung kann der Detektor optional an dem ionenoptischen Spiegel oder dem elektrostatischen Sektor nahe dem Detektor montiert sein, aber diese Anordnung würde flexible elektrische Verbindungen dazwischen erfordern.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein thermisches Kompensationsschema verwendet. Die erste Elektrode weist eine Verschiebung des m/z-Verhältnisses pro Kelvin auf, und die zweite Elektrode weist eine Verschiebung des m/z-Verhältnisses pro Kelvin auf; die Anordnung umfasst ferner einen Verbinder, der an einem ersten Verbindungspunkt mit der ersten Elektrode verbunden ist und an einem zweiten Verbindungspunkt mit der zweiten Elektrode verbunden ist, wobei der Verbinder eine Verschiebung des m/z-Verhältnisses pro Kelvin aufweist, wobei der Verbinder eine erste Länge zwischen dem ersten und dem zweiten Verbindungspunkt bei einer Referenztemperatur definiert, wobei die erste Länge, die Positionen des ersten und des zweiten Verbindungspunktes und das Material des Verbinders dazu ausgewählt sind, die Summe der Verschiebung des m/z-Verhältnisses pro Kelvin in der ersten und zweiten Elektrode zu kompensieren.
Thermisches Koppeln der Elektrode(n) mit der Vakuumkammer, wobei aber die Elektrode(n) derart getragen ist/sind, dass sich die Elektrode(n) relativ zur Vakuumkammer bewegen kann/können, während auch dieses thermische Kompensationsschema verwendet wird, ermöglicht effizientes Aufwärmen/Kühlen während des Ausheizens ohne Kompromisse hinsichtlich der Genauigkeit der Analyse oder des Ausübens von Belastung oder Reibung auf die Komponenten des Analysators.
Das thermische Kompensationsschema ist besonders vorteilhaft für einen Mehrfachreflexionsflugzeitmassenanalysator.
Wie im Abschnitt Hintergrund erörtert, ist anzumerken, dass es aufgrund ihrer viel längeren Flugweglänge schwierig ist, bekannte thermische Kompensationsverfahren auf Mehrfachreflexionsflugzeitmassenanalysatoren anzuwenden. In einem Mehrfachreflexionsflugzeitmassenanalysator tritt der Großteil der Änderung des lonenflugwegs mit der Temperatur aufgrund der thermischen Ausdehnung/Kontraktion der beabstandeten Elektroden auf.
Das beschriebene thermische Kompensationsschema erzielt eine effiziente thermische Kompensation in einem Mehrfachreflexionsflugzeitmassenanalysator, ohne signifikante Reibung zwischen den Komponenten zu verursachen.
Dementsprechend wird in einem zweiten Aspekt der Erfindung ein Mehrfachreflexionsflugzeitmassenanalysator bereitgestellt, der das vorstehend beschriebene thermische Kompensationsschema umfasst. Insbesondere wird ein Mehrfachreflexionsflugzeitmassenanalysator bereitgestellt, umfassend:

einen ersten ionenoptischen Spiegel, der eine erste Elektrode umfasst, wobei die erste Elektrode eine Verschiebung des m/z-Verhältnisses pro Kelvin aufweist,
einen zweiten ionenoptischen Spiegel, der eine zweite Elektrode umfasst, wobei die zweite Elektrode eine Verschiebung des m/z-Verhältnisses pro Kelvin aufweist, wobei der zweite ionenoptische Spiegel von dem ersten ionenoptischen Spiegel mit einer Distanz beabstandet ist, die einen Abschnitt des lonenflugwegs dazwischen definiert;
einen Verbinder, der an einem ersten Verbindungspunkt mit der ersten Elektrode verbunden ist und an einem zweiten Verbindungspunkt mit der zweiten Elektrode verbunden ist, wobei der Verbinder eine Verschiebung des m/z-Verhältnisses pro Kelvin aufweist, wobei der Verbinder eine erste Länge zwischen dem ersten und dem zweiten Verbindungspunkt bei einer Referenztemperatur definiert;
wobei die erste Länge, die Positionen des ersten und des zweiten Verbindungspunktes und das Material des Verbinders dazu ausgewählt sind, die Summe der Verschiebung des m/z-Verhältnisses pro Kelvin in den Elektroden des ersten und des zweiten ionenoptischen Spiegels zu kompensieren.

Vorzugsweise umfasst der erste ionenoptische Spiegel eine erste Mehrzahl von Elektroden und/oder umfasst der zweite ionenoptische Spiegel eine zweite Mehrzahl von Elektroden.
Vorzugsweise ist die erste Elektrode die von dem zweiten ionenoptischen Spiegel am weitesten entfernte Elektrode der ersten Mehrzahl von Elektroden und/oder ist die zweite Elektrode die von dem ersten ionenoptischen Spiegel am weitesten entfernte Elektrode der zweiten Mehrzahl von Elektroden.
Die nachstehenden Absätze gelten für das thermische Kompensationsschema, wenn es entweder im ersten oder im zweiten Aspekt der Erfindung verwendet wird.
Eine Temperaturänderung führt zu einer Ausdehnung/Kontraktion der Elektroden des Massenanalysators. Dies wiederum bewirkt eine Änderung der Flugweglänge sowohl innerhalb der als auch zwischen den beabstandeten Elektroden des Massenanalysators. Zum Beispiel würde ohne den platzierten Verbinder die Länge des Abschnitts des Flugwegs zwischen den beabstandeten Elektroden aufgrund der thermischen Ausdehnung der Elektroden zunehmen.
Wenn sich die Elektroden ausdehnen, würde die Flugweglänge innerhalb der Elektroden aufgrund der größeren Breite der Elektroden ebenfalls zunehmen. Diese Längenänderungen des Flugwegs führen wiederum zu einer Änderung der Gesamtflugzeit und damit zu einer Änderung des gemessenen m/z eines vom Massenanalysator detektierten Ions. Dies wird als Verschiebung des m/z-Verhältnisses pro Kelvin (d. h. Delta m/z) bezeichnet. Die Änderung der Flugweglänge aufgrund der Ausdehnung jeder Elektrode kann basierend auf dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Materials, seinen Abmessungen und seiner Geometrie bestimmt werden. Die durch jede Elektrode beeinflusste Flugweglänge kann sich aufgrund eines Potentialabfalls zwischen Elektroden und in ansonsten feldfreie Regionen auch über ihre geometrische Länge hinaus erstrecken. Anhand der bestimmten Längenänderung des Flugwegs kann die für ein Ion gemessene Änderung des m/z-Verhältnisses bestimmt werden. Es versteht sich, dass abhängig von der Geometrie des Massenanalysators und der Elektroden die Beziehung zwischen der Verschiebung des m/z-Verhältnisses und der Temperaturstörung (d. h. die Verschiebung des m/z-Verhältnisses pro Kelvin) positiv oder negativ sein kann.
Mit anderen Worten ist der ersten Elektrode eine Verschiebung des m/z-Verhältnisses pro Kelvin (d. h. der Betrag der m/z-Verschiebung, der durch eine Temperaturänderung von 1 K verursacht wird) zugeordnet. Zum Beispiel kann die erste Elektrode eine Verschiebung des m/z-Verhältnisses pro Kelvin von -0,1 ppm/K aufweisen. In einem derartigen Fall würde eine Temperaturänderung von +10 K eine Verschiebung der gemessenen Masse eines Ions um -1 ppm (Teile pro Million, d. h. 0,0001 %) bewirken. Entsprechend würde eine Temperaturänderung von -10 K eine Verschiebung des gemessenen m/z-Verhältnisses eines Ions um +1 ppm bewirken.
Der Verbinder ist am ersten Verbindungspunkt mit der ersten Elektrode und am zweiten Verbindungspunkt mit der zweiten Elektrode verbunden. Der Verbinder kann sich relativ zu den Elektroden nicht verschieben. Der erste Verbindungspunkt und der zweite Verbindungspunkt können Punkte auf den Elektroden sein, an denen die Elektroden (direkt oder indirekt) mit den Verbindern gekoppelt sind. Der Verbinder kann zum Beispiel durch Bolzen oder Stifte oder Schrauben oder Klebstoff direkt mit den Elektroden verbunden sein. Alternativ dazu kann der Verbinder indirekt mit den Elektroden verbunden sein. Die indirekte Verbindung des Verbinders mit der Elektrode bezieht sich auf eine Anordnung, bei der der Verbinder und die Elektrode über ein dazwischenliegendes oder Zwischenelement verbunden sind. Der Verbinder kann zum Beispiel über eine oder mehrere Klemmen und/oder Halterungen mit den Elektroden verbunden sein. Der Verbinder kann derart konfiguriert sein, dass die Trennung zwischen der ersten und der zweiten Elektrode aufrecht erhalten wird, was wiederum die Trennung zwischen den Elektroden des ersten ionenoptischen Spiegels und den Elektroden des zweiten ionenoptischen Spiegels aufrecht erhält, wobei der Massenanalysator ein Mehrfachreflexionsmassenanalysator ist. Der erste Verbindungspunkt ist typischerweise an der ersten Elektrode befestigt, und der zweite Verbindungspunkt ist typischerweise an der zweiten Elektrode befestigt. Der erste Verbindungspunkt ist typischerweise ein Punkt auf der ersten Elektrode, und der zweite Verbindungspunkt ist typischerweise ein Punkt auf der zweiten Elektrode. Wie vorstehend erörtert, würde die thermische Ausdehnung der Elektroden ohne den platzierten Verbinder die Distanz zwischen der ersten und der zweiten Elektrode vergrößern. Wenn der Verbinder platziert ist, würde eine Vergrößerung der Breite der Elektroden aufgrund ihrer thermischen Ausdehnung bewirken, dass sich die proximalen Kanten der Elektroden aneinander annähern, wodurch die Distanz zwischen der ersten und der zweiten Elektrode verringert wird. Die thermische Ausdehnung des Verbinders erhöht jedoch die Distanz zwischen dem ersten und dem zweiten Verbindungspunkt, wodurch die vergrößerte Breite der Elektroden kompensiert wird, die andernfalls den Abstand zwischen der ersten und der zweiten Elektrode verringern würde. Dementsprechend hält der Verbinder im Wesentlichen den Abstand zwischen der ersten und der zweiten Elektrode aufrecht.
Der Verbinder kann sich über oder unter die erste und/oder zweite Elektrode erstrecken. Mit anderen Worten kann sich der erste Verbindungspunkt auf einer Oberseite der ersten Elektrode befinden und kann sichnder zweite Verbindungspunkt auf einer Oberseite der zweiten Elektrode befinden. Alternativ dazu kann sich der erste Verbindungspunkt auf einer Unterseite der ersten Elektrode befinden und kann sich der zweite Verbindungspunkt auf einer Unterseite der zweiten Elektrode befinden. Der Verbinder kann sich optional über die Außenkante der ersten Elektrode und über die Außenkante der zweiten Elektrode hinaus erstrecken.
Bei platziertem Verbinder hängt die Verschiebung des m/z-Verhältnisses der ersten Elektrode pro Kelvin vom thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Materials, aus dem die erste Elektrode gebildet ist, deren Abmessungen (z. B. Länge, Breite und Dicke) und der Position des ersten Verbindungspunktes ab. Wie vorstehend erörtert, versteht es sich, dass abhängig von der Geometrie des Massenanalysators und der ersten Elektrode die Beziehung zwischen der Verschiebung des m/z-Verhältnisses und der Temperaturstörung (d. h. die Verschiebung des m/z-Verhältnisses pro Kelvin) positiv oder negativ sein kann.
Bei platziertem Verbinder hängt die Verschiebung des m/z-Verhältnisses pro Kelvin der zweiten Elektrode vom thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Materials, aus dem die zweite Elektrode gebildet ist, deren Abmessungen (z. B. Länge, Breite und Dicke) und der Position des zweiten Verbindungspunktes ab. Wie vorstehend erörtert, versteht es sich, dass abhängig von der Geometrie des Massenanalysators und der zweiten Elektrode die Beziehung zwischen der Verschiebung des m/z-Verhältnisses und der Temperaturstörung (d. h. die Verschiebung des m/z-Verhältnisses pro Kelvin) positiv oder negativ sein kann.
Die Verschiebung des m/z-Verhältnisses pro Kelvin des Verbinders hängt von dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Materials, aus dem er gebildet ist, seiner Länge zwischen dem ersten und dem zweiten Verbindungspunkt und den Positionen des ersten und des zweiten Verbindungspunktes ab. Die Länge des Verbinders zwischen dem ersten und dem zweiten Verbindungspunkt bei einer Referenztemperatur wird als erste Länge bezeichnet. Die Referenztemperatur kann die Raumtemperatur oder eine beliebige spezifizierte Temperatur sein. Das Material des Verbinders, die Länge des Verbinders zwischen dem ersten und dem zweiten Verbindungspunkt bei einer Referenztemperatur (die erste Länge) und die Positionen des ersten und des zweiten Verbindungspunktes werden derart ausgewählt, dass die Verschiebung des m/z-Verhältnisses pro Kelvin des Verbinders die Verschiebung des m/z-Verhältnisses der ersten und zweiten Elektrode pro Kelvin kompensieren kann.
Mit Kompensation ist gemeint, dass die Verschiebung des m/z-Verhältnisses pro Kelvin des Verbinders der Gesamtverschiebung des m/z-Verhältnisses der ersten und der zweiten Elektrode pro Kelvin entgegenwirkt. Das heißt, das Material des Verbinders, die erste Länge (d. h. die Länge des Verbinders zwischen dem ersten und dem zweiten Verbindungspunkt bei einer Referenztemperatur) und die Positionen des ersten und des zweiten Verbindungspunktes werden derart ausgewählt, dass die gesamte m/z-Verschiebung der Elektroden pro Grad Kelvin gegen Null reduziert wird.
Vorzugsweise ist die Kompensation derart, dass eine Summe der Verschiebung des m/z-Verhältnisses des Verbinders pro Kelvin und der ersten und der zweiten Elektrode kleiner als ±10 ppm/K, vorzugsweise kleiner als ±5 ppm/K, stärker bevorzugt kleiner als ±3 ppm/K, noch stärker bevorzugt kleiner als ±2 ppm/K, am stärksten bevorzugt kleiner als ±1 ppm/K, ist.
Wenn die erste Elektrode eine von einer ersten Mehrzahl von Elektroden ist und die zweite Elektrode eine von einer zweiten Mehrzahl von Elektroden ist, können das Material des Verbinders, die erste Länge (d. h. die Länge des Verbinders zwischen dem ersten und dem zweiten Verbindungspunkt bei einer Referenztemperatur) und die Positionen des ersten und des zweiten Verbindungspunktes derart ausgewählt werden, dass die Verschiebung des m/z-Verhältnisses des Verbinders pro Kelvin die Gesamtverschiebung des m/z-Verhältnisses der ersten und der zweiten Mehrzahl von Elektroden pro Kelvin kompensieren kann. Zum Beispiel kann die Summe der Verschiebung des m/z-Verhältnisses des Verbinders und der ersten und der zweiten Mehrzahl von Elektroden pro Kelvin kleiner als ±10 ppm/K, vorzugsweise kleiner als ±5 ppm/K, stärker bevorzugt kleiner als ±3 ppm/K, noch stärker bevorzugt kleiner als ±2 ppm/K, am stärksten bevorzugt kleiner als ±1 ppm/K, sein.
Beim Einsatz im Mehrfachreflexionsmassenanalysator können das Material des Verbinders, die erste Länge (d. h. die Länge des Verbinders zwischen dem ersten und dem zweiten Verbindungspunkt bei einer Referenztemperatur) und die Positionen des ersten und des zweiten Verbindungspunktes derart ausgewählt werden, dass die Verschiebung des m/z-Verhältnisses des Verbinders pro Kelvin die Verschiebung des m/z-Verhältnisses einiger oder aller Elektroden des ersten und des zweiten ionenoptischen Spiegels pro Kelvin kompensieren kann. Vorzugsweise ist die Kompensation derart, dass eine Summe der Verschiebung des m/z-Verhältnisses des Verbinders und einiger oder aller Elektroden des ersten und des zweiten ionenoptischen Spiegels pro Kelvin kleiner als ±10 ppm/K, vorzugsweise kleiner als ±5 ppm/K, stärker bevorzugt kleiner als ±3 ppm/K, noch stärker bevorzugt kleiner als ±2 ppm/K, am stärksten bevorzugt kleiner als ±1 ppm/K, ist.
Vorzugsweise ist ein thermischer Ausdehnungskoeffizient des Verbinders kleiner als ein thermischer Ausdehnungskoeffizient der Elektrode(n). Zum Beispiel kann der thermische Ausdehnungskoeffizient des Verbinders ≤ 1/2 des thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Elektrode(n), stärker bevorzugt ≤ 1/5 des thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Elektrode(n), am stärksten bevorzugt ≤ 1/10 der thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Elektrode(n), betragen.
