DE102023105365A1

DE102023105365A1 - Hochauflösender Multireflexions-Flugzeitmassenanalysator

Info

Publication number: DE102023105365A1
Application number: DE102023105365.5A
Authority: DE
Inventors: Hamish Stewart; Dmitry GRINFELD; Bernd Hagedorn; Robert Ostermann
Original assignee: Thermo Fisher Scientific Bremen GmbH
Current assignee: Thermo Fisher Scientific Bremen GmbH
Priority date: 2022-03-08
Filing date: 2023-03-03
Publication date: 2023-09-14
Also published as: GB202403610D0; JP2023131159A; US20230290629A1; JP7498326B2; GB2625228A

Abstract

Ein Multireflexions-Flugzeitmassenanalysator umfasst zwei Ionenspiegel, die voneinander beabstandet sind und sich in einer ersten Richtung X gegenüberliegen, wobei jeder Spiegel im Allgemeinen entlang einer Driftrichtung Y zwischen einem ersten Ende und einem zweiten Ende verlängert ist, wobei die Driftrichtung Y orthogonal zu der ersten Richtung X ist. Der Analysator umfasst auch einen Ioneninjektor zum Injizieren von Ionen in einen Raum zwischen den Ionenspiegeln, einen Detektor zum Erfassen von Ionen, nachdem sie eine Vielzahl von Reflexionen zwischen den Ionenspiegeln abgeschlossen haben, und einen Deflektor, der sich in der Nähe des ersten Endes der Ionenspiegel befindet. Ein Verfahren zum Betreiben eines Analysators umfasst (i) Injizieren von Ionen aus dem Ioneninjektor in den Raum zwischen den Ionenspiegeln, sodass die Ionen einen ersten Zyklus abschließen, in dem die Ionen einem Zickzack-Ionenpfad folgen, der K Reflexionen zwischen den Ionenspiegeln in der Richtung X aufweist, während: (a) sie entlang der Driftrichtung Y von dem Deflektor in Richtung des zweiten Endes der Ionenspiegel driften, (b) die Driftrichtungsgeschwindigkeit in der Nähe des zweiten Endes der Ionenspiegel umkehren und (c) entlang der Driftrichtung Y zum Deflektor zurückdriften. Das Verfahren umfasst (ii) das Verwenden des Deflektors, um die Driftrichtungsgeschwindigkeit der Ionen derart umzukehren, dass die Ionen veranlasst werden, einen weiteren Zyklus abzuschließen, in dem die Ionen einem Zickzack-Ionenpfad folgen, der K Reflexionen zwischen den Ionenspiegeln in der Richtung X aufweist, während: (a) sie entlang der Driftrichtung Y von dem Deflektor in Richtung des zweiten Endes der Ionenspiegel driften, (b) die Driftrichtungsgeschwindigkeit in der Nähe des zweiten Endes der Ionenspiegel umkehren und (c) entlang der Driftrichtung Y zum Deflektor zurückdriften. Das Verfahren kann (iii) das Wiederholen des Schritts (ii) ein oder mehrere Male umfassen und dann (iv) bewirken, dass sich die Ionen zum Erfassen von dem Deflektor zu dem Detektor bewegen.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Flugzeitmassenspektrometrie (ToF-MS) und Flugzeitanalysatoren (ToF-Analysatoren) und insbesondere auf Multireflexions-Flugzeit (MR-ToF) -Analysatoren.
STAND DER TECHNIK
Ein Multireflexions-Flugzeit (MR-ToF)-Analysator schließt üblicherweise zwei längliche Ionenspiegel ein, die jeweils entlang einer Driftrichtung Y angeordnet sind, wobei die Ionenspiegel in einer orthogonalen X-Richtung beabstandet sind. Wenn sich Ionen entlang des Analysators in der Driftrichtung Y bewegen, machen sie mehrere Reflexionen in der X-Richtung zwischen zwei Ionenspiegeln aus. Die Ionen werden schließlich von einem Detektor erfasst und ihr Masse-zu-Ladung-Verhältnis (m/z) wird aus ihrer Driftzeit durch den Analysator bestimmt.
Es kann wünschenswert sein, die Auflösung des Analysators zu erhöhen, sowohl um die Trennung von Analyt-Ionen zu erhöhen als auch um ihre genaue Massenzuweisung zu verbessern. Im Allgemeinen wird eine Auflösung des Analysators durch die Länge des Ionenflugwegs durch den Analysator und die Ankunftszeit von Ionen am Detektor begrenzt.
Der Artikel A. Verenchikov, et al., Journal of Applied Solution Chemistry and Modeling, 2017, 6, 1-22, beschreibt einen „Zoom-Modus“ für einen MR-ToF-Analysator, der einen Satz von periodischen Linsen verwendet, um den Ionenstrahl zu fokussieren, wodurch Ionen in der Driftrichtung Y veranlasst werden, mehrere Zyklen innerhalb des Analysators vorzunehmen. Das Erhöhen der Anzahl von Zyklen N erhöht die Länge des Ionenflugwegs, den Ionen innerhalb des Analysators einschlagen, wodurch die Auflösung des Analysators erhöht wird.
Es wird angenommen, dass ein Spielraum für Verbesserungen an Multireflexions-Flugzeit (MR-ToF) -Analysatoren bestehen bleibt.
KURZDARSTELLUNG
Ein erster Gesichtspunkt stellt ein Verfahren zum Betreiben eines Multireflexions-Flugzeit- (MR-ToF) Massenanalysators bereit, das Folgendes umfasst:

zwei Ionenspiegel, die voneinander beabstandet sind und sich in einer ersten Richtung X gegenüberstehen, wobei jeder Spiegel im Allgemeinen entlang einer Driftrichtung Y zwischen einem ersten Ende und einem zweiten Ende verlängert ist, wobei die Driftrichtung Y orthogonal zu der ersten Richtung X ist;
einen Ioneninjektor zum Injizieren von Ionen in einen Raum zwischen den Ionenspiegeln, wobei sich der Ioneninjektor in der Nähe des ersten Endes der Ionenspiegel befindet;
einen Detektor zum Erfassen von Ionen, nachdem sie eine Vielzahl von Reflexionen zwischen den Ionenspiegeln abgeschlossen haben, wobei sich der Detektor in der Nähe des ersten Endes der Ionenspiegel befindet; und
einen Deflektor, der sich in der Nähe des ersten Endes der Ionenspiegel befindet;
wobei das Verfahren Folgendes umfasst:
1. (i) Injizieren von Ionen aus dem Ioneninjektor in den Raum zwischen den Ionenspiegeln, wobei die Ionen einen ersten Zyklus abschließen, in dem die Ionen einem Zickzack-Ionenpfad folgen, der mehrere (K) Reflexionen zwischen den Ionenspiegeln in der X-Richtung aufweist, während: (a) sie entlang der Driftrichtung Y von dem Deflektor in Richtung des zweiten Endes der Ionenspiegel driften, (b) die Driftrichtungsgeschwindigkeit in der Nähe des zweiten Endes der Ionenspiegel umkehren und (c) entlang der Driftrichtung Y zum Deflektor zurückdriften;
2. (ii) sie den Deflektor verwenden, um die Driftrichtungsgeschwindigkeit der Ionen derart umzukehren, dass die Ionen veranlasst werden, einen weiteren Zyklus abzuschließen, in dem die Ionen einem Zickzack-Ionenpfad folgen, der mehrere (K) Reflexionen zwischen den Ionenspiegeln in der X-Richtung aufweist, (a) sie entlang der Driftrichtung Y von dem Deflektor in Richtung des zweiten Endes der Ionenspiegel driften, (b) die Driftrichtungsgeschwindigkeit in der Nähe des zweiten Endes der Ionenspiegel umkehren und (c) entlang der Driftrichtung Y zum Deflektor zurückdriften;
3. (iii) sie Schritt (ii) optional ein- oder mehrmals wiederholen; und dann
4. (iv) veranlassen, dass sich die Ionen von dem Deflektor zu dem Detektor zum Erfassen bewegen.

