DE102023105366A1

DE102023105366A1 - Disambiguierung von Spektren eines zyklischen Ionenanalysators

Info

Publication number: DE102023105366A1
Application number: DE102023105366.3A
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: GB202203184D0; US20230324336A1; GB2616595A; CN116741616A; JP2023131160A

Abstract

Ein Analysegerät umfasst einen Ionenanalysator, der zum Analysieren von Ionen durch Bestimmen von Driftzeiten von Ionen entlang eines Ionenpfads konfiguriert ist, wobei der Ionenpfad mindestens ein erstes Segment und ein zyklisches Segment umfasst, wobei der Ionenpfad so konfiguriert ist, dass Ionen einen einzigen Durchlauf des ersten Segments vornehmen und einen oder mehrere Durchläufe des zyklischen Segments vornehmen. Ein Verfahren zum Betreiben des Analysegeräts umfasst das Betreiben des Analysators in einem ersten Betriebsmodus, wobei in dem ersten Betriebsmodus (i) ein erstes elektrisches Potenzial entlang des ersten Segments des Ionenpfads bereitgestellt wird, (ii) ein zweites elektrisches Potenzial entlang des zyklischen Segments des Ionenpfads bereitgestellt wird, (iii) das erste Segment des Ionenpfads eine erste Pfadlänge aufweist, und (iv) das zyklische Segment des Ionenpfads eine zweite Pfadlänge aufweist, und Ionen durch Bestimmen von Driftzeiten von Ionen entlang des Ionenpfads analysiert werden, um einen ersten Satz von Ionendaten zu erhalten. Das Verfahren umfasst das Betreiben des Analysators in einem zweiten Betriebsmodus durch Ändern mindestens eines von (i) dem ersten elektrischen Potenzial, (ii) dem zweiten elektrischen Potenzial, (iii) der ersten Pfadlänge und (iv) der zweiten Pfadlänge, und Analysieren von Ionen durch Bestimmen von Driftzeiten von Ionen entlang des Ionenpfads, um einen zweiten Satz von Ionendaten zu erhalten. Das Verfahren umfasst das Vergleichen des ersten Satzes von Ionendaten mit dem zweiten Satz von Ionendaten und das Identifizieren eines ersten Ionenpeaks in dem ersten Satz von Ionendaten, der einem zweiten Ionenpeak in dem zweiten Satz von Ionendaten entspricht, das Bestimmen, basierend auf dem Vergleich, der Anzahl N von Durchläufen des zyklischen Segments des Ionenpfads, den Ionen eingeschlagen haben, die den entsprechenden ersten und zweiten Ionenpeaks zugewiesen sind, und Verwenden der bestimmten Anzahl von Durchläufen N, um eine physikalisch-chemische Eigenschaft der Ionen zu bestimmen, die den entsprechenden ersten und zweiten Ionenpeaks zugewiesen ist.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Analyse von Ionen und insbesondere zu Flugzeit- (ToF) Massenanalysatoren und Ionenmobilitätsanalysatoren.
STAND DER TECHNIK
In Flugzeit- (ToF) Analysatoren und Ionenmobilitätsanalysatoren werden Ionen durch einen Driftbereich des Analysators geleitet und schließlich von einem Detektor erfasst. Eine physikalisch-chemische Eigenschaft eines Ions, wie etwa sein Masse-zu-Ladung-Verhältnis (m/z) oder seine Ionenmobilität, wird aus der Driftzeit des Ions durch den Driftbereich bestimmt.
Es kann oft wünschenswert sein, die Auflösung eines Analysators zu erhöhen, sowohl für eine verbesserte Trennung von Analyt-Ionen als auch für eine genaue Bestimmung ihrer physikalisch-chemischen Eigenschaften, wie etwa Masse. Eine Auflösung eines Geräts ist durch die Gesamtlänge des Ionenflugpfads durch den Analysator begrenzt.
Es gibt mehrere „zyklische“ Analysetechniken, wobei Ionen dazu gebracht werden, mehrere wiederholte Zyklen entlang eines Ionenpfads innerhalb des Analysators vorzunehmen. Die Erhöhung der Anzahl von Zyklen N erhöht die Länge des Ionenflugpfads, den die Ionen innerhalb des Analysators vornehmen, wodurch die Auflösung des Analysators erhöht wird.
Während mehrerer Zyklen N durch den Analysator können jedoch leichtere, sich schneller bewegende Ionen schwerere, langsamere Ionen einholen (z.B. überholen). Dies erschwert die daraus resultierenden Spektren und kann es schwierig machen, die physikalisch-chemische Eigenschaft aller detektierten Ionen genau zu bestimmen.
Es wird angenommen, dass es Raum zu Verbesserungen bei Betriebsverfahren von Ionenanalysatoren gibt.
KURZDARSTELLUNG
Ein erster Gesichtspunkt stellt ein Verfahren zum Betreiben eines Analysegeräts bereit, das einen Ionenanalysator umfasst, der konfiguriert ist, um Ionen durch Bestimmen von Ionendriftzeiten entlang eines Ionenpfads zu analysieren, wobei der Ionenpfad mindestens ein erstes Segment und ein zyklisches Segment umfasst, wobei der Ionenpfad so konfiguriert ist, dass Ionen einen einzigen Durchlauf des ersten Segments vornehmen und einen oder mehrere Durchläufe des zyklischen Segments vornehmen; wobei das Verfahren Folgendes umfasst:

Betreiben des Analysators in einem ersten Betriebsmodus, wobei in dem ersten Betriebsmodus (i) ein erstes elektrisches Potenzial entlang des ersten Segments des Ionenpfads bereitgestellt wird, (ii) ein zweites elektrisches Potenzial entlang des zyklischen Segments des Ionenpfads bereitgestellt wird, (iii) das erste Segment des Ionenpfads eine erste Pfadlänge aufweist, und (iv) das zyklische Segment des Ionenpfads eine zweite Pfadlänge aufweist, und Analyse von Ionen durch Bestimmen von Driftzeiten von Ionen entlang des Ionenpfads, um einen ersten Satz von Ionendaten zu erhalten;
Betreiben des Analysators in einem zweiten Betriebsmodus durch Ändern mindestens eines von (i) dem ersten elektrischen Potenzial, (ii) dem zweiten elektrischen Potenzial, (iii) der ersten Pfadlänge und (iv) der zweiten Pfadlänge, und Analysieren von Ionen durch Bestimmen von Driftzeiten entlang des Ionenpfads, um einen zweiten Satz von Ionendaten zu erhalten;
Vergleichen des ersten Satzes von Ionendaten mit dem zweiten Satz von Ionendaten, und Identifizieren eines ersten Ionenpeaks in dem ersten Satz von Ionendaten, die einem zweiten Ionenpeak in dem zweiten Satz von Ionendaten entsprechen;
Bestimmen der Anzahl N von Durchläufen des zyklischen Segments des Ionenpfads, der von Ionen eingeschlagen wird, die den entsprechenden ersten und zweiten Ionenpeaks zugewiesen sind; und
Verwenden der bestimmten Anzahl von Durchläufen N, um eine physikalisch-chemische Eigenschaft der Ionen zu bestimmen, die den entsprechenden ersten und zweiten Ionenpeaks zugewiesen sind.

Ausführungsformen beziehen sich auf Verfahren zum Betreiben eines zyklischen Ionenanalysators. Der Analysator ist konfiguriert, um Ionen durch Bestimmen (z.B. Messen) der Driftzeiten der Ionen entlang eines Ionenpfads zu analysieren, wobei die Ionen mehrere Durchläufe durch ein zyklisches Segment des Ionenpfads vornehmen können, bevor sie erkannt werden. In zyklischen Analysatoren können Ionen, die sehr unterschiedliche physikalisch-chemische Eigenschaften aufweisen (z. B. Masse-zu-Ladung-Verhältnis (m/z) oder Ionenmobilität), ähnliche Driftzeiten durch den Analysator aufweisen, z. B. aufgrund der Tatsache, dass sich schneller bewegende Ionen sich langsamer bewegende Ionen in dem zyklischen Segment des Ionenpfads einholen (z.B. überholen). Dies kann die daraus resultierenden Spektren verkomplizieren und es schwierig machen, physikalisch-chemische Eigenschaften der detektierten Ionen genau zu bestimmen.
Ausführungsformen stellen Verfahren zum Disambiguieren der Spektren bereit, die durch zyklische Ionenanalysatoren erzeugt werden. Wie nachstehend ausführlicher beschrieben wird, kann durch Vergleichen zweier Sätze von Ionendaten, die unter Verwendung unterschiedlicher Analysatoreinstellungen erhalten wurden, die Anzahl der Durchläufe N durch das zyklische Segment des Ionenpfads, der von Ionen eingeschlagen wurde, die zu einem Ionenpeak beitragen, bestimmt werden, wodurch ermöglicht wird, dass die physikalisch-chemische Eigenschaft dieser Ionen eindeutig dem Ionenpeak zugewiesen werden kann.
Das Analysegerät kann ein Massenspektrometer, ein Ionenmobilitätsspektrometer oder eine Kombination der beiden (z. B. ein Massenspektrometer, das einen Ionenmobilitätsabscheider einschließt) sein. Das Gerät 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.
Der Ionenanalysator ist konfiguriert, um Ionen durch Bestimmen von Driftzeiten von Ionen entlang eines Ionenpfads zu analysieren. Somit kann der Ionenanalysator einen Ioneninjektor, der zu Beginn des Ionenpfads angeordnet ist, und einen Ionendetektor umfassen, der am Ende des Ionenpfads angeordnet ist. Der Ioneninjektor kann konfiguriert sein, um Ionen von der Ionenquelle über die eine oder die mehreren Ionenoptik-Vorrichtungen aufzunehmen. Der Ioneninjektor kann konfiguriert sein, um Ionen in den Ionenpfad zu injizieren (z. B. durch Beschleunigen von Ionen entlang des Ionenpfads), woraufhin sich Ionen entlang des Ionenpfads zum Detektor bewegen. Der Ioneninjektor kann in jeder geeigneten Form vorliegen, wie etwa einer Ionenfalle oder einer oder mehreren (z. B. orthogonalen) Beschleunigungselektroden. Beim Erreichen des Detektors können die Ionen durch den Detektor erfasst werden, und es kann beispielsweise ihre Ankunftszeit durch den Detektor aufgezeichnet werden. Aus der gemessenen Driftzeit kann dann eine physikalisch-chemische Eigenschaft der Ionen, wie ihr Masse-zu-Ladung-Verhältnis und/oder ihre Ionenmobilität, bestimmt werden.
Der Ionenanalysator ist ein zyklischer Analysator. Somit schließt der Ionenpfad ein zyklisches Segment ein, wobei Ionen mehrere (wiederholte) Durchläufe des zyklischen Segments beim Bewegen entlang des Ionenpfads (von dem Ioneninjektor zum Detektor) vornehmen können. Der Ionenpfad schließt auch mindestens ein erstes (nicht zyklisches) Segment ein, wobei Ionen nur einen einzigen Durchlauf des ersten Segments beim Bewegen entlang des Ionenpfads (von dem Ioneninjektor zu dem Detektor) vornehmen. Das erste Segment kann direkt zum zyklischen Segment des Ionenpfads benachbart sein (d. h. direkt angrenzen). Das erste Segment kann dem zyklischen Segment vorgelagert oder nachgelagert sein.
Der Ionenpfad kann optional ein zweites (nicht zyklisches) Segment umfassen, wobei Ionen nur einen einzigen Durchlauf des zweiten Segments beim Bewegen entlang des Ionenpfads (von dem Ioneninjektor zu dem Detektor) vornehmen. Das zweite Segment kann direkt zum zyklischen Segment des Ionenpfads benachbart sein (d. h. direkt angrenzen). Das zweite Segment kann dem zyklischen Segment vorgelagert oder nachgelagert sein, z. B. derart, dass der Ionenpfad ein erstes (nicht zyklisches) Segment, ein zyklisches Segment, das stromabwärts des ersten Segments angeordnet ist, und ein zweites (nicht zyklisches) Segment, das stromabwärts des zyklischen Segments angeordnet ist, umfasst.
Somit können Ionen beim Bewegen entlang des Ionenpfads (von dem Ioneninjektor zu dem Detektor) einen einzigen Durchlauf des ersten Segments vornehmen, gefolgt von einem oder mehreren (z. B. mehreren) Durchläufen des zyklischen Segments, optional gefolgt von einem einzigen Durchlauf des zweiten Segments, bevor sie vom Detektor erkannt werden.
Der Ionenanalysator kann ein Flugzeit- (ToF) Massenanalysatoren sein, der konfiguriert ist, um das Masse-zu-Ladung-Verhältnis (m/z) von Ionen aus ihren Driftzeiten zu bestimmen, oder ein Ionenmobilitätsanalysator, der konfiguriert ist, um die Ionenmobilität von Ionen aus ihren Driftzeiten zu bestimmen.
In Ausführungsformen ist der Analysator eine Mehrfachreflexions-Ionenfallen-Massenanalysator mit geschlossenem Kreislauf. Somit kann der Analysator zwei Ionenspiegel, die voneinander beabstandet sind und sich in einer ersten Richtung X gegenüberstehen, einen Ioneninjektor zum Injizieren von Ionen in einen Raum zwischen den Ionenspiegeln und einen Detektor zum Erfassen von Ionen, nachdem sie eine Vielzahl von Reflexionen zwischen den Ionenspiegeln abgeschlossen haben, umfassen. Die beiden Ionenspiegel können zusammen eine Ionenfalle bilden. Die zwei Ionenspiegel können so konfiguriert sein, dass in der Ionenfalle gefangene Ionen zwischen den Ionenspiegeln (in der ersten Richtung X) oszillieren, z. B. unbegrenzt, bis sie zur Detektion freigesetzt werden. Ioneneinlass und -extraktion in die Ionenfalle können durch Anlegen geeigneter Spannung(en) an einen im Bereich zwischen den Spiegeln angeordneten Deflektor gesteuert werden.
In diesen Ausführungsformen kann der Ionenpfad so konfiguriert sein, dass Ionen einen einzigen Durchlauf eines ersten Segments des Ionenpfads zwischen dem Injektor und dem Deflektor vornehmen, dann mehrere Durchläufe eines zyklischen Segments des Ionenpfads zwischen den Ionenspiegeln vornehmen und dann einen einzigen Durchlauf eines zweiten Segments des Ionenpfads zwischen dem Deflektor und dem Detektor vornehmen.
In besonderen Ausführungsformen ist der Analysator ein Mehrfachreflexions-FlugzeitAnalysator (MR-ToF), der z. B. konfiguriert sein kann, um in einem sogenannten „Zoom“-Betriebsmodus zu arbeiten. Somit kann der Analysator zwei Ionenspiegel umfassen, 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, und 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.
Der Analysator kann konfiguriert sein, um Ionen zu analysieren durch:

(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 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 in Richtung des ersten Endes der Ionenspiegel zurückdriften;
(ii) sie die Driftrichtungsgeschwindigkeit der Ionen in der Nähe des ersten Endes der Ionenspiegel umkehren, derart, 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 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 in Richtung des ersten Endes der Ionenspiegel zurückdriften;
(iii) Schritt (ii) ein- oder mehrmals wiederholen; und dann
(iv) veranlassen, dass sich die Ionen für eine Erfassung zum Detektor bewegen.