Wie vorstehend erörtert, werden das Material des Verbinders, die erste Länge (d. h. die Länge des Verbinders zwischen dem ersten und dem zweiten Verbindungspunkt bei einer Referenztemperatur) und die Positionen des ersten und des zweiten Verbindungspunktes dazu ausgewählt, mindestens die Verschiebung des m/z-Verhältnisses der Elektroden pro Kelvin zu kompensieren. Während der Großteil der Verschiebung des m/z-Verhältnisses des Analysators pro Kelvin den Elektroden zugeschrieben werden kann, ist anzumerken, dass das Material des Verbinders, die erste Länge (d. h. die Länge des Verbinders zwischen dem ersten und dem zweiten Verbindungspunkt bei einer Referenztemperatur) und die Positionen des ersten und des zweiten Verbindungspunktes dazu ausgewählt werden können, auch die Verschiebung des m/z-Verhältnisses einiger oder aller Komponenten des Analysators, z. B. der lonenquelle, des Detektors, der Abstandshalter usw., pro Kelvin zu kompensieren.
Zum Beispiel kann der Analysator ferner eine lonenquelle und einen Detektor umfassen, wobei der gesamte lonenflugweg zwischen der lonenquelle und dem Detektor liegt, wobei die lonenquelle und der Detektor jeweils eine Verschiebung des m/z-Verhältnisses pro Kelvin aufweisen können. Das Material des Verbinders, die erste Länge (d. h. die Länge des Verbinders zwischen dem ersten und dem zweiten Verbindungspunkt bei einer Referenztemperatur) und die Positionen des ersten und des zweiten Verbindungspunktes können derart ausgewählt werden, dass die Verschiebung des m/z-Verhältnisses pro Kelvin des Verbinders die Gesamtverschiebung des m/z-Verhältnisses der Elektroden, der lonenquelle und des Detektors pro Kelvin kompensieren kann. Zum Beispiel kann die Summe der Verschiebung des m/z-Verhältnisses des Verbinders, der ersten und der zweiten Mehrzahl von Elektroden, der lonenquelle und des Detektors pro Kelvin kleiner als ±10 ppm/K, vorzugsweise kleiner als ±5 ppm/K, stärker bevorzugt kleiner als ±3 ppm/K, noch stärker bevorzugt kleiner als ±2 ppm/K, am stärksten bevorzugt kleiner als ±1 ppm/K, sein.
Der Analysator kann ferner einen oder mehrere Abstandshalter umfassen, die zwischen den Elektroden positioniert und dazu konfiguriert sind, den Abstand zwischen den Elektroden zu definieren, wobei jeder Abstandshalter eine Verschiebung des m/z-Verhältnisses pro Kelvin aufweisen kann. Das Material des Verbinders, die erste Länge (d. h. die Länge des Verbinders zwischen dem ersten und dem zweiten Verbindungspunkt bei einer Referenztemperatur) und die Positionen des ersten und des zweiten Verbindungspunktes können derart ausgewählt werden, dass die Verschiebung des m/z-Verhältnisses des Verbinders pro Kelvin die Gesamtverschiebung des m/z-Verhältnisses der Elektroden und der Abstandshalter pro Kelvin kompensieren kann. Zum Beispiel kann die Summe der Verschiebung des m/z-Verhältnisses des Verbinders, der ersten und der zweiten Mehrzahl von Elektroden und der Abstandshalter pro Kelvin kleiner als ±10 ppm/K, vorzugsweise kleiner als ±5 ppm/K, stärker bevorzugt kleiner als ±3 ppm/K, noch stärker bevorzugt kleiner als ±2 ppm/K, am stärksten bevorzugt kleiner als ±1 ppm/K, sein.
Das Material des Verbinders, die erste Länge (d. h. die Länge des Verbinders zwischen dem ersten und dem zweiten Verbindungspunkt bei einer Referenztemperatur) und die Positionen des ersten und des zweiten Verbindungspunktes können derart ausgewählt werden, dass die Verschiebung des m/z-Verhältnisses des Verbinders pro Kelvin die Gesamtverschiebung des m/z-Verhältnisses der Elektroden, der lonenquelle, des Detektors und der Abstandshalter pro Kelvin kompensieren kann. Zum Beispiel kann die Summe der Verschiebung des m/z-Verhältnisses des Verbinders, der ersten und der zweiten Mehrzahl von Elektroden, der lonenquelle, des Detektors und der Abstandshalter pro Kelvin kleiner als ±10 ppm/K, vorzugsweise kleiner als ±5 ppm/K, stärker bevorzugt kleiner als ±3 ppm/K, noch stärker bevorzugt kleiner als ±2 ppm/K, am stärksten bevorzugt kleiner als ±1 ppm/K, sein.
Die Kompensation kann derart sein, dass die Gesamtflugzeit (d. h. die Zeit, die das Ion benötigt, um entlang des gesamten lonenflugwegs von der lonenquelle zum Detektor zu wandern) im Wesentlichen konstant bleibt.
Vorzugsweise erstreckt sich der Verbinder mindestens quer zu einer Längsrichtung der ersten Elektrode. Besonders bevorzugt erstreckt sich der Verbinder im Wesentlichen senkrecht zur Längsrichtung der ersten Elektrode. Alternativ dazu kann sich der Verbinder im Wesentlichen senkrecht zu der Achse erstrecken, die den Winkel zwischen dem ersten ionenoptischen Spiegel und dem zweiten ionenoptischen Spiegel schneidet. Die Länge des Verbinders kann sich daher ungefähr parallel zu der Richtung erstrecken, entlang derer die erste und die zweite Elektrode voneinander beabstandet sind (d. h. ungefähr parallel zum Flugweg zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode).
Vorzugsweise weist der Verbinder die Form eines Stabs auf, der eine beliebige Querschnittsform aufweisen kann, etwa quadratisch, kreisförmig usw. Alternativ dazu kann der Verbinder als planare(r) Streifen/Stange geformt sein.
Vorzugsweise ist der Verbinder ein erster Verbinder, wobei der Analysator ferner einen zweiten Verbinder umfasst, der an einem dritten Verbindungspunkt mit der ersten Elektrode verbunden ist und an einem vierten Verbindungspunkt mit der zweiten Elektrode verbunden ist, wobei der zweite Verbinder eine zweite Länge zwischen dem dritten und dem vierten Verbindungspunkt bei der Referenztemperatur definiert, wobei der zweite Verbinder von dem ersten Verbinder beabstandet ist, wobei vorzugsweise der zweite Verbinder parallel zu dem ersten Verbinder ist.
Der zweite Verbinder kann ähnlich wie der erste Verbinder konfiguriert sein, und die vorstehende Beschreibung des ersten Verbinders gilt gleichermaßen für den zweiten Verbinder.
Wie nachstehend ausführlicher erörtert wird, können bei Mehrfachreflexionsflugzeitmassenanalysatoren die Elektroden des ersten ionenoptischen Spiegels relativ zu den Elektroden des zweiten ionenoptischen Spiegels geneigt sein. Der Neigungswinkel (d. h. der Winkel zwischen der Längsrichtung der ersten Elektrode und der Längsrichtung der zweiten Elektrode) kann vorzugsweise 0 bis 5 Grad, stärker bevorzugt 0 bis 2 Grad, betragen.
Vorzugsweise werden die zweite Länge, die Positionen des dritten Verbindungspunktes und des vierten Verbindungspunktes und ein Material des zweiten Verbinders derart ausgewählt, dass der Winkel zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode nach thermischer Ausdehnung der Elektroden und Verbinder innerhalb von ±0,01°, vorzugsweise ±0,001° gehalten wird.
Durch Verwendung von zwei voneinander beabstandeten Verbindern und geeigneter Auswahl des Materials des zweiten Verbinders, der Positionen der Verbindungspunkte und der Längen der Verbinder zwischen den Verbindungspunkten bei einer Referenztemperatur kann der Neigungswinkel zwischen den Elektroden des ersten ionenoptischen Spiegels und den Elektroden des zweiten ionenoptischen Spiegels trotz thermischer Ausdehnung/Kontraktion der Elektroden und Verbinder ohne Biegen der Elektroden im Wesentlichen aufrecht erhalten werden.
Vorzugsweise ist der zweite Verbinder in einer Längsrichtung der ersten Elektrode von dem ersten Verbinder beabstandet.
Wenn sich die Elektroden aufgrund ihrer thermischen Ausdehnung/Kontraktion entlang ihrer Längsrichtung ausdehnen/zusammenziehen, kann sich der erste Verbinder relativ zu dem zweiten Verbinder bewegen, derart, dass der Abstand zwischen dem ersten Verbinder und dem zweiten Verbinder angepasst wird.
Vorzugsweise ist der zweite Verbinder nur über die erste und die zweite Elektrode an dem ersten Verbinder angebracht. Mit anderen Worten kann unter Umständen keine direkte Verbindung zwischen der ersten und der zweiten Elektrode bestehen. Daher können unter Umständen die Verbinder die Ausdehnung/Kontraktion der Elektroden entlang ihrer Längsrichtung nicht einschränken und sich folglich die Elektroden bei thermischer Ausdehnung/Kontraktion nicht biegen.
Um zu verhindern, dass die Elektrodenanordnung aus ihrer Position abdriftet, kann der zweite Verbinder vorzugsweise an einer Befestigungsposition zwischen dem dritten und dem vierten Verbindungspunkt an einer Innenseite der Vakuumkammer angebracht sein. Der zweite Verbinder kann mit einem Bolzen/Stift/Klebstoff an der Befestigungsposition mit der Vakuumkammer verbunden sein. Obwohl ein Driften der Elektrodenanordnung als Ganzes innerhalb der Vakuumkammer verhindert wird, kann sich der erste Verbinder immer noch relativ zu dem zweiten Verbinder bewegen, derart, dass die Verbinder eine Verlängerung der Elektrode(n) bei thermischer Ausdehnung nicht einschränken.
Die Anordnung des ersten Aspekts der Erfindung kann ferner einen oder mehrere Kühlkanäle, wobei die Kühlkanäle dazu angeordnet sind, Oberflächen innerhalb der Vakuumkammer zu kühlen, indem sie ein Kühlmedium durch den einen oder die mehreren Kühlkanäle transportieren; eine Heizung, die dazu angeordnet ist, die Oberflächen innerhalb der Vakuumkammer zu erwärmen; und ein Isoliermaterial umfassen, das eine Außenseite der Vakuumkammer umgibt.
Durch Bereitstellen eines Isoliermaterials, das die Außenseite der Vakuumkammer umgibt, einer Heizung, die dazu konfiguriert ist, die Oberflächen innerhalb der Vakuumkammer zu erwärmen, und von Kühlkanälen, die zum Kühlen von Oberflächen der Vakuumkammer angeordnet sind, wenn sie mit Kühlmedium versorgt werden, kann die Vakuumkammer erwärmt und anschließend während des Ausheizens effizient gekühlt werden. Wie vorstehend erörtert, werden während des Ausheizens Innenseiten der Vakuumkammer erwärmt, um Verunreinigungen daraus zu entfernen. Nach dem Erwärmen muss die Vakuumkammer gekühlt werden, bevor der Massenanalysator darin verwendet werden kann. Aus Effizienzgründen ist es wichtig, dass der Massenanalysator innerhalb eines angemessenen Zeitrahmens ausgeheizt wird. Die Kombination aus Isoliermaterial, Heizung und Kühlkanälen, die wie vorstehend erörtert konfiguriert sind, ermöglicht sowohl effizientes Erwärmen als auch effizientes Kühlen der Vakuumkammer, in der der Massenanalysator untergebracht ist.
Diese Anordnung zum Verbessern der thermischen Effizienz kann zusammen mit den Merkmalen des ersten und des zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Diese Anordnung zum effizienten Erwärmen und Kühlen wird auch als dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung bereitgestellt.
Dementsprechend wird im dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zum Ausgasen bereitgestellt, um Verunreinigungen von Oberflächen innerhalb einer Vakuumkammer durch Erwärmen und anschließendes Kühlen der Oberflächen zu entfernen, wobei die Vorrichtung umfasst:

die Vakuumkammer zum Unterbringen eines Massenanalysators;
eine Heizung, die dazu angeordnet ist, die Oberflächen innerhalb der Vakuumkammer zu erwärmen;
einen oder mehrere Kühlkanäle, wobei die Kühlkanäle dazu angeordnet sind, die Oberflächen innerhalb der Vakuumkammer zu kühlen, indem sie ein Kühlmedium durch den einen oder die mehreren Kanäle transportieren; und
ein Isoliermaterial, das eine Außenseite der Vakuumkammer umgibt.

Die nachstehenden Absätze gelten für die Anordnung mit thermischer Effizienz, wenn sie in entweder dem ersten, zweiten oder dritten Aspekt der Erfindung verwendet wird.
Ausgasen bezieht sich auf den Prozess, durch den Verunreinigungen von den Innenseiten der Vakuumkammer entfernt werden. Es tritt typischerweise während des Ausheizens auf, wenn die Vakuumkammer 4-24 Stunden lang auf 80-120 °C erwärmt wird. Die Vakuumkammer muss dann anschließend für die Verwendung des darin untergebrachten Analysators gekühlt werden.
Die durch die Heizung erwärmten und durch das Kühlmedium innerhalb des Kühlkanals/der Kühlkanäle gekühlten Oberflächen sind die Innenseiten der Vakuumkammer.
Das Isoliermaterial umgibt vorzugsweise die gesamte Außenseite der Vakuumkammer. Das Isoliermaterial ist vorzugsweise ein Schaumstoff, zum Beispiel Polyurethan- oder Polypropylenschaum.
Die Heizung ist vorzugsweise zwischen dem Isoliermaterial und der Außenseite der Vakuumkammer positioniert. Alternativ dazu kann die Heizung außerhalb des Isoliermaterials positioniert sein, kann aber eine oder mehrere Leitungen umfassen, die dazu angeordnet sind, heiße Luft über Öffnungen in den Wänden der Vakuumkammer in den innerhalb der Vakuumkammer gebildeten Hohlraum zu leiten. Alternativ dazu kann die Heizung innerhalb der Vakuumkammer positioniert sein (d. h. innerhalb des durch die Vakuumkammer gebildeten Hohlraums).
Das von dem einen oder den mehreren Kühlkanälen aufgenommene Kühlmedium kann ein Gas oder eine Flüssigkeit sein, vorzugsweise ist das Kühlmedium Luft.
Der Massenanalysator kann ein Flugzeitmassenanalysator sein. Vorzugsweise ist der Massenanalysator der Mehrfachreflexionsflugzeitmassenanalysator des vorstehend beschriebenen zweiten Aspekts.
Der eine oder die mehreren Kühlkanäle können sich um die Vakuumkammer herum und/oder durch sie hindurch erstrecken. Vorzugsweise können sich der eine oder die mehreren Kühlkanäle mindestens teilweise durch die Vakuumkammer hindurch und/oder mindestens teilweise um die Außenseite der Vakuumkammer herum erstrecken. Zum Beispiel können sich der eine oder die mehreren Kühlkanäle um einen Außenumfang der Vakuumkammer herum erstrecken.
Vorzugsweise sind die Kühlkanäle innerhalb des Isoliermaterials. Mit anderen Worten sind die Kühlkanäle vorzugsweise von dem Isoliermaterial bedeckt und/oder mindestens teilweise darin untergebracht.
Optional erstrecken sich der eine oder die mehreren Kühlkanäle zwischen einem Einlass und einem Auslass. Der Einlass und der Auslass können Blenden/Durchgangslöcher sein, die in einer oder mehreren Wänden der Vakuumkammer gebildet sind. Alternativ dazu können der Einlass und der Auslass als Vertiefungen und/oder Nuten ausgebildet sein, die in Kanten der Wände der Vakuumkammer gebildet sind.
Der eine oder die mehreren Kühlkanäle können durch ein Rohr gebildet sein. Vorzugsweise kann sich das Rohr zwischen dem Einlass und dem Auslass erstrecken, die als Blenden in einer oder mehreren Wänden der Vakuumkammer gebildet sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann jeder Kühlkanal als Vertiefung innerhalb einer Wand der Vakuumkammer gebildet sein, wobei vorzugsweise jeder Kühlkanal als Vertiefung in einer Außenwand der Vakuumkammer gebildet ist, wobei besonders bevorzugt die in der Außenwand der Vakuumkammer gebildete Vertiefung durch das Isoliermaterial bedeckt ist. Die Vertiefung kann sich entlang mindestens eines Abschnitts der Außenwand der Vakuumkammer erstrecken. Alternativ dazu kann jeder Kühlkanal innerhalb einer Innenseite des Isoliermaterials gebildet sein.
Vorzugsweise sind der eine oder die mehreren Kühlkanäle dazu konfiguriert, während des Gebrauchs die Oberflächen innerhalb der Vakuumkammer aktiv zu kühlen. Zum Beispiel kann mindestens einer der ein oder mehreren Kühlkanäle einen oder mehrere Lüfter umfassen, die dazu konfiguriert sind, das Kühlmedium durch den jeweiligen Kühlkanal zu treiben. Alternativ/zusätzlich können einer des einen oder der mehreren Kühlkanäle eine oder mehrere Pumpen umfassen, die dazu konfiguriert sind, das Kühlmedium durch den jeweiligen Kühlkanal zu treiben. Normalerweise kann der Fluss des Kühlmediums durch die Kühlkanäle eingeschränkt werden, außer wenn die Lüfter und/oder Pumpen aktiviert sind.