Das Verfahren kann einschließen, dass die Ionen veranlasst werden, sich nur dann von dem Deflektor zum Detektor zu bewegen, nachdem die Ionen insgesamt eine ungerade Anzahl von Zyklen abgeschlossen haben.
Ausführungsformen stellen ein Verfahren zum Betreiben eines Multireflexions-Flugzeit-(MR-ToF) Massenanalysators bereit. Der Analysator umfasst zwei längliche Ionenspiegel, die in einer ersten Richtung X voneinander beabstandet und einander zugewandt sind, wobei jeder Spiegel entlang einer Driftrichtung Y zwischen einem ersten Ende und einem zweiten Ende der Ionenspiegel verlängert ist und wobei die Driftrichtung Y orthogonal zu der ersten Richtung X verläuft. Der Massenanalysator umfasst auch einen Ioneninjektor, einen Detektor und einen Deflektor, der sich in der Nähe des ersten Endes der Ionenspiegel befindet.
Besondere Ausführungsformen beziehen sich auf MR-ToF-Massenanalysatoren, bei denen der Ionenstrahl relativ weit (in der Driftrichtung Y) für den größten Teil seiner Flugbahn gestreut werden kann, wie MR-ToFs des Typs mit Neigungsspiegel, und MR-ToFs des Typs mit einer einzigen Fokussierlinse (wie nachstehend ausführlicher beschrieben). Im Vergleich zu MR-ToFs, die einen Satz von periodischen Linsen einschließen, die so konfiguriert sind, dass der Ionenstrahl entlang seiner Flugbahn fokussiert bleibt, weisen diese Analysatoren den Vorteil von signifikant reduzierten Raumladungseffekten innerhalb des Analysators auf.
Der Analysator kann in einem „normalen“ Betriebsmodus betrieben werden, wodurch Ionen von dem Ioneninjektor in den Raum zwischen den Ionenspiegeln des Analysators injiziert werden. Die Ionen können in einem der Ionenspiegel reflektiert werden und können sich dann zu dem Deflektor bewegen. Die Ionen können dann einen Zickzack-Ionenpfad mit mehreren (K) Reflexionen zwischen den Ionenspiegeln in der Richtung X annehmen, während: (a) sie entlang der Driftrichtung Y von dem Deflektor in Richtung des zweiten Endes der Ionenspiegel driften, (b) die Driftrichtungsgeschwindigkeit in der Nähe des zweiten Endes der Ionenspiegel umkehren und (c) entlang der Driftrichtung Y zum Deflektor zurückdriften. Die Ionen können dann veranlasst werden, sich zur Erfassung von dem Deflektor zum Detektor zu bewegen.
Ausführungsformen stellen ein Verfahren zum Betreiben des Analysators in einem zusätzlichen Betriebsmodus bereit, der hierin als „Zoom-Modus“ bezeichnet wird. In dem Verfahren werden Ionen veranlasst, mehrere (N) Zyklen innerhalb des Analysators abzuschließen, wobei in jedem Zyklus die Ionen in der Driftrichtung Y von dem Deflektor in Richtung des gegenüberliegenden (zweiten) Endes der Ionenspiegel und dann zurück zu dem Deflektor driften. In jedem Zyklus schließen die Ionen auch mehrfache (K)-Reflexionen zwischen den Ionenspiegeln in X-Richtung ab. Somit nehmen die Ionen in jedem Zyklus einen Zickzack-Ionenpfad durch den Raum zwischen den Ionenspiegeln an.
Bei dem Verfahren wird der Anfangszyklus eingeleitet, indem die Ionen in den Raum zwischen den Ionenspiegeln injiziert werden. Die Ionen können in einem der Ionenspiegel reflektiert werden und können sich dann zu dem Deflektor bewegen. Die Ionen nehmen dann einen Zickzack-Ionenpfad mit mehreren (K) Reflexionen zwischen den Ionenspiegeln in der Richtung X an, während: (a) sie entlang der Driftrichtung Y von dem Deflektor in Richtung des zweiten Endes der Ionenspiegel driften, (b) die Driftrichtungsgeschwindigkeit in der Nähe des zweiten Endes der Ionenspiegel umkehren und (c) entlang der Driftrichtung Y zum Deflektor zurückdriften.
Nachdem die Ionen diesen Anfangszyklus abgeschlossen haben, wird jeder weitere Zyklus durch Verwenden des Deflektors eingeleitet, um die Driftrichtungsgeschwindigkeit der Ionen (in der Nähe des ersten Endes der Ionenspiegel) umzukehren. Dazu kann eine geeignete Spannung an den Deflektor angelegt werden, die bewirkt, dass Ionen den Deflektor mit einer Driftrichtungsgeschwindigkeit verlassen, die der Driftrichtungsgeschwindigkeit entgegengesetzt ist, mit der die Ionen ursprünglich in den Deflektor eingetreten sind.
Nachdem die Ionen die gewünschte (mehrfache) Anzahl (N) von Zyklen innerhalb des Analysators abgeschlossen haben, können sich die Ionen zum Erfassen von dem Deflektor zu dem Detektor bewegen. Dazu kann die Spannung von dem Deflektor entfernt werden (oder es kann eine geeignete Spannung an den Deflektor angelegt werden), sodass die Ionen veranlasst werden, den Deflektor in einer Richtung zu dem Detektor zu verlassen.
Die Ionen können in einem (dem anderen) der Ionenspiegel reflektiert werden, bevor sie sich zum Detektor bewegen (und von ihm erfasst werden).
Dieser „Zoom“-Betriebsmodus bewirkt vorteilhafterweise, dass sich die Länge des Ionenpfads, der durch Ionen innerhalb des Analysators (zwischen dem Injektor und dem Detektor) eingeschlagen wird, erhöht, wodurch die Auflösung des Analysators erhöht wird.
Wie vorstehend erwähnt, ist die Auflösung des Analysators jedoch nicht nur durch die Länge der Ionenflugbahn durch den Analysator begrenzt, sondern auch durch die Ankunftszeit von Ionen am Detektor. In dieser Hinsicht haben die Erfinder nun erkannt, dass jede Reflexion am Deflektor eine Flugzeitstörung erzeugen kann, die sich als eine Neigung der Ionen-Fokusebene äußert. Dies wiederum kann das Auflösungsvermögen des Analysators stark einschränken. Dieses Problem trat nicht bei MR-ToF-Analysatoren auf, die einen Satz von periodischen Linsen einschließen, da bei diesen Analysatoren der Ionenstrahl entlang seiner Flugbahn fokussiert bleibt.
In dieser Hinsicht haben die Erfinder weiterhin erkannt, dass, wenn der Analysator driftfokussiert ist (wie es der Fall sein sollte, um den „normalen“ Betriebsmodus zu erleichtern), eine zweite Driftreflexion einen Flugzeitfehler erzeugt, der den ersten aufhebt, und allgemeiner, dass der Flugzeitfehler für eine gerade Anzahl von Reflexionen aufgehoben wird.
Somit werden gemäß einigen Ausführungsformen in dem Zoom-Modus Ionen nur nach Abschluss einer ungeraden Anzahl von Zyklen (und nicht einer geraden Anzahl von Zyklen) an den Detektor gesendet, d. h. nur nachdem ihre Driftrichtungsgeschwindigkeit durch den Deflektor insgesamt eine gerade Anzahl von Malen (und nicht eine ungerade Anzahl von Malen) erreicht wurde.
In weiteren Ausführungsformen wird, anstatt die Flugzeitstörung durch Verwenden des Deflektors aufzuheben, um die Driftrichtungsgeschwindigkeit von Ionen eine gerade Anzahl von Malen umzukehren, stattdessen die durch jede Umkehrung der Driftrichtungsgeschwindigkeit verursachte Flugzeitstörung an der Quelle entfernt, indem eine Spannung an den Deflektor angelegt wird, die bewirkt, dass die Driftrichtungsgeschwindigkeit der Ionen auf ungefähr Null reduziert wird. Dies bewirkt, dass die Ionen den Deflektor in der ersten X-Richtung verlassen, woraufhin die Ionen von einem Ionenspiegel zurück zum Deflektor reflektiert werden. Wenn die Ionen am Deflektor zurückkommen, wirkt die (gleiche) Spannung am Deflektor, um die Driftrichtungsgeschwindigkeit der Ionen von Null auf eine Driftrichtungsgeschwindigkeit zu ändern, die der Driftrichtungsgeschwindigkeit entgegengesetzt ist, mit der die Ionen ursprünglich in den Deflektor eingetreten sind. Auf diese Weise wird die Driftrichtungsgeschwindigkeit der Ionen durch den Deflektor in einem „zweistufigen Modus“ ohne Einleiten einer Flugzeitstörung umgekehrt.
In einigen dieser Ausführungsformen kehren die Ionen jedoch nach jedem Zyklus von der gegenüberliegenden Seite (in der X-Richtung) in den Deflektor zurück. Dies bedeutet, dass Ionen nicht zum Detektor extrahiert werden können, nachdem ihre Driftrichtungsgeschwindigkeit durch den Deflektor nur einmal (oder allgemeiner eine ungerade Anzahl von Malen) umgekehrt wurde, was dem Injektor nicht half. Somit werden wiederum gemäß einigen Ausführungsformen in dem Zoom-Modus Ionen nur nach Abschluss einer ungeraden Anzahl von Zyklen (und nicht einer geraden Anzahl von Zyklen) an den Detektor gesendet, d. h. nur nachdem ihre Driftrichtungsgeschwindigkeit durch den Deflektor insgesamt eine gerade Anzahl von Malen (und nicht eine ungerade Anzahl von Malen) erreicht wurde.
In noch weiteren Ausführungsformen umfasst der Analysator einen ersten und einen zweiten Deflektor, der an beiden Enden der Ionenspiegel angeordnet ist, und beide Deflektoren werden unter Verwendung dieses Umkehrmodus des „zweistufigen“ Drifts betrieben. Dies ermöglicht es Ionen, von der richtigen Seite (in der X-Richtung) zu dem ersten Deflektor zurückzukehren, um zu dem Detektor nach einer beliebigen (ungeraden oder geraden) Anzahl von Zyklen extrahiert zu werden.
Es versteht sich, dass Ausführungsformen ein Verfahren zum Betreiben eines MR-ToF-Analysators (z. B. eines Typs, in dem der Ionenstrahl relativ breit gestreut wird) in einem Zoom-Modus bereitstellen, in dem Flugzeitstörungen, die durch Reflexionen am Deflektor induziert werden, gelöscht oder entfernt werden, sodass sie keinen signifikanten Anstieg der Ankunftszeit von Ionen am Detektor verursachen. Dies erleichtert dementsprechend den hochauflösenden Betrieb des Analysators im Zoom-Modus. Darüber hinaus erfolgt dies in einer Weise, die es dem Analysator ermöglicht, driftfokussiert zu bleiben, was wiederum bedeutet, dass der Analysator einfach und nahtlos zwischen seinem normalen Betriebsmodus und dem Zoom-Modus geschaltet werden kann, z. B. durch geeignete Steuerung der an den Deflektor angelegten Spannung.
Es versteht sich, dass Ausführungsformen einen verbesserten Multireflexions-Flugzeit (MR-ToF) -Analysator bereitstellen.
Alternativ kann der Analysator ein Multireflexions-Flugzeitmassenanalysator des Typs mit Neigungsspiegel sein, z. B. der in US-Patent Nr. 9,136,101 beschriebenen Art, dessen Inhalt hierin durch Bezugnahme aufgenommen wird. Somit können die Ionenspiegel entlang mindestens eines Abschnitts ihrer Längen in Driftrichtung Y einen nicht konstanten Abstand zueinander in X-Richtung aufweisen. Der Driftrichtungsgeschwindigkeit von Ionen in Richtung des zweiten Endes der Ionenspiegel kann ein elektrisches Feld entgegengesetzt sein, das aus dem nicht konstanten Abstand der beiden Spiegel voneinander resultiert. Dieses elektrische Feld kann veranlassen, dass die Ionen ihre Driftrichtungsgeschwindigkeit in der Nähe des zweiten Endes der Ionenspiegel umkehren und entlang der Driftrichtung in Richtung des Deflektors zurückdriften.
Alternativ kann der Analysator ein einzelner Mehrfachreflexions-FlugzeitMassenanalysator des fokussierenden Linsentyps sein, z. B. der in UK-Patent Nr. 2,580,089 beschriebenen Art, dessen Inhalt hierin durch Bezugnahme aufgenommen wird. Somit kann der Deflektor ein erster Deflektor sein, und der Analysator kann einen zweiten Deflektor umfassen, der sich in der Nähe des zweiten Endes der Ionenspiegel befindet. Der zweite Deflektor kann konfiguriert sein, um zu veranlassen, dass die Ionen ihre Driftrichtungsgeschwindigkeit in der Nähe des zweiten Endes der Ionenspiegel umkehren und entlang der Driftrichtung in Richtung des Deflektors zurückdriften. Dazu kann eine geeignete Spannung an den zweiten Deflektor angelegt werden, z. B. auf die im UK-Patent Nr. 2,580,089 beschriebene Weise.
Der Deflektor kann ungefähr äquidistant (in der X-Richtung) zwischen dem ersten und dem zweiten Ionenspiegel angeordnet sein. Der Deflektor kann entlang des Ionenpfads nach der ersten Ionenspiegelreflexion (in dem ersten Ionenspiegel) angeordnet sein, die der Ionenstrahl nach dem Injizieren von dem Injektor, aber vor seiner zweiten Ionenspiegelreflexion (in dem zweiten Ionenspiegel), erfährt. Dementsprechend kann der Deflektor entlang des Ionenpfads vor der endgültigen Ionenspiegelreflexion (in dem zweiten Ionenspiegel) angeordnet sein, die der Ionenstrahl vor dem Erreichen des Detektors, aber nach seiner vorletzten Ionenspiegelreflexion (in dem ersten Ionenspiegel) erfährt.
Der Deflektor kann eine oder mehrere trapezförmige oder prismenartige Elektroden umfassen, die angrenzend an den Ionenstrahl angeordnet sind. Dieses Deflektordesign weist eine entsprechend breite Akzeptanz auf, so dass ein Ionenstrahl, der relativ weit in der Driftrichtung verteilt ist, durch den Deflektor ordnungsgemäß aufgenommen und abgelenkt werden kann. Der Deflektor kann eine erste trapezförmige oder prismenartige Elektrode, die über dem Ionenstrahl angeordnet ist, und eine zweite trapezförmige oder prismenartige Elektrode umfassen, die unterhalb des Ionenstrahls angeordnet ist. Die Elektrode(n) kann/können in Bezug auf den Ionenstrahl abgewinkelt sein, so dass, wenn (eine) geeignete (DC)- Spannung(en) an die Elektrode(n) angelegt wird (werden), das daraus resultierende elektrische Feld eine Ablenkung in dem Ionenstrahl induziert. Geeignete Ablenkspannungen liegen in der Größenordnung von ± einigen Volt, ± einigen zehn Volt oder ± einigen hundert Volt vor.
Der Deflektor sollte so konfiguriert sein (und ist so in Ausführungsformen), dass er veranlassen kann, dass der Ionenstrahl um einen gewünschten (ausgewählten) Winkel abgelenkt wird. Der Winkel, um den der Ionenstrahl durch den Deflektor abgelenkt wird, kann einstellbar sein, z. B. durch Anpassen der Größe einer oder mehrerer (DC-) Spannung(en), die an den Deflektor angelegt werden. Der Deflektor kann so konfiguriert sein, dass er den Ionenstrahl um einen beliebigen Winkel ablenken kann.
Das Verfahren umfasst das Injizieren von Ionen aus dem Ioneninjektor in den Raum zwischen den Ionenspiegeln. Die Ionen können dann in dem ersten Ionenspiegel reflektiert werden und können sich dann zu dem Deflektor bewegen. Sobald die Ionen den Deflektor erreichen, kann der Deflektor so konfiguriert sein, dass er den Ionenstrahl nicht ablenkt (oder so, dass der Ionenstrahl um einen geeignet kleinen Winkel abgelenkt wird), z.B. so, dass die Driftrichtungsgeschwindigkeit der Ionen im Wesentlichen nicht geändert wird, sodass die Ionen über den Deflektor hinausgehen und in dem zweiten Ionenspiegel reflektiert werden. Dies kann zum Beispiel das Anlegen an den oder Entfernen einer Spannung von dem Deflektor (oder Anlegen einer geeignet kleinen Spannung an den Deflektor) umfassen. Die Ionen werden dann veranlasst, einen ersten Zyklus abzuschließen, in dem die Ionen einem Zickzack-Ionenpfad folgen, der mehrere (K)-Reflexionen zwischen den Ionenspiegeln in der X-Richtung aufweist, während: (a) sie entlang der Driftrichtung Y von dem Deflektor in Richtung des zweiten Endes der Ionenspiegel driften, (b) die Driftrichtungsgeschwindigkeit in der Nähe des zweiten Endes der Ionenspiegel umkehren und (c) entlang der Driftrichtung Y zum Deflektor zurückdriften.
Nachdem die Ionen diesen ersten Zyklus abgeschlossen haben, wird der Deflektor verwendet, um die Driftrichtungsgeschwindigkeit der Ionen so umzukehren, dass die Ionen veranlasst werden, einen weiteren Zyklus abzuschließen, bei dem die Ionen einem Zickzack-Ionenpfad folgen, der mehrere (K) Reflexionen zwischen den Ionenspiegeln in der X-Richtung aufweist, während: (a) sie entlang der Driftrichtung Y von dem Deflektor in Richtung des zweiten Endes der Ionenspiegel driften, (b) die Driftrichtungsgeschwindigkeit in der Nähe des zweiten Endes der Ionenspiegel umkehren und (c) entlang der Driftrichtung Y zum Deflektor zurückdriften. Dazu kann der Deflektor so konfiguriert sein, dass der Ionenstrahl abgelenkt wird, z. B. derart, dass die Driftrichtungsgeschwindigkeit der Ionen umgekehrt wird. Dies kann das Anlegen einer oder mehrerer geeigneter Spannungen an den Deflektor umfassen, z. B. während eines Zeitraums, in dem erwartet wird, dass die Ionen zu dem Deflektor zurückkehren. Geeignete Ablenkspannungen zum Umkehren der Driftrichtung der Ionen liegen in der Größenordnung von einigen hundert Volt.
Unter Verwendung des Deflektors kann die Driftrichtungsgeschwindigkeit der Ionen das Anlegen von Spannung(en) an den Deflektor umfassen, die bewirkt (bewirken), dass Ionen den Deflektor mit einer Driftrichtungsgeschwindigkeit verlassen, die der Driftrichtungsgeschwindigkeit entgegengesetzt ist, mit der die Ionen in den Deflektor eingetreten sind, z. B. indem die Umkehrung der Ionendriftrichtungsgeschwindigkeit durch den Deflektor erreicht wird, der die Ionen nur einmal ablenkt. Wie hierin verwendet, kann dies als eine „einstufige“ Ablenkung bezeichnet werden.
Alternativ kann unter Verwendung des Deflektors die Driftrichtungsgeschwindigkeit der Ionen das Anlegen von Spannung(en) an den Deflektor umfassen, die bewirkt (bewirken), dass die Driftrichtungsgeschwindigkeit der Ionen auf ungefähr Null reduziert wird, sodass Ionen den Deflektor in der ersten X-Richtung verlassen und von einem Ionenspiegel zurück in den Deflektor reflektiert werden, woraufhin der Deflektor so handelt, dass die Driftrichtungsgeschwindigkeit der Ionen von Null auf eine Driftrichtungsgeschwindigkeit entgegengesetzt zu der Driftrichtungsgeschwindigkeit geändert wird, mit der die Ionen ursprünglich in den Deflektor eingetreten sind. Somit kann die Umkehrung der Ionendriftrichtungsgeschwindigkeit durch zweimaliges Ablenken der Ionen erreicht werden. Wie hierin verwendet, kann dies als „zweistufige“ Ablenkung bezeichnet werden.
In diesem Verfahren wird der Schritt des Verwendens des Deflektors zur Umkehrung der Driftrichtungsgeschwindigkeit der Ionen ein- oder mehrmals wiederholt. Somit bewirkt das Verfahren, dass die Ionen mehrere (N) Zyklen innerhalb des Analysators abschließen, wobei in jedem Zyklus die Ionen einem Zickzack-Ionenpfad folgen, der mehrere K Reflexionen zwischen den Ionenspiegeln in der X-Richtung aufweist, während: (a) sie entlang der Driftrichtung Y von dem Deflektor in Richtung des zweiten Endes der Ionenspiegel driften, (b) die Driftrichtungsgeschwindigkeit in der Nähe des zweiten Endes der Ionenspiegel umkehren und (c) entlang der Driftrichtung Y zum Deflektor zurückdriften. Der erste Zyklus wird eingeleitet, indem die Ionen in den Raum zwischen den Ionenspiegeln injiziert werden, und nachdem die Ionen den ersten Zyklus abgeschlossen haben, wird jeder weitere Zyklus durch Verwenden des Deflektors eingeleitet, um die Driftrichtungsgeschwindigkeit der Ionen umzukehren.
Das Verfahren bewirkt, dass die Ionen veranlasst werden, sich zur Erfassung von dem Deflektor zu dem Detektor zu bewegen. Das heißt, nachdem die Ionen die gewünschte (mehrfache) Anzahl (N) von Zyklen innerhalb des Analysators abgeschlossen haben, können die Ionen von dem Deflektor zum Erfassen zu dem Detektor bewegen. Dazu kann der Deflektor so konfiguriert sein, dass er den Ionenstrahl nicht ablenkt (oder so, dass der Ionenstrahl um einen geeignet kleinen Winkel abgelenkt wird), z. B. so, dass die Driftrichtungsgeschwindigkeit der Ionen nicht im Wesentlichen geändert wird, sodass die Ionen über den Deflektor hinausgehen, in dem zweiten Ionenspiegel reflektiert werden und sich zu dem Detektor weiterbewegen. Dies kann zum Beispiel kein Anlegen oder Entfernen einer oder mehrerer Spannungen von dem Deflektor (oder Anlegen einer geeignet kleinen Spannung an den Deflektor) umfassen, sodass die Ionen veranlasst werden, den Deflektor in einer Richtung zu dem Detektor zu verlassen. Die Ionen können vor dem Bewegen zum Detektor in einem der Ionenspiegel reflektiert werden.
Beim Erreichen des Detektors können die Ionen durch den Detektor erfasst werden, z. B. kann ihre Ankunftszeit durch den Detektor aufgezeichnet werden. Die Flugzeit und/oder das Masse-zu-Ladung-Verhältnis der Ionen kann dann bestimmt werden, optional mit Informationen zu Flugzeiten- und/oder Masse-zu- Ladung-Verhältnis-Informationen anderer Ionen kombiniert werden, und es kann z. B. ein Massenspektrum erzeugt werden.
Es sollte beachtet werden, dass nicht alle Ionen, die in den Analysator injiziert wurden, vom Detektor erfasst werden können, z. B. aufgrund unvermeidbarer Verluste an verschiedenen Punkten zwischen dem Injektor und dem Detektor und/oder Detektorineffizienzen. Somit sollte, wie hierin verwendet, der Begriff „die Ionen“ als „einige, die meisten oder alle Ionen“ verstanden werden.
Das Verfahren kann einschließen, dass die Ionen veranlasst werden, sich nur dann von dem Deflektor zum Detektor zu bewegen, wenn die Ionen insgesamt eine ungerade Anzahl von Zyklen (und nicht eine gerade Anzahl von Zyklen) abgeschlossen haben. Das heißt, die Gesamtzahl von Zyklen, die aus dem ersten Zyklus und zwei oder mehr weiteren Zyklen besteht, kann eine ungerade Anzahl von Zyklen sein (und nicht eine gerade Anzahl von Zyklen). Mit anderen Worten können die Ionen zwischen dem Injizieren und der Detektion veranlasst werden, insgesamt eine ungerade Anzahl von Zyklen (und keine gerade Anzahl von Zyklen) abzuschließen, wobei in jedem Zyklus die Ionen von dem Deflektor in Richtung des zweiten Endes der Ionenspiegel und dann zurück zum Deflektor driften. Somit können zum Beispiel zwischen dem Injizieren und dem Erkennen der Ionen die Ionen veranlasst werden, insgesamt 3, 5, 7, 9 usw. derartiger Zyklen (und nicht 2, 4, 6, 8 usw. Zyklen) abzuschließen.
Dementsprechend kann das Verfahren bewirken, dass die Ionen veranlasst werden, sich nur nach dem Umkehren der Driftrichtungsgeschwindigkeit der Ionen durch den Deflektor insgesamt eine gerade Anzahl von Malen (und nicht eine ungerade Anzahl von Malen) von dem Deflektor zu dem Detektor bewegen. Das heißt, zwischen dem Injizieren und der Erfassung kann die Driftrichtungsgeschwindigkeit der Ionen durch den Deflektor insgesamt eine gerade Anzahl von Malen (und nicht eine ungerade Anzahl von Malen) umgekehrt werden. Somit kann zum Beispiel zwischen dem Injizieren und der Erfassung die Driftrichtungsgeschwindigkeit der Ionen durch den Deflektor insgesamt 2, 4, 6, 8 Mal usw. (und nicht 1, 3, 5, 7 Mal usw.) umgekehrt werden.
Wenn, wie vorstehend beschrieben, jede Reflexion am Deflektor eine Flugzeitstörung erzeugt (wie es für einzelne einstufige Ablenkungen der Fall ist), bedeutet eine gerade Anzahl von Reflexionen, dass die Flugzeitstörung aufgehoben wird, wodurch ein hoher Auflösungsvorgang des Analysators im Zoom-Modus sichergestellt wird. Wenn, wie vorstehend beschrieben, diese Flugzeitstörung an der Quelle entfernt wird (wie es bei zweistufigen Ablenkungen der Fall ist), kehren die Ionen nach jedem Zyklus von der entgegengesetzten Seite zum Deflektor zurück (in der X-Richtung). Somit bedeutet eine gerade Anzahl von Reflexionen, dass die Ionen ordnungsgemäß zur Erfassung extrahiert werden können.
Das Verfahren kann einschließen, dass Ionen, die insgesamt eine gerade Anzahl von Zyklen abgeschlossen haben, gehindert werden, sich von dem Deflektor zum Detektor zu bewegen. Dementsprechend kann das Verfahren einschließen, dass Ionen, deren Driftrichtungsgeschwindigkeit durch den Deflektor umgekehrt wurde, gehindert werden, sich insgesamt eine ungerade Anzahl von Malen von dem Deflektor zu dem Detektor zu bewegen. Dies kann auftreten, weil diese Ionen physisch daran gehindert werden, den Detektor zu erreichen, z. B. wenn wie vorstehend beschrieben, zweistufige Ablenkungen verwendet werden.
Zusätzlich oder alternativ kann das Verfahren das Filtern oder Auswählen von Ionen gemäß ihrem Masse-zu-Ladung-Verhältnis (m/z) umfassen, z. B. unter Verwendung eines Massenfilters, der stromaufwärts des Analysators angeordnet ist, sodass die von dem Injektor empfangenen und in den Analysator injizierten Ionen innerhalb eines ausgewählten Masse-zu- Ladung-Vehältnisses (m/z) liegen. Das Masse-zu-Ladung-Verhältnis (m/z) kann ausgewählt werden (in Kombination mit den Zeitpunkten der Änderungen der an den Deflektor angelegten Spannung(en)), sodass die in den Analysator injizierten Ionen nur insgesamt eine ungerade Anzahl von Zyklen (und nicht eine gerade Anzahl von Zyklen) abschließen können, bevor sie sich vom Deflektor zum Detektor bewegen.
In weiteren Ausführungsformen, in denen der Analysator einen ersten Deflektor, der sich in der Nähe des ersten Endes der Ionenspiegel befindet, und einen zweiten Deflektor umfasst, der sich in der Nähe des zweiten Endes der Ionenspiegel befindet, kann der zweite Deflektor verwendet werden, um die Driftrichtungsgeschwindigkeit der Ionen durch Anlegen einer Spannung an den zweiten Deflektor umzukehren, die bewirkt, dass die Driftrichtungsgeschwindigkeit der Ionen auf ungefähr Null reduziert wird, sodass Ionen den zweiten Deflektor in der ersten X-Richtung verlassen und von einem Ionenspiegel zurück in den zweiten Deflektor reflektiert werden, woraufhin der zweite Deflektor so handelt, dass die Driftrichtungsgeschwindigkeit der Ionen von Null auf eine Driftrichtungsgeschwindigkeit entgegengesetzt zur Driftrichtungsgeschwindigkeit geändert wird, mit der die Ionen ursprünglich in den zweiten Deflektor eingetreten sind.
Wenn der erste Deflektor auch in diesem „zweistufigen“ Driftrichtungsgeschwindigkeitsumkehrmodus betrieben wird, kann das Verfahren einschließen, dass die Ionen veranlasst werden, sich zur Erfassung von dem ersten Deflektor zu dem Detektor bewegen, nachdem die Ionen eine beliebige (ungerade oder gerade) Anzahl von Zyklen abgeschlossen haben. Somit können zum Beispiel die Ionen zwischen dem Injizieren und dem Erkennen veranlasst werden, insgesamt 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 usw. Zyklen abzuschließen.
Das Verfahren kann das Betreiben des Analysators in einem anderen („normalen“, Nicht-Zoom) -Betriebsmodus einschließen, umfassend:

Injizieren von Ionen aus dem Ioneninjektor in den Raum zwischen den Ionenspiegeln, und Bewirken, dass die Ionen einem Zickzack-Ionenpfad folgen, der mehrfache Reflexionen zwischen den Ionenspiegeln in der X-Richtung aufweist, während: (a) sie entlang der Driftrichtung Y von dem Deflektor in Richtung des zweiten Endes der Ionenspiegel driften, (b) die Driftrichtungsgeschwindigkeit in der Nähe des zweiten Endes der Ionenspiegel umkehren und (c) entlang der Driftrichtung Y zum Deflektor zurückdriften; und dann
Veranlassen, dass sich die Ionen zur Erfassung von dem Deflektor zu dem Detektor bewegen.

In diesem anderen Betriebsmodus wird der Deflektor nicht verwendet, um die Driftrichtungsgeschwindigkeit der Ionen umzukehren (wird nicht anderweitig verwendet). Das heißt, dass das Verfahren in dem anderen Betriebsmodus bewirkt, dass sich die Ionen zum Erfassen von dem Deflektor zum Detektor bewegen, nachdem die Ionen nur einen einzigen Zyklus abgeschlossen haben. Dazu kann der Deflektor so konfiguriert sein, dass er den Ionenstrahl nicht ablenkt (oder so, dass der Ionenstrahl um einen geeignet kleinen Winkel abgelenkt wird), z. B. so, dass die Driftrichtungsgeschwindigkeit der Ionen nicht signifikant geändert wird, sodass die Ionen über den Deflektor hinausgehen, in dem zweiten Ionenspiegel reflektiert werden und sich zu dem Detektor weiterbewegen. Dies kann zum Beispiel kein Anlegen oder Entfernen einer oder mehrerer Spannungen an dem Deflektor (oder Anlegen einer geeignet kleinen Spannung an den Deflektor) umfassen, sodass die Ionen veranlasst werden, den Deflektor in einer Richtung zu dem Detektor zu verlassen. Die Ionen können in einem der Ionenspiegel reflektiert werden, bevor sie sich zum Detektor bewegen (und von ihm erfasst werden).
Der Analysator kann driftfokussiert sein, z. B. derart, dass in dem anderen Betriebsmodus Ionen mit einer relativ engen Ankunftszeitstreuung am Detektor ankommen. Geeignete Verfahren zur Driftfokussierung des Analysators sind im Detail in US-Patent Nr. 9,136,101 und UK-Patent Nr. 2,580,089 beschrieben.
Somit kann zum Beispiel der Analysator (z.B. vom Typ mit Neigungsspiegel) ferner eine oder mehrere elektrisch vorgespannte Kompensationselektroden umfassen, die sich entlang mindestens eines Abschnitts der Driftrichtung erstrecken, wobei sich jede Elektrode in dem oder angrenzend an den Raum zwischen den Spiegeln befindet. Die Kompensationselektroden können elektrisch vorgespannt sein, sodass die Periode der Ionenoszillation zwischen den Spiegeln entlang der gesamten Driftlänge im Wesentlichen konstant ist. Die Kompensationselektroden können ein Paar „Streifen“-Elektroden umfassen, z. B. wie in US-Patent Nr. 9,136,101 beschrieben.
Zusätzlich oder alternativ kann der Analysator eine Ionenfokussierungsanordnung umfassen, die zumindest teilweise zwischen den gegenüberliegenden Ionenspiegeln angeordnet ist und konfiguriert ist, um eine Fokussierung des Ionenstrahls in der Driftrichtung Y bereitzustellen, so dass eine räumliche Streuung des Ionenstrahls in der Driftrichtung Y bei oder unmittelbar nach einer Reflexion mit einer Anzahl zwischen 0,25 K und 0,75 K durch ein einziges Minimum verläuft, z. B. wie in UK-Patent Nr. 2,580,089 beschrieben. Somit kann zum Beispiel die Ionenfokussierungsanordnung eine Driftfokussierlinse umfassen, die konfiguriert ist, um die Ionen in die Driftrichtung Y zu fokussieren. Die Driftfokussierlinse kann eine oder mehrere Linsenelektroden umfassen, die innerhalb des Deflektors angeordnet sind.
In diesen Ausführungsformen kann das Verfahren das Anlegen einer Spannung an die (Elektrode(n) der) Driftfokussierlinse umfassen, wobei das resultierende elektrische Feld bewirkt, dass die Ionen in der Driftrichtung Y fokussiert (kollimiert) werden. Die an die Linse angelegte Spannung kann gesteuert (eingestellt) werden, z. B. innerhalb eines Bereichs von ± einigen hundert Volt. Eine erste Spannung kann an die (Elektrode(n) der) Driftfokussierlinse angelegt werden, wenn die Ionen in den Raum zwischen den Ionenspiegeln injiziert werden, und eine zweite unterschiedliche Spannung kann an die (Elektrode(n) der) Driftfokussierlinse angelegt werden, wenn der Deflektor verwendet wird, um die Driftrichtungsgeschwindigkeit der Ionen umzukehren. Das Anlegen unterschiedlicher Spannungen an die Linse auf diese Weise kann die Kollimation des Ionenstrahls im Zoom-Modus verbessern, da die zum Kollimieren des sich von dem Injektor ausbreitenden Strahls benötigte Spannung sehr unterschiedlich sein kann, um die Kollimation für jeden weiteren Zyklus aufrechtzuerhalten. Zum Beispiel kann die erste Spannung in der Größenordnung von einigen hundert Volt liegen, während die zweite Spannung in der Größenordnung von einigen zehn Volt liegen kann. Entweder kann die zweite oder eine dritte (unterschiedliche) Spannung (z. B. in der Größenordnung von einigen zehn Volt) an die (Elektrode(n) der) Driftfokussierlinse angelegt werden, wenn die Ionen veranlasst werden, sich zur Erfassung von dem Deflektor zu dem Detektor zu bewegen. Die dritte Spannung kann so konfiguriert sein, dass die Ionen ordnungsgemäß auf den Detektor fokussiert werden.
In Ausführungsformen kann das Verfahren den Schaltbetrieb des Analysators zwischen dem Zoom-Modus und dem anderen („normalen“, Nicht-Zoom) -Betriebsmodus nur durch Steuern (Anpassen) des Deflektors (der an den Deflektor angelegten Spannung(en)) umfassen, z. B. ohne Anpassen anderer Spannungen und ohne Einfluss auf den Driftfokus des Analysators.
Ein weiterer Gesichtspunkt stellt ein Verfahren zum Betreiben eines Massenspektrometers bereit, das einen Multireflexions-Flugzeitmassenanalysator umfasst, wobei das Verfahren das Betreiben des Multireflexions-Flugzeitmassenanalysators in der vorstehend beschriebenen Weise umfasst.
Ein weiterer Gesichtspunkt stellt ein nichtflüchtiges computerlesbares Speichermedium bereit, das einen Computersoftwarecode speichert, der, wenn er auf einem Prozessor ausgeführt wird, das/die vorstehend beschriebene(n) Verfahren ausführt.
Ein weiterer Gesichtspunkt stellt ein Steuerungssystem für einen Multireflexions-Flugzeitmassenanalysator oder für ein Massenspektrometer bereit, das einen Multireflexions-Flugzeitmassenanalysator umfasst, wobei das Steuerungssystem konfiguriert ist, um den Multireflexions-Flugzeitmassenanalysator zu veranlassen, das (die) vorstehend beschriebene(n) Verfahren auszuführen.
Ein weiterer Gesichtspunkt stellt einen Multireflexions-Flugzeitmassenanalysator oder ein Massenspektrometer bereit, das einen Multireflexions-Flugzeitmassenanalysator umfasst, der das vorstehend beschriebene Steuerungssystem umfasst.
Ein weiterer Gesichtspunkt stellt einen Multireflexions-Flugzeitmassenanalysator bereit, umfassend:

zwei Ionenspiegel, die voneinander beabstandet sind und sich in einer ersten Richtung X gegenüberstehen, wobei jeder Spiegel im Allgemeinen entlang einer Driftrichtung Y zwischen einem ersten Ende und einem zweiten Ende verlängert ist, wobei die Driftrichtung Y orthogonal zu der ersten Richtung X ist;
einen Ioneninjektor zum Injizieren von Ionen in einen Raum zwischen den Ionenspiegeln, wobei sich der Ioneninjektor in der Nähe des ersten Endes der Ionenspiegel befindet;
einen Detektor zum Erfassen von Ionen, nachdem sie eine Vielzahl von Reflexionen zwischen den Ionenspiegeln abgeschlossen haben, wobei sich der Detektor in der Nähe des ersten Endes der Ionenspiegel befindet;
einen Deflektor, der sich in der Nähe des ersten Endes der Ionenspiegel befindet; und
ein Steuerungssystem, das konfiguriert ist zum:
1. (i) Veranlassen, dass Ionen aus dem Ioneninjektor in den Raum zwischen den Ionenspiegeln so injiziert werden, dass die Ionen einen ersten Zyklus abschließen, in dem die Ionen einem Zickzack-Ionenpfad folgen, der mehrfache (K) Reflexionen zwischen den Ionenspiegeln in der X-Richtung aufweist, während: (a) sie entlang der Driftrichtung Y von dem Deflektor in Richtung des zweiten Endes der Ionenspiegel driften, (b) die Driftrichtungsgeschwindigkeit in der Nähe des zweiten Endes der Ionenspiegel umkehren und (c) entlang der Driftrichtung Y zum Deflektor zurückdriften;
2. (ii) sie den Deflektor veranlassen, die Driftrichtungsgeschwindigkeit der Ionen derart umzukehren, dass die Ionen einen weiteren Zyklus abschließen, in dem die Ionen einem Zickzack-Ionenpfad folgen, der mehrfache (K) Reflexionen zwischen den Ionenspiegeln in der X-Richtung aufweist, (a) sie entlang der Driftrichtung Y von dem Deflektor in Richtung des zweiten Endes der Ionenspiegel driften, (b) die Driftrichtungsgeschwindigkeit in der Nähe des zweiten Endes der Ionenspiegel umkehren und (c) entlang der Driftrichtung Y zum Deflektor zurückdriften;
3. (iii) sie Schritt (ii) optional ein- oder mehrmals wiederholen; und dann
4. (iv) sie die Ionen veranlassen, sich zum Erfassen von dem Deflektor zu dem Detektor zu bewegen.