Der Analysator kann ferner einen Deflektor oder eine Linse umfassen, der/die sich in der Nähe des ersten Endes der Ionenspiegel befindet. Der Analysator kann konfiguriert sein, um Ionen zu analysieren durch:

(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) Driften entlang der Driftrichtung Y von dem Deflektor oder der Linse in Richtung des zweiten Endes der Ionenspiegel, (b) Umkehren der Driftrichtungsgeschwindigkeit in der Nähe des zweiten Endes der Ionenspiegel und (c) Zurückdriften entlang der Driftrichtung Y zum Deflektor oder zur Linse;
(ii) Verwenden des Deflektors oder der Linse, um die Driftrichtungsgeschwindigkeit der Ionen derart 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) Driften entlang der Driftrichtung Y von dem Deflektor oder der Linse in Richtung des zweiten Endes der Ionenspiegel, (b) Umkehren der Driftrichtungsgeschwindigkeit in der Nähe des zweiten Endes der Ionenspiegel und (c) Zurückdriften entlang der Driftrichtung Y zum Deflektor oder zur Linse;
(iii) Schritt (ii) ein- oder mehrmals wiederholen; und dann
(iv) Veranlassen, dass sich die Ionen von dem Deflektor oder der Linse für eine Erfassung zum Detektor bewegen.

Der Deflektor oder die Linse kann ungefähr äquidistant (in der X-Richtung) zwischen dem ersten und dem zweiten Ionenspiegel angeordnet sein. Der Deflektor oder die Linse 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 oder die Linse 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 Mehrfachreflexions-Flugzeit- (ToF) Massenanalysator kann jede geeignete Art von MR-ToF umfassen. Zum Beispiel kann der Analysator einen MR-ToF mit einem Satz periodischer Linsen umfassen, die so konfiguriert sind, dass der Ionenstrahl entlang seiner Flugbahn fokussiert bleibt, z. B. wie in dem Artikel von A. Verenchikov u.a., Journal of Applied Solution Chemistry and Modelling, 2017, 6, 1-22, beschrieben.
In besonderen Ausführungsformen ist der Analysator jedoch ein Mehrfachreflexions-Flugzeit-Massenanalysator des Typs mit geneigtem Spiegel, 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-Flugzeit-Massenanalysator 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.
In Ausführungsformen kann der Deflektor 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.
In Ausführungsformen umfasst das Verfahren 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, kann der Deflektor verwendet werden, 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.
Der Schritt des Verwendens des Deflektors zur Umkehrung der Driftrichtungsgeschwindigkeit der Ionen kann ein- oder mehrmals wiederholt werden. Somit kann das Verfahren das Veranlassen umfassen, 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 kann eingeleitet werden, indem die Ionen in den Raum zwischen den Ionenspiegeln injiziert werden, und nachdem die Ionen den ersten Zyklus abgeschlossen haben, kann jeder weitere Zyklus durch Verwenden des Deflektors eingeleitet werden, um die Driftrichtungsgeschwindigkeit der Ionen umzukehren.
Das Verfahren kann das Veranlassen umfassen, dass sich die Ionen von dem Deflektor für ein Erfassen zu dem Detektor bewegen. Das heißt, nachdem die Ionen die gewünschte (mehrfache) Anzahl (N) von Zyklen innerhalb des Analysators abgeschlossen haben, können sich die Ionen von dem Deflektor für ein 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.
In diesen Ausführungsformen kann der Ionenpfad so konfiguriert sein, dass Ionen einen einzigen Durchlauf eines ersten Segments des Ionenpfads zwischen dem Injektor und dem Deflektor oder der Linse vornehmen, dann mehrere Durchläufe eines zyklischen Segments des Ionenpfads zwischen dem ersten und dem zweiten Ende der Ionenspiegel vornehmen und dann einen einzigen Durchlauf eines zweiten Segments des Ionenpfads zwischen dem Deflektor oder der Linse und dem Detektor vornehmen.
Bei dem Verfahren wird der Analysator anfänglich in einem ersten Betriebsmodus betrieben, und Ionen werden analysiert, wenn der Analysator in dem ersten Betriebsmodus betrieben wird (durch Bestimmen von Driftzeiten von Ionen entlang des Ionenpfads), um einen ersten Satz von Ionendaten zu erhalten. Der Analysator wird dann in einen zweiten Betriebsmodus umgeschaltet, und Ionen werden analysiert, wenn der Analysator in einem zweiten Betriebsmodus betrieben wird (durch Bestimmen von Driftzeiten von Ionen entlang des Ionenpfads), um einen zweiten Satz von Ionendaten zu erhalten.
Der erste Satz von Ionendaten kann mehrere Ionenpeaks einschließen. Die Anzahl N von Durchläufen des zyklischen Segments des Ionenpfads, die durch Ionen vorgenommen werden, die einigen, den meisten oder allen Ionenpeaks in dem ersten Satz von Ionendaten entsprechen (d. h. diese zur Folge haben), können (an sich) mehrdeutig sein. In ähnlicher Weise kann der zweite Satz von Ionendaten mehrere Ionenpeaks einschließen, und die Anzahl N von Durchläufen des zyklischen Segments des Ionenpfads, die durch Ionen vorgenommen werden, die einigen, den meisten oder allen Ionenpeaks in dem in dem zweiten Satz von Ionendaten entsprechen (d. h. diese zur Folge haben), können (an sich) mehrdeutig sein. Der erste und der zweite Satz von Ionendaten können durch Analysieren von Ionen, die aus derselben Probe stammen (z. B. durch Analysieren von Ionen, die aus benachbarten Regionen einer Probe erzeugt werden, und/oder durch Analysieren von Ionen, die aus einer Probe aus engen (benachbarten) Zeitpunkten erzeugt werden) erhalten werden, z. B. derart, dass Ionenpeaks, die einigen, den meisten oder allen (signifikanten) Ionenpeaks in dem ersten Satz von Ionendaten entsprechen, in dem zweiten Satz von Ionendaten aufscheinen.
In dem ersten Betriebsmodus (i) wird ein erstes elektrisches Potenzial entlang des ersten Segments des Ionenpfads bereitgestellt, (ii) ein zweites elektrisches Potenzial wird entlang des zyklischen Segments des Ionenpfads bereitgestellt, (iii) das erste Segment des Ionenpfads weist eine erste Pfadlänge auf, und (iv) das zyklische Segment des Ionenpfads weist eine zweite Pfadlänge auf. Das erste elektrische Potenzial kann ein elektrisches Potenzial sein, das entlang eines Teils des ersten Segments, des Großteils des ersten Segments oder des gesamten ersten Segments des Ionenpfads bereitgestellt ist. In ähnlicher Weise kann das zweite elektrische Potenzial ein elektrisches Potenzial sein, das entlang eines Teils des zyklischen Segments, eines Großteils des zyklischen Segments oder des gesamten zyklischen Segments des Ionenpfads bereitgestellt ist. Die erste Pfadlänge kann die Pfadlänge des gesamten ersten Segments sein. Die zweite Pfadlänge kann die Pfadlänge sein, die durch Ionen in einem einzigen Zyklus (einer einzigen Schleife) des zyklischen Segments des Ionenpfads eingeschlagen wird.
In dem zweiten Betriebsmodus wird mindestens eines von (i) dem ersten elektrischen Potenzial, (ii) dem zweiten elektrischen Potenzial, (iii) der ersten Pfadlänge und (iv) der zweiten Pfadlänge in Bezug auf den ersten Betriebsmodus geändert (modifiziert). Somit kann das Verfahren das Umschalten des Analysators von dem ersten Betriebsmodus in den zweiten Betriebsmodus umfassen durch mindestens eines von: (i) Ändern des ersten elektrischen Potentials, (ii) Ändern des zweiten elektrischen Potentials, (iii) Ändern der ersten Pfadlänge und (iv) Ändern der zweiten Pfadlänge. Die Änderung kann so erfolgen, dass die Auswirkung der Änderung auf die Driftzeit von Ionen entlang des ersten Segments proportional zur Auswirkung der Änderung auf die Driftzeit von Ionen entlang des zyklischen Segments ist. Somit wird beispielsweise in besonderen Ausführungsformen nur eines von (i) dem ersten elektrischen Potenzial, (ii) dem zweiten elektrischen Potenzial, (iii) der ersten Pfadlänge und (iv) der zweiten Pfadlänge in Bezug auf den ersten Betriebsmodus geändert (und die anderen werden zwischen dem ersten und dem zweiten Betriebsmodus nicht geändert).
In besonderen Ausführungsformen, in denen der Analysator ein Mehrfachreflexions-Flugzeit- (ToF) Massenanalysator (wie vorstehend beschrieben) ist, umfasst das Verfahren das Ändern der zweiten Pfadlänge in dem zweiten Betriebsmodus durch Ändern der Anzahl K von Reflexionen, die Ionen zwischen den Ionenspiegeln beim Verfolgen des Zickzack-Ionenpfads bilden. Dies kann durch Ändern des Winkels erfolgen, durch den der Ionenstrahl von dem Deflektor abgelenkt wird, d. h. durch Ändern der an den Deflektor angelegten Spannung. Geeignete Ablenkspannungsverschiebungen, um so den Winkel des Strahls zu verändern, liegen in der Größenordnung von einigen Volt oder mehreren zehn Volt.
Somit kann in dem ersten Betriebsmodus der Analysator so konfiguriert sein, dass in jedem Zyklus Ionen eine erste Anzahl K₁ von Reflexionen zwischen den Ionenspiegeln in der X-Richtung vornehmen, 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. Im zweiten Betriebsmodus kann der Analysator so konfiguriert sein, dass in jedem Zyklus Ionen eine zweite unterschiedliche Anzahl K₂ von Reflexionen zwischen den Ionenspiegeln in der X-Richtung vornehmen, 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 erste und die zweite Anzahl können sich um einen kleinen ganzzahligen Betrag unterscheiden, wie etwa um eins, d. h. |K₁-K₂| = 1.
In alternativen Ausführungsformen umfasst das Verfahren das Ändern eines Teils, des Großteils oder des gesamten elektrischen Potentials in dem zweiten Betriebsmodus. Somit kann in dem ersten Betriebsmodus der Analysator so konfiguriert sein, dass eine erste Verteilung elektrischen Potenzials entlang des ersten Segments des Ionenpfads bereitgestellt wird, und im zweiten Betriebsmodus kann der Analysator so konfiguriert sein, dass eine unterschiedliche Verteilung elektrischen Potenzials entlang des ersten Segments des Ionenpfads bereitgestellt wird.
Die erste Verteilung elektrischen Potenzials und die unterschiedliche Verteilung elektrischen Potenzials können sich derart unterscheiden, dass das elektrische Feld, das durch Ionen erfahren wird, die entlang des ersten Segments in dem ersten Betriebsmodus verlaufen, sich von dem elektrischen Feld unterscheidet, das durch Ionen erfahren wird, die entlang des ersten Segments in dem zweiten Betriebsmodus verlaufen. Dieser Unterschied kann veranlassen, dass die Flugzeit von Ionen (mit einer bestimmten m/z) entlang des ersten Segments in dem ersten Betriebsmodus sich von der Flugzeit von Ionen (mit derselben bestimmten m/z) entlang des ersten Segments in dem zweiten Betriebsmodus unterscheidet. Dieser Flugzeitunterschied kann von dem Masse-zu-Ladung-Verhältnis (m/z) der Ionen abhängig (z. B. proportional dazu) sein. Somit kann das Ändern des ersten elektrischen Potenzials zwischen dem ersten und dem zweiten Betriebsmodus zu einer Masse-zu-Ladung-abhängigen Flugzeitverschiebung von Ionen führen, die entlang des ersten Segments zwischen dem ersten und dem zweiten Betriebsmodus verlaufen.
Das erste elektrische Potenzial kann auf jede geeignete Weise zwischen den beiden Betriebsmodi geändert werden. Zum Beispiel kann das Gerät ein Flugrohr umfassen, das entlang mindestens eines Teils des ersten Segments des Ionenpfads angeordnet ist, und das Verfahren kann das Ändern des ersten elektrischen Potentials in dem zweiten Betriebsmodus durch Ändern einer an das Flugrohr angelegten Spannung (relativ zu einer an das Flugrohr angelegten Spannung im ersten Betriebsmodus) umfassen. Alternativ kann das Verfahren das Ändern des ersten elektrischen Potentials in dem zweiten Betriebsmodus durch Ändern eines durch den Ioneninjektor bereitgestellten (gepulsten) Beschleunigungsfelds umfassen (wobei z. B. der Ioneninjektor eine Ionenfalle ist, indem ein (gepulstes) Extraktionsfeld, das innerhalb des Ioneninjektors bereitgestellt wird, geändert wird). Dies kann durch Ändern einer oder mehrerer gepulster Beschleunigungsspannungen erfolgen, die an eine oder mehrere Elektroden(en) des Ioneninjektors angelegt werden. Somit kann in dem ersten Betriebsmodus der Ioneninjektor konfiguriert sein, um Ionen entlang des Ionenpfads unter Verwendung eines ersten Beschleunigungsfelds (einer oder mehrerer erster Beschleunigungsspannungen) zu beschleunigen, und in dem zweiten Betriebsmodus kann der Ioneninjektor konfiguriert sein, um Ionen entlang des Ionenpfads unter Verwendung eines unterschiedlichen zweiten Beschleunigungsfelds (einer oder mehrerer unterschiedlicher zweiter Beschleunigungsspannungen) zu beschleunigen. Geeignete Beschleunigungsfelder für den Ioneninjektor liegen in der Größenordnung von einigen hundert V/mm, und geeignete Beschleunigungsfeldverschiebungen zwischen dem ersten und dem zweiten Betriebsmodus liegen in der Größenordnung von mehreren zehn V/mm. Das Verfahren umfasst das Vergleichen des ersten Satzes von Ionendaten mit dem zweiten Satz von Ionendaten, z. B. um einen ersten Ionenpeak in dem ersten Satz von Ionendaten zu identifizieren, der einem zweiten Ionenpeak in dem zweiten Satz von Ionendaten entspricht. Das Verfahren kann das Identifizieren mehrerer solcher Paare von entsprechenden Ionenpeaks im ersten und zweiten Satz von Ionendaten umfassen. Ein Ionenpeak kann einem anderen Ionenpeak entsprechen, indem die Ionen, die diese Ionenpeaks zur Folge haben, den gleichen Wert der physikalisch-chemischen Eigenschaft aufweisen können (z. B. von der gleichen Spezies sein können).
Das Identifizieren eines ersten Ionenpeaks in dem ersten Satz von Ionendaten, der einem zweiten Ionenpeak in dem zweiten Satz von Ionendaten entspricht, kann das Identifizieren von Ionenpeaks umfassen, die Werte der physikalisch-chemischen Eigenschaft innerhalb eines erwarteten (z. B. kleinen) Bereichs aufweisen.
Alternativ kann das Identifizieren eines ersten Ionenpeaks in dem ersten Satz von Ionendaten, der einem zweiten Ionenpeak in dem zweiten Satz von Ionendaten entspricht, Folgendes umfassen:

Bestimmen, für jeden Ionenpeak einer oder mehrerer Ionenpeaks in dem ersten Satz von Ionendaten, einer ersten Liste von möglichen Werten der physikalisch-chemischen Eigenschaft, die Ionen haben könnten, die diesem Ionenpeak zugewiesen sind;
Bestimmen, für jeden Ionenpeak eines oder mehrerer Ionenpeaks in dem zweiten Satz von Ionendaten, einer zweiten Liste von möglichen Werten der physikalisch-chemischen Eigenschaft, die Ionen haben könnten, die diesem Ionenpeak zugewiesen sind; und
Vergleichen der ersten Liste mit der zweiten Liste und Identifizieren, basierend auf dem Vergleich, eines Ionenpeaks in dem ersten Satz von Ionendaten, die einem Ionenpeak in dem zweiten Satz von Ionendaten entsprechen. Dies kann durch Identifizieren von Ionenpeaks erfolgen, die gleiche Werte oder Werte der physikalisch-chemischen Eigenschaft innerhalb eines erwarteten Fehlerbereichs aufweisen.

Das Verfahren umfasst das Bestimmen der Anzahl N von Durchläufen des zyklischen Segments des Ionenpfads, der von Ionen eingeschlagen wird, die den entsprechenden ersten und zweiten Ionenpeaks entsprechen (d. h. diese zur Folge haben). Diese Bestimmung kann auf der Grundlage des Vergleichs des ersten Satzes von Ionendaten mit dem zweiten Satz von Ionendaten erfolgen. Zum Beispiel kann das Bestimmen der Anzahl N von Durchläufen des zyklischen Segments des Ionenpfads, der von Ionen eingeschlagen wird, die den entsprechenden ersten und zweiten Ionenpeaks zugewiesen sind, das Messen einer Driftzeitdifferenz zwischen ersten und zweiten Ionenpeaks und das Verwenden der gemessenen Driftzeitdifferenz umfassen, um die Anzahl N von Durchläufen des zyklischen Segments des Ionenpfads zu schätzen, der durch Ionen eingeschlagen wird, die den entsprechenden ersten und zweiten Ionenpeaks zugewiesen sind.
Das Verfahren umfasst das Verwenden der bestimmten Anzahl von Durchläufen N, um einen Wert der physikalisch-chemischen Eigenschaft der Ionen zu bestimmen, die den entsprechenden ersten und zweiten Ionenpeaks entsprechen (d. h. diese zur Folge haben). Dieser Prozess zum Bestimmen eines Werts der physikalisch-chemischen Eigenschaft des Paares von entsprechenden Ionenpeaks (basierend auf dem bestimmten Wert von N) kann für jedes identifizierte Paar von entsprechenden Ionenpeaks von Interesse wiederholt werden.
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 ein Analysegerät, wie etwa ein Masse- und/oder Ionenmobilitätsspektrometer, bereit, wobei das Steuerungssystem konfiguriert ist, um das Analysegerät zu veranlassen, das/die vorstehend beschriebene(n) Verfahren auszuführen.
Ein weiterer Gesichtspunkt stellt ein Analysegerät, wie etwa ein Masse- und/oder Ionenmobilitätsspektrometer, bereit, welches das vorstehend beschriebene Steuerungssystem umfasst.
Ein weiterer Gesichtspunkt stellt ein Analysegerät bereit, wie etwa ein Masse- und/oder Ionenmobilitätsspektrometer, umfassend:

einen Ionenanalysator, der konfiguriert ist, um Ionen durch Bestimmen von Ionendriftzeiten entlang eines Ionenpfads zu analysieren, wobei der Ionenpfad mindestens ein erstes Segment und ein zyklisches Segment umfasst, wobei der Ionenpfad so konfiguriert ist, dass Ionen einen einzigen Durchlauf des ersten Segments vornehmen und einen oder mehrere Durchläufe des zyklischen Segments vornehmen; und
ein Steuerungssystem, das konfiguriert ist zum:
- Betreiben des Analysators in einem ersten Betriebsmodus und Analysieren von Ionen durch Bestimmen von Driftzeiten von Ionen entlang des Ionenpfads, um einen ersten Satz von Ionendaten zu erhalten, wobei in dem ersten Betriebsmodus (i) ein erstes elektrisches Potenzial entlang des ersten Segments des Ionenpfads bereitgestellt wird, (ii) ein zweites elektrisches Potenzial entlang des zyklischen Segments des Ionenpfads bereitgestellt wird, (iii) das erste Segment des Ionenpfads eine erste Pfadlänge aufweist, und (iv) das zyklische Segment des Ionenpfads eine zweite Pfadlänge aufweist;
- Betreiben des Analysators in einem zweiten Betriebsmodus durch Ändern mindestens eines von (i) dem ersten elektrischen Potenzial, (ii) dem zweiten elektrischen Potenzial, (iii) der ersten Pfadlänge und (iv) der zweiten Pfadlänge, und Analysieren von Ionen durch Bestimmen von Driftzeiten entlang des Ionenpfads, um einen zweiten Satz von Ionendaten zu erhalten;
- Vergleichen des ersten Satzes von Ionendaten mit dem zweiten Satz von Ionendaten, und Identifizieren eines ersten Ionenpeaks in dem ersten Satz von Ionendaten, die einem zweiten Ionenpeak in dem zweiten Satz von Ionendaten entsprechen;
- Bestimmen der Anzahl N von Durchläufen des zyklischen Segments des Ionenpfads, der von Ionen eingeschlagen wird, die den entsprechenden ersten und zweiten Ionenpeaks zugewiesen sind; und
- Verwenden der bestimmten Anzahl von Durchläufen N, um eine physikalisch-chemische Eigenschaft der Ionen zu bestimmen, die den entsprechenden ersten und zweiten Ionenpeaks zugewiesen sind.

Diese Gesichtspunkte und Ausführungsformen können, und in Ausführungsformen tun sie dies, jedes oder mehrere der hierin beschriebenen optionalen Merkmale einschließen.
Zum Beispiel kann der Ionenanalysator ein Flugzeit- (ToF) Massenanalysator sein, und die physikalisch-chemische Eigenschaft kann ein Masse-zu-Ladung-Verhältnis (m/z) sein.
Somit kann der Analysator Folgendes umfassen:

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; und
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;

Der Analysator kann konfiguriert sein, um Ionen zu analysieren durch:

Alternativ kann der Analysator ein Ionenmobilitätsanalysator sein, und die physikalisch-chemische Eigenschaft kann Ionenmobilität sein.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Verschiedene Ausführungsformen werden nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren ausführlicher beschrieben, in denen:

1 schematisch ein Analysegerät gemäß Ausführungsformen zeigt;
2 schematisch einen zyklischen Ionenanalysator gemäß Ausführungsformen zeigt;
3 schematisch einen Mehrfachreflexions-Ionenfallen-Massenanalysator mit geschlossenem Kreislauf gemäß Ausführungsformen zeigt;
4 schematisch einen Mehrfachreflexions-Flugzeit-Massenanalysator gemäß Ausführungsformen zeigt;
5 schematisch einen Mehrfachreflexions-Flugzeit-Massenanalysator gemäß Ausführungsformen zeigt;
6 schematisch ein Verfahren zum Disambiguieren von Spektren zeigt, das aus einem zyklischen Ionenanalysator gemäß Ausführungsformen erhalten wird;
7 schematisch ein Verfahren zum Disambiguieren von Spektren zeigt, das aus einem zyklischen Ionenanalysator gemäß Ausführungsformen erhalten wird;
8 schematisch einen zyklischen Ionenanalysator gemäß Ausführungsformen zeigt;
9 veranschaulicht, wie unterschiedliche m/z-Ionen in einem zyklischen Analysator und dem daraus folgenden komplizierten Flugzeitspektrum in verschiedene Anzahlen von Zyklen fallen können;
10A komplizierte Flugzeitspektren zeigt, und 10B ein wiederhergestelltes Massenspektrum zeigt, das unter Verwendung eines Verfahrens gemäß Ausführungsformen gefunden wird;
11A gemessene Ionenpeaks für m/z-524-Ionen zeigt, die erfasst wurden, als das Gerät von 4 ohne den Zoom-Modus betrieben wurde, und 11B-D gemessene Ionenpeaks für m/z-524-Ionen zeigen, die erfasst wurden, als das Instrument von 4 mit dem Zoom-Modus gemäß Ausführungsformen betrieben wurde;
12 Massenspektren einer Kalibrierlösung zeigt, die unter Verwendung eines Zoom-Modus gemäß Ausführungsformen erhalten werden; und
13 Daten aus einem Disambiguierungsverfahren gemäß Ausführungsformen zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
1 veranschaulicht schematisch ein Analysegerät, das gemäß Ausführungsformen betrieben werden kann. Das Analysegerät kann ein Massenspektrometer (das optional einen Ionenmobilitätsabscheider einschließen kann) oder ein Ionenmobilitätsspektrometer sein. Wie in 1 gezeigt, schließt das Analysegerät eine Ionenquelle 10, eine oder mehrere Ionenübertragungsstufen 20 und einen Analysator 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. In einigen Ausführungsformen 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 optional mit einer Trennvorrichtung, wie etwa 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 Ionenübertragungsstufe(n) 20 kann/können eine beliebige geeignete Anzahl und Konfiguration von Ionenoptik-Vorrichtungen einschließen, beispielsweise optional eines oder mehrere der Folgenden einschließen: eine oder mehrere HF- und/oder Multipol-Ionenführungen, eine oder mehrere Ionenführungen für Kühlionen, eine oder mehrere massenselektive Ionenführungen und so weiter.
Der Analysator 30 ist stromabwärts der Ionenübertragungsstufe(n) 20 angeordnet und ist konfiguriert, um Ionen von der/den Ionenübertragungsstufe(n) 20 aufzunehmen. Der Analysator ist konfiguriert, um die Ionen zu analysieren, um so eine physikalisch-chemische Eigenschaft der Ionen zu bestimmen, wie deren Masse-zu-Ladung-Verhältnis, Masse, Ionenmobilität und/oder Kollisionsquerschnitt (CCS). Dazu ist der Analysator 30 konfiguriert, um Ionen entlang eines Ionenpfads innerhalb des Analysator s 30 zu bewegen und die benötigte Zeit (die Driftzeit) für Ionen zu messen, die sich entlang des Ionenpfads bewegen. Somit kann der Analysator 30 einen Ionendetektor umfassen, der am Ende des Ionenpfads angeordnet ist, wobei der Analysator konfiguriert ist, um die Ankunftszeit von Ionen am Detektor aufzuzeichnen. Das Gerät kann konfiguriert sein, um die physikalisch-chemische Eigenschaft der Ionen aus ihrer gemessenen Driftzeit zu bestimmen. Das Gerät kann konfiguriert sein, um ein Spektrum der analysierten Ionen, wie etwa ein Massenspektrum oder ein Ionenmobilitätsspektrum, zu erzeugen.
In bestimmten Ausführungsformen ist der Analysator 30 ein Flugzeit- (ToF) Massenanalysator, z. B. dazu konfiguriert, um das Masse-zu-Ladung-Verhältnis (m/z) von Ionen zu bestimmen, indem er die Ionen entlang eines Ionenpfads innerhalb eines Driftbereichs des Analysators bewegt, wobei der Driftbereich bei hohem Vakuum (z. B. < 1 × 10^-5 mbar) gehalten wird. Ionen können durch ein elektrisches Feld in den Driftbereich beschleunigt werden und können durch einen Ionendetektor erfasst werden, der am Ende des Ionenpfads angeordnet ist. Die Beschleunigung kann veranlassen, dass Ionen mit einem relativ niedrigen Masse-zu-Ladung-Verhältnis eine relativ hohe Geschwindigkeit erreichen und den Ionendetektor vor Ionen mit einem relativ hohen Masse-zu-Ladung-Verhältnis erreichen. Somit gelangen Ionen nach einer durch ihre Geschwindigkeit und die Länge des Ionenpfads bestimmten Zeit zum Ionendetektor, was es ermöglicht, das Masse-zu-Ladung-Verhältnis der Ionen zu bestimmen. Jedes Ion oder jede Gruppe von Ionen, die am Detektor ankommt, kann durch den Detektor abgetastet werden, und das Signal aus dem Detektor kann digitalisiert werden. Ein Prozessor kann dann einen Wert bestimmen, der die Flugzeit und/oder das Masse-zu-Ladung-Verhältnis („m/z“) des Ions oder der Gruppe von Ionen angibt. Daten für mehrere Ionen können gesammelt und kombiniert werden, um ein Flugzeit- („ToF“) Spektrum und/oder ein Massespektrum zu erzeugen.
In alternativen Ausführungsformen ist der Analysator 30 ein Ionenmobilitätsanalysator, z. B. konfiguriert, um die Ionenmobilität von Ionen zu bestimmen, indem die Ionen entlang eines Ionenpfads innerhalb eines Driftbereichs des Analysators geleitet werden, wobei ein Puffergas im Driftbereich bereitgestellt wird. Ionen können durch das Puffergas durch ein elektrisches Feld gedrückt werden (oder Ionen können durch einen Gasstrom durch den Driftbereich gedrückt werden, wobei ein elektrisches Feld angeordnet ist, um dem Gasstrom entgegenzuwirken), und können von einem Ionendetektor erfasst werden, der am Ende des Ionenpfads angeordnet ist. Ionen mit die einer relativ hohen Mobilität erreichen den Ionendetektor vor Ionen mit einer relativ niedrigen Mobilität. Somit können Ionen gemäß ihrer Ionenmobilität getrennt werden und können nach einer durch ihre Ionenmobilität bestimmten Zeit zum Ionendetektor gelangen. Jedes Ion oder jede Gruppe von Ionen, die am Detektor ankommt, kann durch den Detektor abgetastet werden, und das Signal aus dem Detektor kann digitalisiert werden. Ein Prozessor kann dann einen Wert bestimmen, der die Driftzeit und/oder Ionenmobilität des Ions oder der Gruppe von Ionen angibt. Daten für mehrere Ionen können gesammelt und kombiniert werden, um ein Driftzeitspektrum und/oder ein Ionenmobilitätsspektrum zu erzeugen.
Es wäre auch möglich, dass der Analysator 30 einen Ionenmobilitätsabscheider umfasst, der mit einem Massenanalysator gekoppelt ist, z. B. wo am Ende des Ionenmobilitätsteils des Ionenpfads ein Massenanalysator bereitgestellt ist. In diesen Ausführungsformen kann jede geeignete Art von Massenanalysator bereitgestellt werden, wie etwa ein Flugzeit-Massenanalysator oder ein elektrostatischer Ionenfallen-Massenanalysator, wie etwa eine elektrostatische Orbitalfalle, und insbesondere einen Orbitalfallen-TM-FT-Massenanalysator, wie von Thermo Fisher Scientific hergestellt.
Es ist zu beachten, dass 1 lediglich schematisch ist und dass das Analysegerät eine beliebige Anzahl von einer oder mehreren zusätzlichen Komponenten einschließen kann und dies in Ausführungsformen tut. Zum Beispiel schließt das Analysegerät in einigen Ausführungsformen eine Kollisions- oder Reaktionszelle zum Fragmentieren oder Reagieren von Ionen ein, und die von dem Analysator 30 analysierten Ionen können Fragment- oder Produktionen sein, die durch Fragmentieren oder Reagieren von Elternionen erzeugt werden, die durch die Ionenquelle 10 erzeugt werden.
Wie auch in 1 gezeigt, unterliegt das Gerät der Steuerung einer Steuereinheit 50, wie etwa einem entsprechend programmierten Computer, der den Betrieb verschiedener Komponenten des Geräts einschließlich des Analysators 30 steuert. Die Steuereinheit 50 kann auch Daten von verschiedenen Komponenten empfangen und verarbeiten, die den/die Detektor(en) gemäß hierin beschriebenen Ausführungsformen einschließen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen ist der Analysator 30 ein zyklischer Analysator. Somit besteht der Ionenpfad innerhalb des Analysators 30 aus mindestens einem ersten Teil und einem zweiten zyklischen Teil, wobei der Ionenpfad so konfiguriert ist, dass Ionen, die sich entlang des Ionenpfads bewegen, nur einen einzigen Durchlauf des ersten Teils vornehmen und einen oder mehrere (z. B. mehrere) Durchläufe des zweiten zyklischen Teils vornehmen, bevor sie erfasst werden. Dies ist schematisch durch 2 veranschaulicht.
Wie in 2 gezeigt, schließt der Analysator 30 einen Ionenpfad 32 ein, der zwischen einem Ioneninjektor 31 und einem Ionendetektor 33 bereitgestellt ist. Der Ioneninjektor 31 ist konfiguriert, um Ionen in den Ionenpfad 32 zu injizieren, woraufhin sich Ionen entlang des Ionenpfads 32 bewegen und von dem Detektor 33 erfasst werden, der am Ende des Ionenpfads 32 angeordnet ist. Wie in 2 gezeigt, besteht der Ionenpfad 32 aus einem ersten Segment 32a, einem zweiten zyklischen Segment 32b und einem dritten Segment 32c. Ionen, die sich entlang des Ionenpfads 32 zwischen dem Ioneninjektor 31 und dem Ionendetektor 33 bewegen, nehmen nur einen einzigen Durchlauf des ersten Segments 32a vor, gefolgt von einem oder mehreren (z. B. mehrfachen) Durchläufen des zweiten zyklischen Segments 32b, gefolgt von nur einem einzigen Durchlauf des dritten Segments 32c. Der Ionenpfad 32 kann eine beliebige Anzahl weiterer Segmente einschließen. Es wäre auch möglich, dass der Ionenpfad nur eines von erstem Segment 32a und drittem Segment 32c einschließt.
Es versteht sich, dass zyklische Analysatoren vorteilhafterweise ermöglichen, die Länge des Ionenpfades 32, den Ionen innerhalb des Analysators 30 (zwischen dem Injektor 31 und dem Detektor 33) nehmen, zu erhöhen, wodurch die Auflösung des Analysators 30 erhöht wird.
Der zyklische Analysator 30 kann jeden geeigneten zyklischen Ionenanalysator mit einem Ionenpfad 32 umfassen, der so konfiguriert ist, dass Ionen mehrere Durchläufe eines zyklischen Segments 32b des Ionenpfads vornehmen können, bevor sie erfasst werden. So kann beispielsweise der Analysator 30 ein zyklischer Flugzeit- (ToF) Massenanalysator, ein zyklischer Ionenmobilitätsanalysator oder ein zyklischer Ionenmobilitätsabscheider sein, der mit einem Massenanalysator gekoppelt ist. 3-5 veranschaulichen verschiedene beispielhafte Ausführungsformen des zyklischen Analysators 30.
3 veranschaulicht schematisch ein Detail eine geschlossene Multireflexions-Ionenfallenzeit eines Flugmassenanalysators gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform des Analysators 30.
Wie in 3 gezeigt, umfasst der Analysator ein Paar Ionenspiegel 34, 35, die einander zugewandt sind, und die zusammen eine Ionenfalle bilden. Die Ionenspiegel 34, 35 sind so konfiguriert, dass in der Ionenfalle eingefangene Ionen zwischen den Ionenspiegeln 34, 35 auf einem unbegrenzt erweiterten (zyklischen) Ionenpfad 32b oszillieren, bis sie freigesetzt werden. Ionen können aus einer Ionenquelle (Injektor) 31 in die Ionenfalle eingeführt und schließlich von einem Ionendetektor 33 erfasst werden. In der in 3 dargestellten Ausführungsform werden ein Ionenzugang und eine Ionenextraktion in die Ionenfalle durch Anlegen geeigneter Spannung(en) an einen im Bereich zwischen den Spiegeln 34, 35 angeordneten Deflektor 36 gesteuert. Alternativ können Ionenzugang und -extraktion dadurch erreicht werden, dass einer oder beide der Ionenspiegel 34, 35 zwischen einem Einfangmodus und einem transmissiven Modus umschaltbar sind.
In der in 3 dargestellten Ausführungsform ist der Ionenpfad 32 so konfiguriert, dass Ionen einen einzigen Durchlauf eines ersten Segments 32a des Ionenpfads (zwischen dem Injektor 31 und dem Deflektor 36) vornehmen, dann mehrere Durchläufe eines zweiten zyklischen Segments 32b des Ionenpfads (zwischen den Ionenspiegeln 34, 35) vornehmen und dann einen einzigen Durchlauf eines dritten Segments 32c des Ionenpfads (zwischen dem Deflektor 36 und dem Detektor 33) vornehmen.
Bei dieser Art von zyklischem Analysator kann die Ionenflugzeit viele Millisekunden lang sein, sodass die Auflösung üblicherweise > 100.000 oder sogar > 500.000 erreichen kann. Die Raumladung innerhalb des begrenzten Volumens kann jedoch die Analysatorleistung aufgrund starker Koaleszenzeffekte beeinträchtigen.
4 und 5 veranschaulichen detailliert schematisch weitere beispielhafte Ausführungsbeispiele des Analysators 30. In diesen Ausführungsformen ist der Analysator 30 ein Mehrfachreflexions-Flugzeit- (MR-ToF) Massenanalysator, der in einem sogenannten Mehrfachverlauf-„Zoom“-Betriebsmodus betreibbar ist.
Wie in den 4 und 5 gezeigt, schließt der Mehrfachreflexions-Flugzeitanalysator 30 ein Paar Ionenspiegel 34, 35 ein, die in einer ersten Richtung X voneinander beabstandet sind und einander zugewandt sind. Die Ionenspiegel 34, 35 sind entlang einer orthogonalen Driftrichtung Y zwischen einem ersten Ende und einem zweiten Ende verlängert.
An einem Ende (dem ersten Ende) des Analysators ist eine Ionenquelle (Injektor) 31 angeordnet, die in Form einer Ionenfalle vorliegen kann. Die Ionenquelle 31 kann angeordnet und konfiguriert sein, um Ionen von der/den Ionenübertragungsstufe(n) 20 aufzunehmen. Ionen können in der Ionenquelle 31 akkumuliert werden, bevor sie in den Raum zwischen den Ionenspiegeln 34, 35 injiziert werden. Wie in den 4 und 5 gezeigt, können Ionen aus der Ionenquelle 31 mit einem relativ kleinen Injektionswinkel oder einer relativ kleinen Driftrichtungsgeschwindigkeit injiziert werden, wodurch eine Zickzack-Ionenbahn erzeugt wird, wobei unterschiedliche Oszillationen zwischen den Spiegeln 34, 35 räumlich getrennt sind. Im Vergleich zum Analysator von 3 hat dies die Wirkung, die Raumladungseffekte innerhalb des Analysators zu reduzieren.
Eine oder mehrere Linsen und/oder Deflektoren können entlang des Ionenpfads zwischen der Ionenquelle 31 und dem Ionenspiegel 35 angeordnet sein, worauf die Ionen zuerst stoßen. Zum Beispiel können, wie in den 4 und 5 gezeigt, eine erste Out-of-Plane-Linse 37, ein Injektionsdeflektor 38 und eine zweite Out-of-Plane-Linse 39 entlang des Ionenpfads zwischen der Ionenquelle 31 und dem zuerst durch die Ionen angetroffen Ionenspiegel 35 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 anzunehmen.
Der Analysator schließt auch einen anderen Deflektor 36 ein, der entlang des Ionenpfads zwischen den Ionenspiegeln 34, 35 angeordnet ist. Wie in den 4 und 5 gezeigt, kann der Deflektor 36 ungefähr äquidistant zwischen den Ionenspiegeln 34, 35 entlang des Ionenpfads nach seiner ersten Ionenspiegelreflexion (in Ionenspiegel 35) und vor seiner zweiten Ionenspiegelreflexion (in dem anderen Ionenspiegel 34) angeordnet sein.
Der Analysator schließt auch einen Detektor 33 ein. Der Detektor 33 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 31 in den Raum zwischen den Ionenspiegeln 34, 35 injiziert, so dass die Ionen einen Zickzack-Ionenpfad mit mehrfachen Reflexionen zwischen den Ionenspiegeln 34, 35 in der X-Richtung annehmen, während: (a) sie entlang der Driftrichtung Y von dem Deflektor 36 in Richtung des gegenüberliegenden (zweiten) Endes der Ionenspiegel 34, 35 driften, (b) die Driftrichtungsgeschwindigkeit in der Nähe des zweiten Endes der Ionenspiegel 34, 35 umkehren und dann (c) entlang der Driftrichtung Y zum Deflektor 36 zurückdriften. Die Ionen können dann veranlasst werden, sich von dem Deflektor 36 zum Detektor 33 zu bewegen.
In dem Analysator von 4 sind beide Ionenspiegel 34, 35 in Bezug auf die X- und/oder Drift-Y-Richtung geneigt. Es wäre stattdessen möglich, dass nur einer der Ionenspiegel 34, 35 geneigt ist, und z. B. der andere der Ionenspiegel 34, 35 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 4 dargestellte Analysator umfasst ferner ein Paar korrigierender Streifenelektroden 40. Ionen, die sich die Driftlänge herunterbewegen, werden mit jedem Durchlauf durch die Spiegel 34, 35 leicht abgelenkt, und die zusätzlichen Streifenelektroden 40 werden verwendet, um den Flugzeitfehler zu korrigieren, der durch den variierenden Abstand zwischen den Spiegeln erzeugt wird. Zum Beispiel können die Streifenelektroden 40 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 33 fokussiert.
Weitere Details des Mehrfachreflexions-Flugzeit-Massenanalysators des Typs mit geneigtem Spiegel von 4 sind in US-Patent Nr. 9.136.101 beschrieben, dessen Inhalt hierin durch Bezugnahme aufgenommen wird.
In dem Analysator von 5 sind die Ionenspiegel 34, 35 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 das Analysator einen zweiten Deflektor 41 am zweiten Ende der Ionenspiegel 34, 35 ein.
Wie auch in 5 gezeigt, kann in dieser Ausführungsform eine Linse in dem Injektionsdeflektor 38 und/oder in dem Deflektor 36 eingeschlossen sein. Somit wird es dem Ionenstrahl ermöglicht, sich ein kurzes Stück in den Analysator auszubreiten, bevor er auf eine Linse mit langer Brennweite trifft, was bewirkt, dass der Ionenstrahl entlang seiner Länge fokussiert. Die Linse kann eine elliptische driftfokussierende (konvergierende) Linse sein, die innerhalb des Deflektors 36 montiert ist. Der zweite Deflektor 41, der auch eine Linse einschließen kann, wird verwendet, um die Strahlrichtung umzukehren, während die Steuerung der Fokuseigenschaften beibehalten wird.
Weitere Details des Mehrfachflexions-Flugzeit-Massenanalysators des Typs mit einzelner Linse von 5 sind in dem UK- Patent Nr. GB 2.580.089 beschrieben, dessen Inhalt hiermit durch Bezugnahme aufgenommen wird.
Bei den in den 4 und 5 dargestellten Analysatoren kann der Ionenstrahl relativ weit (in der Driftrichtung Y) für den größten Teil seiner Flugbahn gestreut werden. Dies steht im Gegensatz zum Beispiel zu Mehrfachreflexions-Flugzeit- (ToF) Massenanalysatoren, die einen Satz von periodischen Linsen verwenden, um den Ionenstrahl entlang seiner gesamten Flugbahn zu fokussieren, z. B. wie in dem Artikel von A. Verenchikov u.a., Journal of Applied Solution Chemistry und Modelling, 2017, 6, 1-22, beschrieben. 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. Nichtsdestotrotz sind hierin beschriebene Ausführungsformen auch auf andere MR-ToF-Analysatordesigns anwendbar, wie den MR-ToF-Analysator des Typs Verenchikov.
In den in den 4 und 5 dargestellten Ausführungsformen bedeutet die Tatsache, dass der Ionenstrahl in der Driftdimension Y relativ breit ist, dass der Deflektor 36 in der Lage sein sollte, einen solchen breiten Strahl aufzunehmen, ohne dass eine Beschneidung oder eine ungleichmäßige Ablenkung auftritt. Ein geeignetes Deflektordesign ist ein trapezförmiger oder prismenartiger Deflektor. Somit kann der Deflektor 36 eine trapezförmige oder prismenartige Elektrode, die über dem Ionenstrahl angeordnet ist, und eine weitere trapezförmige oder prismenartige Elektrode umfassen, die unterhalb des Ionenstrahls angeordnet ist. Die Elektroden können in Bezug auf den Ionenstrahl abgewinkelt sein. Ionen können einem relativ starken elektrischen Feld an den Kanten der abgewinkelten Elektroden ausgesetzt sein, was eine Ablenkung induziert. Die Elektroden können sich außerhalb der Ebene der Ablenkung befinden, wodurch ermöglicht wird, dass sie leicht genug einen breiten Ionenstrahl aufnehmen (zumindest im Vergleich zu herkömmlichen Ablenkplatten, die auf beiden Seiten des Strahls sitzen würden).
In Ausführungsformen wird der Mehrfachreflexions-Flugzeit- (MR-ToF) Massenanalysator in einem Mehrfachdurchlauf-„Zoom“-Betriebsmodus betrieben. Ionen werden veranlasst, mehrere Zyklen innerhalb des Analysators in der Driftrichtung Y vorzunehmen. Das Erhöhen der Anzahl von Zyklen N erhöht die Länge des Ionenpfads, den die Ionen innerhalb des Analysators (zwischen dem Injektor und dem Detektor) einschlagen, wodurch die Auflösung des Analysators erhöht wird. Im Verenchikov-Analysator kann dies durch Steuern einer Spannung auf eine Eintrittslinse erfolgen. Für die in den 4 und 5 dargestellten Analysatoren kann der Deflektor 36 an der Vorderseite des Analysators, die normalerweise verwendet wird, um den Injektionswinkel zu reduzieren und/oder die Anzahl (K) von Oszillationen innerhalb eines einzigen Driftdurchlaufs zu optimieren, (auch) verwendet werden, um die Driftrichtungsgeschwindigkeit der Ionen derart umzukehren, dass die Ionen veranlasst werden, einen weiteren Zyklus durch den Analysator abzuschließen.
Somit werden in einem Mehrfachverlauf-„Zoom“-Betriebsmodus Ionen veranlasst, mehrfache (N) Zyklen innerhalb des Analysators abzuschließen, wobei in jedem Zyklus die Ionen in der Driftrichtung Y von dem Deflektor 36 (oder der Eintrittslinse) in Richtung des gegenüberliegenden (zweiten) Endes der Ionenspiegel 34, 35 und dann zurück zu dem Deflektor 36 (oder der Eintrittslinse) 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 32b durch den Raum zwischen den Ionenspiegeln 34, 35 ein.
Bei den in den 4 und 5 dargestellten Analysatoren kann ein Anfangszyklus initiiert werden, indem die Ionen von dem Injektor 31 in den Raum zwischen den Ionenspiegeln 34, 35 injiziert werden. Die Ionen können in einem der Ionenspiegel 35 reflektiert werden und können sich dann zu dem Deflektor 36 bewegen. An den Deflektor 36 kann keine Spannung angelegt werden (oder eine geeignete (z. B. relativ kleine) Spannung kann an den Deflektor angelegt werden), sodass die Ionen veranlasst werden, den Deflektor 36 in einer Richtung des zweiten Endes der Ionenspiegel zu verlassen. Beim Vorhandensein des Deflektors 36 nehmen die Ionen einen Zickzack-Ionenpfad 32b mit mehrfachen (K)-Reflexionen zwischen den Ionenspiegeln 34, 35 in der Richtung X an, während: (a) sie entlang der Driftrichtung Y von dem Deflektor 36 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 36 zurückdriften.
Nachdem die Ionen diesen Anfangszyklus abgeschlossen haben, wird jeder weitere Zyklus durch Verwenden des Deflektors 36 eingeleitet, um die Driftrichtungsgeschwindigkeit der Ionen (in der Nähe des ersten Endes der Ionenspiegel) umzukehren. Dazu kann eine geeignete Spannung an den Deflektor 36 angelegt werden, die bewirkt, dass Ionen den Deflektor 36 mit einer Driftrichtungsgeschwindigkeit verlassen, die der Driftrichtungsgeschwindigkeit entgegengesetzt ist, mit der die Ionen ursprünglich in den Deflektor 36 eingetreten sind.
Nachdem die Ionen die gewünschte (mehrfache) Anzahl (N) von Zyklen innerhalb des Analysators abgeschlossen haben, dürfen sich die Ionen zum Erfassen von dem Deflektor 36 zu dem Detektor 33 bewegen. Dazu kann die Spannung von dem Deflektor 36 entfernt werden (oder es kann eine geeignete Spannung an den Deflektor angelegt werden), sodass die Ionen veranlasst werden, den Deflektor 36 in einer Richtung zu dem Detektor 33 zu verlassen. Die Ionen können in einem (dem anderen) der Ionenspiegel 34 reflektiert werden, bevor sie sich zum Detektor 33 bewegen (und von ihm erfasst werden).
In den in den 4 und 5 dargestellten Ausführungsformen ist der Ionenpfad so konfiguriert, dass Ionen einen einzigen Durchlauf eines ersten Segments 32a des Ionenpfads (zwischen dem Injektor 31 und dem Deflektor 36 über einen Ionenspiegel 35) vornehmen, dann mehrere Durchläufe eines zweiten zyklischen Segments 32b des Ionenpfads (zwischen dem Deflektor 36 und dem Deflektor 36 über das gegenüberliegende (zweite) Ende der Ionenspiegel 34, 35) vornehmen und dann einen einzigen Durchlauf eines dritten Segments 32c des Ionenpfads (zwischen dem Deflektor 36 und dem Detektor 33 über den anderen Ionenspiegel 34) vornehmen.
Obwohl die 3-5 beispielhafte Ausführungsformen des zyklischen Analysators 30 veranschaulichen, versteht es sich, dass verschiedene alternative Ausführungsformen möglich sind. Zum Beispiel kann der Analysator 30 stattdessen ein zyklischer Ionenmobilitätsanalysator oder ein zyklischer Ionenmobilitätsabscheider sein, der mit einem Massenanalysator gekoppelt ist.
In diesen Ausführungsformen kann der zyklische Ionenmobilitätsanalysator oder der zyklische Ionenmobilitätsabscheider einen Ionenabscheider mit geschlossenem Regelkreis umfassen, z. B. der in der GB-Patentanmeldung Nr. GB 2.562.690 beschriebenen Art. Ionen können veranlasst werden, sich gemäß ihrer Ionenmobilität über eine feste ganzzahlige Anzahl von Zyklen um den Ionenmobilitätsabscheider herum zu trennen. Es kann ein Gate bereitgestellt werden, das geschlossen werden kann, um einen Mehrfachdurchlaufvorgang zu ermöglichen. Das Gate kann geöffnet werden, um zu ermöglichen, dass Ionen den Ionenmobilitätsabscheider verlassen, nachdem Ionen eine oder mehrere Kreisläufe des Ionenmobilitätsabscheiders vorgenommen haben. Das Verwenden eines zyklischen Ionenmobilitätsabscheiders kann einen höheren Grad an Trennung und so eine höhere Ionenmobilitätsauflösung ermöglichen.
In diesen Ausführungsformen kann der Ionenpfad so konfiguriert sein, dass Ionen einen einzigen Durchlauf eines ersten Segments des Ionenpfads (vor dem Ionenabscheider mit geschlossenen Schleife) vornehmen, dann mehrere Durchläufe eines zweiten zyklischen Segments des Ionenpfads (innerhalb des Ionenabscheiders mit geschlossener Schleife) vornehmen und dann einen einzigen Durchlauf eines dritten Segments des Ionenpfads (nach dem Ionenabscheider mit geschlossener Schleife) vornehmen.
Ein gemeinsamer Vorteil zwischen den verschiedenen Arten von zyklischen Analysatoren (in denen Ionen veranlasst werden, mehrfache N wiederholte Zyklen entlang eines Ionenpfads innerhalb des Analysators vorzunehmen) ist, dass das Erhöhen der Anzahl von Zyklen N die Länge des Ionenpfads erhöht, den Ionen innerhalb des Analysators einschlagen, wodurch die Auflösung des Analysators erhöht wird.
Ein gängiges Problem besteht jedoch darin, dass während mehrerer Zyklen N durch den Analysator sich schneller bewegende (z. B. leichtere) Ionen sich langsamer bewegende (z. B. schwerere) Ionen einholen (z.B. überholen) können. Dies verkompliziert die resultierenden Spektren und kann es schwierig machen, die gewünschte physikalisch-chemische Eigenschaft (z. B. m/z oder Ionenmobilität) aller erfassten Ionen genau zu bestimmen, da die Anzahl von Zyklen N, die von jedem Ionenpeak in einem Spektrum aufgenommen werden, mehrdeutig wird.
Somit stellen Ausführungsformen Verfahren zum Disambiguieren eines Spektrums bereit, das durch einen zyklischen Ionenanalysator erzeugt wird. Durch Vergleichen von zwei Sätzen von Ionendaten, die unter unterschiedlichen Analysatoreinstellungen erhalten wurden, kann die Anzahl der Durchläufe N durch das zyklische Segment 32b des Ionenpfads 32, der von Ionen eingeschlagen wurde, die zu einem Ionenpeak beitragen, bestimmt werden, wodurch ermöglicht wird, dass die physikalisch-chemische Eigenschaft dieser Ionen eindeutig bestimmt und dem Ionenpeak zugewiesen wird.
Obwohl Teile der folgenden Erörterung in Bezug auf die MR-ToF-Analysatoren der 4 und 5 beschrieben werden, versteht der Fachmann, dass ähnliche Überlegungen auf die verschiedenen anderen Arten von zyklischen Analysatoren wie z. B. zyklischen ToF-Analysatoren und zyklischen Ionenmobilitätsseparatoren angewendet werden können.
Der in den 4 und 5 dargestellte Ionenpfad wird beispielsweise von allen Ionen mit dem Masse-zu-Ladung-Verhältnis im Bereich von (m/z)₁ bis (m/z)₂ eingeschlagen. Der Deflektor 36 muss von Modus 1 (Ablenkung von Quelle 31 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 33) umgeschaltet werden. Die Umschaltzeiten werden jeweils als t₁₂ und t₂₃ bezeichnet. Die Nullzeit wird als der Zeitpunkt des Injizierens angenommen.
Das erste Umschalten zwischen den Modi 1 und 2 sollte erst dann erfolgen, wenn das schwerste Ion (m/z)₂ zum ersten Mal den Deflektor 36 passiert, und spätestens dann, wenn das leichteste Ion (m/z)₁ a₀ + K-Oszillationen erzeugt, wobei K die Anzahl von Oszillationen pro Schleife (zwischen aufeinander folgenden Durchläufen des Deflektors 36) ist und a₀ einen Abschnitt einer Oszillation vor der Ionenquelle 31 und dem ersten Durchlauf des Deflektors 36 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 Zeiten der Oszillation für die leichtesten bzw. schwersten Ionen sind. In den Ausführungsformen der 4 und 5 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 Umschaltung 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 Gleichungen (a) und (b) stellen obere Grenzen für das Verhältnis von T₂ und T₁ auf, bei denen für ein Paar t₁₂ und t₂₃ vorhanden ist; 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 zwanzig Oszillationen pro Schleife. Die Auflösung wird in Bezug auf die Peak-Vollbreiten-Halbmaximum berechnet. Der Absturz im m/z-Bereich ist 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