Vorzugsweise können der eine oder die mehreren Kühlkanäle einen oder mehrere Kühlkörper und/oder Wärmetauscher umfassen, die dazu konfiguriert sind, das während des Gebrauchs durch den Kühlkanal fließende Kühlmedium aufzunehmen.
Die Anordnung/Vorrichtung kann ferner eine Steuerung umfassen, die dazu konfiguriert ist, die Aktivierung und Absteuerung der Heizung und/oder des einen oder der mehreren Lüfter zu steuern, wobei die Steuerung vorzugsweise dazu konfiguriert ist, den einen oder die mehreren Lüfter nach Absteuerung der Heizung zu aktivieren. Daher aktiviert die Steuerung die Heizung im Gebrauch während des Ausheizens derart, dass die Heizung die Oberflächen innerhalb der Vakuumkammer erwärmt. Die Effizienz des Erwärmens der Oberflächen innerhalb der Vakuumkammer wird aufgrund der Verwendung des Isoliermaterials, das die Außenseite der Vakuumkammer umgibt, verbessert. Nachdem die Verunreinigungen von den Oberflächen innerhalb der Vakuumkammer entfernt wurden, steuert die Steuerung den Betrieb der Heizung ab und aktiviert den einen oder die mehreren Lüfter/Pumpe(n), derart, dass der Fluss des Kühlmediums durch den einen oder die mehreren Kühlkanäle getrieben wird, wodurch die Oberflächen innerhalb der Vakuumkammer aktiv gekühlt werden. Dies verbessert daher die Effizienz des Kühlens der Oberflächen innerhalb der Vakuumkammer, derart, dass die zum Ausheizen benötigte Zeit verringert wird.
Ebenfalls hierin beschrieben ist ein Verfahren zum Durchführen eines Ausgasens zum Entfernen von Verunreinigungen von Oberflächen innerhalb einer Vakuumkammer unter Verwendung einer Vorrichtung, umfassend: eine Vakuumkammer zum Unterbringen eines Massenanalysators; eine Heizung, die dazu angeordnet ist, die Oberflächen innerhalb der Vakuumkammer zu erwärmen; einen oder mehrere Kühlkanäle, die dazu angeordnet sind, die Oberflächen innerhalb der Vakuumkammer zu kühlen, indem sie ein Kühlmedium durch den einen oder die mehreren Kanäle transportieren, wobei der eine oder die mehreren Kühlkanäle einen oder mehrere Lüfter und/oder Pumpen umfassen, die dazu konfiguriert sind, ein Kühlmedium durch den einen oder die mehreren Kühlkanäle zu treiben; und ein Isoliermaterial, das eine Außenseite der Vakuumkammer umgibt; wobei das Verfahren umfasst:

Aktivieren der Heizung, um die Oberflächen innerhalb der Vakuumkammer für 4 bis 24 Stunden bei 80-120 K zu erwärmen;
Absteuern der Heizung;
Aktivieren des/der einen oder der mehreren Lüfter und/oder Pumpe(n), um das Kühlmedium 4-12 Std. lang durch den Kühlkanal zu treiben.

Figurenliste
Die Erfindung kann auf vielfältige Weise praktisch umgesetzt werden, und einige Ausführungsformen werden nun lediglich beispielhaft und unter Bezugnahme auf die dazugehörigen Zeichnungen beschrieben, wobei:

1 ein schematisches Diagramm einer Draufsicht einer Anordnung gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung bei Betrachtung von unten zeigt.
2 ein schematisches Diagramm einer Endansicht eines Teils der Anordnung gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei die Anordnung einen ersten und einen zweiten Träger umfasst, die eine erste bzw. eine zweite Elektrode tragen, wobei die Anordnung ferner (einen) flexible(n) Wärmeleiter umfasst, der/die die Elektroden mit der Innenseite der Vakuumkammer thermisch koppelt/koppeln.
3 ein schematisches Diagramm eines Trägers zeigt, der in der Anordnung gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
4(a) ein schematisches Diagramm einer Endansicht eines Teils der Anordnung gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung zeigt.
4(b) ein schematisches Diagramm einer perspektivischen Ansicht eines flexiblen Wärmeleiters zeigt, der in der Anordnung gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
5 ein schematisches Diagramm einer Draufsicht eines Teils einer Anordnung gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung bei Betrachtung von unten zeigt.
6 ein schematisches Diagramm einer Endansicht eines Teils der Anordnung des zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung zeigt.
7 ein schematisches Diagramm einer Draufsicht eines Teils der Anordnung gemäß dem ersten und dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung bei Betrachtung von unten zeigt.
8 ein schematisches Diagramm einer Draufsicht eines Teils der Vorrichtung gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung bei Betrachtung von oben zeigt, wobei der Massenanalysator aus Gründen der Übersichtlichkeit aus der Ansicht entfernt ist.
9 eine Grafik ist, die die Verschiebung des m/z-Verhältnisses in ppm, gemessen mit einer Temperaturänderung in Kelvin, für eine Anordnung gemäß dem ersten, zweiten und dritten Aspekt der Erfindung zeigt.
10 eine Grafik ist, die die Effizienz des Erwärmens und Kühlens der Vakuumkammer und des Massenanalysators der Anordnung von 9 während des Ausheizens zeigt.
11 ein schematisches Diagramm einer perspektivischen Ansicht eines Teils einer Anordnung gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist.

Ausführliche Beschreibung
1 ist ein schematisches Diagramm einer Draufsicht einer Anordnung 10 gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung, umfassend eine Vakuumkammer 20 und einen Flugzeitmassenanalysator 30, wobei der Flugzeitmassenanalysator ein Mehrfachreflexionsflugzeitmassenanalysator (mr-TOF) ist. Obwohl die Verwendung eines Mehrfachreflexionsflugzeitmassenanalysators gewisse Vorteile bringt, ist das erfinderische Konzept des ersten Aspekts der beschriebenen und beanspruchten vorliegenden Erfindung gleichermaßen auf jede Form von Flugzeitmassenanalysator anwendbar, zum Beispiel Multiturnmassenanalysatoren, und sind die Ansprüche entsprechend auszulegen. Es kann auch auf andere Typen von Massenanalysatoren angewendet werden, etwa Fourier-Transformationsmassenanalysatoren und elektrostatische Orbitalfallenmassenanalysatoren, in denen zum Beispiel Ionen in einem quadro-logarithmischen Potential oszillieren.
Der mr-TOF 30 ist in der Vakuumkammer 20 enthalten/untergebracht. Der mr-TOF umfasst eine Elektrodenanordnung 40, die einen ersten und einen zweiten, gegenüberliegenden ionenoptischen Spiegel 50, 60 bildet, die voneinander entlang einer Distanz beabstandet sind, die einen Abschnitt des lonenflugwegs dazwischen definiert. Der erste ionenoptische Spiegel 50 umfasst eine erste Mehrzahl von Elektroden 51, und der zweite ionenoptische Spiegel 60 umfasst eine zweite Mehrzahl von Elektroden 61. Die erste Elektrode 51a ist die von dem zweiten ionenoptischen Spiegel 60 am weitesten entfernte Elektrode der ersten Mehrzahl von Elektroden 51. Die zweite Elektrode 61a ist die von dem ersten ionenoptischen Spiegel 50 am weitesten entfernte Elektrode der zweiten Mehrzahl von Elektroden 61.
Die Elektroden 51, 61 sind in ihrer Längsrichtung langgestreckt. Eine Längsrichtung kann als eine Richtung definiert werden, die allgemein mit der Längsachse der Elektroden 51, 61 ausgerichtet ist. Die Querrichtung der Elektrode 51, 61 ist quer, vorzugsweise senkrecht zur Längsrichtung der Elektrode 51, 61. Die erste Mehrzahl von Elektroden 51 und die zweite Mehrzahl von Elektroden 61 sind entlang einer Richtung quer zur Längsrichtung der Elektroden 51, 61 voneinander beabstandet.
Die erste Mehrzahl von Elektroden 51 (d. h. die Elektroden des ersten ionenoptischen Spiegels 50) sind relativ zu der zweiten Mehrzahl von Elektroden 61 (d. h. die Elektroden des zweiten ionenoptischen Spiegels 60) geneigt, wie in US9136101 beschrieben, wodurch ein Potentialgradient erzeugt wird, der die Driftgeschwindigkeit der Ionen verzögert und bewirkt, dass sie in der Driftdimension zurück reflektiert werden (wobei die Driftdimension im Wesentlichen mit der Längsdimension der Elektrode 51, 61 ausgerichtet ist) und auf einen Detektor 70 fokussiert werden. Das Neigen der einander gegenüberliegenden Spiegel hätte normalerweise den negativen Nebeneffekt, die zeitliche Periode von lonenschwingungen zu verändern, wenn sie die Driftdimension hinunterwandern, was das Erreichen eines guten lonenzeitfokus schwierig gestaltet. Dies wird mit einer Streifenelektrode 80 korrigiert, die das Flugpotential für einen Abschnitt des Spiegelzwischenraums verändert, indem sie die Länge der Elektroden des ersten und des zweiten ionenoptischen Spiegels 50, 60 nach unten zu verändert. Derartige Korrektur- oder Kompensationselektroden 80 sind auch in US9136101 beschrieben. Die Kombination der variierenden Breite der Streifenelektrode 80 und die Veränderung des Abstands zwischen dem ersten und dem zweiten ionenoptischen Spiegel 50, 60 ermöglicht die Reflexion und das räumliche Fokussieren von Ionen auf den Detektor 70 sowie das Aufrechterhalten eines guten Zeitfokus.
Bei Gebrauch injiziert die lonenquelle 90, etwa eine lonenfalle mit gepulstem lonenausstoß, Ionen in die erste Mehrzahl von Elektroden 51 des ersten ionenoptischen Spiegels 50 und oszillieren dann die Ionen zwischen dem ersten und dem zweiten ionenoptischen Spiegel 50, 60. Der Winkel der lonenausstoßung aus der lonenquelle 90 und zusätzliche Deflektoren 100, 110 ermöglichen eine Steuerung der Energie der Ionen in der Driftrichtung, derart, dass Ionen entlang der Länge der Elektroden 51, 61 des ersten und des zweiten ionenoptischen Spiegels 50, 60 beim Oszillieren gelenkt werden, wobei sie eine Zick-Zack-Bahn erzeugen. Der gesamte lonenflugweg verläuft von der lonenquelle 90 zum Detektor 70.
2 zeigt eine Endansicht der Elektroden 51 des ersten ionenoptischen Spiegels 50 zusammen mit einem Teil der Innenseite der Vakuumkammer 20. Die Innenseite 21 der Vakuumkammer 20 in dieser bevorzugten Anordnung ist eine Bodenfläche der Vakuumkammer 20 (d. h. ein Boden der Vakuumkammer).
Wie am besten 2 zeigt, werden einige der Elektroden der ersten Mehrzahl von Elektroden 51a, 51b, 51c, 51d von einem Träger 120 getragen, der zwischen einer Innenseite 21 der Vakuumkammer 20 und der jeweiligen Elektrode 51, 61 angeordnet ist. Der Träger 120 lässt eine Relativbewegung zwischen mindestens einem Abschnitt der Innenseite 21 der Vakuumkammer 20 und der jeweiligen Elektrode 51 zu. Bei der in 2 dargestellten bevorzugten Ausführungsform umfasst der Träger eine Kugel 121, die durch einen flexiblen Halter 122 in Position gehalten wird. Der Halter 122 kann die seitliche Verschiebung der darin aufgenommenen Kugel 121 begrenzen. Der Halter 122 kann aus einem flexiblen Material gebildet oder derart geformt sein, dass er Flexibilität verleiht. Der Halter 122 kann aus lasergeschnittenem und dann gefalztem Blech gebildet sein. Der Halter kann alternativ dazu aus Teflon gebildet sein. Die Kugel 121 kann sich drehen, wodurch eine Relativbewegung zwischen der jeweiligen Elektrode 51, 61, die sie trägt, und der Innenseite 21 der Vakuumkammer 20 ermöglicht wird. Zum Beispiel ermöglicht die Kugel 121, dass die jeweilige Elektrode 51, 61, die sie trägt, sich sowohl in ihrer Längsrichtung als auch in ihrer Querrichtung relativ zu der Innenseite 21 der Vakuumkammer 20 verschiebt.
In der in 2 dargestellten bevorzugten Ausführungsform weist der Halter 122 eine Öffnung 123 auf, die dazu konfiguriert ist, die Kugel 121 darin aufzunehmen. Bei der in 2 gezeigten bevorzugten Anordnung umfasst die Innenseite 21 der Vakuumkammer eine Vertiefung 21 a, die die Kugel 121 darin aufnimmt. Der Halter 122 erstreckt sich vorzugsweise über die Vertiefung 21 a, die in der Innenseite 21 der Vakuumkammer 20 gebildet ist, derart, dass der Halter die Innenseite 21 der Vakuumkammer 20 auf beiden Seiten der Vertiefung 21a berührt und/oder daran befestigt ist. Der Halter 122 kann im Allgemeinen planar sein. Wie vorstehend erörtert, kann die Flexibilität des Halters 122 (da er aus einem flexiblen Material gebildet oder derart geformt ist, dass er Flexibilität verleiht) ermöglichen, dass sich der Halter 122 seitlich verbiegt, um eine begrenzte seitliche Verschiebung der Kugel 121 durch Drehung zu ermöglichen.
Ein schematisches Diagramm für eine alternative Konfiguration des Halters 122 des Trägers 120 ist in 3 gezeigt. In der in 3 gezeigten optionalen Anordnung weist der Halter 122 eine Öffnung 123 auf, die dazu konfiguriert ist, die Kugel 121 darin aufzunehmen. Der Halter umfasst ein im Allgemeinen planares Element 124, das die Öffnung definiert, und umfasst einen oder mehrere flexible Vorsprünge 124a, die sich in die Öffnung 123 erstrecken und dazu konfiguriert sind, die Kugel 121 flexibel zu halten. Die Vorsprünge 124a können radial angeordnet sein und/oder sich um die Kugel herum erstrecken. Der Halter umfasst ferner einen oder mehrere seitliche Flansche 125, die sich von dem allgemein planaren Element 124 zum Befestigen des Halters 122 an der Innenseite 21 der Vakuumkammer 20 erstrecken. Der eine oder die mehreren Flansche 125 können an der Innenseite 21 der Vakuumkammer 20 innerhalb der Vertiefung 21a oder auf beiden Seiten der Vertiefung 21a befestigt sein.
Die Kugel 121 ist vorzugsweise aus einem elektrisch isolierenden Material, etwa einer Keramik, gebildet oder damit beschichtet, derart, dass die Kugel 121 von der Elektrode, die sie trägt, elektrisch isoliert ist. Der Halter 122 kann zum Beispiel aus einem metallischen Material gebildet sein.
Ähnliche Träger 120 können für die zweite Mehrzahl von Elektroden 61 verwendet werden, die 2 nicht zeigt.
Wie am besten 1 zeigt, eine Draufsicht auf die Anordnung bei Betrachtung von unten, in der der Halter 122 der Träger 120 und die Innenseite 21 der Vakuumkammer 20 nicht gezeigt sind, können eine oder mehrere der ersten und der zweiten Mehrzahl der Elektroden 51, 61 mehrere Kugeln 121 umfassen, die als Träger 120 verwendet werden. Zum Beispiel kann eine erste Kugel 121 proximal zu einem ersten Ende einer Elektrode 51, 61 positioniert und von einer zweiten Kugel 121 beabstandet sein, die proximal zu einem zweiten Ende der Elektrode 51, 61 entlang der Längsrichtung der Elektrode 51, 61 positioniert ist. In dieser bevorzugten Anordnung werden die am weitesten von dem zweiten ionenoptischen Spiegel 60 entfernte Elektrode 51a des ersten ionenoptischen Spiegels 50 (d. h. die erste Elektrode 51a) und die Elektrode des ersten ionenoptischen Spiegels 51 e proximal zu dem zweiten ionenoptischen Spiegel 60 von einem oder mehreren der vorstehend beschriebenen Träger 120 getragen. Auf ähnliche Weise werden die am weitesten von dem ersten ionenoptischen Spiegel 50 entfernte Elektrode 61a des zweiten ionenoptischen Spiegels 60 (d. h. die zweite Elektrode 61a) und die proximal zu dem ersten ionenoptischen Spiegel 50 angeordnete Elektrode 61 e des zweiten ionenoptischen Spiegels 60 von einem oder mehreren der vorstehend beschriebenen Träger 120 getragen.