Das Steuerungssystem kann konfiguriert sein, um zu bewirken, dass sich die Ionen nur dann von dem Deflektor zum Detektor bewegen, nachdem die Ionen insgesamt eine ungerade Anzahl von Zyklen abgeschlossen haben.
Diese Gesichtspunkte und Ausführungsformen können, und in Ausführungsformen tun sie dies, jedes oder mehrere der hierin beschriebenen optionalen Merkmale einschließen.
Der Analysator kann eine Spannungsquelle umfassen, die konfiguriert ist, um Spannung(en) an den Deflektor (die Elektrode(n) des Deflektors) anzulegen. Die Spannungsquelle kann so konfiguriert sein, dass die an den Deflektor angelegte Spannung gesteuert (angepasst) werden kann, z. B. innerhalb eines Bereichs von ± einigen hundert Volt. Das Steuerungssystem kann konfiguriert sein, um zu bewirken, dass der Deflektor die Driftrichtungsgeschwindigkeit der Ionen umkehrt, indem die Spannungsversorgung veranlasst wird, eine Spannung an den Deflektor anzulegen, wobei das resultierende elektrische Feld bewirkt, dass die Driftrichtungsgeschwindigkeit der Ionen umgekehrt wird (z. B. auf die vorstehend beschriebene Weise). Das Steuerungssystem kann konfiguriert sein, um zu bewirken, dass sich die Ionen von dem Deflektor zu dem Detektor bewegen, indem die Spannungsversorgung veranlasst wird, eine Spannung zu entfernen oder keine Spannung an den Deflektor anzulegen (oder eine geeignet kleine Spannung anzulegen), wobei das resultierende elektrische Feld (oder das Fehlen des elektrischem Feldes) nicht bewirkt, dass die Driftrichtungsgeschwindigkeit der Ionen im Wesentlichen verändert wird.
Ein weiterer Gesichtspunkt stellt ein Massenspektrometer bereit, das den vorstehend beschriebenen Multireflexions-Flugzeitmassenanalysator umfasst.
Das Massenspektrometer kann eine Ionenquelle umfassen. Ionen können aus einer Probe in der Ionenquelle erzeugt werden. Die Ionen können über eine oder mehrere Ionenoptik-Vorrichtungen, die zwischen der Ionenquelle und dem Analysator angeordnet sind, von der Ionenquelle zu dem Analysator geleitet werden.
Die eine oder die mehreren Ionenoptik-Vorrichtungen können jede geeignete Anordnung von einer oder mehreren Ionenführungen, einer oder mehreren Linsen, einem oder mehreren Gates und dergleichen umfassen. Die eine oder die mehreren Ionenoptik-Vorrichtungen können eine oder mehrere Ionenübertragungsführungen zum Übertragen von Ionen und/oder einen oder mehrere Masseselektoren oder Filter für Masse auswählende Ionen und/oder eine oder mehrere Ionen-Kühlionenführungen für Kühlionen und/oder eine oder mehrere Kollisions- oder Reaktionszellen zum Fragmentieren oder Reagieren von Ionen und so weiter einschließen. Eine oder mehrere oder jede Ionenführung kann eine Multipol-Ionenführung, wie etwa eine Quadrupol-Ionenführung, Hexapol-Ionenführung usw., eine segmentierte Multipol-Ionenführung, eine Ionenführung des gestapelten Ringtyps und dergleichen umfassen.
In bestimmten Ausführungsformen umfasst das Massenspektrometer einen Massenfilter, der zwischen der Ionenquelle und dem Analysator angeordnet ist. Der Massenfilter kann für eine Massenauswahl von Ionen konfiguriert werden, sodass die von dem Injektor empfangenen und in den Analysator injizierten Ionen innerhalb eines ausgewählten Masse-zu-Ladung-Verhältnisses (m/z) liegen. Das Masse-zu-Ladung-Verhältnis (m/z) kann so gewählt werden, dass Ionen, die in den Analysator injiziert werden, nur insgesamt eine ungerade Anzahl von Zyklen (und nicht eine gerade Anzahl von Zyklen) abschließen können, bevor sie vom Deflektor zum Detektor bewegen.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Verschiedene Ausführungsformen werden nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren ausführlicher beschrieben, in denen:

1 schematisch ein Massenspektrometer gemäß Ausführungsformen zeigt;
2 schematisch einen Multireflexions-Flugzeitmassenanalysator gemäß Ausführungsformen zeigt;
3 schematisch einen Multireflexions-Flugzeitmassenanalysator gemäß Ausführungsformen zeigt;
4 schematisch einen Deflektor für einen Multireflexions-Flugzeitmassenanalysator gemäß Ausführungsformen zeigt;
5 schematisch eine Leistungsversorgung für einen Deflektor eines Multireflexions-Flugzeitmassenanalysators gemäß Ausführungsformen zeigt;
6 schematisch eine Leistungsversorgung für einen Deflektor eines Multireflexions-Flugzeitmassenanalysators gemäß Ausführungsformen zeigt;
7 schematisch ein Verfahren zum Betreiben eines Multireflexions-Flugzeitmassenanalysators gemäß Ausführungsformen zeigt;
8A eine Ankunftszeitverteilung von m/z 200 Ionen über die Länge des Detektors des Multireflexions-Flugzeitmassenanalysators von 2 zeigt, wenn er mit nur einer Signal-Driftreflexion betrieben wird, und 8B eine Ankunftszeitverteilung von m/z 200 Ionen über die Länge des Detektors des Multireflexions-Flugzeitmassenanalysators von 2 zeigt, wenn er mit zwei Driftreflexionen betrieben wird;
9 schematisch ein Verfahren zum Betreiben eines Multireflexions-Flugzeitmassenanalysators gemäß Ausführungsformen zeigt;
10A simulierte Trajektorien von m/z 200 Ionen durch einen Multireflexions-Flugzeitmassenanalysator zeigt, der gemäß dem Verfahren von 7 betrieben wird, und
10B simulierte Trajektorien von m/z 200 Ionen durch einen Multireflexions-Flugzeitmassenanalysator zeigt, der gemäß dem Verfahren von 9 betrieben wird;
11A simulierte Ionenpeaks für m/z 200 Ionen zeigt, die unter Verwendung eines Multireflexions-Flugzeitmassenanalysators bestimmt werden, der gemäß dem Verfahren von 7 betrieben wird, und 11B simulierte Ionenpeaks für m/z 200 Ionen zeigt,
die unter Verwendung eines Multireflexions-Flugzeitmassenanalysators bestimmt werden,
der gemäß dem Verfahren von 9 betrieben wird;
12A gemessene Ionenpeaks für m/z 524 Ionen zeigt, die erfasst wurden, als das Gerät von 2 ohne den Zoom-Modus betrieben wurde, und 12B-D gemessene Ionenpeaks für m/z 524 Ionen zeigen, die erfasst wurden, als das Gerät von 2 mit dem Zoom-Modus gemäß Ausführungsformen betrieben wurde;
13 Massenspektren einer Kalibrierlösung zeigt, die unter Verwendung eines Zoom-Modus gemäß Ausführungsformen erhalten wurden;
14 schematisch ein Verfahren zum Betreiben eines Multireflexions-Flugzeitmassenanalysators gemäß Ausführungsformen veranschaulicht;
15 simulierte Trajektorien von Ionen durch einen Multireflexions-Flugzeitmassenanalysator zeigt, der gemäß dem Verfahren von 14 betrieben wird;
16 Auflösungs- und Transmissionsdiagramme für einen Multireflexions-Flugzeitmassenanalysator zeigt, der in einem Zoommodus mit variierender Anzahl von Durchläufen betrieben wird;
17A simulierte Ionenpeaks zeigt, die unter Verwendung eines Multireflexions-Flugzeitmassenanalysators bestimmt werden, der in einem Modus mit einem einzigen Durchlauf betrieben wird, 17B simulierte Ionenpeaks zeigt, die unter Verwendung eines Multireflexions-Flugzeitmassenanalysators bestimmt werden, der in einem 2x Zoom-Modus betrieben wird, 17B simulierte Ionenpeaks zeigt, die unter Verwendung eines Multireflexions-Flugzeitmassenanalysators bestimmt werden, der in einem 3x Zoom-Modus betrieben wird, und 17B simulierte Ionenpeaks zeigt, die unter Verwendung eines Multireflexions-Flugzeitmassenanalysators bestimmt werden, der in einem 4x Zoom-Modus betrieben wird;
18 schematisch einen Multireflexions-Flugzeitmassenanalysator zeigt, der zwei Linsen-/Deflektoranordnungen umfasst;
19 ein Diagramm des Verhältnisses der Phasenraumdrehung in Abhängigkeit von der Brennweite für das System von 18 zeigt; und
20 schematisch ein Verfahren zum Betreiben eines Multireflexions-Flugzeitmassenanalysators gemäß Ausführungsformen veranschaulicht.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
1 veranschaulicht schematisch ein Massenspektrometer, das gemäß Ausführungsformen betrieben werden kann. Wie in 1 gezeigt, schließt das Massenspektrometer eine Ionenquelle 10, eine oder mehrere Ionenübertragungsstufen 20 und einen Multireflexions-Flugzeit- (MR-ToF) Massenanalysator 30 ein.
Die Ionenquelle 10 ist konfiguriert, um Ionen aus einer Probe zu erzeugen. Die Ionenquelle 10 kann jede geeignete kontinuierliche oder gepulste Ionenquelle sein, wie etwa eine Elektrospray-Ionisierungsquelle (ESI-Quelle), eine MALDI-Ionenquelle, eine atmosphärische Druckionisierungsquelle (API-Quelle), eine Plasmaionenquelle, eine Elektronenionisierungsquelle, eine chemische Ionisierungsionenquelle und so weiter. Es kann mehr als eine Ionenquelle bereitgestellt und verwendet werden. Die Ionen können jede geeignete Art von zu analysierenden Ionen sein, z. B. kleine und große organische Moleküle, Biomoleküle, DNA, RNA, Proteine, Peptide, Fragmente davon und dergleichen.
Die Ionenquelle 10 kann mit einer Trennvorrichtung, wie einer Flüssigchromatographie-Trennvorrichtung oder einer Kapillarelektrophorese-Trennvorrichtung (nicht gezeigt), gekoppelt sein, sodass die in der Ionenquelle 10 ionisierte Probe von der Trennvorrichtung stammt.
Die Ionenübertragungsstufe(n) 20 sind stromabwärts der Ionenquelle 10 angeordnet und können eine atmosphärische Druckschnittstelle und eine oder mehrere Ionenführungen, Linsen und/oder andere Ionenoptik-Vorrichtungen einschließen, die so konfiguriert sind, dass einige oder alle durch die von der Ionenquelle 10 erzeugten Ionen von der Ionenquelle 10 zu dem Analysator 30 übertragen werden können. Die Ionentransferstufe(n) 20 kann/können jede geeignete Anzahl und Konfiguration von ionenoptischen Vorrichtungen einschließen, die beispielsweise optional eine oder mehrere HF- und/oder Multipol-Ionenführungen, eine oder mehrere Ionenführungen zum Kühlen von Ionen, eine oder mehrere massenselektive Ionenführungen, und so weiter einschließen.
Der Massenanalysator 30 ist stromabwärts der Ionenübertragungsstufe(n) 20 angeordnet und ist konfiguriert, um Ionen von der/den Ionenübertragungsstufe(n) 20 aufzunehmen. Der Massenanalysator ist dazu konfiguriert, die Ionen zu analysieren, um ihr Masse-zu-Ladung-Verhältnis und/oder ihre Masse zu bestimmen, d. h. um ein Massenspektrum der Ionen zu erzeugen. Der Massenanalysator 30 ist ein multireflektierender Flugzeit- (MR-ToF) Massenanalysator (wie weiter unten beschrieben).
Es sei darauf hingewiesen, dass 1 lediglich schematisch ist und dass das Massenspektrometer eine beliebige Anzahl von einer oder mehreren zusätzlichen Komponenten enthalten kann und in Ausführungsformen auch enthält. Beispielsweise enthält das Massenspektrometer in bestimmten Ausführungsformen eine Kollisions- oder Reaktionszelle. Das Instrument kann einen einzelnen Massenanalysator oder mehr als einen (z. B. zwei) Massenanalysator(en) enthalten.
Wie auch in 1 gezeigt, unterliegt das Massenspektrometer einer Steuereinheit 50, wie etwa einem geeignet programmierten Computer, der den Betrieb verschiedener Komponenten des Spektrometers steuert und beispielsweise die auf die verschiedenen Komponenten des Spektrometers, einschließlich des Analysators 30, anzulegenden Spannungen einstellt. Die Steuerungseinheit 50 kann auch Daten von verschiedenen Komponenten empfangen und verarbeiten, welche den (die) Detektor(en) einschließen.
2 und 3 veranschaulichen schematisch Ausführungsdetails des Massenanalysators 30. Wie in 2 und 3 gezeigt, schließt der Multireflexions-Flugzeitanalysator 30 ein Paar Ionenspiegel 31, 32 ein, die in einer ersten Richtung X voneinander beabstandet und einander zugewandt sind. Die Ionenspiegel 31, 32 sind entlang einer orthogonalen Driftrichtung Y verlängert.
An einem Ende (dem „ersten“ Ende) des Analysators ist eine Ionenquelle (Injektor) 33 angeordnet, die in Form einer Ionenfalle vorliegen kann. Die Ionenquelle 33 kann angeordnet und konfiguriert sein, um Ionen von der/den Ionenübertragungsstufe(n) 20 aufzunehmen. Ionen können in der Ionenquelle 33 akkumuliert werden, bevor sie in den Raum zwischen den Ionenspiegeln 31, 32 injiziert werden. Wie in den 2 und 3 gezeigt, können Ionen aus der Ionenquelle 33 mit einem relativ kleinen Injektionswinkel oder einer relativ kleinen Driftrichtungsgeschwindigkeit injiziert werden, wodurch eine Zickzack-Ionenbahn erzeugt wird, wobei unterschiedliche Oszillationen zwischen den Spiegeln 31, 32 räumlich getrennt sind.
Eine oder mehrere Linsen und/oder Deflektoren können entlang des Ionenpfads zwischen der Ionenquelle 33 und dem Ionenspiegel 32 angeordnet sein, worauf die Ionen zuerst stoßen. Zum Beispiel können, wie in den 2 und 3 gezeigt, eine erste Out-of-Plane-Linse 34, ein Injektionsdeflektor 35 und eine zweite Out-of-Plane-Linse 36 entlang des Ionenpfads zwischen der Ionenquelle 33 und dem zuerst durch die Ionen angetroffen Ionenspiegel 32 angeordnet sein. Andere Anordnungen wären möglich. Im Allgemeinen können die eine oder die mehreren Linsen und/oder Deflektoren konfiguriert sein, um den Ionenstrahl angemessen zu konditionieren, zu fokussieren und/oder abzulenken, d. h. derart, dass er veranlasst wird, die gewünschte Bahn durch den Analysator 30 anzunehmen.
Der Analysator schließt auch einen anderen Deflektor 37 ein, der entlang des Ionenpfads zwischen den Ionenspiegeln 31, 32 angeordnet ist. Wie in den 2 und 3 gezeigt, kann der Deflektor 37 ungefähr äquidistant zwischen den Ionenspiegeln 31, 32 entlang des Ionenpfads nach seiner ersten Ionenspiegelreflexion (in Ionenspiegel 32) und vor seiner zweiten Ionenspiegelreflexion (in dem anderen Ionenspiegel 31) angeordnet sein.
Der Analysator schließt auch einen Detektor 38 ein. Der Detektor 38 kann ein beliebiger geeigneter Ionendetektor sein, der konfiguriert ist, um Ionen zu erfassen und um z. B. eine Intensität und eine Ankunftszeit zu erfassen, die der Ankunft des Ions/der Ionen beim Detektor zugewiesen sind. Geeignete Detektoren schließen zum Beispiel einen oder mehrere Konversionsdynoden ein, optional gefolgt von einem oder mehreren gefolgt von einem oder mehreren Elektronenmultiplikatoren und dergleichen.
In seinem „normalen“ Betriebsmodus werden Ionen aus der Ionenquelle 33 in den Raum zwischen den Ionenspiegeln 31, 32 injiziert, so dass die Ionen einen Zickzack-Ionenpfad mit mehrfachen Reflexionen zwischen den Ionenspiegeln 31, 32 in der X-Richtung annehmen, während: (a) sie entlang der Driftrichtung Y von dem Deflektor 37 in Richtung des gegenüberliegenden (zweiten) Endes der Ionenspiegel 31, 32 driften, (b) die Driftrichtungsgeschwindigkeit in der Nähe des zweiten Endes der Ionenspiegel 31, 32 umkehren und dann (c) entlang der Driftrichtung Y zum Deflektor 37 zurückdriften. Die Ionen werden dann veranlasst, sich von dem Deflektor 37 zum Detektor 38 zu bewegen.
In dem Analysator von 2 sind beide Ionenspiegel 31, 32 in Bezug auf die X- und/oder Drift-Y-Richtung geneigt. Es wäre stattdessen möglich, dass nur einer der Ionenspiegel 31, 32 geneigt ist, und z. B. der andere der Ionenspiegel 31, 32 parallel zur Drift-Y-Richtung angeordnet sein soll. Im Allgemeinen sind die Ionenspiegel in einem nicht konstanten Abstand voneinander in der X-Richtung entlang ihrer Längen in der Driftrichtung Y. Der Driftrichtungsgeschwindigkeit von Ionen in Richtung des zweiten Endes der Ionenspiegel wird ein elektrisches Feld entgegengesetzt, das sich aus dem nicht konstanten Abstand der beiden Spiegel voneinander ergibt, und dieses elektrische Feld veranlasst, dass die Ionen ihre Driftrichtungsgeschwindigkeit in der Nähe des zweiten Endes der Ionenspiegel umkehren und entlang der Driftrichtung in Richtung des Deflektors zurückdriften.
Der in 2 dargestellte Analysator umfasst ferner ein Paar korrigierender Streifenelektroden 39. Ionen, die sich die Driftlänge herunterbewegen, werden mit jedem Durchlauf durch die Spiegel 31, 32 leicht abgelenkt, und die zusätzlichen Streifenelektroden 39 werden verwendet, um den Flugzeitfehler zu korrigieren, der durch den variierenden Abstand zwischen den Spiegeln erzeugt wird. Zum Beispiel können die Streifenelektroden 39 elektrisch vorgespannt sein, sodass die Periode der Ionenoszillation zwischen den Spiegeln entlang der gesamten Driftlänge im Wesentlichen konstant ist (trotz des nicht konstanten Abstands zwischen den beiden Spiegeln davon). Die Ionen werden schließlich selbst zurück in den Driftraum reflektiert und beim Detektor 38 fokussiert.
Weitere Details des Multireflexions-Flugzeitmassenanalysators des Typs mit Neigungsspiegel von 2 sind in US-Patent Nr. 9,136,101 beschrieben, dessen Inhalt hierin durch Bezugnahme aufgenommen wird.
In dem Analysator von 3 sind die Ionenspiegel 31, 32 parallel zueinander. Um zu veranlassen, dass die Ionen ihre Driftrichtungsgeschwindigkeit in der Nähe des zweiten Endes der Ionenspiegel umkehren und entlang der Driftrichtung in Richtung des Deflektors zurückdriften, schließt der Analysator einen zweiten Deflektor 40 am zweiten Ende der Ionenspiegel 31, 32 ein.
Wie auch in 3 gezeigt, kann in dieser Ausführungsform eine Linse 41 in dem Injektionsdeflektor 35 und/oder in dem Deflektor 37 eingeschlossen sein. Dem Ionenstrahl wird ermöglicht, ein kurzes Stück in den Analysator zu streuen, bevor er auf eine Linse mit langer Brennweite 41 trifft, die bewirkt, dass der Ionenstrahl entlang seiner Länge fokussiert. Die Linse 41 kann eine elliptische driftfokussierende (konvergierende) Linse sein, die innerhalb des Deflektors 37 montiert ist. Der zweite Deflektor 40, der auch eine Linse einschließen kann, wird verwendet, um die Strahlrichtung umzukehren, während die Steuerung der Fokuseigenschaften beibehalten wird.
Weitere Details des Multiflexions-Flugzeitmassenanalysators des Typs mit einzelner Linse von 3 sind in dem UK- Patent Nr. GB 2,580,089 beschrieben, dessen Inhalt hiermit durch Bezugnahme aufgenommen wird.
Die in den 2 und 3 dargestellten Analysatoren unterscheiden sich von dem in dem Artikel von A. Verenchikov, et al. beschriebenen Analysator dadurch, dass der Ionenstrahl für den Großteil seiner Flugbahn relativ breit gestreut wird. Im Gegensatz dazu schließt der Verenchikov-Analysator einen Satz von periodischen Linsen ein, die dazu dienen, den Ionenstrahl entlang seiner Flugbahn fokussiert zu halten. Ein wesentlicher Vorteil des Zulassens des Ionenstrahls, sich im Allgemeinen für den Großteil seiner Flugbahn auszubreiten, besteht darin, dass Raumladungseffekte reduziert werden, was ein erhebliches Problem für Flugzeitanalysatoren sein kann.
Es kann wünschenswert sein, die Auflösung des Analysators zu erhöhen, sowohl um die Trennung von Analyt-Ionen zu erhöhen als auch um ihre genaue Massenzuweisung zu verbessern. Im Allgemeinen wird eine Auflösung des Analysators durch die Länge des Ionenflugwegs durch den Analysator und die Ankunftszeit von Ionen am Detektor begrenzt. Längere Ionenflugwege ermöglichen eine höhere Auflösung. Für niedrige m/z-Ionen ist dieser Vorteil besonders wichtig, da er den Einfluss der Detektorzeitantwort minimiert, was normalerweise einen erheblichen Abfall der Auflösung bei niedrigem m/z verursacht.
Ausführungsformen stellen ein Multi-Durchlauf-„Zoom“-Verfahren bereit, insbesondere für die in den 2 und 3 dargestellten Analysatortypen. Der Deflektor 37 an der Vorderseite des Analysators, der normalerweise verwendet wird, um den Injektionswinkel zu reduzieren und/oder die Anzahl (K) von Oszillationen innerhalb eines einzelnen Driftdurchlaufs zu optimieren, wird (auch) verwendet, um einen Multi-Durchlauf-„Zoom“-Betriebsmodus zu ermöglichen. Die angelegte Spannung an diesem Deflektor 37 wird zwischen einem „normalen“ Ioneninjektions-/Extraktionsmodus und einem Driftumkehreinfangmodus geschaltet.
Wie vorstehend beschrieben, ist der Ionenstrahl in diesen Analysatorklassen in der Driftdimension Y relativ breit, oft um 10 mm, je nach Brennweitenqualität. Dies führt zu einer Anforderung, dass der Deflektor 37 in der Lage sein sollte, einen derartigen breiten Strahl aufzunehmen, ohne dass eine Begrenzung oder eine ungleichmäßige Ablenkung erfolgt.
Wie in 4 gezeigt, ist ein geeignetes Deflektordesign ein trapezförmiger oder prismenartiger Deflektor. Der Deflektor 37 umfasst eine trapezförmige oder prismenförmige Elektrode, die oberhalb des Ionenstrahls angeordnet ist, und eine weitere trapezförmige oder prismenförmige Elektrode, die unterhalb des Ionenstrahls angeordnet ist. Die Elektroden sind in Bezug auf den Ionenstrahl abgewinkelt. Ionen sind einem relativ starken elektrischen Feld an den Kanten der abgewinkelten Elektroden ausgesetzt, was eine Ablenkung induziert. Die Elektroden befinden sich außerhalb der Ebene der Ablenkung, wodurch ermöglicht wird, dass sie leicht breit genug gemacht werden können, um einen breiten Ionenstrahl aufnehmen (zumindest im Vergleich zu herkömmlichen Ablenkplatten, die auf beiden Seiten des Strahls sitzen würden).
Die angelegte Spannung an dem Deflektor 37 wird zwischen einem normalen Ioneninjektions-/Extraktionsmodus und einem Driftumkehreinfangmodus geschaltet. Dies erfordert, dass die Leistungsversorgung des Deflektors 37 extrem schnell sein sollte. Ionen, die sich während des Spannungsschaltzeitraums innerhalb des Deflektors 37 befinden, können falsch abgelenkt und gestreut werden oder verloren gehen. Die Schaltzeit auf den und aus dem Einfangmodus erzeugt Totzeiten im Flugzeitspektrum, wodurch der zugängliche Massenbereich reduziert wird. Für typische Driftdurchlaufzeiten von 0,1-2 ms sind typische Leistungsversorgungen, die zum Schalten Millisekunden benötigen, nicht ausreichend.
Schnelle Spannungsverstärker können über mehrere hundert Volt in einigen zehn bis hundert Millisekunden schaltbar sein und erfordern eine sorgfältige Gestaltung und Abstimmung für eine Optimierung. Die auf Transistor basierenden Schalter sind die schnellsten verfügbaren, und es werden Schaltzeiten von zehn Nanosekunden erreicht.
Wie in 5 dargestellt, wäre eine geeignete Lösung für eine solche Leistungsversorgung der Verstärker des Typs AB. Diese Arten von Verstärkern weisen eine gute Linearität auf und können genügend Strom durch ihre Push-Pull-Konstruktion liefern, um die von dem Prismendeflektor 37 gebildete Lastkapazität innerhalb der erforderlichen Zeit anzutreiben. Außerdem weisen sie eine bipolare Konstruktion auf, die sowohl positive als auch negative Ausgangsspannungen bereitstellen kann, die für einen positiven oder negativen Ionenmodus erforderlich sind. Dennoch könnten stattdessen andere Verstärkerkonstruktionen verwendet werden.
Darüber hinaus sollten die zugeführte Spannung für die ordnungsgemäße Funktion des Prismendeflektors 37 und die Schaltgeschwindigkeit geregelt werden. Für höhere Spannungen des Prismendeflektors 37 kann eine Verstärkerausgangsstufe mit kaskadiertem Transistor verwendet werden, um den gewünschten Spannungsbereich zu erreichen.
Wie in 6 dargestellt, besteht eine weitere Option zum Versorgen der unterschiedlichen, sich schnell ändernden Spannungen, die für den Prismendeflektor 37 erforderlich sind, darin, dass mehrfache unterschiedliche vorgeregelte Spannungsquellen verwendet und hin- und hergeschaltet werden. Zum Beispiel beschreibt die internationale Patentanmeldung Nr. WO 2009/144469 (deren Inhalt durch Bezugnahme hierin aufgenommen ist) zwei kontinuierlich arbeitende Leistungsversorgungen, die über einen gesteuerten Schalter mit einem Massenanalysator verbunden sind. Eine Stromversorgung stellt eine positive Spannung bereit, während die zweite eine negative Spannung bereitstellt. Für den Prismendeflektor 37 ist mehr als eine Spannung erforderlich, wobei jede Leistungsversorgung jede beliebige voneinander unabhängige Spannung und Polarität aufweisen kann. Zusätzlich sollte die Zeitsteuerung oder wie lange eine spezifische Leistungsversorgung über den Schalter mit dem Prismendeflektor 37 verbunden ist, nicht beschränkt oder vordefiniert sein und durch Steuerung des Schalters dynamisch eingestellt werden.
Es werden zwei Verfahren bereitgestellt, um die Ionendriftgeschwindigkeit am Deflektor 37 umzukehren.
Das erste ist in 7 dargestellt. In dieser Ausführungsform wird der Deflektor 37 auf eine Spannung geschaltet, sodass Ionen innerhalb eines einzelnen Durchlaufs durch den Deflektor 37 vollständig umgeleitet werden, und dann nach einer definierten Periode zurückgeschaltet, um zu ermöglichen, dass Ionen extrahiert werden können. Dies wird hierin als „einstufiges“ Verfahren bezeichnet. Für 4 KV-Ionen würde die Deflektorspannung bei der Ioneninjektion/-extraktion ungefähr 150 V und zum Einfangen ungefähr 300 V betragen.
Ein besonderes Problem bei diesem Betriebsmodus besteht jedoch darin, dass durch jede Ablenkung eine Flugzeitstörung erzeugt wird, die sich als eine Neigung der Ionen-Fokusebene äußert und die Auflösungsleistung stark begrenzt. Ein Ion, das den Deflektor 37 an seinem breitesten Teil kreuzt, erfährt eine größere Flugzeitveränderung als ein Ion, das den Deflektor 37 an seinem engsten Teil kreuzt. Infolgedessen leitet der Deflektor 37 eine Korrelation zwischen einer Driftkoordinate Y des Ions und seiner Ankunftszeit an dem Detektor 38 ein. Der Verenchikov-Analysator leidet nicht an diesem Problem, da der Strahl immer sehr schmal ist.
Es sind mehrere Verfahren möglich, um dem Neigen der ToF-Vorderseite entgegenzuwirken.
Zunächst könnte eine Neigungskorrekturvorrichtung am Detektor 38 installiert werden. Diese wurden beispielsweise in der UK-Patentschrift Nr. GB 2,575,169 und der UK-Patentschrift Nr. GB 2,543,036 beschrieben, da abstimmbare Deflektoren einen Flugzeitfehler, der dem des Deflektors 37 des Analysators entgegengesetzt ist, induzieren. Dies hat den Nachteil, dass sie, während sie den Fehler geradzahliger Driftdurchläufe kompensieren können, Fehler in der ungeraden Anzahl induzieren.
Ein zweites Verfahren wäre, eine an den Deflektor 37 angrenzende Linse zu installieren, um den Strahl innerhalb davon zu fokussieren und somit die Fehlerquelle zu eliminieren. Dies erfolgt jedoch größtenteils zu Lasten der Verringerung der Bewegungsfreiheit des Ionenstrahls, der Hemmung der Abstimmung und der Verschärfung bereits sehr strenger mechanischer Toleranzen.
Ein drittes Verfahren würde darin bestehen, einen kompensierenden ToF-Fehler durch bewusste Verstimmung des Analysators zu induzieren. Zum Beispiel besteht die Wirkung kleiner Fehlausrichtungen beim Neigen von Spiegeln darin, die ToF-Störungen, die durch die Neigungs- und Streifenelektroden 39 erzeugt werden, aus dem Gleichgewicht zu bringen, was zu einem Netto-Zeitfehler entlang der Breite des Strahls führt. Eine bewusste Fehlneigung der Spiegel 31, 32, das Einstellen von Prisma-/Streifenspannungen, um eine falsche Anzahl von Oszillationen pro Driftzyklus zu induzieren, oder die Wirkung eines hinzugefügten linearen Korrekturstreifens sollten in der Lage sein, die ToF-Störung des Deflektors innerhalb jedes Zyklus zu kompensieren. Ein Nachteil besteht jedoch darin, dass der erste Driftdurchlauf dann einen nicht kompensierten Fehler aufweisen würde, was entweder einen Neigungskorrektor oder eine Drehung des Detektors erfordert.
Es wurde erkannt, dass diese drei Verfahren den „normalen“ (Nicht-Zoom) Betriebsmodus beeinflussen würden und so das Schalten des Analysators zwischen Normal- und Zoom-Modus behindern oder erschweren würden.
Gemäß einigen Ausführungsformen ist der Analysator driftfokussiert, und eine zweite Driftreflexion wird verwendet, um einen Flugzeitfehler zu erzeugen, mit dem der erste aufgehoben wird. Dies geschieht, da die relative Driftposition von Ionen, die in den Deflektor 37 eintreten, nach der Driftreflexion umgekehrt wird. Mit anderen Worten werden zwei Ablenkungen in einer Reihe (getrennt durch eine Driftreflexion am zweiten Ende der Ionenspiegel 31, 32) verwendet, um die entsprechenden Abweichungen voneinander im Wesentlichen aufzuheben. Diese Kompensation geschieht, da die Driftreflexion die Y-Reihenfolge der Ionen umkehrt, und so ein Ion, das den Deflektor 37 an seinem engen Teil auf einem ersten Durchlauf kreuzt, den breiteren Teil des Deflektors 37 im zweiten Durchlauf kreuzt (und umgekehrt). Somit werden in Ausführungsformen die Ionen veranlasst, insgesamt eine ungerade Anzahl von Zyklen abzuschließen, d. h. derart, dass die Driftrichtungsgeschwindigkeit der Ionen durch den Deflektor 37 insgesamt eine gerade Anzahl von Malen umgekehrt wird.
Der in 2 gezeigte Analysator wurde in MASIM3D entwickelt, und 8 zeigt die simulierte Ionenankunftzeitverteilung über die Länge des Detektors, wenn entweder eine oder zwei Driftreflexionen durchgeführt wurden. Es ist klar, dass für eine einzelne Reflexion die Ionenankunftstreuung breit (niedrige Auflösung) ist und stark mit der Detektorposition Y in Beziehung steht, was eine starke Neigung der ToF-Vorderseite anzeigt. Beim Beispiel mit zwei Reflexionen ist die Zeitverteilung sehr eng (hochauflösend) und korreliert schwach mit der Position auf dem Detektor.
Das zweite Verfahren zum Umkehren der Ionendriftgeschwindigkeit besteht darin, den Deflektor 37 auf eine Spannung einzustellen, welche die Driftgeschwindigkeit des Ions entfernt. Dann werden die Ionen in einen Spiegel geleitet und werden gerade zurück in den Deflektor 37 reflektiert, wo sie abgelenkt werden, so dass sie ihre Driftreflexion abschließen. Da Ionen in den Deflektor 37 nahe genug wieder dort eintreten, wo sie ausgetreten sind, wird die durch den ersten Schritt induzierte Flugzeitstörung durch den zweiten kompensiert.
Dieses Verfahren ist in 9 dargestellt. Dieses Verfahren befasst sich mit dem Problem einer großen ToF-Störung („an der Quelle“), bringt aber ein neues Problem mit sich, indem es eine zusätzliche Halboszillation zwischen den Spiegeln 31, 32 erzeugt. Dies hat zur Folge, dass nach der ersten Driftreflexion Ionen von der gegenüberliegenden Seite in X-Richtung zum Deflektor 37 zurückkehren und nicht zum Detektor 38 extrahiert werden können, nur zur Ionenquelle 33, was nutzlos ist. Somit ist eine zweite Driftreflexion erforderlich, um es Ionen zu ermöglichen, sich dem Prisma 37 mit der korrekten Ausrichtung zur Extraktion zu nähern. Somit ist das Verfahren wiederum auf eine ungerade Anzahl von Driftdurchläufen beschränkt und entfernt Ionen mit einer geraden Anzahl von Driftdurchläufen.
Wie vorstehend beschrieben, kann der Deflektor 37 eine elliptische Driftfokussierlinse (konvergierende Linse) 41 einschließen, die innerhalb des Deflektors 37 montiert ist. In diesem Fall kann die an die Elektroden der Linse 41 angelegte Spannung unabhängig von der an die Elektroden des Deflektors 37 angelegten Spannung gesteuert werden. Zu diesem Zweck kann eine zweite Spannungsversorgung bereitgestellt werden, die, wie z. B. vorstehend in Bezug auf die 5 und 6 beschrieben, konfiguriert ist. Die an die Linse 41 angelegte Spannung kann zwischen Injektions-, Zoom- und Extraktionsmodus geschaltet werden. Dies liegt daran, dass die Spannung, die benötigt wird, um den sich schnell ausdehnenden Strahl von der Quelle 33 nahezu zu kollimieren, sehr unterschiedlich sein kann, um diese Kollimation für einen weiteren Zyklus aufrechtzuerhalten. Zum Beispiel kann während des Zoom-Modus eine Spannung von ungefähr 60 V an die Linse 41 angelegt werden, während für die anfängliche Kollimation eine Spannung von etwa 100 bis 250 V an die Linse 41 angelegt werden kann. Die an die Linse 41 angelegte Spannung kann auch für die Extraktionsstufe geändert werden, z. B. derart, dass der Strahl nicht zu einer sehr kleinen Stelle am Detektor 38 oder einer für den optionalen Neigungswinkel zu kleinen Stelle kollabiert, um gut zu arbeiten.
Trajektorien für die zwei Zoom-Verfahren wurden in MASIM3D für Analysatoren mit Neigungsspielgel in Tischgröße mit drei Durchläufen durch eine 20 m lange Flugbahn simuliert und sind in 10 gezeigt. Leichte Abweichungen beim Abstimmen verursachen eine nicht perfekte Überlappung der unterschiedlichen Driftdurchläufe, bleiben aber problemlos innerhalb der Toleranz des Systems.
Simulierte m/z 200 Peaks für die beiden Prozesse sind in 11 gezeigt. In beiden Fällen wird eine kleine 10 mm lange Membran am Prismendetektor verwendet und die Transmission aus dort verlorenen Ionen berechnet. Die überwiegende Mehrheit der Transmissionsverluste tritt beim Injizieren auf. Beide Prozesse erzeugen eine sehr hohe Auflösung: 280 K für das einstufige Verfahren und 450 K für das zweistufige Verfahren auf Basis der Halbwertsbreite, aber es wird ein Vorimpuls-Vorlauf erzeugt.
Wie vorstehend beschrieben, wird die an den Deflektor 37 angelegte Spannung zwischen einem „normalen“ Ioneninjektions-/Extraktionsmodus und einem Driftumkehreinfangmodus geschaltet, um den Analysator im Zoom-Modus zu betreiben. Dies muss mit präzisem Timing durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass die Ionen die gewünschte Anzahl von Zyklen abschließen, bevor sie zum Detektor 38 extrahiert werden.
Der in den 10A dargestellte Ionenpfad (einstufiges Verfahren) wird von allen Ionen mit dem Masse-zu-Ladung-Verhältnis im Bereich von (m/z)₁ bis (m/z)₂ eingeschlagen. Der Deflektor 37 muss von Modus 1 (Ablenkung von Quelle 33 zu der Schleife) in Modus 2 (Ablenkung von der Schleife zurück zur Schleife) und schließlich in Modus 3 (Ablenkung von der Schleife zu dem Detektor 38) geschaltet werden. Die Umschaltzeiten werden jeweils als t₁₂ und t₂₃ bezeichnet. Die Nullzeit wird als der Zeitpunkt des Injizierens angenommen.
Das erste Umschalten zwischen Modus 1 und 2 sollte erst dann erfolgen, wenn das schwerste Ion (m/z)₂ zum ersten Mal den Deflektor 37 passiert, und spätestens dann, wenn das leichteste Ion (m/z)₁ ao+ K Oszillationen erzeugt, wobei K die Anzahl von Oszillationen pro Schleife (zwischen aufeinander folgenden Durchläufen des Deflektors 37) ist und a₀ einen Abschnitt einer Oszillation vor der Ionenquelle 33 und dem ersten Durchlauf des Deflektors 37 darstellt. Andernfalls werden die leichtesten Ionen nicht ordnungsgemäß auf die nächste Schleife eingestellt. Dies ergibt die doppelte Ungleichung: $a_{0} T_{2} \leq t_{12} \leq (a_{0} + K) T_{1}$
wobei T₁ und T₂ die Oszillationszeiten für die leichtesten bzw. schwersten Ionen sind. In der Ausführungsform von 7 ist a0≈1/2.
Das zweite Umschalten von Modus 2 zu Modus 3 sollte erst dann erfolgen, wenn das schwerste Ion a₀+ (N-1)K -Oszillationen erzeugt, wobei N die beabsichtigte Anzahl von Schleifen ist. Andernfalls wird das schwerste Ion die Schleife verlassen, bevor alle Schleifen vorgenommen werden. Andererseits sollte die zweite Schaltung erst dann erfolgen, wenn das leichteste Ion a₀ + NK Oszillationen erzeugt, andernfalls verbleibt dieses Ion unerwünscht im Analysator für die nächste Schleife. Diese doppelte Ungleichung lautet: $(a_{0} + N K - K) T_{2} \leq T_{23} \leq (a_{0} + N K) T_{1}$
Beide Ungleichungen (a) und (b) stellen Obergrenzen für das Verhältnis von T₂ und T₁ auf, bei denen für ein Paar t₁₂ und t₂₃ vorhanden sind; und die Grenze von (b) stärker (niedriger) als die von (a) für jedes N>1 ist; $\frac{T_{2}}{T_{1}} \leq {(\frac{T_{2}}{T_{1}})}_{m a x} = \frac{a_{0} + N K}{a_{0} + N K - K}$
Da die Flugzeit proportional zur Quadratwurzel von m/z ist, wird diese Ungleichung direkt auf den maximalen eindeutigen Massenbereich (UMR) übertragen als: $\frac{{(m / z)}_{2}}{{(m / z)}_{1}} \leq U M R = {(\frac{a_{0} + N K}{a_{0} + N K - K})}^{2}$
Um das volle UMR zu realisieren, muss die Umschaltzeit t₂₃ betragen: $t_{23} = (a_{0} + N K) T_{1} = (a_{0} + N K - K) T_{2}$
Die erste Umschaltzeit lässt einen gewissen Freiraum zu. Es kann beispielsweise angenommen werden, dass ihr möglicher niedrigster Wert t₁₂ = a₀T₂ übernommen werden kann, was elektronische Rippeln ermöglicht, bevor das leichteste Ion zum nächsten Zeitpunkt den Deflektor erreicht.