Der m/z-Bereich von Ionen, die in den Analysator 30 eintreten, könnte, z. B. durch Verwendung des schaltbaren Deflektors, des Massefilters (z. B. Quadrupol-Massefilters) oder anderweitig, begrenzt werden, um ungefähr deren m/z-Bereich an die UMR des Zoom-Verfahrens anzupassen und dadurch die Mehrdeutigkeit in der m/z-Zuweisung zu beseitigen. Dies ist jedoch für die Ionenübertragung ziemlich verschwenderisch, und effizientere Verfahren können bevorzugt sein, um die Empfindlichkeit aufrechtzuerhalten.
Dementsprechend ist die Disambiguierung komplexer Spektren gemäß Ausführungsformen im Allgemeinen bevorzugt, wobei die korrekte Anzahl von Driftreflexionen einzelnen Ionenpeaks zugewiesen wird und von dort die genaue m/z für jeden Ionenpeak bestimmt wird.
Ein möglicher Ansatz zur Disambiguierung wäre die direkte Zuweisung der korrekten Anzahl von Zyklen N für jeden Ionenpeak basierend auf der Auflösung dieses Peaks. Aus den in Tabelle 1 beobachteten Auflösungsverschiebungen ergibt dies zunächst einen eher ansprechenden Ansatz. In ähnlicher Weise könnten m/z abhängige Eigenschaften (wie eine einzige Ionendetektorantwort, Abstände zwischen unterschiedlichen Ladungszuständen, Isotopen oder gemeinsamen Fragmentierungsrouten, wie etwa Verlust von Ammoniak oder Wasser usw.) verwendet werden, um ein ungefähres m/z an einzelne Ionenpeaks und damit die Zyklusanzahl im Voraus zuzuweisen. Ein Vergleich mit einem Erfassungsscan ohne Zoom-Modus ist auch möglich, insbesondere für MR-ToF-Analysatoren mit Drifttrennung, bei denen selbst der Erfassungsscan sehr hoch auflösend und massegenau ist. In der Praxis sind diese Ansätze jedoch durch Raumladungseffekte für intensive Ionenpeaks und statistische Probleme für kleine Ionenpeaks signifikant kompliziert.
Gemäß Ausführungsformen wird die Disambiguierung von zyklischen Analysatorspektren (wie ToF-Massenanalysatorspektren oder Ionenmobilitätsanalysatorspektren) durchgeführt, indem die Flugzeit separat auf den Ionenpfadsegmenten variiert wird, die in der sich wiederholenden Schleife eingeschlossen (32b) oder nicht eingeschlossen (32a, 32c) sind.
Wie hier verwendet, ist der „effektive Ionenpfad“ als die Flugzeiten der Ionengeschwindigkeit unter einer Nennbeschleunigungsspannung definiert. Der effektive Ionenpfad kann entweder durch Ändern der Ionenpfadlänge direkt oder durch Ändern von Spannung(en), welche die Flugzeit ändert/ändern, variiert werden.
Erneut Bezug nehmend auf 2 besteht der effektive Ionenpfad entlang der gesamten Ionenbahn 32 aus drei Teilen: $L = L_{0} + L_{m} N + L_{1}$
wobei L₀ und L₁ den nicht wiederholten Segmenten 32a, 32c außerhalb der Schleife (z. B. in den 3-5, die jeweils dem Pfad 32a zwischen dem Injektor 31 und dem umschaltbaren Deflektor 36 entsprechen, und bis zum Pfad 32c von diesem Deflektor 36 zum Ionendetektor 33) entsprechen. Der Pfad L_m ist die effektive Länge des Segments 32b, das in der Schleife N mal wiederholt wird.
Wenn die effektiven Ionenpfade L₀, L_m und L₁ proportional modifiziert werden, ändert sich die gemessene Flugzeit in demselben Verhältnis für jedes Ion, unabhängig davon, wie viele Schleifen N das Ion vornimmt. Das Ändern von L_m durch ΔL_m, während L₀+L₁ unverändert bleibt, modifiziert die Flugzeit durch Δt im Verhältnis: $\frac{Δ t}{t} = \frac{Δ L_{m} N}{L_{0} + L_{m} N + L_{1}}$
Was für N auflösbar ist als: $N = \frac{L_{0} + L_{1}}{L_{m}} {(\frac{Δ L_{m}}{L_{m}} \frac{t}{Δ t} - 1)}^{- 1}$
In dem anderen Fall, dass die Summe L₀+L₁ durch ΔL₀ verändert wird und L_m unverändert ist, beträgt die relative Flugzeitverschiebung: $\frac{Δ t}{t} = \frac{Δ L_{0}}{L_{0} + L_{m} N + L_{1}}$
was eine weitere Formel für N ergibt: $N = \frac{L_{0} + L_{1}}{L_{m}} (\frac{Δ L_{0}}{L_{0} + L_{1}} \frac{t}{Δ t} - 1)$
Daher kann in beiden Fällen die Anzahl der Schleifen N basierend auf der gemessenen Zeitverschiebung Δt für einen Ionenpeak bestimmt werden, der im Moment t nach dem Injizieren erfasst wird. Mit der bekannten Anzahl von Oszillationen N kann die Flugzeit t unter Verwendung einer normalen Umwandlung in das Masse-zu-Ladung-Verhältnis (oder Ionenmobilität) umgewandelt werden.
Somit wird in Ausführungsformen ein erster Satz von Ionendaten beim Betreiben des Analysegeräts in einem ersten Betriebsmodus erhalten, und ein zweiter Satz von Ionendaten wird beim Betreiben des Analysegeräts in einem zweiten, unterschiedlichen Betriebsmodus erhalten. Der erste und der zweite Satz von Ionendaten können durch Analysieren von Ionen, die aus derselben Probe stammen (z. B. durch Analysieren von Ionen, die aus benachbarten Regionen einer Probe erzeugt werden, und/oder durch Analysieren von Ionen, die aus einer Probe aus engen (benachbarten) Zeitpunkten erzeugt werden) erhalten werden, z. B. derart, dass Ionenpeaks, die einigen, den meisten oder allen (signifikanten) Ionenpeaks in dem ersten Satz von Ionendaten entsprechen, in dem zweiten Satz von Ionendaten aufscheinen.
Der erste Betriebsmodus und der zweite Betriebsmodus unterscheiden sich hinsichtlich mindestens eines Parameters des Analysators 30. Tatsächlich wird der Ionenpfad 32 des Analysators in zwei Bereiche getrennt, einen mit einer Flugbahn 32b, die von der Anzahl N von Durchläufen beeinflusst wird, und mindestens einer 32, 32c, die unbeeinflusst ist. Zwischen den beiden Betriebsmodi wird eine Parameteränderung angewendet, welche die Driftzeit über eines dieser Segmente gegenüber der anderen überproportional verändert. Somit hängt die proportionale Änderung der Driftzeit davon ab, wie viele Durchläufe N ein Ion durch das zyklische Segment 32b vornimmt. In Ausführungsformen wird entweder der effektive Ionenpfad in der Schleife L_m zwischen den beiden Betriebsmodi geändert, oder der effektive Ionenpfad außerhalb der Schleife L₀ + L₁ wird zwischen den beiden Betriebsmodi geändert.
Ein wirksamer Ionenpfad kann entweder durch Ändern der Ionenpfadlänge direkt oder durch Ändern von Spannung(en), welche die Flugzeit ändert/ändern, geändert werden. Somit wird in dem ersten Betriebsmodus (i) ein erstes elektrisches Potenzial entlang des ersten Segments 32a, 32c des Ionenpfads bereitgestellt, (ii) ein zweites elektrisches Potenzial wird entlang des zyklischen Segments 32b des Ionenpfads bereitgestellt, (iii) das erste Segment des Ionenpfads 32a, 32c weist eine erste Pfadlänge auf, und (iv) das zyklische Segment des Ionenpfads 32b weist eine zweite Pfadlänge auf. In dem zweiten Betriebsmodus wird mindestens eines von: (i) dem ersten elektrischen Potenzial, (ii) dem zweiten elektrische Potenzial, (iii) der ersten Pfadlänge und (iv) der zweiten Pfadlänge; relativ zu dem ersten Betriebsmodus geändert, z. B. derart, dass einer des effektiven Ionenpfads in der Schleife L_m und des effektiven Ionenpfads außerhalb der Schleife L₀ + L₁ relativ zu dem ersten Betriebsmodus verändert wird.
Diese Parameteränderung induziert eine Zeitverschiebung Δt für jeden Ionenpeak zwischen den zwei Sätzen von Ionendaten. Somit wird der erste Satz von Ionendaten mit dem zweiten Satz von Ionendaten verglichen, um entsprechende (übereinstimmende) Ionenpeaks zu identifizieren. Für jedes identifizierte Ionenpeak-Paar von Interesse wird die Zeitverschiebung Δt für dieses Ionenpeak-Paar zwischen den zwei Datensätzen gemessen. Die Anzahl der Schleifen N für jeden Peak wird dann aus der gemessenen Zeitverschiebung Δt (z. B. unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Gleichungen) geschätzt, und N wird verwendet, um das Masse-zu-Ladung-Verhältnis (oder eine andere physikalisch-chemische Eigenschaft) der Ionen, die dem Ionenpeak entsprechen, zu berechnen.
Verschiedene beispielhafte Ausführungsformen zum Ändern entweder des effektiven Ionenpfads in der Schleife L_m oder des effektiven Ionenpfads außerhalb der Schleife L₀ + L₁ werden nachstehend beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass verschiedene Alternativen möglich sind, z. B. abhängig von der besonderen Ausgestaltung des zyklischen Ionenanalysators 30.
In einem ersten Ausführungsbeispiel wird die Pfadlänge des zyklischen Segments 32b des Ionenpfads zwischen dem ersten und dem zweiten Betriebsmodus verändert.
In dem Mehrfachreflexionsanalysator der 4 und 5 kann die effektive Länge der Schleife geändert werden, indem die Anzahl der Reflexionen K zwischen den Ionenspiegeln 34, 35, die durch Ionen pro Zyklus vorgenommen werden, d. h. durch Ändern der Anzahl von Reflexionen K in der X-Richtung, die durch die Ionen vorgenommen werden, geändert werden, wenn sie (a) entlang der Driftrichtung Y von dem Deflektor 36 zu dem zweiten Ende der Ionenspiegel driften, (b) die Driftgeschwindigkeit in der Nähe des zweiten Endes der Ionenspiegel umkehren und (c) entlang der Driftrichtung Y zu dem Deflektor 36 zurückdriften. Dies kann durch geeignetes Ändern der an den Deflektor 36 angelegten Spannung zwischen den beiden Betriebsmodi erfolgen, d. h. derart, dass Ionen den Deflektor 36 mit geringfügig unterschiedlichen Winkeln zwischen den beiden Betriebsmodi verlassen. Geeignete Spannungsverschiebungen liegen in der Größenordnung von einigen Volt oder einigen zehn Volt. Im Falle des Analysators des Typs mit geneigtem Spiegel von 4 kann die Änderung von K auch oder stattdessen durch Einstellen der an die Streifenelektrode 40 angelegten Spannungen erfolgen.
In Ausführungsformen wird die Anzahl der Reflexionen K zwischen den Ionenspiegeln 34, 35 zwischen den beiden Betriebsmodi um ±1 geändert, und entsprechende Zeitverschiebungen Δt werden für einzelne Ionenpeaks gemessen. Da die Anzahl der Durchläufe N niedrig ist (normalerweise unter 6), können die Zeitverschiebungen Δt mit moderater Präzision gemessen werden, und die genaue Anzahl von Schleifen N kann durch Rundung (Gl. Na) auf die nächste ganze Zahl bestimmt werden.
Die effektive Länge der Schleife L_m ist proportional zu K, was zu einer relativen Änderung ΔL_m/L_m = 1/K führt, wenn die Anzahl von Oszillationen K um eins erhöht wird. In diesem Fall lautet die Formel (Gl. Na): $N = \frac{a_{0} + a_{1}}{K} {(\frac{t}{K Δ t} - 1)}^{- 1} = \frac{a_{0} + a_{1}}{\frac{t}{Δ t} - K}$
wobei a₀ der Bruchteil einer Oszillation zwischen dem Injizieren und dem ersten Durchlauf durch den umschaltbaren Deflektor 36 ist, und a₁ der Bruchteil einer Oszillation nach Verlassen der Schleife und vor dem Auftreffen auf den Detektor 33 ist. In dem in den 4 und 5 gezeigten Analysator liegen diese Fraktionen jeweils um 0,5 und 0,45.