Wie am besten 2 zeigt, können die Elektroden der ersten Mehrzahl von Elektroden 51 auf einem ersten Paar von Montagestäben 130 montiert sein, die aus einem keramischen Material gebildet sein können. Die Elektroden der ersten Mehrzahl von Elektroden 51 können Löcher und/oder Schlitze mit geeigneter Toleranz umfassen, die dazu konfiguriert sind, den Montagestab 130 aufzunehmen, derart, dass Kontaktflächen der Montagestäbe 130 zu den darauf montierten Elektroden 51, 61 begrenzt sind. Eine derartige Anordnung reduziert die Reibung zwischen den Elektroden 51, 61 und den Montagestäben 130. In einer optionalen alternativen Anordnung sind die Montagestäbe 130 aus anodisierten Aluminiumstäben gebildet, die vorzugsweise mit einem elektrisch isolierenden Material beschichtet sind. Eine derartige Anordnung kann zu einer verringerten Reibung zwischen den Elektroden 51, 61 und den Montagestäben 130 führen. Es wird jedoch bevorzugt, die Montagestäbe 130 aus keramischen Materialien zu bilden. Jede Elektrode der ersten Mehrzahl von Elektroden 51 ist von (einer) benachbarten Elektrode(n) der ersten Mehrzahl von Elektroden durch Abstandshalter 140 dazwischen beabstandet. Die Abstandshalter 140 werden hierin als Elektrodenabstandshalter 140 bezeichnet. Die Elektrodenabstandshalter 140 sind vorzugsweise aus einem elektrisch isolierenden Material, etwa Keramik, gebildet. Ein Endanschlag 131 ist vorzugsweise an jedem Ende jedes Montagestabs 130 bereitgestellt, um die Elektroden 51 auf dem Montagestab 130 zu halten. Zwischen den Endanschlägen kann auch ein elastisches Element 132, zum Beispiel eine Feder, an dem Montagestab montiert sein. Das elastische Element 132 kann vorgespannt sein, um den Kontakt zwischen jeder der Elektroden 51 und deren benachbarten Abstandhaltern 140 aufrecht zu erhalten. Das Ausdehnen oder Einziehen der Elektroden 51 und/oder die Bewegung der Elektroden 51 entlang einer Achse parallel zu den Montagestäben 130 kann durch Ausdehnen oder Zusammenziehen des elastischen Elements 132 berücksichtigt werden. Eine ähnliche Anordnung kann für die zweite Mehrzahl von Elektroden 61 verwendet werden, die 2 nicht zeigt.
In der in 1 gezeigten Ausführungsform ist jede der Elektroden der ersten und der zweiten Mehrzahl von Elektroden 51, 61 vorzugsweise durch einen jeweiligen flexiblen Wärmeleiter 150 mit der Innenseite 21 der Vakuumkammer 20 thermisch gekoppelt. Der flexible Wärmeleiter 150 ist am besten in 4(a) und (b) gezeigt. 4(a) zeigt eine Endansicht eines Teils der Anordnung von 1 und 2, umfassend eine Elektrode (die erste Elektrode 51a) der ersten Mehrzahl von Elektroden 51, den flexiblen Wärmeleiter 150 und einen Teil der Innenseite 21 der Vakuumkammer 20. 4(b) zeigt eine perspektivische Ansicht des flexiblen Wärmeleiters 150. Der Begriff „flexibel“ in Bezug auf den flexiblen Wärmeleiter 150 bezieht sich auf die Fähigkeit des flexiblen Wärmeleiters 150, sich bei normaler Verwendung zu biegen/zu bewegen, ohne zu brechen, derart, dass der flexible Wärmeleiter 150 die Bewegung der Elektrode(n) 51, 61 relativ zur Innenseite 21 der Vakuumkammer 20 nicht behindert.
Jeder flexible Wärmeleiter 150 kann eine Mehrzahl von Drähten umfassen. Die Mehrzahl von Drähten kann miteinander verflochten sein, um ein flexibles Band 151 zu bilden. Vorzugsweise ist mindestens eine Oberseite der Mehrzahl von Drähten mit einem elektrisch isolierenden Material bedeckt, etwa Teflon, von dem festgestellt wurde, dass es ohne signifikante Auswirkung auf die Vakuumqualität gegen Spannungsdurchbruch schützt. Die Mehrzahl von Drähten kann vollständig von einem elektrisch isolierenden Material wie etwa Teflon umgeben sein. Der eine oder die mehreren Drähte können an ihren Enden komprimiert und/oder zusammengeführt sein.
Jeder flexible Wärmeleiter kann eine erste Halterung 152 umfassen, die dazu konfiguriert ist, den flexiblen Wärmeleiter 150 mit der jeweiligen Elektrode 51, 61 zu verbinden, und eine zweite Halterung 153, die dazu konfiguriert ist, den flexiblen Wärmeleiter mit der Innenseite 21 der Vakuumkammer 20 zu verbinden. Die wärmeleitenden Drähte 151 können sich zwischen der ersten Halterung 152 und der zweiten Halterung 153 erstrecken. Der eine oder die mehreren Drähte können an ihren Enden komprimiert und/oder in die erste und/oder zweite Halterung 152, 153 zusammengeführt werden. Zum Beispiel können die erste und die zweite Halterung 152, 153 aus komprimierten und/oder zusammengeführten Drähten gebildet sein. Die erste Halterung 152 und die zweite Halterung 153 sind typischerweise aus einem wärmeleitfähigen Material, etwa Kupfer, gebildet. Die erste Halterung 152 ist vorzugsweise von der jeweiligen Elektrode 51, 61 elektrisch isoliert. Bei dieser Anordnung ist die erste Halterung 152 von der jeweiligen Elektrode 51, 61 durch einen Abstandshalter 155 elektrisch isoliert, der zwischen der ersten Halterung 152 und der jeweiligen Elektrode 51, 61 angeordnet ist. Der Abstandshalter 155 wird hierin als isolierender Abstandshalter 155 bezeichnet und ist vorzugsweise aus einem elektrisch isolierenden, aber wärmeleitfähigen Material, etwa Keramik, gebildet. Aluminiumnitrid kann ein bevorzugtes Material für den isolierenden Abstandshalter 155 sein, da es zusätzlich dazu, dass es elektrisch isolierend ist, eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist.
Der flexible Wärmeleiter 150 kann mit der jeweiligen Elektrode 51, 61 unter Verwendung von Bolzen/Schrauben 156 verbunden sein, die sich durch eine Öffnung 152a in der ersten Halterung 152 erstrecken und sich durch eine Öffnung (nicht gezeigt) in der jeweiligen Elektrode 51, 61 erstrecken. Die Öffnungen sind vorzugsweise mit Gewinde versehen. Wie 4(a) zeigt, kann mindestens der Abschnitt des Bolzens 156, der in der Öffnung 152a in der ersten Halterung 152 aufgenommen ist, von einer elektrisch isolierenden Schicht 157 umgeben sein, um den Bolzen 156 von dem flexiblen Wärmeleiter 150 elektrisch zu isolieren. Die elektrisch isolierende Schicht 157 kann optional auch wärmeleitend sein.
Der elektrisch isolierende Abstandshalter 155 zwischen der ersten Halterung 152 des flexiblen Wärmeleiters 150 und der jeweiligen Elektrode 51, 61 und die elektrisch isolierende Schicht 157 um den Bolzen 156 herum verhindern einen Spannungsdurchbruch, der andernfalls aufgrund eines elektrischen Kontakts zwischen den Drähten des flexiblen Wärmeleiters 150 und der jeweiligen Elektrode 51, 61 auftreten könnte.
Die zweite Halterung 153 kann unter Verwendung von Bolzen/Schrauben 158 mit der Innenseite der Vakuumkammer verbunden sein, die sich durch eine Öffnung 153a in der zweiten Halterung und eine entsprechende Öffnung (nicht gezeigt) in der Innenseite 21 der Vakuumkammer 20 erstreckt.
Wie am besten 1 zeigt, sind vorzugsweise flexible Wärmeleiter 150 proximal zu jedem Ende der jeweiligen Elektrode 51, 61 derart verbunden, dass jede Elektrode 51, 61 mit der Innenseite 21 der Vakuumkammer 20 durch zwei flexible Wärmeleiter 150 thermisch verbunden ist, die entlang der Längsrichtung der Elektrode 51, 61 beabstandet sind. Vorzugsweise weisen die flexiblen Wärmeleiter 150 einen Querschnitt auf, der dazu ausgewählt ist, eine ausreichende thermische Kopplung mit den Elektroden zum effizienten Erwärmen und Kühlen der Elektroden 51, 61 während des Ausheizens zu ermöglichen. Vorzugsweise weisen die flexiblen Wärmeleiter 150 eine Querschnittsfläche von 20-400 mm² auf, die eine effiziente Wärmeübertragung zwischen den Elektroden 51, 61 und den Innenseiten 21 der Vakuumkammer 20 ermöglicht.
5 zeigt eine Anordnung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung, die in dem mr-TOF-Analysator von 1 verwendet werden kann.
Der zweite Aspekt der Erfindung stellt ein thermisches Kompensationsschema bereit.
Die Elektroden des zweiten Aspekts der Erfindung sind ähnlich wie die gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschriebene Elektrodenanordnung konfiguriert. Wie vorstehend beschrieben, bilden die Elektroden 51, 61 einen ersten und einen zweiten einander gegenüberliegenden ionenoptischen Spiegel 50, 60, die entlang einer Distanz voneinander beabstandet sind, die einen Abschnitt des lonenflugwegs dazwischen definiert. Der erste ionenoptische Spiegel 50 umfasst eine erste Mehrzahl von Elektroden 51, und der zweite ionenoptische Spiegel 60 umfasst eine zweite Mehrzahl von Elektroden 61. Die erste Elektrode 51a ist die von dem zweiten ionenoptischen Spiegel 60 am weitesten entfernte Elektrode der ersten Mehrzahl von Elektroden 51. Die zweite Elektrode 61 a ist die von dem ersten ionenoptischen Spiegel 50 am weitesten entfernte Elektrode der zweiten Mehrzahl von Elektroden 61.
Die Elektroden 51, 61 sind in ihrer Längsrichtung langgestreckt. Eine Längsrichtung kann als eine Richtung definiert werden, die allgemein mit der Längsachse der Elektrode 51, 61 ausgerichtet ist. Die Querrichtung der Elektrode ist quer, vorzugsweise senkrecht zur Längsrichtung. Die erste Mehrzahl von Elektroden 51 und die zweite Mehrzahl von Elektroden 61 sind entlang einer Richtung quer zur Längsrichtung der Elektroden 51, 61 voneinander beabstandet.
Ein erster Verbinder 160 ist an einem ersten Verbindungspunkt 161 mit der ersten Elektrode 51a verbunden und an einem zweiten Verbindungspunkt 162 mit der zweiten Elektrode 61a verbunden. Der erste Verbinder 160 ist an der ersten und der zweiten Elektrode 51a, 61a an dem ersten und dem zweiten Verbindungspunkt 161, 162 befestigt, derart, dass der erste Verbinder 160 sich relativ zu den Elektroden 51a, 61a nicht verschieben kann. Der erste Verbinder 160 definiert eine erste Länge zwischen dem ersten Verbindungspunkt 161 und dem zweiten Verbindungspunkt 162 bei einer Referenztemperatur, die die Raumtemperatur sein kann. Der erste Verbinder 160 hält die Trennung zwischen der ersten und der zweiten Elektrode 51a, 61a aufrecht, was wiederum die Trennung/den Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten ionenoptischen Spiegel 50, 60 aufrecht erhält. Der erste Verbindungspunkt 161 und der zweite Verbindungspunkt 162 sind feste Punkte an den Elektroden 51 a, 61 a, an denen der erste Verbinder 160 an den Elektroden 51a, 61a befestigt ist. Der erste Verbinder 160 weist entsprechende Punkte darauf auf, die dem ersten und dem zweiten Verbindungspunkt 161, 162 an den Elektroden 51a, 61a entsprechen. In dieser bevorzugten Anordnung ist der erste Verbinder 160 unterhalb der ersten und der zweiten Elektrode angeordnet und sind der erste und der zweite Verbindungspunkt 161, 162 auf den Unterseiten der Elektroden 51a, 61a angeordnet. Der erste Verbinder 160 ist mit der ersten und der zweiten Elektrode an dem ersten und dem zweiten Verbindungspunkt vorzugsweise unter Verwendung von Passstiften verbunden, die in entsprechenden Öffnungen in den Elektroden aufgenommen werden. Alternativ dazu kann in einer optionalen Anordnung der erste Verbinder 160 unter Verwendung von Bolzen oder Klemmen an dem ersten und dem zweiten Verbindungspunkt mit der ersten und der zweiten Elektrode verbunden werden.
Obwohl der erste und der zweite Verbindungspunkt 161, 162 als auf den Unterseiten der ersten bzw. der zweite Elektrode 51a, 61a befindlich gezeigt sind, können sie stattdessen an Außenkanten der jeweiligen Elektrode 51a, 61a bereitgestellt sein. Zum Beispiel kann der erste Verbindungspunkt 161 an der Außenkante der ersten Elektrode 51a angeordnet sein (d. h. an der Kante, die sich entlang der Längsrichtung der ersten Elektrode 51a erstreckt, die distal von der zweiten Elektrode 61 angeordnet ist). Auf ähnliche Weise kann der zweite Verbindungspunkt 162 an der Außenkante der zweiten Elektrode 61a angeordnet sein (d. h. an der Kante, die sich entlang der Längsrichtung der zweiten Elektrode 61a erstreckt, die sich distal von der ersten Elektrode 51a befindet). Bei einer derartigen Anordnung kann der Verbinder 160 indirekt mit der ersten und der zweiten Elektrode 51 a, 61 a gekoppelt sein, etwa mit einer oder mehreren Klemmen und/oder Halterungen. Zum Beispiel kann, wie 11 zeigt, der Verbinder 160 indirekt mit der ersten Elektrode 51a unter Verwendung eines Verbindungsstifts 300 gekoppelt sein, der ein erstes Ende 301 aufweist, das durch eine Elektrodenklemme 310 geklemmt ist, die an der Außenkante der ersten Elektrode 51a befestigt ist, und ein zweites Ende 302, das in einem Durchgangsloch 163 aufgenommen und geklemmt ist, das in einem ersten Ende 164 des Verbinders 160 gebildet ist. Das erste Ende 164 des Verbinders 160 ist proximal zu der ersten Elektrode 51a angeordnet. Die Elektrodenklemme 310 kann aus dem ersten und dem zweiten Teil 310a, 310b gebildet sein, die komplementär sein können. Der erste Teil 310a kann an der Außenkante der ersten Elektrode 51a befestigt sein, zum Beispiel mit Klebstoff, und der zweite Teil kann mit dem ersten Teil unter Verwendung einer oder mehrerer Befestigung(en) gekoppelt sein, die hierin als eine erste Befestigung 311 bezeichnet werden, etwa Schrauben/Bolzen. Der erste und der zweite Teil 310a, 310b können dazu konfiguriert sein, in zusammengebautem Zustand den Verbindungsstift 300 dazwischen aufzunehmen. Wie 11 zeigt, kann durch Festziehen der ersten Befestigung 311 der Verbindungsstift 300 zwischen dem ersten und dem zweiten Teil 310a, 310b der Elektrodenklemme 310 geklemmt werden. Wie 11 zeigt, ist das Durchgangsloch 163 dazu konfiguriert, den Verbindungsstift 300 darin aufzunehmen, und weist einen anpassbaren Durchmesser auf. Der Durchmesser des Durchgangslochs 163 kann während des Zusammenbaus verringert werden, um den Verbindungsstift 300 innerhalb des Durchgangslochs 163 zu klemmen. Der Durchmesser des Durchgangslochs 163 kann angepasst werden, indem die Breite eines Schlitzes 165 geändert wird, der in dem Verbinder 160 gebildet ist, wo der Schlitz 165 das Durchgangsloch 163 schneidet. Die Breite des Schlitzes 165 kann durch eine oder mehrere Befestigung(en) angepasst werden, die hier als zweite Befestigung 321 bezeichnet werden und den Schlitz 165 überbrücken (d. h. sich über den Schlitz 165 erstrecken). Das Anziehen der zweiten Befestigung 321 kann die Breite des Schlitzes 163 verringern und somit den Durchmesser des Durchgangslochs 163 verringern, wodurch der Verbindungsstift 300 in dem Durchgangsloch 163 geklemmt wird. In der in 11 gezeigten spezifischen Ausführungsform ist die erste Befestigung 311 ein Paar Schrauben und die zweite Befestigung 321 eine einzelne Schraube. Wie 11 zeigt, kann die erste Befestigung 311 eine Klemmkraft auf das erste Ende 301 des Verbindungsstifts 300 ausüben, die senkrecht zu der Klemmkraft ist, die auf das zweite Ende 302 des Verbindungsstifts 300 durch die zweite Befestigung 312 (im angezogenen Zustand) ausgeübt wird. In der in 11 gezeigten Anordnung ist der erste Verbindungspunkt 161 ein Punkt an der Außenkante der Elektrode 51a proximal zu der Elektrodenklemme 310. Wie 11 zeigt, befindet sich die Elektrodenklemme 310 an der Außenkante der ersten Elektrode 51a. Dies ist vorteilhaft, da die Elektrodenklemme 310 zum Anziehen mit einem Schraubenschlüssel leicht zugänglich wäre, verglichen mit einer Anordnung, bei der die zum Verbinden der ersten Elektrode 51 a und des ersten Verbinders 160 verwendeten Mittel auf Unterseiten der ersten Elektrode 51 a positioniert sind. Es ist im Hinblick auf eine einfache Anordnung auch vorzuziehen, Klemmen und/oder Halterungen zum Sichern des ersten Verbinders an der ersten Elektrode 51a zu verwenden, verglichen mit einem Passstift und einer entsprechenden Öffnung in der ersten Elektrode 51a. Außerdem kann die Bewegung/das Spiel des Passstifts innerhalb der Öffnung zu unerwünschter Reibung zwischen dem Passstift und der ersten Elektrode 51a führen. Der Verbinder 160 kann auf ähnliche Weise mit der zweiten Elektrode 61a verbunden werden, indem eine weitere Elektrodenklemme 310, ein Verbindungsstift 300 und ein in einem zweiten Ende des Verbinders 160 proximal zu der zweiten Elektrode 61a gebildeter Schlitz verwendet werden.