Tabelle 1 zeigt Simulationen eines Massenanalysators mit einem 1,25 m effektiven Oszillationsabstand und 20 Oszillationen pro Schleife. Die Auflösung wird in Bezug auf die Peak-Vollbreiten-Halbmaximum berechnet. Die Auflösung ist auf jeder ungeraden Anzahl von Schleifen vorteilhaft, die eine gerade Anzahl von Durchläufen des Deflektors beinhaltet. Der Absturz im m/z-Bereich ist jedoch eher ausgeprägt, da die Anzahl der Schleifen erhöht wird. Tabelle 1

Anzahl der Schleifen	FWHM/ns	Auflösung, K	Eindeutiger Massenbereich
Kein Zoom	1,7	125	Begrenzte Quelle > 15x
2x	6,5	65	3,9x
3x	2,2	280	2,23x
4x	7,0	120	1,77x
5x	3,0	340	1,56x

In Ausführungsformen ist der m/z-Bereich von Ionen, die in den Analysator eintreten, durch Verwendung des schaltbaren Deflektors, des Massenfilters (z. B. Quadrupol-Massenfilters) oder anderweitig (in der (den) Ionenübertragungsstufe(n) 20) begrenzt, um ungefähr deren m/z-Bereich an die UMR des Zoom-Verfahrens anzupassen und die Mehrdeutigkeit in der m/z-Zuweisung zu beseitigen.
Es sollte beachtet werden, dass in dem zweistufigen Verfahren Durchlaufionen sogar verloren gehen, sodass weniger Mehrdeutigkeit vorliegt. Mit anderen Worten entfernt der zweistufige Zoom-Modus benachbarte überlappende Driftreflexionen, wodurch das Vertrauen in die m/z-Zuweisung verbessert wird.
Ein Massenspektrometer, welches das Analysatordesign von 2 beinhaltet, wurde konstruiert. Die Analytionen m/z 524, die aus einer Elektrosprühquelle erzeugt wurden, wurden durch einen Quadrupol isoliert, gesammelt und innerhalb einer Extraktionsionenfalle abgekühlt und durch ein 330 V/mm gepulstes Feld in den Analysator ausgestoßen, unter dem sie schnell auf 4KV-Flugenergie beschleunigt wurden.
Die Ionenstreuung wurde durch ein Linsenpaar gesteuert und die lonenrichtung wurde durch den ersten Prismendeflektor 35 eingestellt, sodass Ionen über eine Reflexion von einem Ionenspiegel 32 zu dem zweiten Prismendeflektor 37 durchliefen. Der zweite Prismendeflektor 37 wurde auf -160 V eingestellt, um Ionen zum Analysator zuzulassen. Nach -200 µs wurde dieser Prismendeflektor auf +280 V-Einfangmodus geschaltet und dort für 800µs gehalten, ausreichend für die Ionen, um einen zweiten Driftdurchlauf vorzunehmen. Das Prisma 37 wurde dann auf -160 V-Transmissionsmodus zurückgeschaltet, und die eingefangenen Ionen wurden zu einem Elektronenmultiplikator-Detektor 38 extrahiert.
12 zeigt die m/z 524 Peaks, die erfasst wurden, als das Gerät im Einzeldurchlaufmodus und Zoom-Modus betrieben wurde. Eine weitaus höhere Auflösung wurde im 3x-Zoom-Modus ohne großen Signalverlust beobachtet, obwohl höhere Anzahlen von Driftdurchläufen beobachtet wurden, um die Übertragung wesentlich zu reduzieren.
13 zeigt Zoom-Modus-Massenspektren der Pierce Flexmix (RTM)-Kalibrierlösung, eine gängige Kalibriermischung, die MRFA und Ultramark enthält. In diesem Beispiel wurden die an den ToF-Analysator gelieferten Ionenmassenbereiche zunächst durch einen auflösenden Quadrupol isoliert, um mehrdeutige Peaks zu entfernen. Von der ersten Masse 390 wurde ein ca. 1,6 x m/z-Bereich beobachtet.
Wie vorstehend beschrieben, wird in Ausführungsformen die Schaltung zwischen Ioneninjektion/-extraktion und Ioneneinfangmodi durch Schalten der Spannung des Deflektors 37, z. B. von ungefähr -140 bis ungefähr 300 V, durchgeführt.
Wie auch vorstehend beschrieben, schließt in einigen Ausführungsformen, z. B. wie in 3 gezeigt, der Deflektor 37 eine Driftfokussierlinse (konvergierende Linse) oder eine „Dispersionslinse“ 41 ein, die innerhalb des Deflektors 37 montiert ist. In diesen Ausführungsformen kann eine zusätzliche geschaltete Spannung an die Driftfokussierlinse 41 angelegt werden. Dies ermöglicht es der Dispersionslinse 41, von dem (z. B. ungefähr -145 V) Potenzial (relativ zu der Umgebung), das erforderlich ist, um den sich ausbreitenden pulsextrahierten Ionenstrahl nahezu zu kollimieren, auf das (z. B. ungefähr -15 V) Potenzial umzuschalten, das erforderlich ist, um die Kollimation für einen anderen Durchlauf lediglich aufrechtzuerhalten.
Während jedes dieser Potentiale geeignet ist, Ionen an den Detektor 38 freizugeben, kann das letztere niedrigere Potenzial (z. B. ungefähr -15 V) vorteilhaft sein, um den Strahl nicht zu schmal auf eine Neigungskorrekturvorrichtung zu fokussieren, was sich als vorteilhaft erwiesen hat, um die Auflösung aufrechtzuerhalten, wenn die Strahlenumkehr genutzt wird.
14 zeigt ein vereinfachtes schematisches Diagramm des in 3 dargestellten Analysators. Der Analysator schließt ferner eine Neigungskorrekturvorrichtung 42 ein, die angrenzend an den Detektor 38 angeordnet ist. Der Neigungskorrektor 42 kann ein verkanteter Deflektor sein, z. B. wie in US-Patent Nr. 11,158,494 beschrieben, dessen Inhalt hierin durch Bezugnahme aufgenommen wird.
Wie vorstehend beschrieben, werden im regulären Betrieb Ionen in einem kleinen Winkel (z. B. ungefähr 2°) aus der Ionenfalle 33 impulsextrahiert, auf eine (z. B. ca. 4KeV) Flugenergie beschleunigt, und ein prismenartiger Deflektor 35 (z. B. auf einem Potenzial von ungefähr 125 V gehalten) erhöht den Winkel (z. B. auf ungefähr 4°), um sicherzustellen, dass die Ionenzeitfront relativ flach in Bezug auf die Driftachse in den Deflektor 37 eintritt. Nach dem Durchlaufen um die Ecke der Injektionsoptik reduziert der Deflektor 37 (z. B. auf einem Potential von ungefähr -140 V gehalten) den Injektionswinkel auf ein Maß, das für mehrere Oszillationen besser geeignet ist (z. B. ungefähr 2,2°).
Alternativ kann die Ionenfalle 33 in einen wesentlichen negativen Winkel (z. B. ungefähr -3°) zurückgedreht werden, so dass die Ionenzeitfront den Deflektor 37 in Bezug auf die Driftachse flach verlässt, anstatt flach einzutreten. Dadurch entfällt die Notwendigkeit, dass sich der Deflektor 37 selbst kompensiert, wenn zurückkehrende Ionen austreten, wodurch die Qualität der Brennebene verbessert wird. Es bedeutet jedoch auch, dass Ionen mit einer geneigten Zeitfront aus dem Driftbereich austreten, was entweder die Verwendung eines Neigungskorrektors 42 oder eine bewusst abgewinkelte Ausrichtung des Detektors 38 erfordert.
Die pulsextrahierten Ionen werden durch ein Paar rechteckiger Einzellinsen, die in die Injektionsoptik eingebaut sind, aus der Ebene heraus fokussiert. Eine Driftfokussierlinse (z. B. auf einem Potenzial von ungefähr 750 V gehalten), die in das Injektionsprisma 35 eingebaut ist, dient dazu, den anfänglich schmalen (z. B. ungefähr ~1 mm) Ionenstrahl auf eine erhöhte Breite (z. B. ungefähr ~12 mm) zu erweitern, sodass die Driftfokussierlinse 41 (z. B. auf einem Potenzial von ungefähr -145 V gehalten) vollständiger kollimieren kann. Eine wahre Kollimation kann nicht erreicht werden, und in der Praxis ist der Strahl eingestellt, um leicht zu konvergieren, wobei er eine minimale Breite durchläuft und sich dann wieder ausdehnt, bis er das entfernte Ende des Driftbereichs erreicht, wo er auf den Umkehrdeflektor 40 trifft. Dieser Deflektor (z. B. auf einem Potenzial von ungefähr 300 V gehalten) setzt die Strahlrichtung zurück, während eine Driftfokussierlinse, die in den dritten Deflektor 40 eingebaut ist (z. B. auf einem Potenzial von ungefähr -15 V gehalten), den kollimierten Strahl von einem sich langsamen ausbreitenden Strahl in eine langsame Konvergenz umkehrt. Diese Linse ist nicht unbedingt erforderlich, da nur die primäre Linse erforderlich ist, um die Drift zu stabilisieren, aber sie ist doppelt so groß wie die verfügbare Flugbahn, über welche die Driftfokussierung erreicht werden kann.
Der Ionenstrahl kehrt dann zu dem Deflektor 37 und der Driftfokussierlinse 41 zurück. Im regulären Einzeldurchlaufmodus wird der Deflektor 37 Ionen aus dem Driftbereich heraus durch den Neigungskorrektor 42 und optionalen Nachbeschleuniger zu dem Detektor 38 beschleunigen. Der Nachbeschleuniger kann ein Stapel von z. B. 4 Lochelektroden sein, die durch einen Widerstandsteiler getrennt sind. Der Detektor 38 kann an der Rückseite dieses Stapels an einem starken beschleunigenden Potenzial (z. B. ungefähr -10KV) montiert sein, um die Sekundärelektronenerzeugung zu verbessern.
In dem Zoom-Modus werden die Spannung des Deflektors 37 und die Driftfokussierlinse 41 auf Strahlenumkehr- und Fokussuche-Modus geschaltet, ähnlich oder identisch mit den Potenzialen der Umkehranordnung des Deflektors 40. Die Ionen oszillieren dann in der Driftdimension hin und her, bis sie vom Deflektor 37 freigegeben werden, der auf sein reguläres Injektions-/Extraktionspotential schaltet.
Ein Modell des MR-ToF-Analysators von 3 wurde in MASIM3D konstruiert, und geeignete m/z 200 Ionenbahnen wurden erzeugt und für zwischen einem und vier Driftdurchläufen durch das Gerät optimiert. 15 zeigt die Haupttrajektorie für vier Durchläufe. Es ist zu beachten, dass, während die Trajektorien für jeden Driftdurchlauf grob überlappen, eine gewisse Toleranz für Fehler vorhanden war. Eine 10 x 1 mm große Öffnung wurde innerhalb der Driftdispersionslinse 41 simuliert, um übermäßig divergente Ionen festzuhalten und Transmissionsverluste gering zu halten.