Tabelle 2 zeigt ein Beispiel dieses Disambiguierungsalgorithmus, der auf ein ToF-Spektrum der Flexmix-Kalibriermischung angewendet wird. Die niedrigen m/z-Ionen werden eingestellt, um zu dem Detektor zu gelangen, nachdem N = 2 Schleifen gemacht wurden, wobei jede Schleife K₁ = 21 Oszillationen enthält. Entsprechende Flugzeiten sind in der ersten Spalte dargestellt. Einige Ionen mit höherem m/z (überwiegend Ultramark-Ionen) machen jedoch aufgrund ihrer geringeren Ausbreitungsgeschwindigkeiten eine weitere Schleife, N = 3. Um jedem Peak eine korrekte Anzahl von Schleifen zuzuweisen, wurde das System in einen Modus mit K₂ = 22 Oszillationen in jeder Schleife gebracht, und es wurden entsprechende Flugzeiten für jeden der Peaks erfasst. Diese sind in der zweiten Spalte angegeben. Die Formel (Gl. N.dk) wurde angewendet, um die Werte von N* aus den Flugzeitdifferenzen zu schätzen, und diese Werte wurden auf die nächste ganze Zahl gerundet. Schließlich wurden die m/z-Verhältnisse mit der folgenden Formel berechnet:

\frac{m}{z} = (1 + c_{N}) \times 2 U_{0} \times {(\frac{T o F}{L_{0} + L_{1} + N L_{m}})}^{2}

wobei U₀ die Beschleunigungsspannung ist und c_N << 1 ein Kalibrierungskoeffizient ist, der Apriori experimentell für jede Anzahl von Schleifen N = 2 und 3 definiert wurde. Tabelle 2

Erfasste ToF t, µs		t/Δt	N*	N	m/z, Th
K = 21	K=22
1938,553	1851,682	21,315	3	3	393,224318
1941,024	1854,042	21,315	3,001	3	394,227718
1963,009	1875,042	21,315	3,000	3	403,208721
1992,4	1903,708	21,464	2,037	2	922,008848
2197,923	2100,044	21,456	2,077	2	1121,99485
2238,375	2138,068	21,315	3,0004	3	524,264857
2240,516	2140,113	21,315	3,0013	3	525,268358
2293,732	2191,626	21,464	2,0380	2	1221,9884
2294,673	2192,525	21,464	2,0382	2	1222,99131
2385,733	2279,534	21,465	2,0356	2	1321,9844
2386,639	2280,397	21,464	2,0384	2	1322,98508
2438,161	2328,901	21,315	3,0007	3	622,027987

In Ausführungsformen stammt der Bruchteil von N* aus einer begrenzten Genauigkeit der Kalibrierung. Dennoch ist die Zuordnung der ganzen Zahl N als der gerundete Wert N* eindeutig. Je weniger Schleifen voneinander unterschieden werden müssen, desto zuverlässiger wird das Disambiguierungsverfahren.
Ein Vorteil des vorstehend beschriebenen „Zoom“-Modus in dem Analysator der 4 oder 5 besteht darin, dass der Analysator eine relativ lange Länge L_m pro Schleife (einige zehn Meter) und eine relativ kleine Anzahl von Schleifen (N = 1...5) aufweist. Zum Beispiel bedeutet ein von der Ionenquelle 10 bereitgestellter 15x m/z-Bereich, wobei der Zoommodus konfiguriert ist, um den höchsten m/z-Ionen zwei Driftdurchläufe (N = 2) zu geben, dass die niedrigsten m/z-Ionen vier Durchläufe (N = 4) vornehmen, sodass die Mehrdeutigkeit nur darin besteht, ob Ionen N = 2, 3 oder 4 Durchläufe vornehmen.
6 ist ein Flussdiagramm, das ein Disambiguierungsverfahren gemäß diesen Ausführungsformen veranschaulicht. Wie in 6 gezeigt, werden in dem Verfahren erste und zweite Massenspektren erfasst, wobei der Analysator mit unterschiedlichen Anzahlen von Ionenoszillationen (K und K 1) pro Zyklus durch den Analysator betrieben wird (Schritt 60). Entsprechende Paare von Ionenpeaks in den beiden Spektren werden dann identifiziert (Schritt 61) und die Anzahl N von Durchläufen des zyklischen Segments des Ionenpfads, der von Ionen eingeschlagen wird, die jedem Paar von entsprechenden Ionenpeaks zugewiesen sind, wird geschätzt (Schritt 62). Schließlich wird N verwendet, um den wahren m/z der Ionen zu berechnen (Schritt 63).
Ein anderer Ansatz, die Anzahl der Schleifen aus den Flugzeiten bei unterschiedlichen Anzahlen von Oszillationen K pro Schleife zu bestimmen, besteht darin, eine Liste möglicher Masse-zu-Ladungs-Verhältnisse für jeden Ionenpeak (von Gl. mz) unter unterschiedlichen Annahmen über die mögliche Anzahl von Schleifen N zu berechnen. Dies ergibt mehrere mögliche Werte m/z(N,K), wobei N eine Kandidatenanzahl von Schleifen und K=K₁ K₂ ist. Nur für den korrekten Wert von N sind die Kandidatenwerte m/z(N,K₁) und m/z(N,K₂) (ungefähr) gleich (z. B. innerhalb einer engen Toleranz, wie 10 ppm), während nicht korrekte Annahmen über N zu im Wesentlichen unterschiedlichen Werten führen.