Der erste Verbinder 160 weist eine Längsrichtung auf, die sich quer (d. h. nicht parallel) zu der Längsrichtung der Elektroden 51, 61 erstreckt, derart, dass sich der Verbinder über den Raum zwischen dem ersten und dem zweiten ionenoptischen Spiegel 50, 60 erstreckt. Die Längsrichtung des ersten Verbinders 160 ist im Wesentlichen senkrecht zur Längsrichtung der Elektroden 51 des ersten ionenoptischen Spiegels 50 angeordnet. Im Wesentlichen senkrecht bezieht sich auf einen Winkel von etwa 90°. Der Winkel zwischen der Längsrichtung der Elektroden 61 des zweiten ionenoptischen Spiegels 60 und dem ersten Verbinder 160 beträgt weniger als 90°, vorzugsweise 85 bis 89,99°, stärker bevorzugt 89,90-89,98°. Bei dieser Anordnung ist der erste Verbinder 160 als Stab mit kreisförmigem Querschnitt geformt.
In der in 5 gezeigten bevorzugten Anordnung umfasst die Elektrodenanordnung ferner einen zweiten Verbinder 170, der von dem ersten Verbinder 160 beabstandet und an einem dritten Verbindungspunkt 171 mit der ersten Elektrode 51a verbunden sowie mit der zweiten Elektrode 61a an einem vierten Verbindungspunkt 172 verbunden ist. Der zweite Verbinder 170 ist im Wesentlichen parallel zum ersten Verbinder 160. Der zweite Verbinder 170 ist von dem ersten Verbinder 160 entlang der Längsrichtung der Elektroden 51, 61 beabstandet. Der zweite Verbinder 170 ist ähnlich wie der erste Verbinder 160 konfiguriert, wie vorstehend erörtert.
Der dritte Verbindungspunkt 171 ist vorzugsweise mit dem ersten Verbindungspunkt 161 entlang der Längsachse der ersten Elektrode 51a ausgerichtet. Der vierte Verbindungspunkt 172 ist vorzugsweise mit dem zweiten Verbindungspunkt 162 entlang der Längsachse der zweiten Elektrode 61a ausgerichtet.
Wie vorstehend erörtert, führt eine Temperaturänderung zu Ausdehnung/Kontraktion der Elektroden 51, 61 des Massenanalysators. Dies wiederum bewirkt eine Änderung der Flugweglänge sowohl innerhalb der als auch zwischen den beabstandeten Elektroden 51, 61 des Massenanalysators. Zum Beispiel würde ohne den/die platzierten Verbinder 160, 170, wenn sich die Elektroden ausdehnen, der Flugweg innerhalb der Elektroden 51, 61 aufgrund der größeren Breite der Elektroden 51, 61 und der größeren Distanz zwischen dem ersten und dem zweiten ionenoptischen Spiegel 50, 60 zunehmen. Diese Änderung der Flugweglänge wiederum führt zu einer Änderung der Gesamtflugzeit für ein Ion und damit zu einer Änderung des m/z-Verhältnisses eines vom Massenanalysator detektierten Ions (d. h. einer Verschiebung des m/z-Verhältnisses pro Kelvin).
Bei platzierten Verbindern 160, 170 wird jedoch diese Verschiebung des m/z-Verhältnisses pro Kelvin kompensiert. Tatsächlich würde mit dem/den platzierten Verbinder(n) 160, 170 eine Vergrößerung der Breite der Elektroden 51, 61 aufgrund ihrer thermischen Ausdehnung bewirken, dass sich die proximalen Kanten der beabstandeten Elektroden 51, 61 einander annähern, wodurch die Distanz zwischen dem ersten und dem zweiten ionenoptischen Spiegel 50, 60 verringert wird. Die thermische Ausdehnung des/der Verbinder(s) 160, 170 erhöht jedoch die Distanz zwischen dem ersten und dem zweiten Verbindungspunkt 161, 612 (und dem dritten und dem vierten Verbindungspunkt 171, 172), um die erhöhte Breite der Elektroden 51, 61 zu kompensieren, die andernfalls den Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten ionenoptischen Spiegel 50, 60 verringern würde. Dementsprechend erhalten der/die Verbinder 160, 170 im Wesentlichen den Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten ionenoptischen Spiegel 50, 60 aufrecht.
Jede Elektrode 51, 61 weist daher eine Verschiebung des m/z-Verhältnisses pro Kelvin auf, die basierend auf dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Materials, aus dem sie gebildet ist, ihren Abmessungen, ihrer Geometrie und ihrem jeweiligen Verbindungspunkt 161, 162, 171, 172 bestimmt werden kann.
Das Material des ersten und des zweiten Verbinders 160, 170, die Positionen des ersten, des zweiten, des dritten und des vierten Verbindungspunktes 161, 162, 171, 172, die durch den ersten Verbinder 160 zwischen dem ersten und dem zweiten Verbindungspunkt 161, 162 bei einer Referenztemperatur definierte Länge (d. h. die erste Länge) und die durch den zweiten Verbinder 170 zwischen dem dritten und dem vierten Verbindungspunkt 171, 172 bei der Referenztemperatur definierte Länge (d. h. die zweite Länge) werden derart ausgewählt, dass die Verschiebung des m/z-Verhältnisses der Verbinder 160, 170 pro Kelvin die Verschiebung des m/z-Verhältnisses vorzugsweise aller Elektroden der ersten und der zweiten Mehrzahl von Elektroden 51, 61 pro Kelvin kompensieren kann.
Die Kompensation kann derart sein, dass eine Summe der Verschiebung des m/z-Verhältnisses der Verbinder 160, 170 und aller Elektroden 51, 61 der ersten und zweiten Mehrzahl von Elektroden pro Kelvin kleiner als ±10 ppm/K, vorzugsweise kleiner als ±5 ppm/K, stärker bevorzugt kleiner als ±3 ppm/K, noch stärker bevorzugt kleiner als ±2 ppm/K, am stärksten bevorzugt kleiner als ±1 ppm, ist.
Angesichts der Geometrie der Verbinder 160, 170 und der Elektroden 51, 61 (d. h. da die Längsrichtung der Verbinder 160, 170 sich parallel zu dem Abstand zwischen der ersten und der zweiten Mehrzahl von Elektroden 51, 61, aber quer zu der Längsrichtung der Elektroden 51, 61 erstreckt) sind die Verbinder 160, 170 aus einem Material gebildet, das einen niedrigeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist als das Material, das dazu verwendet wird, die Elektroden 51, 61 zu bilden, um die thermische Kompensation bereitzustellen. Der thermische Ausdehnungskoeffizient der Verbinder 16, 170 kann ≤ 1/2 des thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Elektrode(n) 51, 61, stärker bevorzugt ≤ 1/5 des thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Elektrode(n) 51, 61, am stärksten bevorzugt ≤ 1/10 des thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Elektrode(n) 51, 61, betragen.
Vorzugsweise sind die Verbinder 160, 170 aus Invar mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten von ungefähr 1-2 ppm/K, vorzugsweise 1,2 ppm/K, gebildet und/oder sind die Elektroden aus Aluminium mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten von ungefähr 20-30 ppm/K, vorzugsweise 25 ppm/K, gebildet.
Dabei kann der Großteil der Kompensation erreicht werden, indem nur die Verschiebung des m/z-Verhältnisses der Elektroden der ersten und der zweiten Mehrzahl von Elektroden 51, 61 pro Kelvin berücksichtigt wird. Das Material der Verbinder 160, 170, die Positionen des ersten, des zweiten, des dritten und des vierten Verbindungspunktes 161, 162, 171, 172, die durch den ersten Verbinder 160 zwischen dem ersten und dem zweiten Verbindungspunkt 161, 162 bei einer Referenztemperatur definierte Länge (die erste Länge) und die durch den zweiten Verbinder 170 zwischen dem dritten und dem vierten Verbindungspunkt 171, 172 bei der Referenztemperatur definierte Länge (die zweite Länge) können dazu ausgewählt werden, die Verschiebung des m/z-Verhältnisses anderer Komponenten des Analysators zusätzlich zu den Elektroden, z. B. der lonenquelle 90, dem Detektor 70 und/oder den Abstandshaltern 140 pro Kelvin zwischen den Elektroden (Elektrodenabstandshalter 140) usw. zu kompensieren. Alle diese Komponenten ziehen sich bei einer Temperaturänderung aus/ziehen sich zusammen, was zu einer Änderung des lonenflugwegs durch sie hindurch und einer daraus resultierenden Änderung der für ein Ion gemessenen m/z-Verschiebung führt. Daher weist jede dieser Komponenten eine zugeordnete Verschiebung des m/z-Verhältnisses pro Kelvin auf, die basierend auf dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Materials, aus dem sie gebildet sind, ihrer Geometrie und ihren Abmessungen bestimmt werden kann.
Zum Beispiel können das Material des ersten und des zweiten Verbinders 160, 170, die Positionen des ersten, des zweiten, des dritten und des vierten Verbindungspunktes 161, 162, 171, 172, die durch den ersten Verbinder 160 zwischen dem ersten und dem zweiten Verbindungspunkt 161, 162 bei einer Referenztemperatur definierte Länge und die durch den zweiten Verbinder 170 zwischen dem dritten und dem vierten Verbindungspunkt 171, 172 bei der Referenztemperatur definierte Länge derart ausgewählt werden, dass die Verschiebung des m/z-Verhältnisses der Verbinder 160, 170 pro Kelvin die Verschiebung des m/z-Verhältnisses vorzugsweise aller Elektroden der ersten und der zweiten Mehrzahl von Elektroden 51, 61 und der Elektrodenabstandshalter 140 pro Kelvin kompensieren kann.
Die Kompensation kann derart sein, dass eine Summe der Verschiebung des m/z-Verhältnisses der Verbinder 160, 170, aller Elektroden 51, 61 der ersten und zweiten Mehrzahl von Elektroden und der Elektrodenabstandshalter 140 pro Kelvin kleiner als ±10 ppm/K, vorzugsweise kleiner als ±5 ppm/K, stärker bevorzugt kleiner als ±3 ppm/K, noch stärker bevorzugt kleiner als ±2 ppm/K, am stärksten bevorzugt kleiner als ±1 ppm/K, ist.
Als weiteres Beispiel können das Material des ersten und des zweiten Verbinders 160, 170, die Positionen des ersten, des zweiten, des dritten und des vierten Verbindungspunktes 161, 162, 171, 172, die durch den ersten Verbinder 160 zwischen dem ersten und dem zweiten Verbindungspunkt 161, 162 bei einer Referenztemperatur definierte Länge und die durch den zweiten Verbinder 170 zwischen dem dritten und dem vierten Verbindungspunkt 171, 172 bei der Referenztemperatur definierte Länge derart ausgewählt werden, dass die Verschiebung des m/z-Verhältnisses der Verbinder 160, 170 pro Kelvin die Verschiebung des m/z-Verhältnisses vorzugsweise aller Elektroden der ersten und der zweiten Mehrzahl von Elektroden 51, 61, der Elektrodenabstandshalter 140 und der lonenquelle 90 und des Detektors 70 pro Kelvin kompensieren kann.
Die Kompensation kann derart sein, dass eine Summe der Verschiebung des m/z-Verhältnisses der Verbinder 160, 170, aller Elektroden 51, 61 der ersten und der zweiten Mehrzahl von Elektroden und der Elektrodenabstandshalter 140 pro Kelvin kleiner als ±10 ppm/K, vorzugsweise kleiner als ±5 ppm/K, stärker bevorzugt kleiner als ±3 ppm/K, noch stärker bevorzugt kleiner als ±2 ppm/K, am stärksten bevorzugt kleiner als ±1 ppm, ist.
Wie vorstehend erörtert, ist die erste Mehrzahl von Elektroden 51 relativ zu der zweiten Mehrzahl von Elektroden 61 geneigt. Der Neigungswinkel kann bei dieser Anordnung etwa 0,02-0,1° betragen. Die durch den zweiten Verbinder 170 definierte Länge zwischen dem dritten Verbindungspunkt 171 und dem vierten Verbindungspunkt 172, die Positionen des dritten und des vierten Verbindungspunktes 171, 172 und das Material des zweiten Verbinders 170 können derart ausgewählt werden, dass der Neigungswinkel bei Temperaturänderung beibehalten wird. Vorzugsweise ist der zweite Verbinder 170 aus dem gleichen Material wie der erste Verbinder 160 gebildet. Die Länge des zweiten Verbinders 170 zwischen dem dritten und dem vierten Verbindungspunkt 171, 172 bei einer Referenztemperatur (d. h. die zweite Länge) unterscheidet sich von der Länge des ersten Verbinders 160 zwischen dem ersten und dem zweiten Verbindungspunkt 161, 162 bei der Referenztemperatur (d. h. die erste Länge), um den Neigungswinkel zwischen der ersten und der zweiten Mehrzahl von Elektroden 51, 61 zu berücksichtigen. Zum Beispiel dehnen sich bei einer Temperaturänderung der erste und der zweite Verbinder 160, 170, wenn sie aus demselben Material gebildet sind, proportional zueinander aus/ziehen sich zusammen, wodurch der Neigungswinkel zwischen der ersten und der zweiten Mehrzahl von Elektroden 51, 61 beibehalten wird. Der Neigungswinkel wird nach der thermischen Ausdehnung der Elektroden 51, 61 und der Verbinder 160, 170 vorzugsweise innerhalb von ±0,01°, am stärksten bevorzugt innerhalb von ±0,001°, aufrecht erhalten. Bei einer Anordnung, bei der der erste und der zweite Verbinder 160, 170 jeweils an die Außenkanten der jeweiligen Elektrode 51, 61 geklemmt sind, wie 11 zeigt, kann der Neigungswinkel durch Einfügen eines Abstandshalters (nicht gezeigt), hierin als Neigungsabstandshalter bezeichnet, zwischen der Elektrodenklemme 310 (insbesondere dem ersten Teil 310a der Elektrodenklemme 310) und der Außenkante der jeweiligen Elektrode 51, 61 erhalten werden. Die Dicke des Neigungsabstandshalters kann dazu ausgewählt werden, den gewünschten Neigungswinkel zu erhalten. Der Neigungsabstandshalter kann zum Beispiel eine Metallscheibe sein.
Der zweite Verbinder 170 ist vorzugsweise nur über die erste und die zweite Elektrode 51a, 61a an dem ersten Verbinder 160 angebracht. Mit anderen Worten besteht vorzugsweise keine direkte Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Verbinder 160, 170. Folglich vergrößert sich bei thermischer Ausdehnung der Elektroden 51, 61 in ihrer Längsrichtung der Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Verbinder 160, 170, um diese Ausdehnung zu berücksichtigen, wodurch ein Biegen der Elektroden 51, 61 verhindert wird.