Tabelle 2 und 16 zeigen simulierte Peak-Eigenschaften an der Detektorebene für verschiedene Anzahlen von Driftdurchläufen. Der Neigungskorrektor 42 musste für Doppel- und Dreifachdriftdurchläufe stark eingestellt werden (-2KV+), aber für einen Einzeldurchlauf und Vierfachdurchläufe nur schwach (< 500 V) eingestellt werden. Ein Einzeldurchlauf mit dieser Konfiguration war in der Lage, trotz der scheinbar schlecht kompensierten Linsen- und Deflektoranordnung fast 100 K Auflösung zu erreichen, während sich die Auflösung für zwei Durchläufe überproportional auf > 300 K erhöhte. Offensichtlich gibt es eine gewisse Selbstkompensation von Aberrationen, die auftreten, wenn mehrere Durchläufe durch die Linsen vorgenommen werden. Dreifachdurchläufe erlitten dann einen großen Leistungsabfall, was bei vier Durchläufen auf 450K zurückgewonnen wurde. Die Transmission, gemessen nach dem ersten Injizieren durch das Prisma 37, fiel mit jedem Durchlauf von 76 auf 58 %, aber es gab keine starken Verluste. Tabelle 2

Zoom-Stufe	FWHM/ns	ToF /us	Auflösung	Transmission v 1. Linse	Neigungskorrekturpotential/V
1	2,22	426,7	96104	76,1 %	-250
2	1,30	836,1	321577	65,8 %	2000
3	2,41	1244,8	258257	61,1 %	2250
4	1,85	1653,0	446757	58,0 %	500

17 zeigt die Ionenankunftszeithistogramme für diese Ergebnisse, im Wesentlichen simulierte Peak-Formen. Es wurde beobachtet, dass, während ein einzelner Durchlauf nur geringfügig von einem Gauß-Profil abwich, ein Peak-Vorlauf bei zwei Durchläufen merklich zunahm und bei drei nicht mehr zu tolerieren war, während vier Durchgänge etwas besser schienen. Es kann sein, dass das schlechte Ergebnis bei drei Durchläufen in Abhängigkeit von der Optimierung steht, aber da es bei vier Durchläufen kompensiert schien, kann es grundlegender sein.
18 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung einer Zweilinsen-Driftfokussieranordnung in einem MR-ToF.
Es ist in Betracht zu ziehen, dass die Driftmatrix $M_{D} = [\begin{matrix} 1 & l \\ 0 & 1 \end{matrix}]$
und Fokussiermatrix
$M_{F} = [\begin{matrix} 1 & 0 \\ - \frac{1}{ƒ} & 1 \end{matrix}],$
auf den Vektor $(\begin{matrix} y \\ \frac{\dot{y}}{v_{0}} \pm θ_{0} \end{matrix})$
wirkt, wobei l die effektive Flugbahn zwischen den Linsen ist und f die Brennweite ist. Der Ablenkwinkel wird sowohl für Linse/Deflektor LD1 als auch LD2 auf 2θ₀ eingestellt. $Vollschleife M (l, ƒ) = M_{F} M_{D} M_{F} M_{D} = [\begin{matrix} 1 - \frac{l}{ƒ} & 2 l - \frac{l^{2}}{ƒ} \\ \frac{l}{ƒ^{2}} - \frac{2}{ƒ} & 1 - \frac{3 l}{ƒ} + \frac{l^{2}}{2 ƒ^{2}} \end{matrix}]$
$B = \frac{1}{2} t r a c e M = 1 - \frac{2 l}{ƒ} + \frac{l^{2}}{2 ƒ^{2}}$
Die Stabilitätsbedingung, wenn |B| < 1 ist und falls für schwache konvergierende Linsen erfüllt, ist: $0 < \frac{l}{ƒ} < 2.$
Die Eigenwerte von M sind e^iβ, wobei $β = a r g (B + i \sqrt{1 - B^{2}}) = a c o s B = acos (1 - \frac{2 l}{ƒ} + \frac{l^{2}}{4 ƒ^{2}}) .$
Es ist zu beachten, dass LD1 und LD2 die TOF-Fehler voneinander nicht kompensieren. Dennoch ist es möglich, dass die Aberrationen von LD1 auf mehreren Durchläufen darin und ebenso für LD2 kompensiert werden. Wenn die Anzahl der Vollschleifen auf K eingestellt ist, sollten die optimalen Werte der Fokussierungskraft (optimales Verhältnis $\frac{l}{ƒ}$
) β = 2π/K ergeben.
19 ist ein Diagramm des Verhältnisses von Phasenraumdrehung in Abhängigkeit von der Brennweite gegen Flugbahn L dividiert durch die Brennweite f. Abschnitte unterschiedlicher Anzahlen von Durchläufen (gepunktete Linien 3, 4 und 5) mit der Linie bezeichnen kompensierte Punkte.
Es versteht sich, dass diese Ausführungsformen einen Zoom-Modus und seine auflösungsmultiplizierenden Vorteile für das ToF-Design mit langer Brennweite von 3 bereitstellen. Der ToF mit langer Brennweite hat den Vorteil, einen Strahl, der weit genug für eine gute Raumladungsleistung ist, mit einfacher elektronischer Kompensation mechanischer Fehler in Spiegeln zu kombinieren.
Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen zeigen eine Strahlenumkehr in einem einzigen Durchlauf durch den Deflektor 37. Eine in 9 gezeigte Alternative stellt den Deflektor 37 auf ein niedrigeres Potenzial ein, das erforderlich ist, um die Driftgeschwindigkeit auf Null zu reduzieren. Ionen machen dann eine einzelne Oszillation aus und treten erneut in den Deflektor 37 ein, was dann die Driftumkehr abschließt.
20 zeigt dieses Konzept, wenn die Dispersionslinse 41 eingeschlossen ist. In diesen Ausführungsformen kann die Dispersionslinse 41 auch auf einen geringfügig niedrigeren Wert eingestellt werden, z. B. ungefähr -7,5 V, um den gleichen Effekt in zwei Durchläufen zu erreichen, der normalerweise in einem erfolgt.
Wie vorstehend beschrieben, bedeutet diese Art der Driftrichtungsumkehr in einigen Ausführungsformen, dass Ionen mit einer ungeraden Anzahl von Durchgängen aus dem Analysator zur Ionenfalle 33 anstatt zum Detektor 38 zurückgeworfen werden. In diesem Analysator des Typs mit langer Brennweite, bei dem zwei sich umkehrende Deflektoren 37, 40 an gegenüberliegenden Seiten des Analysators vorhanden sind, wenn beide in dem durch 20 dargestellten Modus arbeiten, tritt dieses Problem jedoch nicht mehr auf. Somit kann der Analysator im Zoom-Modus unter Verwendung einer beliebigen Anzahl (ungerade oder sogar) von Durchläufen betrieben werden.
Es versteht sich aus dem Vorstehenden, dass Ausführungsformen einen verbesserten Multireflexions-Flugzeitmassenanalysator bereitstellen. Der Einbezug eines Zoom-Modus in einen Analysator (von einem Typ, in dem der Ionenstrahl relativ weit streuen kann) stellt einen hohen Auflösungsvorgang bereit, während es dem Analysator ermöglicht wird, driftfokussiert zu bleiben, was bedeutet, dass der Analysator nahtlos zwischen seinem normalen Betriebsmodus und dem Zoom-Modus geschaltet werden kann.
Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf verschiedene Ausführungsformen beschrieben wurde, versteht es sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang der Erfindung, wie in den beigefügten Ansprüchen dargelegt, abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 9136101 [0025, 0047, 0048, 0080]
GB 2580089 [0026, 0047, 0049, 0083]
WO 2009/144469 [0093]
GB 2575169 [0098]
GB 2543036 [0098]
US 11158494 [0127]