Wie in Tabelle 3A und 3B veranschaulicht, ergibt nur ein Kandidat N (dementsprechend 3 und 2) unmittelbare Kandidaten für m/z bei unterschiedlichen Werten von K. Diese Kandidatenwerte werden als korrekt angenommen, und alle anderen m/z, die mit anderen Annahmen über die Anzahl der Schleifen berechnet werden, werden als falsch verworfen. Tabelle 3A

Exakter m/z = 524,26	K = 21	K = 22
Gemessene ToF, µs	2138,068	2238,375
Angenommene Anzahl Schleifen, N	Kandidaten für m/z, Th		Δm/z, Th
1	4451,092	4462,579	11,487
2	1162,336	1163,102	0,766
3 (korrekt)	524,2646	524,2647	0,0001
4	297,0923	296,9936	-0,0987
5	190,9889	190,8871	-0,1018

Tabelle 3B

Exakter m/z = 922,01	K = 21	K = 22
Gemessene ToF, µs	1903,708	1992,400
Angenommene Anzahl Schleifen, N	Kandidaten für m/z, Th		Δm/z, Th
1	3530,773	3537,682	6,909
2 (korrekt)	922,0088	922,0419	0,0331
3	415,8663	415,6076	-0,2587
4	235,6648	235,4398	-0,225
5	151,4996	151,3246	-0,175

Tabelle 3
7 ist ein Flussdiagramm, das ein Disambiguierungsverfahren gemäß diesen Ausführungsformen veranschaulicht. Wie in 7 gezeigt, werden in dem Verfahren erste und zweite Massenspektren erfasst, wobei der Analysator mit unterschiedlichen Anzahlen von Ionenoszillationen (K und K+1) pro Zyklus durch den Analysator betrieben wird (Schritt 70). Paare von entsprechenden Ionenpeaks werden identifiziert (Schritt 71). In Bezug auf jeden Kandidatenwert von N (Schritt 72) wird für jeden Peak ein Kandidaten-m/z-Wert berechnet (Schritt 73). Somit wird eine Liste der möglichen m/z-Werte für jeden betroffenen Ionenpeak generiert. Übereinstimmende Paare von Ionenpeaks zwischen den beiden Spektren werden dann identifiziert, um die Genauigkeit N für jedes Paar von entsprechenden Ionenpeaks zu bestimmen (Schritt 74). Schließlich wird das eindeutige m/z jedes übereinstimmenden Paares von Ionenpeaks bestimmt und jedem Ionenpeak zugewiesen (Schritt 75).
In einigen Ausführungsformen kann es aufgrund der Möglichkeit, dass einige Peaks aufgrund der Verschiebung von K verloren gehen, z. B. aufgrund von Ionen, die während der Spannungsumschaltung innerhalb des Deflektors 36 vorhanden sind, vorteilhaft sein, mehr als zwei Werte von K zu verwenden, auf Kosten der Gesamterfassungsgeschwindigkeit. Das Verschwinden von Ionenpeaks im Spektrum kann auch oder stattdessen verwendet werden, um Informationen zur Disambiguierung bereitzustellen, da die m/z-Werte, die verloren gehen, basierend auf der Ablenkgröße, der Schaltgeschwindigkeit/-zeiten und so weiter berechnet werden können.
Im Allgemeinen können Ausführungsformen das Analysieren von Ionen in einem dritten Betriebsmodus (durch Bestimmen von Driftzeiten von Ionen entlang des Ionenpfads) umfassen, um einen dritten Satz von Ionendaten zu erhalten, wobei in dem dritten Betriebsmodus mindestens eines von: (i) dem ersten elektrischen Potenzial, (ii) dem zweiten elektrische Potenzial, (iii) der ersten Pfadlänge und (iv) der zweiten Pfadlänge; in Bezug auf den ersten und/oder zweiten Betriebsmodus geändert wird, das wodurch der dritte Satz von Ionendaten mit dem ersten und/oder zweiten Satz von Ionendaten verglichen werden und basierend auf dem Vergleich, die Anzahl N von Durchläufen des zweiten Teils des Ionenpfads, der von Ionen eingeschlagen wird, die den entsprechenden Ionenpeaks zugewiesen sind, bestimmt wird.
In einer zweiten beispielhaften Ausführungsform erfolgt die Disambiguierung durch Vergleichen der Flugzeiten zwischen zwei Spektren, wobei das nicht reflektierende Segment der Flugbahn verändert wurde, indem ein elektrisches Potenzial des nicht reflektierenden Segments der Flugbahn geändert wurde.
8 zeigt schematisch ein vereinfachtes (z. B. MR-ToF) Analysator-Layout, das einen kurzen Abschnitt des Flugrohrs 80 vor dem Detektor 33 enthält. Das Flugrohr 80 könnte einfach in eine Detektoranordnung integriert werden, z. B. als Teil eines sogenannten Nachbeschleunigers, der eine Anordnung von geeignet vorgespannten Elektroden umfasst, die konfiguriert sind, um Ionen auf eine Konversionsdynode zu beschleunigen. Das Flugrohr 80 ermöglicht es, das Potential zu variieren, um die Flugzeit von Ionen im nicht reflektierenden Segment des Ionenpfades 32c vor dem Detektor 33 zu verschieben. 8 zeigt auch eine Trennung des Ionenflugpfads 32 in mehrere Abschnitte, das Injizieren L₀, das reflektierende Teil L_m und die Extraktion zu dem Detektor L₁ mit dem eingebauten Flugrohr L_t.
Die Flugzeitverschiebung, die durch eine an das Flugrohr 70 angelegte Spannung v verursacht wird, ist proportional zu √(m/z) und hängt nicht von der Anzahl der Zyklen N ab. Das Messen des Flugzeitspektrums mit zwei (oder mehr) Werten von v ermöglicht eine unabhängige Bewertung von m/z. Daher kann jedem Peak die Anzahl von Zyklen N zugewiesen werden. Aus dem perplexen Flugzeitspektrum und der Anzahl von Zyklen, die jedem betroffenen Ionenpeak zugewiesen wurden, können dann genaue Werte vom m/z bestimmt werden.
In dem schematischen Diagramm von 8 erreicht ein Ion mit Masse-zu-Ladung-Verhältnis µ=m/z den zweiten Spiegel zu folgendem Zeitpunkt: $t_{n} (μ) = \sqrt{\frac{μ}{2 ε_{0}}} [L_{0} + (2 n + 1) L_{m}]$
wobei ε₀ die Beschleunigungsspannung ist und L₀ und L_m effektive Längen sind. Der zweite Spiegel soll abrupt von einem Reflexionsmodus in einen Übertragungsmodus zum Zeitpunkt T₂ umschalten. Die Anzahl der in dem zweiten Spiegel vor T₂ abgeschlossenen Reflexionen ist: $N (μ) = 〚 \frac{1}{2 L_{m}} (T_{2} \sqrt{\frac{2 ε_{0}}{μ}} - L_{0} + L_{m}) 〛$
wobei die Doppelklammern [[...]] den ganzzahligen Teil bezeichnen. Die Zeit, zu der das Ion erfasst wird, ist: $t_{D} (μ) = \sqrt{\frac{μ}{2 ε_{0}}} (L_{0} + (2 N (μ) + 1) L_{m} + L_{1})$
Da die Anzahl der Zyklen N schrittweise mit dem Masse-zu-Ladung-Verhältnis µ abnimmt, ist die Funktion t_D (µ) nicht monoton. Dies bedeutet, dass ein ToF-Spektrum t_D (µ) mehrdeutig ist und ein Peak, der sich bei t_D befindet, einer Anzahl unterschiedlicher Masse-zu-Ladung-Verhältnisse µ entsprechen kann.
Intervalle von µ, die einer bestimmten ganzzahligen N(µ) entsprechen, werden als eindeutige Massenintervalle bezeichnet. Für N Zyklen reichen die entsprechenden eindeutigen Intervallbereiche von M_N+1 bis M_N, wobei: $M_{N} = T_{2} \sqrt{\frac{2 ε_{0}}{μ}} - L_{0} + L_{m} = \frac{2 T_{2}^{2} ε_{0}}{{((2 N - 1) L_{m} + L_{0})}^{2}}$
Der eindeutige Massenbereich ist dementsprechend: $U M R_{N} = \frac{M_{N}}{M_{N + 1}} = {(\frac{2 N + L_{0} / L_{m} + 1}{2 N + L_{0} / L_{m} - 1})}^{2}$
Es ist das kurze Flugrohr 80 mit Länge Lt, das sich zwischen dem zweiten Spiegel und dem Detektor 33 befindet und mit einer Spannung v << ε₀ vorgespannt ist, in Betracht zu ziehen. Wenn die Spannung angelegt wird, erscheint der Peak verschoben durch: $\begin{array}{l} Δ t_{D} (μ) = \sqrt{\frac{μ}{2 (ε_{0} - v)}} L_{t} - \sqrt{\frac{μ}{2 ε_{0}}} L_{t} \\ = \sqrt{\frac{μ}{2 ε_{0}}} L_{t} (\frac{1}{\sqrt{1 - v / ε_{0}}} - 1) ≅ \frac{v}{2 ε_{0}} \sqrt{\frac{μ}{2 ε_{0}}} L_{t} \end{array}$
Da v << ε₀ ist, ist die Peakbreite nicht wesentlich verbreitert und die Schwerpunktverschiebung ist messbar. Dies ermöglicht eine grobe Schätzung der umgekehrten Ionengeschwindigkeit und des Masse-zu-Ladung-Verhältnisses µ als: $\sqrt{\frac{μ *}{2 ε_{0}}} ≅ {(\sqrt{\frac{ε_{0}}{ε_{0} - v}} - 1)}^{- 1} \frac{Δ t_{D}}{L_{t}} ≅ \frac{2 ε_{0}}{v} {(\frac{v}{ε_{0}})}^{- 1} \frac{Δ t_{D}}{L_{t}}, μ * ≅ \frac{{(2 ε_{0})}^{3}}{L_{t}^{3}} {(\frac{Δ t_{D}}{v})}^{2}$
Die Präzision ist gering, reicht aber aus, um die Anzahl der Zyklen N für einen bestimmten Peak zu bestimmen. Zu diesem Zweck ist der Schätzwert µ* in die Formel (Gleichung Nµ) N(µ*) = [[N*]] zu ersetzen, wobei: $N * ≅ \frac{1}{2 L_{m}} (\frac{v}{2 ε_{0}} \frac{T_{2}}{Δ t_{D}} L_{t} - L_{0} + L_{m})$
Das genaue µ wird dann bestimmt als: $μ = 2 ε_{0} {(\frac{t_{D}}{L_{0} + (2 〚 N * 〛 + 1) L_{m} + L_{1}})}^{2}$
wobei N* abgerundet ist.
Somit wird in diesen Ausführungsformen ein erster Satz von Ionendaten beim Betreiben des Analysegeräts in einem ersten Betriebsmodus erhalten, und ein zweiter Satz von Ionendaten wird beim Betreiben des Analysegeräts in einem zweiten Betriebsmodus erhalten, wobei in dem zweiten Betriebsmodus das elektrische Potenzial entlang des ersten (und/oder dritten) Segments 32a, 32c des Ionenpfads relativ zu dem ersten Betriebsmodus geändert wird. Diese Änderung induziert eine Zeitverschiebung Δt für jeden Ionenpeak zwischen den zwei Sätzen von Ionendaten, die verwendet werden, um die Anzahl von Zyklen N für jeden Peak zu schätzen, und demgemäß das Masse-zu-Ladung-Verhältnis (oder eine andere physikalisch-chemische Eigenschaft), z. B. auf die vorstehend beschriebene Weise.
In den durch 8 veranschaulichten Ausführungsformen wäre es stattdessen möglich, das Flugrohr 80 in dem Ionenpfad 32a zwischen der Quelle 31 und dem ersten Spiegel zu positionieren.
Eine andere Ausführungsform besteht darin, das von dem Ioneninjektor 31 bereitgestellte Beschleunigungsfeld zum Beschleunigen von Ionen entlang des Ionenpfads zu ändern. Wenn der Ioneninjektor eine Ionenfalle ist, kann dies das Ändern des innerhalb der Ionenfalle bereitgestellten Extraktionsfeldes zum Beschleunigen von Ionen aus der Ionenfalle entlang des Ionenpfads umfassen (z. B. wenn in dieser Ausführungsform mindestens ein Teil des ersten Segments 32a des Ionenpfads als innerhalb der Ionenfalle liegend betrachtet werden kann). Geeignete Extraktionsfelder liegen in der Größenordnung von einigen hundert V/mm, und geeignete Extraktionsfeldverschiebungen zwischen dem ersten und dem zweiten Betriebsmodus liegen in der Größenordnung von mehreren zehn V/mm.
Es ist auch zu beachten, dass, wenn die an das Flugrohr 80 angelegte Spannung relativ klein ist, die Anzahl der Zyklen N für die überwiegende Mehrheit von Ionenpeaks mit Ausnahme von Ionenpeaks, die sich nahe M_N befinden, beibehalten wird.
Diese Ausführungsformen können auch auf einfache Weise in der zyklischen Ionenmobilitätsspektrometrie implementiert werden (welche die Flugzeit durch einen mit Gas gefüllten Driftpfad misst). Zum Beispiel beschreibt die UK-Patentanmeldung Nr. GB 2.562.690 ein Gerät, das einen zyklischen Ionenmobilitätsanalysator und eine kurze lineare Driftröhre kombiniert, die einfach angepasst werden könnte, um die Gesamtdriftzeiten auf ähnliche Weise wie die vorstehend beschriebene zu verschieben.
Obwohl die vorstehenden beispielhaften Ausführungsformen in Bezug auf das Ändern (zwischen dem ersten und dem zweiten Betriebsmodus) entweder (i) das elektrische Potenzial entlang des nicht-zyklischen Segments 32a, 32c des Ionenpfads oder (ii) die Pfadlänge des zyklischen Segments 32b des Ionenpfads beschrieben wurden, versteht es sich, dass es stattdessen möglich wäre, entweder (iii) das elektrische Potenzial entlang des zyklischen Segments 32b des Ionenpfads (z. B. durch Einschließen eines Flugrohrs entlang des zyklischen Segments 32b des Ionenpfads), oder (iv) die Pfadlänge des nicht-zyklischen Segments 32a, 32c des Ionenpfads zu ändern (z. B. durch Steuern der Anzahl von Reflexionen, die K Ionen zwischen zwei Ionenspiegeln vornehmen), d. h. derart, dass einer des effektiven Ionenpfads in der Schleife L_m und des effektiven Ionenpfads außerhalb der Schleife L₀ + L₁ relativ zum ersten Betriebsmodus verändert wird.
Ein numerisches Beispiel der in 8 dargestellten Anordnung wurde modelliert, mit L_m = 0,5 m, L₀ und L₁ = 0,4 m, L_t = 0,3 m, T₂ = 0,5 ms und ε₀ = 1000 eV. Zwischen den beiden Spektren wurde eine Spannungsverschiebung von 10 V auf das Flugrohr 80 vorgenommen. Die Flugzeiten wurden für Ionen mit einem Bereich von Masse-zu-Ladung-Verhältnissen von 250-3250 in 150 m/z-Schritten berechnet.
9 zeigt, wie unterschiedliche m/z-Ionen (oberes Feld) in unterschiedliche Anzahlen von Reflexionen fallen, und das daraus folgende konvergierte Flugzeitspektrum (linkes Feld).