Der zweite Verbinder 170 kann an der Innenseite der Vakuumkammer in einer Position zwischen dem dritten und dem vierten Verbindungspunkt 171, 172 befestigt sein, vorzugsweise äquidistant zwischen dem dritten und dem vierten Verbindungspunkt 171, 172. In dieser bevorzugten Anordnung ist der zweite Verbinder 170 an der Innenseite 21 der Vakuumkammer 20 mit minimalem Kontakt an einem Befestigungspunkt 180 befestigt. Zum Beispiel kann der zweite Verbinder 170 an der Innenseite 21 der Vakuumkammer 20 mit einem Passstift befestigt sein, der in einer entsprechenden Öffnung in der Innenseite 21 der Vakuumkammer 20 aufgenommen ist. Als weiteres Beispiel kann der zweite Verbinder 170 an der Innenseite 21 der Vakuumkammer 20 am Befestigungspunkt 180 unter Verwendung einer Klemme befestigt werden, die den zweiten Verbinder 170 an der Innenseite 21 der Vakuumkammer klemmt. Die Klemme kann an die Innenseite 21 der Vakuumkammer 20 geschraubt werden. Durch Verwendung einer Klemme kann der zweite Verbinder 170 an der Innenseite 21 der Vakuumkammer 20 befestigt werden, ohne ein Loch oder einen Schlitz in dem zweiten Verbinder 170 herzustellen, das/der andernfalls den Verbinder 170 schwächen könnte. Die Klemme kann auch eine starrere Verbindung zwischen dem zweiten Verbinder 170 und der Innenseite 21 der Vakuumkammer 20 ermöglichen. Die Klemme und der zweite Verbinder 170 können aus dem gleichen Material hergestellt sein, was Belastung oder Reibung vermeiden/reduzieren kann, die andernfalls aufgrund von unterschiedlicher thermischer Ausdehnung/Kontraktion der Klemme und des zweiten Verbinders 170 erzeugt werden könnten. Zum Beispiel können der zweite Verbinder 170 und die zum Befestigen des zweiten Verbinders 170 an der Innenseite 21 der Vakuumkammer am Befestigungspunkt 180 verwendete Klemme aus Invar mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten von ungefähr 1-2 ppm/K, vorzugsweise 1,2 ppm/K, gebildet sein. Die Innenseite 21 ist vorzugsweise die Bodenfläche der Vakuumkammer 20. Der erste Verbinder 160 kann sich relativ zum zweiten Verbinder 170 infolge der Ausdehnung der Elektroden 51, 61 entlang ihrer Längsrichtung bewegen, aber ein Driften der Elektrodenanordnung als Ganzes innerhalb der Vakuumkammer 20 wird aufgrund der Verbindung des zweiten Verbinders 170 mit der Innenseite 21 der Vakuumkammer 20 am Befestigungspunkt 180 verhindert.
Die Verbinder 160, 170 werden vorzugsweise in Gräben (Vertiefungen oder Nuten) (nicht gezeigt) aufgenommen, die innerhalb der Innenseite 21 der Vakuumkammer 20, die vorzugsweise die Unterseite der Vakuumkammer ist, gebildet sind. Die Gräben können sich entlang Abschnitten der Innenseite 21 der Vakuumkammer 20 unter den Elektroden 51, 61 erstrecken, derart, dass die Verbinder 160, 170 die Innenseite 21 der Vakuumkammer 20 außer an und/oder um den Befestigungspunkt 180 nicht berühren, derart, dass sich der Befestigungspunkt 180 nicht innerhalb der Gräben befindet. Dementsprechend können die Verbinder 160, 170 die Elektroden 51, 61 nicht tragen. Wie 11 zeigt, können ein oder mehrere flexible(r) Träger 350 um mindestens einen Abschnitt der Außenseite jedes der Verbinder 160, 170 herum bereitgestellt sein, um einen direkten Kontakt zwischen der Außenseite jedes der Verbinder 160, 170 und den Gräben während des Zusammenbaus (d. h. bevor die Verbinder 160, 170 an den jeweiligen Elektroden 51, 61 angebracht werden) zu verhindern. Die flexiblen Träger 350 können dazu konfiguriert sein, den jeweiligen Verbinder 160, 170 während des Zusammenbaus vor dem Verbinden der Verbinder 160, 170 mit den jeweiligen Elektroden 51, 61 zu tragen. Die flexiblen Träger sind aus einem flexiblen Material gebildet oder derart geformt, dass sie Flexibilität verleihen, derart, dass sie eine thermische Ausdehnung oder Kontraktion der Verbinder 160, 170 ermöglichen und/oder nicht behindern. Die flexiblen Träger können aus lasergeschnittenem und dann gefalztem Blech, etwa gefalztem Aluminiumblech, gebildet sein. Der/die flexible(n) Träger 350 kann/können sich um den gesamten Umfang des jeweiligen Verbinders 160, 170 oder um einen Abschnitt des Umfangs des jeweiligen Verbinders 160, 170 herum erstrecken, der andernfalls den Graben während des Zusammenbaus vor dem Verbinden des Verbinders 160, 170 mit den Elektroden 51, 61 berühren würde. Wie am besten 6 zeigt, können die Verbinder 160, 170 mit den Elektroden 51, 61 über Abstandshalter 190 verbunden sein, die hierin als Verbinderabstandshalter 190 bezeichnet werden, die dazwischen derart angeordnet sind, dass die Verbinder 160, 170 von den Elektroden 51, 61 beabstandet sind. Die Verbinderabstandshalter 190 können aus einem elektrisch isolierenden Material, etwa einer Keramik, gebildet sein, derart, dass die Verbinderabstandshalter 190 von der jeweiligen Elektrode 51, 61 elektrisch isoliert sein können. Alternativ dazu können die Verbinder 160, 170 direkt mit den Elektroden 51, 61 verbunden sein.
Wie 6 zeigt, können in dem zweiten Aspekt der Erfindung die Elektroden der ersten Mehrzahl von Elektroden 51 auf einem ersten Paar von Montagestäben 130 montiert sein, die aus einem keramischen Material gebildet sein können. Diese Anordnung wird in Bezug auf den ersten Aspekt der Erfindung erörtert und gilt gleichermaßen für die erste und die zweite Mehrzahl von Elektroden 51, 61 des zweiten Aspekts der Erfindung.
Die Merkmale des ersten und des zweiten Aspekts der Erfindung können kombiniert werden. Zum Beispiel zeigt 7 eine Draufsicht von unten auf eine Anordnung, die in dem in 1 gezeigten mr-TOF verwendet werden kann. Die Anordnung umfasst den ersten und den zweiten ionenoptischen Spiegel 50, 60, die sowohl im ersten als auch im zweiten Aspekt beschrieben wurden, die Träger 120 und flexiblen Wärmeleiter 150, die gemäß dem ersten Aspekt beschrieben wurden, und die Verbinder 160, 170, die gemäß dem zweiten Aspekt beschrieben wurden.
In der Anordnung von 7 sind die Elektrode(n) mit der Innenseite 21 der Vakuumkammer 20 durch die flexiblen Wärmeleiter 150 für eine effiziente Wärmeübertragung während des Ausheizens thermisch gekoppelt. Dadurch wird die Effizienz des Ausgasungsprozesses während des Ausheizens verbessert und die Zeit zum Kühlen des Analysators nach dem Erwärmen verkürzt, derart, dass er einsatzbereit ist. Die Träger 120, die die Elektroden 51, 61 tragen, ermöglichen eine Relativbewegung zwischen der Innenseite der Vakuumkammer 20 und den Elektroden 51, 61. Folglich werden Belastung und Reibungskräfte auf die Elektroden 51, 61 aufgrund thermischer Ausdehnung/Kontraktion der Vakuumkammer 20 aufgrund von Erwärmen und Kühlen der Vakuumkammer 20 während des Ausheizens minimiert. Tatsächlich können sich sowohl die Elektroden 51, 61 als auch die Innenseite 21 der Vakuumkammer 20 bei einer Temperaturänderung frei ausdehnen/zusammenziehen, ohne die Wärmeeffizienz zwischen der Innenseite 21 der Vakuumkammer 20 und den Elektroden 51, 61 zu beeinträchtigen.
Da die Träger 120 außerdem eine Relativbewegung zwischen der Innenseite 21 der Vakuumkammer 20 und den Elektroden 51, 61 zulassen, wirkt sich die thermische Ausdehnung/Kontraktion der Vakuumkammer 20 auf das gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung beschriebene thermische Kompensationsschema nicht wesentlich aus. Tatsächlich werden die thermische Ausdehnung/Kontraktion der Elektroden 51, 61 und die thermische Ausdehnung/Kontraktion der Verbinder 160, 170 durch die thermische Ausdehnung/Kontraktion der Vakuumkammer 20 nicht wesentlich beeinflusst. Dies liegt daran, dass die Elektroden 51, 61 von Trägern 120 getragen werden, die eine Relativbewegung zwischen den Elektroden 51, 61 und der Innenseite 21 der Vakuumkammer 20 zulassen. Der erste Verbinder 160 ist nicht direkt an der Vakuumkammer 20 angebracht. Der zweite Verbinder 170 ist nur durch minimalen Kontakt (z. B. durch einen Passstift) in einer Position (Befestigungspunkt 180) zwischen dem ersten und dem zweiten ionenoptischen Spiegel 50, 60 an der Vakuumkammer 20 angebracht. Daher führt die Ausdehnung/Kontraktion der Vakuumkammer 20 beim Erwärmen und Kühlen während des Ausheizens nicht zu einer Belastung der Elektroden 51, 61 des Analysators.
Wie vorstehend erörtert, können die Verbinder 160, 170 mit den Elektroden 51, 61 über dazwischen angeordnete Verbinderabstandshalter 190 verbunden sein, derart, dass die Verbinder von den Elektroden 51, 61 beabstandet sind. Die Abstandshalter 190 sind aus einem elektrisch isolierenden Material, etwa Keramik, gebildet. Die Abstandshalter 190 sind an dem ersten, dem zweiten, dem dritten und dem vierten Verbindungspunkt 161, 162, 171, 172 positioniert. Wie vorstehend erörtert, werden die Verbinder 160, 170 in Gräben aufgenommen, die in der Innenseite 21 der Vakuumkammer 20 gebildet sind. Die Tiefe der Gräben ist derart, dass die Verbinder 160, 170 die Innenseite der Vakuumkammer 20 außer am Befestigungspunkt 180 nicht berühren. Obwohl sich die Verbinder 160, 170 in dieser Anordnung unter den Elektroden 51, 61 erstrecken, tragen daher die Verbinder 160, 170 die Elektroden 51, 61 nicht. Stattdessen können die Elektroden 51, 61 vollständig von den Trägern 120 getragen werden, die eine Relativbewegung zwischen den Elektroden 51, 61 und der Innenseite 21 der Vakuumkammer 20 ermöglichen. Dementsprechend verringert das Vorhandensein der Verbinder 160, 170 nicht die Funktionalität der Träger 120. Die flexiblen Wärmeleiter 150 können eine Querschnittsfläche aufweisen, die zwischen 20 und 400 mm² liegt, was eine effiziente Wärmeübertragung ermöglicht, ohne Biegen der Verbinder 160, 170 zu verursachen. Ein oder mehrere flexible Wärmeleiter 150 können zwischen dem/den Verbinder(n) 160, 170 und der Innenseite 21 der Vakuumkammer 20 verbunden sein, derart, dass die flexiblen Wärmeleiter 150 eine Wärmeübertragung zwischen dem/den Verbinder(n) 160, 170 und der Innenseite 21 der Vakuumkammer ermöglichen. Es kann vorteilhaft sein, mehrere flexible Wärmeleiter 150 zu verwenden, die mit jedem Verbinder 160, 170 verbunden sind, wenn die Verbinder aus einem Material mit schlechter Wärmeleitfähigkeit, etwa Invar, gebildet sind.
8 ist eine schematische Draufsicht eines Teils einer Vorrichtung 200 zum Ausgasen, um Verunreinigungen von den Oberflächen 21 durch Erwärmen und anschließendes Kühlen der Oberflächen innerhalb einer Vakuumkammer 20 zu entfernen, in der ein Flugzeitmassenanalysator 30 untergebracht ist. Die Vorrichtung 200 umfasst einen oder mehrere Kühlkanäle 210, wobei die Kühlkanäle 210 zum Kühlen von Oberflächen innerhalb der Vakuumkammer 20 durch Transportieren eines Kühlmediums durch den Kühlkanal/die Kühlkanäle 210 angeordnet sind, eine Heizung (nicht gezeigt), die zum Erwärmen der Oberflächen 21 innerhalb der Vakuumkammer 20 angeordnet ist, und ein isolierendes Material 220, das eine Außenseite der Vakuumkammer 20 umgibt.
Die Vorrichtung kann in der Anordnung von 1 verwendet werden. Mit anderen Worten kann die Anordnung von 1 ein Isoliermaterial 220 umfassen, das die Außenseite der Vakuumkammer 20 umgibt, Kühlkanäle 210, die zum Kühlen von Oberflächen 21 innerhalb der Vakuumkammer 20 angeordnet sind, indem sie ein Kühlmedium durch die Kühlkanäle 210 transportieren, und eine Heizung, die dazu angeordnet ist, die Oberflächen innerhalb der Vakuumkammer 20 zu erwärmen.
Wie am besten in 8 gezeigt, umgibt das Isoliermaterial 220 den Großteil der Außenseite der Vakuumkammer 20 und umgibt vorzugsweise die gesamte Außenseite der Vakuumkammer. Das Isoliermaterial 220 ist vorzugsweise ein Schaumstoff, zum Beispiel Polyurethan- oder Polypropylenschaum. Die Heizung (nicht gezeigt) ist vorzugsweise zwischen dem Isoliermaterial 220 und der Außenseite der Vakuumkammer 20 positioniert. Die Heizung kann ein Heizelement sein, das an einer Außenseite der Vakuumkammer 20 zum Beispiel durch Schrauben angebracht sein kann.
Die in 8 gezeigte Anordnung umfasst zwei Kühlkanäle 210, die hier als erste und zweite Kühlkanäle 210a, 210b bezeichnet werden. Bei dieser bevorzugten Anordnung ist jeder Kühlkanal 210 als eine oder mehrere Vertiefungen und/oder Nuten gebildet, die in der Außenwand der Vakuumkammer 20, vorzugsweise der unteren Außenwand der Vakuumkammer, gebildet sind. Jeder Kühlkanal 210 weist eine Tiefe auf, die sich durch einen Teil der Dicke der Außenwand der Vakuumkammer 20 erstreckt, derart, dass der Kühlkanal in der Außenseite der Vakuumkammerwand gebildet ist und die Innenseiten der Vakuumkammer 20 intakt bleiben. Das Isoliermaterial 220, das die Außenseite der Vakuumkammer 20 umgibt, bedeckt auch die Vertiefungen und/oder Nuten, die die Kühlkanäle 210 bilden.
In der bevorzugten Anordnung von 8 erstreckt sich der erste Kühlkanal 210a zwischen einer ersten Kante 22 der unteren Wand 21 und einer zweiten Kante 23 der unteren Wand 21, wobei die erste und die zweite Kante 22, 23 im Wesentlichen senkrecht zueinander stehen. Der zweite Kühlkanal 210b erstreckt sich zwischen einer dritten Kante 24 der unteren Wand und einer zweiten Kante 23 der unteren Wand 21, wobei die dritte und die zweite Kante 24, 23 senkrecht zueinander stehen. Bei dieser bevorzugten Anordnung sind der erste und der zweite Kühlkanal 210a, 210b gekrümmt. Durch Verwendung von gekrümmten statt geraden Kühlkanälen 210 wird der von den Kühlkanälen 210 eingenommene Raum verringert, derart, dass der verbleibende Raum effizienter genutzt werden kann, zum Beispiel, um darin Vakuumpumpen zu positionieren. Alternativ dazu können sich der erste und der zweite Kühlkanal 210 zwischen der ersten und der dritten Kante 22, 24 oder der zweiten und der vierten Kante 23, 25 der unteren Wand 21 erstrecken, wobei die vierte und die zweite Kante 23, 25 parallel zueinander sind, derart, dass die Kühlkanäle 210 als gerade Kanäle gebildet sind. In dieser bevorzugten Anordnung ist der Einlass 230 des ersten Kühlkanals 210a an der ersten Kante 22 der unteren Wand 21 und der Auslass 231 des ersten Kühlkanals 210a an der zweiten Kante 23 der unteren Wand 21 gebildet. Der Einlass 232 des zweiten Kühlkanals 210b ist an der dritten Kante 24 der unteren Wand 21 gebildet, und der Auslass 233 des zweiten Kühlkanals 210b ist an der zweiten Kante 23 der unteren Wand 21 gebildet.
Die Kühlkanäle 210 können dazu konfiguriert sein, die Oberflächen innerhalb der Vakuumkammer 20 während des Gebrauchs aktiv zu kühlen. Bei dieser bevorzugten Anordnung ist das verwendete Kühlmedium ein Gas (vorzugsweise Luft). Um eine aktive Kühlung zu erreichen, ist daher ein Lüfter 240 nahe dem Einlass 230, 232 jedes Kühlkanals 210 bereitgestellt, um das Kühlmedium durch den jeweiligen Kühlkanal 210 zu treiben. Bei einer alternativen Anordnung, bei der ein flüssiges Kühlmittelmedium bereitgestellt ist, kann stattdessen eine Pumpe dazu verwendet werden, das Kühlmittel durch den jeweiligen Kühlkanal 210 zu treiben. Normalerweise kann der Fluss des Kühlmediums durch die Kühlkanäle 210 eingeschränkt werden, außer wenn die Lüfter 240 und/oder Pumpen aktiviert sind.
In dieser bevorzugten Anordnung ist ein Kühlkörper 250 in jedem Kühlkanal 210, vorzugsweise stromabwärts des Lüfters 240, bereitgestellt. Der Kühlkörper 250 ist vorzugsweise aus stranggepresstem Aluminium oder Kupfer gebildet. Der Kühlkörper 250 kann an der Vertiefung/Nut, die jeden Kühlkanal 210 bildet, zum Beispiel durch Klebstoff und/oder Bolzen angebracht sein. Der Kühlkörper 250 ist vorzugsweise aus stranggepresstem Aluminium oder Kupfer gebildet und dazu konfiguriert, das Kühlmedium aufzunehmen, das während des Gebrauchs durch den Kühlkanal 210 fließt.