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Multireflexions-Flugzeitmassenanalysators, das Folgendes umfasst: zwei Ionenspiegel, die voneinander beabstandet sind und sich in einer ersten Richtung X gegenüberstehen, wobei jeder Spiegel im Allgemeinen entlang einer Driftrichtung Y zwischen einem ersten Ende und einem zweiten Ende verlängert ist, wobei die Driftrichtung Y orthogonal zu der ersten Richtung X ist; einen Ioneninjektor zum Injizieren von Ionen in einen Raum zwischen den Ionenspiegeln, wobei sich der Ioneninjektor in der Nähe des ersten Endes der Ionenspiegel befindet; einen Detektor zum Erfassen von Ionen, nachdem sie eine Vielzahl von Reflexionen zwischen den Ionenspiegeln abgeschlossen haben, wobei sich der Detektor in der Nähe des ersten Endes der Ionenspiegel befindet; und einen Deflektor, der sich in der Nähe des ersten Endes der Ionenspiegel befindet; wobei das Verfahren Folgendes umfasst: (i) Injizieren von Ionen aus dem Ioneninjektor in den Raum zwischen den Ionenspiegeln, wobei die Ionen einen ersten Zyklus abschließen, in dem die Ionen einem Zickzack-Ionenpfad folgen, der mehrere Reflexionen zwischen den Ionenspiegeln in der Richtung X aufweist, während: (a) sie entlang der Driftrichtung Y von dem Deflektor in Richtung des zweiten Endes der Ionenspiegel driften, (b) die Driftrichtungsgeschwindigkeit in der Nähe des zweiten Endes der Ionenspiegel umkehren und (c) entlang der Driftrichtung Y zum Deflektor zurückdriften; (ii) sie den Deflektor verwenden, um die Driftrichtungsgeschwindigkeit der Ionen derart umzukehren, dass die Ionen veranlasst werden, einen weiteren Zyklus abzuschließen, in dem die Ionen einem Zickzack-Ionenpfad folgen, der mehrere Reflexionen zwischen den Ionenspiegeln in der Richtung X aufweist, während: (a) sie entlang der Driftrichtung Y von dem Deflektor in Richtung des zweiten Endes der Ionenspiegel driften, (b) die Driftrichtungsgeschwindigkeit in der Nähe des zweiten Endes der Ionenspiegel umkehren und (c) entlang der Driftrichtung Y zum Deflektor zurückdriften; (iii) Schritt (ii) ein- oder mehrmals wiederholen; und dann (iv) die Ionen veranlassen, sich zum Erfassen von dem Deflektor zu dem Detektor zu bewegen; wobei das Verfahren umfasst, dass die Ionen veranlasst werden, sich nur dann von dem Deflektor zum Detektor zu bewegen, nachdem die Ionen insgesamt eine ungerade Anzahl von Zyklen abgeschlossen haben.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Deflektor eine oder mehrere trapezförmige oder prismenartige Elektroden umfasst, die angrenzend an den Ionenstrahl angeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Verfahren umfasst, dass die Ionen veranlasst werden, sich nur nach dem Umkehren der Driftrichtungsgeschwindigkeit der Ionen durch den Deflektor von dem Deflektor zu dem Detektor zur Erfassung bewegen, insgesamt eine gerade Anzahl von Malen.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei das Verfahren umfasst, dass Ionen, die insgesamt eine gerade Anzahl von Zyklen abgeschlossen haben, daran gehindert werden, sich von dem Deflektor zu dem Detektor zu bewegen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Analysator eine Driftfokussierlinse umfasst, die innerhalb des Deflektors angeordnet ist, und wobei das Verfahren umfasst: Anlegen einer ersten Spannung an die Driftfokussierlinse, wenn die Ionen in den Raum zwischen den Ionenspiegeln injiziert werden; und Anlegen einer zweiten unterschiedlichen Spannung an die Driftfokussierlinse, wenn der Deflektor verwendet wird, um die Driftrichtungsgeschwindigkeit der Ionen umzukehren.
Verfahren zum Betreiben eines Multireflexions-Flugzeitmassenanalysators, das Folgendes umfasst: zwei Ionenspiegel, die voneinander beabstandet sind und sich in einer ersten Richtung X gegenüberstehen, wobei jeder Spiegel im Allgemeinen entlang einer Driftrichtung Y zwischen einem ersten Ende und einem zweiten Ende verlängert ist, wobei die Driftrichtung Y orthogonal zu der ersten Richtung X ist; einen Ioneninjektor zum Injizieren von Ionen in einen Raum zwischen den Ionenspiegeln, wobei sich der Ioneninjektor in der Nähe des ersten Endes der Ionenspiegel befindet; einen Detektor zum Erfassen von Ionen, nachdem sie eine Vielzahl von Reflexionen zwischen den Ionenspiegeln abgeschlossen haben, wobei sich der Detektor in der Nähe des ersten Endes der Ionenspiegel befindet; einen Deflektor, der sich in der Nähe des ersten Endes der Ionenspiegel befindet; und eine Driftfokussierlinse, die innerhalb des Deflektors angeordnet ist; wobei das Verfahren Folgendes umfasst: (i) Injizieren von Ionen aus dem Ioneninjektor in den Raum zwischen den Ionenspiegeln, wobei die Ionen einen ersten Zyklus abschließen, in dem die Ionen einem Zickzack-Ionenpfad folgen, der mehrere Reflexionen zwischen den Ionenspiegeln in der Richtung X aufweist, während: (a) sie entlang der Driftrichtung Y von dem Deflektor in Richtung des zweiten Endes der Ionenspiegel driften, (b) die Driftrichtungsgeschwindigkeit in der Nähe des zweiten Endes der Ionenspiegel umkehren und (c) entlang der Driftrichtung Y zum Deflektor zurückdriften; (ii) sie den Deflektor verwenden, um die Driftrichtungsgeschwindigkeit der Ionen derart umzukehren, dass die Ionen veranlasst werden, einen weiteren Zyklus abzuschließen, in dem die Ionen einem Zickzack-Ionenpfad folgen, der mehrere Reflexionen zwischen den Ionenspiegeln in der Richtung X aufweist, während: (a) sie entlang der Driftrichtung Y von dem Deflektor in Richtung des zweiten Endes der Ionenspiegel driften, (b) die Driftrichtungsgeschwindigkeit in der Nähe des zweiten Endes der Ionenspiegel umkehren und (c) entlang der Driftrichtung Y zum Deflektor zurückdriften; (iii) sie Schritt (ii) optional ein- oder mehrmals wiederholen; und dann (iv) die Ionen veranlassen, sich zum Erfassen von dem Deflektor zu dem Detektor zu bewegen; wobei das Verfahren ferner Folgendes umfasst: Anlegen einer ersten Spannung an die Driftfokussierlinse, wenn die Ionen in den Raum zwischen den Ionenspiegeln injiziert werden; und Anlegen einer zweiten unterschiedlichen Spannung an die Driftfokussierlinse, wenn der Deflektor verwendet wird, um die Driftrichtungsgeschwindigkeit der Ionen umzukehren.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, ferner umfassend das Anlegen der zweiten Spannung oder einer dritten unterschiedlichen Spannung an die Driftfokussierlinse, wenn die Ionen veranlasst werden, sich zum Erfassen von dem Deflektor zu dem Detektor zu bewegen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei (ii) das Verwenden des Deflektors zum Umkehren der Driftrichtungsgeschwindigkeit der Ionen das Anlegen einer Spannung an den Deflektor umfasst, die bewirkt, dass Ionen den Deflektor mit einer Driftrichtungsgeschwindigkeit verlassen, die der Driftrichtungsgeschwindigkeit entgegengesetzt ist, mit der die Ionen in den Deflektor eingetreten sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei (ii) das Verwenden des Deflektors zur Umkehrung der Driftrichtungsgeschwindigkeit der Ionen das Anlegen einer Spannung an den Deflektor umfasst, die bewirkt, dass die Driftrichtungsgeschwindigkeit der Ionen auf ungefähr Null reduziert wird, sodass Ionen den Deflektor in der ersten X-Richtung verlassen und von einem Ionenspiegel zurück in den Deflektor reflektiert werden, woraufhin der Deflektor so handelt, dass die Driftrichtungsgeschwindigkeit der Ionen von Null auf eine Driftrichtungsgeschwindigkeit entgegengesetzt zu der Driftrichtungsgeschwindigkeit geändert wird, mit der die Ionen ursprünglich in den Deflektor eingetreten sind.
Verfahren zum Betreiben eines Multireflexions-Flugzeitmassenanalysators, das Folgendes umfasst: zwei Ionenspiegel, die voneinander beabstandet sind und sich in einer ersten Richtung X gegenüberstehen, wobei jeder Spiegel im Allgemeinen entlang einer Driftrichtung Y zwischen einem ersten Ende und einem zweiten Ende verlängert ist, wobei die Driftrichtung Y orthogonal zu der ersten Richtung X ist; einen Ioneninjektor zum Injizieren von Ionen in einen Raum zwischen den Ionenspiegeln, wobei sich der Ioneninjektor in der Nähe des ersten Endes der Ionenspiegel befindet; einen Detektor zum Erfassen von Ionen, nachdem sie eine Vielzahl von Reflexionen zwischen den Ionenspiegeln abgeschlossen haben, wobei sich der Detektor in der Nähe des ersten Endes der Ionenspiegel befindet; und einen Deflektor, der sich in der Nähe des ersten Endes der Ionenspiegel befindet; wobei das Verfahren Folgendes umfasst: (i) Injizieren von Ionen aus dem Ioneninjektor in den Raum zwischen den Ionenspiegeln, wobei die Ionen einen ersten Zyklus abschließen, in dem die Ionen einem Zickzack-Ionenpfad folgen, der mehrere Reflexionen zwischen den Ionenspiegeln in der Richtung X aufweist, während: (a) sie entlang der Driftrichtung Y von dem Deflektor in Richtung des zweiten Endes der Ionenspiegel driften, (b) die Driftrichtungsgeschwindigkeit in der Nähe des zweiten Endes der Ionenspiegel umkehren und (c) entlang der Driftrichtung Y zum Deflektor zurückdriften; (ii) sie den Deflektor verwenden, um die Driftrichtungsgeschwindigkeit der Ionen derart umzukehren, dass die Ionen veranlasst werden, einen weiteren Zyklus abzuschließen, in dem die Ionen einem Zickzack-Ionenpfad folgen, der mehrere Reflexionen zwischen den Ionenspiegeln in der Richtung X aufweist, während: (a) sie entlang der Driftrichtung Y von dem Deflektor in Richtung des zweiten Endes der Ionenspiegel driften, (b) die Driftrichtungsgeschwindigkeit in der Nähe des zweiten Endes der Ionenspiegel umkehren und (c) entlang der Driftrichtung Y zum Deflektor zurückdriften; (iii) sie Schritt (ii) optional ein- oder mehrmals wiederholen; und dann (iv) die Ionen veranlassen, sich zum Erfassen von dem Deflektor zu dem Detektor zu bewegen; wobei (ii) das Verwenden des Deflektors zum Umkehren der Driftrichtungsgeschwindigkeit der Ionen das Anlegen einer Spannung an den Deflektor umfasst, die bewirkt, dass die Driftrichtungsgeschwindigkeit der Ionen auf ungefähr Null reduziert wird, sodass Ionen den Deflektor in der ersten X-Richtung verlassen und von einem Ionenspiegel zurück in den Deflektor reflektiert werden, woraufhin der Deflektor so handelt, dass die Driftrichtungsgeschwindigkeit der Ionen von Null auf eine Driftrichtungsgeschwindigkeit entgegengesetzt zu der Driftrichtungsgeschwindigkeit geändert wird, mit der die Ionen ursprünglich in den Deflektor eingetreten sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Ionenspiegel in X-Richtung entlang mindestens eines Teils ihrer Längen in Driftrichtung Y einen nicht konstanten Abstand voneinander aufweisen, wobei die Driftrichtungsgeschwindigkeit von Ionen zum zweiten Ende der Ionenspiegel durch ein elektrisches Feld entgegengesetzt wird, das sich aus dem nicht konstanten Abstand der beiden Spiegel voneinander ergibt, und wobei das elektrische Feld veranlasst, dass die Ionen ihre Driftrichtungsgeschwindigkeit in der Nähe des zweiten Endes der Ionenspiegel umkehren und entlang der Driftrichtung in Richtung des Deflektors zurückdriften.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Deflektor ein erster Deflektor ist und der Analysator einen zweiten Deflektor umfasst, der sich in der Nähe des zweiten Endes der Ionenspiegel befindet, wobei der zweite Deflektor konfiguriert ist, um zu veranlassen, dass die Ionen ihre Driftrichtungsgeschwindigkeit in der Nähe des zweiten Endes der Ionenspiegel umkehren und entlang der Driftrichtung in Richtung des ersten Deflektors zurückdriften.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Verfahren ferner umfasst: Verwenden des zweiten Deflektors zum Umkehren der Driftrichtungsgeschwindigkeit der Ionen durch Anlegen einer Spannung an den zweiten Deflektor, die bewirkt, dass die Driftrichtungsgeschwindigkeit der Ionen auf ungefähr Null reduziert wird, sodass Ionen den zweiten Deflektor in der ersten X-Richtung verlassen und von einem Ionenspiegel zurück in den zweiten Deflektor reflektiert werden, woraufhin der zweite Deflektor so handelt, dass die Driftrichtungsgeschwindigkeit der Ionen von Null auf eine Driftrichtungsgeschwindigkeit entgegengesetzt zu der Driftrichtungsgeschwindigkeit geändert wird, mit der die Ionen ursprünglich in den zweiten Deflektor eingetreten sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei (iv) das Veranlassen einer Bewegung der Ionen von dem Deflektor zu dem Detektor ein Anlegen einer Spannung umfasst, die bewirkt, dass die Ionen den Deflektor in einer Richtung zum Detektor verlassen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, ferner umfassend: Auswählen oder Filtern von Ionen stromaufwärts des Analysators, so dass die von dem Injektor empfangenen und in den Analysator injizierten Ionen innerhalb eines ausgewählten Masse-zu-Ladung-Verhältnisses (m/z) liegen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, ferner umfassend das Betreiben des Analysators in einem anderen Betriebsmodus, der Folgendes umfasst: Injizieren von Ionen aus dem Ioneninjektor in den Raum zwischen den Ionenspiegeln, wobei die Ionen einem Zickzack-Ionenpfad folgen, der mehrfache Reflexionen zwischen den Ionenspiegeln in der Richtung X aufweist, während: (a) sie entlang der Driftrichtung Y von dem Deflektor in Richtung des zweiten Endes der Ionenspiegel driften, (b) die Driftrichtungsgeschwindigkeit in der Nähe des zweiten Endes der Ionenspiegel umkehren und (c) entlang der Driftrichtung Y zum Deflektor zurückdriften; und dann veranlassen, dass sich die Ionen zur Erfassung von dem Deflektor zu dem Detektor bewegen.
Verfahren nach Anspruch 16, ferner umfassend das Schalten eines Betriebs des Analysators zwischen dem Zoom-Modus und dem anderen Betriebsmodus durch Steuern der an den Deflektor angelegten Spannung.
Nichtflüchtiges computerlesbares Speichermedium, das einen Computerprogrammcode speichert, der, wenn er auf einem Prozessor ausgeführt wird, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17 durchführt.
Steuerungssystem für ein Massenspektrometer, wobei das Steuerungssystem konfiguriert ist, um das Massenspektrometer zu veranlassen, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17 durchzuführen.
Multireflexions-Flugzeitmassenanalysator, umfassend: zwei Ionenspiegel, die voneinander beabstandet sind und sich in einer ersten Richtung X gegenüberstehen, wobei jeder Spiegel im Allgemeinen entlang einer Driftrichtung Y zwischen einem ersten Ende und einem zweiten Ende verlängert ist, wobei die Driftrichtung Y orthogonal zu der ersten Richtung X ist; einen Ioneninjektor zum Injizieren von Ionen in einen Raum zwischen den Ionenspiegeln, wobei sich der Ioneninjektor in der Nähe des ersten Endes der Ionenspiegel befindet; einen Detektor zum Erfassen von Ionen, nachdem sie eine Vielzahl von Reflexionen zwischen den Ionenspiegeln abgeschlossen haben, wobei sich der Detektor in der Nähe des ersten Endes der Ionenspiegel befindet; und einen Deflektor, der sich in der Nähe des ersten Endes der Ionenspiegel befindet; und ein Steuerungssystem, das konfiguriert ist zum: (i) Veranlassen, dass Ionen aus dem Ioneninjektor in den Raum zwischen den Ionenspiegeln so injiziert werden, dass die Ionen einen ersten Zyklus abschließen, in dem die Ionen einem Zickzack-Ionenpfad folgen, der mehrfache Reflexionen zwischen den Ionenspiegeln in der Richtung X aufweist, während: (a) sie entlang der Driftrichtung Y von dem Deflektor in Richtung des zweiten Endes der Ionenspiegel driften, (b) die Driftrichtungsgeschwindigkeit in der Nähe des zweiten Endes der Ionenspiegel umkehren und (c) entlang der Driftrichtung Y zum Deflektor zurückdriften; (ii) sie den Deflektor veranlassen, die Driftrichtungsgeschwindigkeit der Ionen umzukehren, sodass die Ionen veranlasst werden, einen weiteren Zyklus abzuschließen, in dem die Ionen einem Zickzack-Ionenpfad folgen, der mehrere Reflexionen zwischen den Ionenspiegeln in X-Richtung aufweist, während: (a) sie entlang der Driftrichtung Y von dem Deflektor in Richtung des zweiten Endes der Ionenspiegel driften, (b) die Driftrichtungsgeschwindigkeit in der Nähe des zweiten Endes der Ionenspiegel umkehren und (c) entlang der Driftrichtung Y zum Deflektor zurückdriften; (iii) sie Schritt (ii) ein- oder mehrmals wiederholen; und dann (iv) die Ionen veranlassen, sich zum Erfassen von dem Deflektor zu dem Detektor zu bewegen; wobei das Steuerungssystem konfiguriert ist, um zu bewirken, dass sich die Ionen nur dann von dem Deflektor zum Detektor zu bewegen, nachdem die Ionen insgesamt eine ungerade Anzahl von Zyklen abgeschlossen haben.
Analysator nach Anspruch 20, ferner umfassend eine Spannungsquelle, die konfiguriert ist, um eine ausgewählte Spannung einer Vielzahl von möglichen unterschiedlichen Spannungen an den Deflektor anzulegen; wobei das Steuerungssystem konfiguriert ist, um zu bewirken, dass der Deflektor die Driftrichtungsgeschwindigkeit der Ionen umkehrt, indem die Spannungsversorgung veranlasst wird, eine erste Spannung an den Deflektor anzulegen; und wobei das Steuerungssystem konfiguriert ist, um zu bewirken, dass sich die Ionen von dem Deflektor zu dem Detektor bewegen, indem die Spannungsversorgung veranlasst wird, eine zweite unterschiedliche Spannung an den Deflektor anzulegen.
Analysator nach Anspruch 20 oder 21, wobei der Deflektor eine oder mehrere trapezförmige oder prismenartige Elektroden umfasst, die angrenzend an den Ionenstrahl angeordnet sind.
Massenspektrometer, umfassend: eine Ionenquelle; und das Steuerungssystem nach Anspruch 19; und/oder den Multireflexions-Flugzeitmassenanalysator nach Anspruch 20, 21 oder 22.
Massenspektrometer nach Anspruch 23, ferner umfassend: einen Massenselektor oder -filter, der zwischen der Ionenquelle und dem Analysator angeordnet ist, wobei der Massenselektor oder -filter konfiguriert ist, um Ionen auszuwählen oder zu filtern, sodass Ionen, die durch den Injektor empfangen und in den Analysator injiziert werden, innerhalb eines ausgewählten Masse-zu-Ladung-Verhältnisses (m/z) liegen.