Vakuumpumpen sind in der Anordnung von 8 nicht gezeigt, können aber zwischen dem ersten und dem zweiten Kühlkanal 210a, 210b positioniert sein. Die Vakuumpumpen können teilweise von der Vakuumkammer 20 thermisch entkoppelt sein, wobei eine Stahlplatte an den Kontaktflächen zwischen Vakuumpumpen und der Vakuumkammer 20 angeordnet ist.
Die Vorrichtung kann ferner eine Steuerung (nicht gezeigt) umfassen, die dazu konfiguriert ist, die Aktivierung und Absteuerung der Heizung (nicht gezeigt) und die Aktivierung und Absteuerung der Lüfter 240 zu steuern. Die Steuerung ist dazu konfiguriert, die Lüfter 240 nach Absteuerung der Heizung zu aktivieren. Daher aktiviert bei Gebrauch die Steuerung bei der Durchführung von Ausgasen zum Entfernen von Verunreinigungen von Oberflächen innerhalb der Vakuumkammer 20 (d. h. während des Ausheizens) die Heizung derart, dass die Heizung die Oberflächen 21 innerhalb der Vakuumkammer 20 erwärmt. Die Effizienz des Erwärmens der Oberflächen innerhalb der Vakuumkammer 20 wird aufgrund der Verwendung des Isoliermaterials 220, das die Außenseite der Vakuumkammer 20 umgibt, verbessert. Um zum Beispiel bei einem mr-TOF-Analysator mit 20 m Flugweg eine Ausgasung zu erreichen, benötigt die Heizung aufgrund der erzielten verbesserten Effizienz nur eine Stromversorgung von weniger als 1 KW. Nachdem die Verunreinigungen von den Oberflächen 21 innerhalb der Vakuumkammer 20 entfernt worden sind, steuert die Steuerung den Betrieb der Heizung ab und aktiviert die Lüfter 240 derart, dass der Fluss des Kühlmediums (in diesem Fall Luft) durch die Kühlkanäle 210 getrieben wird und dadurch die Oberflächen 21 innerhalb der Vakuumkammer 20 aktiv kühlt. Dies verbessert daher die Effizienz des Kühlens der Oberflächen 21 innerhalb der Vakuumkammer 20 derart, dass die zum Ausgasen benötigte Zeit verringert wird.
Diese Anordnung ist auch für die allgemeine Verwendung des Flugzeitmassenanalysators vorteilhaft (d. h. nicht nur während des Ausheizens (Ausgasens)). Zum Beispiel schützt die Isolierung 220 den Massenanalysator auch vor Temperaturänderungen in der Umgebungsluft während des Gebrauchs.
Das gemäß 8 beschriebene und beanspruchte erfinderische Konzept des dritten Aspekts der vorliegenden Erfindung ist gleichermaßen auf jede Form von Massenanalysator anwendbar, und die Ansprüche sind entsprechend auszulegen.
Das vorstehend beschriebene erfinderische Konzept des ersten, des zweiten und des dritten Aspekts der vorliegenden Erfindung kann zusammen in einer beliebigen Kombination verwendet werden. Zum Beispiel können der erste und der dritte Aspekt zusammen verwendet werden, können der erste und der zweite Aspekt zusammen verwendet werden, können der zweite und der dritte Aspekt zusammen verwendet werden oder können der erste, der zweite und der dritte Aspekt alle zusammen verwendet werden.
Versuchsdaten
Die nachstehend aufgeführten Daten in Tabelle 1 demonstrieren die thermische Kompensation, die durch eine Anordnung unter Verwendung des zweiten Aspekts der Erfindung erzielt wird, wobei der Massenanalysator ein mr-TOF-Analysator ist. Mit anderen Worten umfasste die Anordnung eine Anordnung ähnlich der in 5 und 6 gezeigten, die einen Verbinder 160 verwendet. In dieser Anordnung umfasst, wie vorstehend beschrieben, der Analysator einen ersten ionenoptischen Spiegel 50, der eine erste Elektrode 51 a umfasst, und einen zweiten ionenoptischen Spiegel 60, der eine zweite Elektrode 61b umfasst. Der zweite ionenoptische Spiegel 60 ist von dem ersten ionenoptischen Spiegel 50 mit einer Distanz beabstandet, die einen Abschnitt eines lonenflugwegs dazwischen definiert. Es wurde ein Verbinder 160 verwendet, der an einem ersten Verbindungspunkt 161 mit der ersten Elektrode 51a verbunden ist und an einem zweiten Verbindungspunkt 162 mit der zweiten Elektrode verbunden ist. Der erste ionenoptische Spiegel 50 umfasst eine erste Mehrzahl von Elektroden 51, und der zweite ionenoptische Spiegel 60 umfasst eine zweite Mehrzahl von Elektroden 61. Die erste Elektrode 51a ist die von der zweiten Mehrzahl von Elektroden 61 am weitesten entfernte Elektrode der ersten Mehrzahl von Elektroden 51. Die zweite Elektrode 61a ist die von der ersten Mehrzahl von Elektroden 51 am weitesten entfernte Elektrode der zweiten Mehrzahl von Elektroden 61. Die Elektroden der ersten Mehrzahl von Elektroden 51 sind durch dazwischenliegende Abstandshalter 140 getrennt, die vorstehend als Elektrodenabstandshalter 140 beschrieben sind. Die Elektroden der zweiten Mehrzahl von Elektroden 61 sind durch dazwischenliegende Abstandshalter 140 getrennt. Bei der zum Erhalten der Daten in Tabelle 1 verwendeten Anordnung belief sich der Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten verwendeten ionenoptischen Spiegel 50, 60 auf 8 mm.
Die in der folgenden Tabelle aufgeführten Werte für die Verschiebung in m/z pro Kelvin wurden anhand der Simulation von lonenflugbahnen innerhalb des Analysatorsystems mit der Software MASIM3D ermittelt. In der nachstehenden Tabelle sind die Elektroden 51, 61 als M0, M1, M2, M3, M4 gekennzeichnet. Wie in der nachstehenden Tabelle angegeben, haben die Elektroden 51, 61 der ersten und zweiten Mehrzahl von Elektroden den größten Einfluss auf die gesamte m/z-Verschiebung pro Kelvin. Die Abstandshalter 140 zwischen den Elektroden 51, 61 haben nur einen vernachlässigbaren Effekt auf die gesamte m/z-Verschiebung pro Kelvin.

Bei dieser Anordnung wird ein Verbinder 160 verwendet, der wie in den vorstehend beschriebenen 6 und 7 gezeigt konfiguriert und aus Invar mit einer Länge von 632 mm zwischen dem ersten und dem zweiten Verbindungspunkt gebildet ist. Mit anderen Worten belief sich die Länge des Verbinders 160 zwischen seiner Mitte und dem ersten Verbindungspunkt 161 auf 318 mm und die Länge des Verbinders zwischen seiner Mitte und dem zweiten Verbindungspunkt 162 auf 318 mm. Die Summe der Verschiebung des m/z-Verhältnisses pro Kelvin der Elektroden 51, 61, des Abstandshalters 140 und des Verbinders 160 beträgt 2,69 ppm/K. Dementsprechend ist bei dieser Anordnung die Kompensation, die durch den Verbinder 160 erreicht wird, der wie in 6 und 7 beschrieben konfiguriert ist, derart, dass die Gesamtverschiebung des m/z-Verhältnisses pro Kelvin auf 2,69 ppm/K reduziert wird.

Komponente	Länge/mm	Einfluss auf die m/z-Zuordnung ppm/K
Invar-Stab (1,5 ppm/K)	± 318 (gesamt 632)	2,98
Aluminiumelektrode (22 ppm/K) M4	28	2,94
Aluminiumelektrode M3	16	-1,98
Aluminiumelektrode M2	16	-1,68
Aluminiumelektrode M1	46	1,60
Aluminiumelektrode M0	37	-1,31
AIN (4,5 ppm/K) Abstandshalter M4/M3	8	0,00
AIN-Abstandshalter M3/M2	8	0,19
AIN-Abstandshalter M2/M1	30	0,12
AIN-Abstandshalter M1/M0	24	-0,16
Gesamt		2,69

Es wurde festgestellt, dass durch Verwendung eines Verbinders 160 aus Invar mit einer Länge von 678 mm zwischen dem ersten und dem zweiten Verbindungspunkt eine vollständige Kompensation erzielt werden würde, derart, dass die Gesamtverschiebung des m/z-Verhältnisses pro Kelvin auf 0 reduziert wird. (D. h. Verwendung eines Verbinders 160, bei dem sich die Länge des Verbinders 160 zwischen seiner Mitte und dem ersten Verbindungspunkt 161 auf 339 mm und die Länge des Verbinders 160 zwischen seiner Mitte und dem zweiten Verbindungspunkt 162 auf 339 mm belief).
9 zeigt die gemessene m/z-Änderung mit der Temperatur für eine Anordnung, die den ersten, den zweiten und den dritten Aspekt der Erfindung verwendet, wobei der Massenanalysator ein mr-TOF-Analysator ist. Mit anderen Worten umfasste die Anordnung eine Anordnung ähnlich der in 7 gezeigten, die aber auch die Merkmale von 8 umfasst. Mit anderen Worten umfasste die Anordnung die gemäß dem ersten Aspekt beschriebenen Träger 120 und flexiblen Wärmeleiter 150, die gemäß dem zweiten Aspekt beschriebenen Verbinder 160, 170 und das Isoliermaterial 220, die Heiz- und Kühlkanäle 210, die gemäß dem dritten Aspekt beschrieben wurden.
Der mr-TOF-Massenanalysator war etwa 1 m² groß und wies eine lonenflugweggesamtlänge von 21 m auf. Die Vakuumkammer 20 wurde mit 50 W Heizleistung über zwei 24-Stunden-Zyklen erwärmt. Das m/z des Fluoranthenions wurde über die 48 Stunden des Versuchs gemessen und seine Abweichung von seinem Anfangswert (d. h. vor dem Erwärmen) aufgetragen. Die Temperaturänderung der Vakuumkammer 20 in Kelvin wurde durch PT100-Sensoren gemessen, die an der Vakuumkammer 20 montiert waren. Die Vakuumkammer 20 erreicht eine thermische Drift von fast +2,5 K, und die daraus resultierende Verschiebung des m/z-Verhältnisses beträgt +3,4 ppm. Dies entspricht also einer Verschiebung des m/z-Verhältnisses pro Kelvin von 1,4 ppm/K. Es gibt anomale Änderungen in der Verschiebung des m/z-Verhältnisses, die über Minuten hinweg auftreten, während die Heizung aktiviert/deaktiviert wird, wenn Kupferkühlkörper in den Kühlkanälen 210 bereitgestellt sind. Es wird angenommen, dass diese anomale Änderung unter Umständen eine Belastung der Kammer 20, die auf die ionenoptischen Spiegel 50, 60 übertragen wird, oder eine Bewegung aufgrund einer schnellen Erwärmung der Elektroden 51, 61 widerspiegeln kann. Es gibt auch eine gewisse Verzögerung zwischen den m/z-Verschiebungsspitzen und den Vakuumkammertemperaturspitzen aufgrund der Zeit, die für die Wärmeübertragung an die Elektroden 51, 61 der ionenoptischen Spiegel 50, 60 über die flexiblen Wärmeleiter 150 benötigt wird.
10 zeigt die Wirksamkeit des Erwärmens und Kühlens dieser Anordnung mit einem Zyklus, der typischerweise zum Ausheizen, d. h. zum Durchführen eines Ausgasens, verwendet wird. Der Zyklus umfasst 6 Stunden Erwärmen, gefolgt von kontinuierlicher aktiver Kühlung unter Verwendung der Kühlkanäle 210, durch die als Kühlmedium Luft fließt. PT100-Sensoren wurden an der Vakuumkammer 20 und an vier der Elektroden 51 des ersten ionenoptischen Spiegels 50, die als M0 (Masse), M1, M2 und M4 bezeichnet werden, montiert. In 10 weist M4 zwischen 5 und 10 Minuten die höchste Temperatur auf, gefolgt von M2, dann M1 und dann M0. Die Vakuumkammer weist die niedrigste Temperatur auf. Die Linien für M1 und M0 überschneiden sich bei etwa 10 Minuten. Aus diesen Daten ist ersichtlich, dass dieses Isoliermaterial die Effizienz des Erwärmens der Vakuumkammer und der Elektroden 51 des Analysators darin verbessert und die Kühlkanäle die Effizienz des Kühlens der Elektroden 51 nach dem Erwärmen verbessern. Diese Daten zeigen auch, dass der flexible Wärmeleiter 150 eine effiziente thermische Kopplung der Elektroden 51 und der Vakuumkammer 20 bereitstellt. Tatsächlich überschreitet die Temperatur aller Elektroden 51 und der Vakuumkammer 20 während 14 Stunden 80 °C und kühlt innerhalb dieser Zeitspanne deutlich unter 30 °C ab. Der endgültige Basisdruck innerhalb der Vakuumkammer 20, in der der mr-TOF-Massenanalysator positioniert ist, wurde bei einem geeigneten Wert von 3×10^-9 mbar aufgezeichnet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 10593525 B2 [0003]
US 6700118 [0003]
US 6998607 B1 [0004]
US 9136101 B [0108]

Claims

Anordnung, umfassend eine Vakuumkammer und ein Flugzeitmassenspektrometer, wobei das Flugzeitmassenspektrometer in der Vakuumkammer enthalten ist, wobei das Flugzeitmassenspektrometer eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode umfasst, wobei die zweite Elektrode von der ersten Elektrode mit einer Distanz beabstandet ist, die einen Abschnitt eines lonenflugwegs dazwischen definiert; wobei die Anordnung ferner einen ersten Träger zum Tragen der ersten Elektrode umfasst, wobei der erste Träger zwischen einer Innenseite der Vakuumkammer und der ersten Elektrode angeordnet ist; wobei der erste Träger dazu konfiguriert ist, eine Relativbewegung zwischen mindestens einem Abschnitt der Innenseite der Vakuumkammer und der ersten Elektrode zuzulassen; wobei die Innenseite der Vakuumkammer und die erste Elektrode thermisch gekoppelt sind.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei die Anordnung ferner einen zweiten Träger zum Tragen der zweiten Elektrode umfasst, wobei der zweite Träger zwischen der Innenseite der Vakuumkammer und der zweiten Elektrode angeordnet ist, wobei der zweite Träger dazu konfiguriert ist, eine Relativbewegung zwischen mindestens einem Abschnitt der Innenseite der Vakuumkammer und der zweiten Elektrode zu ermöglichen.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Innenseite der Vakuumkammer und die zweite Elektrode thermisch gekoppelt sind.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vakuumkammer durch einen oder mehrere flexible Wärmeleiter thermisch mit der/den ersten und/oder zweiten Elektrode(n) gekoppelt ist.
Anordnung nach Anspruch 4, wobei jeder flexible Wärmeleiter einen oder mehrere wärmeleitende Drähte umfasst.
Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, wobei jeder flexible Wärmeleiter eine erste Halterung, die dazu konfiguriert ist, den/die flexiblen Wärmeleiter mit der jeweiligen Elektrode zu verbinden, und eine zweite Halterung umfasst, die dazu konfiguriert ist, den/die flexiblen Wärmeleiter mit der Innenseite der Vakuumkammer zu verbinden.
Anordnung nach Anspruch 6, wenn abhängig von Anspruch 5, wobei sich der eine oder die mehreren wärmeleitenden Drähte zwischen der ersten Halterung und der zweiten Halterung erstrecken, wobei die erste Halterung und die zweite Halterung wärmeleitend sind.
Anordnung nach Anspruch 6 oder 7, wobei die erste Halterung von der jeweiligen Elektrode elektrisch isoliert ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, ferner umfassend einen Abstandshalter, der dazu konfiguriert ist, die erste Halterung und die jeweilige Elektrode voneinander zu beabstanden, wobei der Abstandshalter vorzugsweise aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei eine Oberfläche der ersten Halterung in Kontakt mit der jeweiligen Elektrode elektrisch isolierend ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der erste und/oder zweite Träger wärmeleitend ist, wodurch die Innenseite der Vakuumkammer mit der jeweiligen Elektrode thermisch gekoppelt ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste und/oder zweite Träger eine Oberfläche umfasst, die dazu konfiguriert ist, die jeweilige Elektrode darauf zu tragen, wobei die Oberfläche elektrisch isolierend ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste und/oder zweite Träger eine relative Verschiebung der jeweiligen Elektrode relativ zu mindestens einem Abschnitt der Innenseite der Vakuumkammer ermöglicht.
Anordnung nach Anspruch 13, wobei der erste und/oder zweite Träger ein oder mehrere drehbare Elemente umfasst, wobei jedes drehbare Element eine gekrümmte Oberfläche aufweist, die dazu konfiguriert ist, die jeweilige Elektrode darauf zu tragen.
Anordnung nach Anspruch 14, wobei jedes drehbare Element eine Kugel ist, wobei die Kugel von einem Halter derart aufgenommen wird, dass die Kugel relativ zu dem Halter drehbar ist, und wobei der Halter mit der Innenseite der Vakuumkammer gekoppelt ist.
Anordnung nach Anspruch 14 oder 15, wobei die Innenseite der Vakuumkammer eine komplementäre Vertiefung zum Aufnehmen jedes drehbaren Elements umfasst.
Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 13, wobei der erste Träger und der zweite Träger einstückig gebildet sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der erste und/oder zweite Träger eine geschmierte Schicht umfasst, wobei die geschmierte Schicht elektrisch isolierend ist, wobei vorzugsweise der erste Träger ein erster Abschnitt der geschmierten Schicht ist und der zweite Träger ein zweiter Abschnitt der geschmierten Schicht ist, wobei stärker bevorzugt der erste Träger und der zweite Träger einstückig gebildet sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der erste und/oder zweite Träger eine Schicht mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten umfasst und aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet ist, wobei vorzugsweise der erste Träger ein erster Abschnitt der Schicht ist und der zweite Träger ein zweiter Abschnitt der Schicht ist, wobei stärker bevorzugt der erste Träger und der zweite Träger einstückig gebildet sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der erste und/oder zweite Träger einen oder mehrere Drähte umfasst, die dazu konfiguriert sind, die jeweilige Elektrode an der Innenseite der Vakuumkammer aufzuhängen.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der erste und/oder zweite Träger eine oder mehrere Federn umfasst, die sich zwischen der Innenseite der Vakuumkammer und der/den Elektrode(n) erstrecken.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Flugzeitmassenspektrometer ein Mehrfachreflexionsflugzeitmassenspektrometer ist, wobei der Mehrfachreflexionsflugzeitmassenanalysator einen ersten ionenoptischen Spiegel, der mindestens die erste Elektrode umfasst, und einen zweiten ionenoptischen Spiegel umfasst, der mindestens die zweite Elektrode umfasst, wobei der zweite ionenoptische Spiegel von dem ersten ionenoptischen Spiegel mit einer Distanz beabstandet ist, die mindestens den Abschnitt des lonenflugwegs dazwischen definiert.
Anordnung nach Anspruch 22, wobei der erste ionenoptische Spiegel eine erste Mehrzahl von Elektroden umfasst, die voneinander beabstandet sind, und/oder wobei der zweite ionenoptische Spiegel eine zweite Mehrzahl von Elektroden umfasst, die voneinander beabstandet sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, wobei das Flugzeitmassenspektrometer ein Multiturnflugzeitmassenspektrometer ist, der Multiturnflugzeitmassenanalysator einen ersten elektrostatischen Sektor, der mindestens die erste Elektrode umfasst, und einen zweiten elektrostatischen Sektor umfasst, der mindestens die zweite Elektrode umfasst, wobei der zweite elektrostatische Sektor von dem ersten elektrostatischen Sektor mit einer Distanz beabstandet ist, die mindestens den Abschnitt des lonenflugwegs dazwischen definiert.
Anordnung nach Anspruch 24, wobei der erste elektrostatische Sektor eine erste Mehrzahl von voneinander beabstandeten Elektroden umfasst und/oder der zweite elektrostatische Sektor eine zweite Mehrzahl von voneinander beabstandeten Elektroden umfasst, wobei vorzugsweise die erste Elektrode die von dem zweiten elektrostatischen Sektor am weitesten entfernte Elektrode der ersten Mehrzahl von Elektroden ist und/oder wobei die zweite Elektrode die von dem ersten elektrostatischen Sektor am weitesten entfernte Elektrode der zweiten Mehrzahl von Elektroden ist.
Anordnung nach Anspruch 23, wobei die erste Elektrode die von dem zweiten ionenoptischen Spiegel am weitesten entfernte Elektrode der ersten Mehrzahl von Elektroden ist und/oder die zweite Elektrode die von dem ersten ionenoptischen Spiegel am weitesten entfernte Elektrode der zweiten Mehrzahl von Elektroden ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Elektrode eine Verschiebung des m/z-Verhältnisses pro Kelvin aufweist, wobei die zweite Elektrode eine Verschiebung des m/z-Verhältnisses pro Kelvin aufweist, wobei die Anordnung ferner einen Verbinder umfasst, der an einem ersten Verbindungspunkt mit der ersten Elektrode verbunden ist und an einem zweiten Verbindungspunkt mit der zweiten Elektrode verbunden ist, wobei der Verbinder eine Verschiebung des m/z-Verhältnisses pro Kelvin aufweist, wobei der Verbinder eine erste Länge zwischen dem ersten und dem zweiten Verbindungspunkt bei einer Referenztemperatur definiert; wobei die erste Länge, die Positionen der ersten und zweiten Verbindungspunkte und das Material des Verbinders dazu ausgewählt sind, die Summe der Verschiebung des m/z-Verhältnisses pro Kelvin in der ersten und der zweiten Elektrode zu kompensieren.
Mehrfachreflexionsflugzeitmassenanalysator, umfassend: einen ersten ionenoptischen Spiegel, der eine erste Elektrode umfasst, wobei die erste Elektrode eine Verschiebung des m/z-Verhältnisses pro Kelvin aufweist, einen zweiten ionenoptischen Spiegel, der eine zweite Elektrode umfasst, wobei die zweite Elektrode eine Verschiebung des m/z-Verhältnisses pro Kelvin aufweist, wobei der zweite ionenoptische Spiegel von dem ersten ionenoptischen Spiegel mit einer Distanz beabstandet ist, die einen Abschnitt des lonenflugwegs dazwischen definiert; einen Verbinder, der an einem ersten Verbindungspunkt mit der ersten Elektrode verbunden ist und an einem zweiten Verbindungspunkt mit der zweiten Elektrode verbunden ist, wobei der Verbinder eine Verschiebung des m/z-Verhältnisses pro Kelvin aufweist, wobei der Verbinder eine erste Länge zwischen dem ersten und dem zweiten Verbindungspunkt bei einer Referenztemperatur definiert; wobei die erste Länge, die Positionen des ersten und des zweiten Verbindungspunktes und das Material des Verbinders dazu ausgewählt sind, die Summe der Verschiebung des m/z-Verhältnisses pro Kelvin in den Elektroden des ersten und des zweiten ionenoptischen Spiegels zu kompensieren.
Anordnung nach Anspruch 28, wobei die Kompensation derart ist, dass eine Summe der Verschiebung des m/z-Verhältnisses des Verbinders und der Elektroden des ersten und des zweiten ionenoptischen Spiegels pro Kelvin kleiner als ±10 ppm/K, vorzugsweise kleiner als ±5 ppm/K, stärker bevorzugt kleiner als ±3 ppm/K, noch stärker bevorzugt kleiner als ±2 ppm/K, am stärksten bevorzugt kleiner als ±1 ppm/K, ist.
Mehrfachreflexionsflugzeitmassenanalysator nach Anspruch 28 oder Anspruch 29, wobei der erste ionenoptische Spiegel eine erste Mehrzahl von Elektroden umfasst und/oder wobei der zweite ionenoptische Spiegel eine zweite Mehrzahl von Elektroden umfasst.
Mehrfachreflexionsflugzeitmassenanalysator nach Anspruch 30, wobei die erste Elektrode die am weitesten entfernte Elektrode der ersten Mehrzahl von Elektroden von dem zweiten ionenoptischen Spiegel ist und/oder wobei die zweite Elektrode die am weitesten entfernte Elektrode der zweiten Mehrzahl von Elektroden von dem ersten ionenoptischen Spiegel ist.
Mehrfachreflexionsflugzeitmassenanalysator nach Anspruch 30 oder 31 oder Anordnung nach Anspruch 27, wenn abhängig von einem der Ansprüche 23, 25 oder 26, wobei die erste Länge, die Positionen des ersten und des zweiten Verbindungspunktes und das Material des Verbinders dazu ausgewählt sind, die Summe der Verschiebung des m/z-Verhältnisses aller Elektroden der ersten Mehrzahl von Elektroden und der zweiten Mehrzahl von Elektroden pro Kelvin zu kompensieren.
Mehrfachreflexionsflugzeitmassenanalysator nach Anspruch 32 oder Anordnung nach Anspruch 32, wobei die Kompensation derart ist, dass eine Summe der Verschiebung des m/z-Verhältnisses pro Kelvin in dem Verbinder und allen Elektroden der ersten Mehrzahl von Elektroden und der zweiten Mehrzahl von Elektroden kleiner als ±10 ppm/K, vorzugsweise kleiner als ±5 ppm/K, stärker bevorzugt kleiner als ±3 ppm/K, noch stärker bevorzugt kleiner als ±2 ppm/K, am stärksten bevorzugt kleiner als ±1 ppm/K, ist.
Anordnung nach Anspruch 27, wobei die Kompensation derart ist, dass eine Summe der Verschiebung des m/z-Verhältnisses des Verbinders und der ersten und der zweiten Elektrode pro Kelvin kleiner als ±10 ppm/K, vorzugsweise kleiner als ±5 ppm/K ist, stärker bevorzugt kleiner als ±3 ppm/K, noch stärker bevorzugt kleiner als ±2 ppm/K, am stärksten bevorzugt kleiner als ±1 ppm/K, ist.
Mehrfachreflexionsflugzeitmassenanalysator nach einem der Ansprüche 29 bis 34 oder Anordnung nach einem der Ansprüche 27 oder 32 bis 34, wobei ein thermischer Ausdehnungskoeffizient des Verbinders kleiner als ein thermischer Ausdehnungskoeffizient der Elektrode(n) ist, wobei vorzugsweise der thermische Ausdehnungskoeffizient des Verbinders ≤ 1/2 des thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Elektrode(n) ist, wobei stärker bevorzugt der thermische Ausdehnungskoeffizient des Verbinders ≤ 1/5 des thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Elektrode(n) ist, wobei am stärksten bevorzugt der thermische Ausdehnungskoeffizient des Verbinders ≤ 1/10 des thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Elektrode(n) ist.
Mehrfachreflexionsflugzeitmassenanalysator nach einem der Ansprüche 29 bis 34 oder Anordnung nach einem der Ansprüche 27 oder 32 bis 35, wobei sich der Verbinder quer zu einer Längsrichtung der ersten Elektrode erstreckt, wobei sich der Verbinder vorzugsweise senkrecht zur Längsrichtung der ersten Elektrode erstreckt.
Mehrfachreflexionsflugzeitmassenanalysator nach einem der Ansprüche 29 bis 36 oder Anordnung nach einem der Ansprüche 27 oder 32 bis 36, wobei der Verbinder ein erster Verbinder ist, wobei der Analysator ferner einen zweiten Verbinder umfasst, der an einem dritten Verbindungspunkt mit der ersten Elektrode verbunden ist und an einem vierten Verbindungspunkt mit der zweiten Elektrode verbunden ist, wobei der zweite Verbinder eine zweite Länge zwischen dem dritten und dem vierten Verbindungspunkt bei der Referenztemperatur definiert, wobei der zweite Verbinder von dem ersten Verbinder beabstandet ist, wobei vorzugsweise der zweite Verbinder parallel zu dem ersten Verbinder ist.
Mehrfachreflexionsflugzeitmassenanalysator nach Anspruch 37 oder Anordnung nach Anspruch 37, wobei der zweite Verbinder von dem ersten Verbinder in einer Längsrichtung der ersten Elektrode beabstandet ist.
Mehrfachreflexionsflugzeitmassenanalysator nach einem der Ansprüche 37 bis 38 oder Anordnung nach einem der Ansprüche 37 bis 38, wobei die Längsrichtung der zweiten Elektrode einen Winkel zwischen 0 und 5 Grad zur Längsrichtung der ersten Elektrode aufweist, wobei die zweite Länge, die Positionen des dritten Verbindungspunktes und des vierten Verbindungspunktes und ein Material des zweiten Verbinders derart ausgewählt sind, dass der Winkel zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode nach thermischer Ausdehnung der Elektroden und Verbinder innerhalb von ±0,01°, vorzugsweise ±0,001°, aufrecht erhalten wird.
Mehrfachreflexionsflugzeitmassenanalysator nach einem der Ansprüche 37 bis 39 oder Anordnung nach einem der Ansprüche 37 bis 39, wobei der zweite Verbinder an einer Innenseite der Vakuumkammer angebracht ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 27 oder 32 bis 40, wobei die Anordnung ferner umfasst: einen oder mehrere Kühlkanäle, wobei die Kühlkanäle dazu angeordnet sind, Oberflächen innerhalb der Vakuumkammer zu kühlen, indem sie ein Kühlmedium durch den einen oder die mehreren Kanäle transportieren; eine Heizung, die dazu angeordnet ist, die Oberflächen innerhalb der Vakuumkammer zu erwärmen; und ein Isoliermaterial, das eine Außenseite der Vakuumkammer umgibt.
Vorrichtung zum Ausgasen, um Verunreinigungen von Oberflächen innerhalb einer Vakuumkammer durch Erwärmen und anschließendes Kühlen der Oberflächen zu entfernen, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst: die Vakuumkammer zum Unterbringen eines Massenanalysators; eine Heizung, die dazu angeordnet ist, die Oberflächen innerhalb der Vakuumkammer zu erwärmen; einen oder mehrere Kühlkanäle, wobei die Kühlkanäle dazu angeordnet sind, die Oberflächen innerhalb der Vakuumkammer zu kühlen, indem sie ein Kühlmedium durch den einen oder die mehreren Kanäle transportieren; und ein Isoliermaterial, das eine Außenseite der Vakuumkammer umgibt.
Vorrichtung nach Anspruch 42, wobei der Massenanalysator der Mehrfachreflexionsflugzeitmassenanalysator nach einem der Ansprüche 28 bis 40 ist.
Anordnung nach Anspruch 41 oder Vorrichtung nach Anspruch 42 oder Anspruch 43, wobei sich der eine oder die mehreren Kühlkanäle um die Vakuumkammer herum und/oder durch sie hindurch erstrecken.
Anordnung nach Anspruch 41 oder 44 oder Vorrichtung nach einem der Ansprüche 42, 43 oder 44, wobei sich die Heizung zwischen dem Isoliermaterial und der Außenseite der Vakuumkammer befindet.
Anordnung nach Anspruch 41, 44 oder 45 oder Vorrichtung nach einem der Ansprüche 42 bis 45, wobei der eine oder die mehreren Kühlkanäle von dem Isoliermaterial umgeben sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 41 oder 44 bis 46 oder Vorrichtung nach einem der Ansprüche 42 bis 46, wobei sich der eine oder die mehreren Kühlkanäle mindestens teilweise durch die Vakuumkammer und/oder mindestens teilweise um die Außenseite der Vakuumkammer herum erstrecken.
Anordnung nach einem der Ansprüche 41 oder 44 bis 47 oder Vorrichtung nach einem der Ansprüche 42 bis 47, wobei sich jeder der Kühlkanäle zwischen einem Einlass und einem Auslass erstreckt, wobei vorzugsweise der Einlass und der Auslass als Vertiefungen gebildete Blenden und/oder Blenden in einer oder mehreren Wänden der Vakuumkammer sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 41 oder 44 bis 47 oder Vorrichtung nach einem der Ansprüche 42 bis 47, wobei jeder Kühlkanal als Vertiefung innerhalb einer Wand der Vakuumkammer ausgebildet ist, wobei vorzugsweise jeder Kühlkanal als Vertiefung in einer Außenwand der Vakuumkammer ausgebildet ist, wobei stärker bevorzugt die in der Außenwand der Vakuumkammer gebildete Vertiefung durch das Isoliermaterial bedeckt ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 41 oder 44 bis 47 oder Vorrichtung nach einem der Ansprüche 42 bis 47, wobei jeder Kühlkanal als Vertiefung innerhalb einer Innenseite des Isoliermaterials ausgebildet ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 41 oder 44 bis 48 oder Vorrichtung nach einem der Ansprüche 42 bis 48, wobei vorzugsweise jeder Kühlkanal durch ein Rohr gebildet ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 41 oder 44 bis 51 oder Vorrichtung nach einem der Ansprüche 42 bis 51, wobei mindestens einer der Kühlkanäle einen oder mehrere Kühlkörper umfasst, die dazu konfiguriert sind, ein durch den Kühlkanal fließendes Kühlmedium aufzunehmen.
Anordnung nach einem der Ansprüche 41 oder 44 bis 52 oder Vorrichtung nach einem der Ansprüche 42 bis 52, wobei mindestens einer der Kühlkanäle ferner einen oder mehrere Lüfter umfasst, die dazu konfiguriert sind, das Kühlmedium durch den Kühlkanal zu treiben.
Anordnung nach einem der Ansprüche 41 oder 44 bis 53 oder Vorrichtung nach einem der Ansprüche 42 bis 53, ferner umfassend eine Steuerung, die dazu konfiguriert ist, die Aktivierung und Absteuerung der Heizung und/oder des einen oder der mehreren Lüfter zu steuern, wobei die Steuerung vorzugsweise dazu konfiguriert ist, den einen oder die mehreren Lüfter nach Absteuerung der Heizung zu aktivieren.