10A zeigt zwei überlappende Flugzeitspektren, welche die kleine Verschiebung zwischen Peaks zeigen, die durch einen 10 V-Versatz erzeugt werden, der auf den L_t -Bereich angelegt wird, und 10B zeigt das wiederhergestellte Massenspektrum, das durch Messen der Verschiebung zwischen Peaks und Zuweisen der Anzahl von Zyklen gefunden wird. Die Informationen sind auch in Tabelle 4 wiedergegeben. Tabelle 4

Anzahl Peaks	Modell m/z	Erfassungszeit, µs	*Verschobene Erfassungszeit, µs**	N	[N]	Wiederhergestelltes m/z
0.	250,0	526,7950	526,8210	14,3360	14	250,0
1	400,0	532,1840	532,2180	11,3960	11	400,0
2	550,0	519,1600	519,2000	9,7630	9	550,0
3	700,0	526,5310	526,5760	8,6880	8	700,0
4	850,0	515,0170	515,0660	7,9120	7	850,0
5	1000,0	558,6140	558,6680	7,3180	7	1000,0
6	1150,0	523,2180	523,2760	6,8440	6	1150,0
7	1300,0	556,2960	556,3570	6,4550	6	1300,0
8	1450,0	587,5140	587,5780	6,1280	6	1450,0
9	1600,0	527,7120	527,7800	5,8480	5	1600,0
10	1750,0	551,8940	551,9650	5,6050	5	1750,0
11	1900,0	575,0610	575,1350	5,3910	5	1900,0
12	2050,0	597,3290	597,4060	5,2020	5	2050,0
13	2200,0	618,7970	618,8760	5,0320	5	2200,0
14	2350,0	531,1470	531,2290	4,8780	4	2350,0
15	2500,0	547,8370	547,9210	4,7390	4	2500,0
16	2650,0	564,0320	564,1190	4,6110	4	2650,0
17	2800,0	579,7760	579,8650	4,4940	4	2800,0
18	2950,0	595,1030	595,1950	4,3860	4	2950,0
19	3100,0	610,0450	610,1390	4,2860	4	3100,0
20	3250,0	624,6300	624,7260	4,1930	4	3250,0

Dieses Beispiel geht davon aus, dass es keine Schwierigkeit gibt, Peaks vor und nach der Verschiebung anzupassen, was für kleine Verschiebungen und nicht überlastete Spektren sinnvoll sein kann. In komplexeren Fällen kann es vorteilhaft sein, präzise Kalibrierungen sowohl für verschobene als auch nicht verschobene Spektren zu haben und um jedem Ionenpeak mehrere mögliche m/z-Werte zuzuweisen, und dann Peaks, wie vorstehend in Bezug auf das erste beispielhafte Disambiguierungsverfahren beschrieben, anzupassen.
Ein Massenspektrometer, welches das Analysatordesign von 4 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 4 KV-Flugenergie beschleunigt werden.
Die Ionenstreuung wurde durch ein Linsenpaar gesteuert und die Ionenrichtung wurde durch den ersten Prismendeflektor 38 eingestellt, sodass Ionen über eine Reflexion von einem Ionenspiegel 35 zu dem zweiten Prismendeflektor 36 durchliefen. Der zweite Prismendeflektor 36 wurde auf -160 V eingestellt, um Ionen zum Analysator zuzulassen. Nach ~200 µs wurde dieser Prismendeflektor auf +280 V-Einfangmodus geschaltet und dort für 800 µs gehalten, ausreichend für die Ionen, um einen zweiten Driftdurchlauf vorzunehmen. Das Prisma 37 wurde dann wieder auf -160 V-Übertragungsmodus geschaltet, und die eingefangenen Ionen wurden zu einem Elektronenmultiplikator-Detektor 33 extrahiert.
11 zeigt die m/z-524-Peaks, die erfasst wurden, als das Gerät im Einzeldurchlauf-Modus 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.
12 zeigt Zoom-Modus-Massenspektren der Pierce Flexmix-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 × m/z-Bereich beobachtet.
13 zeigt Daten aus einem Test des Disambiguierungsverfahrens gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Flexmix-Ionen wurden bei einem viel breiteren m/z-Isolierfenster 390-2000 als dem eindeutigen m/z-Fenster 390-625 in die Falle injiziert, sodass hohe m/z-Ultramark-Ionen mit -1 Driftdurchlauf im Massenspektrum entstanden sind. Die Anzahl der Oszillationen K pro Driftdurchlauf wurde dann um eins reduziert und die Massenkalibrierungskoeffizienten neu berechnet. Es wurde beobachtet, dass die hohen m/z-Ultramark-Peaks in m/z um -620 ppm verschoben wurden, was ihre Identifizierung leicht ermöglichte.
Ein ähnliches Experiment gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform wurde durch Variieren des gepulsten Extraktionsfeldes des Ioneninjektors von 330 bis 240 V/mm durchgeführt, was die hohen m/z-Ionen um -40 ppm verschob.
Aus den vorstehenden Ausführungsformen ist ersichtlich, dass die Ausführungsformen ein Verfahren zum Betreiben eines Analysegeräts, wie etwa eines Flugzeitmassenspektrometers, bereitstellen, das einen Analysator umfasst, der konfiguriert ist, um Flugzeiten von Ionen entlang eines Pfads zu bestimmen, der ein zyklisches Segment und ein nicht-zyklisches Segment umfasst. Das zyklische Segment ist so konfiguriert, dass mindestens einige Ionen mehr als eine Schleife darin vornehmen, und das nicht-zyklische Segment ist so konfiguriert, dass alle Ionen nur einen Durchlauf vornehmen. Mindestens eines der zyklischen und nicht-zyklischen Segmente wird gesteuert, z. B. mit mindestens einer Elektrode mit einer umschaltbaren Spannung, die, wenn sie umgeschaltet wird, die Flugzeit eines Ions in diesem Segment modifiziert.
Das Verfahren kann das Bestimmen eines ersten Satzes von Ionenflugzeiten nach Abschluss der zyklischen und nicht-zyklischen Segmente, das Ändern einer Spannung auf mindestens einer der Steuerelektroden und dann das Bestimmen eines zweiten Satzes von Ionen-Flugzeiten nach Abschluss der zyklischen und nicht-zyklischen Segmente umfassen. Das Verfahren kann das Bestimmen einer Anzahl von Schleifen in dem zyklischen Segment umfassen, die durch Ionen von Interesse, basierend auf Flugzeitdifferenzen zwischen dem ersten und dem zweiten Satz von Flugzeiten, gebildet werden. Das Verfahren kann dann das Bestimmen eines Masse-zu-Ladung-Verhältnisses von mindestens einem Ion basierend auf der vollständigen Flugbahn umfassen, welche die bestimmte Anzahl von Schleifen in dem zyklischen Teil umfasst.
Das zyklische oder nicht-zyklische Segment kann durch eine Spannung gesteuert werden, die bei Anwendung eine Ionengeschwindigkeit in mindestens einem Abschnitt des Pfades modifiziert, der wiederum die Flugzeit in dem zyklischen oder nicht-zyklischen Segment modifiziert. Das zyklische Segment kann durch eine Spannung gesteuert werden, die eine Ionenfluglänge in diesem Segment modifiziert. Die Ionen können mehr als eine Oszillation innerhalb einer einzigen Schleife in dem zyklischen Segment vornehmen, und die Anzahl derartiger Oszillationen kann durch Anlegen einer Steuerspannung gesteuert werden.
Die relative Differenz der Flugzeiten in dem ersten Satz und dem zweiten Satz kann im Wesentlichen von der Anzahl der Schleifen einer Ionenbahn in dem zyklischen Segment abhängen, und die Anzahl der Schleifen kann aus der Differenz für mindestens ein Ion geschätzt werden. Die Masse-zu-Ladung-Verhältnisse können für einen Satz Schleifenkandidatenanzahl geschätzt werden, und die wahre Anzahl von Schleifen kann durch Vergleich der Masse-zu-Ladung-Verhältnisse bestimmt werden, die nach dem ersten und dem zweiten Satz der Flugzeit geschätzt werden.
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
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Zitierte Patentliteratur

US 9136101 [0024, 0084]
UK 2580089 [0025, 0087]
GB 2562690 [0097, 0154]

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Analysegeräts, das einen Ionenanalysator umfasst, der konfiguriert ist, um Ionen durch Bestimmen von Ionendriftzeiten entlang eines Ionenpfads zu analysieren, wobei der Ionenpfad mindestens ein erstes Segment und ein zyklisches Segment umfasst, wobei der Ionenpfad so konfiguriert ist, dass Ionen einen einzigen Durchlauf des ersten Segments vornehmen und einen oder mehrere Durchläufe des zyklischen Segments vornehmen; wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Betreiben des Analysators in einem ersten Betriebsmodus, wobei in dem ersten Betriebsmodus (i) ein erstes elektrisches Potenzial entlang des ersten Segments des Ionenpfads bereitgestellt wird, (ii) ein zweites elektrisches Potenzial entlang des zyklischen Segments des Ionenpfads bereitgestellt wird, (iii) das erste Segment des Ionenpfads eine erste Pfadlänge aufweist, und (iv) das zyklische Segment des Ionenpfads eine zweite Pfadlänge aufweist, und Analyse von Ionen durch Bestimmen von Driftzeiten von Ionen entlang des Ionenpfads, um einen ersten Satz von Ionendaten zu erhalten; Betreiben des Analysators in einem zweiten Betriebsmodus durch Ändern mindestens eines von (i) dem ersten elektrischen Potenzial, (ii) dem zweiten elektrischen Potenzial, (iii) der ersten Pfadlänge und (iv) der zweiten Pfadlänge, und Analysieren von Ionen durch Bestimmen von Driftzeiten entlang des Ionenpfads, um einen zweiten Satz von Ionendaten zu erhalten; Vergleichen des ersten Satzes von Ionendaten mit dem zweiten Satz von Ionendaten, und Identifizieren eines ersten Ionenpeaks in dem ersten Satz von Ionendaten, die einem zweiten Ionenpeak in dem zweiten Satz von Ionendaten entsprechen; Bestimmen der Anzahl N von Durchläufen des zyklischen Segments des Ionenpfads, der von Ionen eingeschlagen wird, die den entsprechenden ersten und zweiten Ionenpeaks zugewiesen sind; und Verwenden der bestimmten Anzahl von Durchläufen N, um einen Wert einer physikalisch-chemischen Eigenschaft der Ionen zu bestimmen, die den entsprechenden ersten und zweiten Ionenpeaks zugewiesen sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Ionenanalysator ein Flugzeit- (ToF) Massenanalysator ist und wobei die physikalisch-chemische Eigenschaft ein Masse-zu-Ladung-Verhältnis (m/z) ist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Flugzeit-Massenanalysator ein Mehrfachreflexions-Flugzeit- (MR-ToF) Massenanalysator ist, 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; und 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.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Analysator konfiguriert ist, um Ionen zu analysieren durch: (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 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 in Richtung des ersten Endes der Ionenspiegel zurückdriften; (ii) sie die Driftrichtungsgeschwindigkeit der Ionen in der Nähe des ersten Endes der Ionenspiegel umkehren, derart, 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 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 in Richtung des ersten Endes der Ionenspiegel zurückdriften; (iii) Schritt (ii) ein- oder mehrmals wiederholen; und dann (iv) veranlassen, dass sich die Ionen für eine Erfassung zum Detektor bewegen.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Mehrfachreflexions-Flugzeit-(MR-ToF) Massenanalysator ferner Folgendes umfasst: einen Deflektor, der sich in der Nähe des ersten Endes der Ionenspiegel befindet; und wobei der Analysator konfiguriert ist, um Ionen zu analysieren durch: (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; (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; (iii) Schritt (ii) ein- oder mehrmals wiederholen; und dann (iv) veranlassen, dass sich die Ionen von dem Deflektor zu dem Detektor zum Erfassen bewegen.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei das Verfahren das Ändern der zweiten Pfadlänge in dem zweiten Betriebsmodus durch Ändern der Anzahl K von Reflexionen umfasst, die Ionen zwischen den Ionenspiegeln vornehmen, wenn Sie dem Zickzack-Ionenpfad folgen.
Verfahren nach Anspruch 5 und 6, wobei die Anzahl K von Reflexionen, die Ionen zwischen den Ionenspiegeln vornehmen, wenn sie dem Zickzack-Ionenpfad folgen, durch Ändern einer an den Deflektor angelegten Spannung verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 5, 6 oder 7, wobei die Ionenspiegel in X-Richtung entlang mindestens eines Teils ihrer Längen in Driftrichtung Y einen nicht konstanten Abstand voneinander aufweisen, wobei der Driftrichtungsgeschwindigkeit von Ionen zum zweiten Ende der Ionenspiegel ein elektrisches Feld entgegengesetzt ist, 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 Anspruch 5, 6 oder 7, 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 Deflektors zurückdriften.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Analysator ein Ionenmobilitätsanalysator ist und wobei die physikalisch-chemische Eigenschaft Ionenmobilität ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Verfahren das Ändern des ersten elektrischen Potentials in dem zweiten Betriebsmodus umfasst.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Gerät ferner ein Flugrohr umfasst, das entlang mindestens eines Teils des ersten Segments des Ionenpfads angeordnet ist, und wobei das Verfahren das Ändern des ersten elektrischen Potentials in dem zweiten Betriebsmodus durch Ändern einer an das Flugrohr angelegten Spannung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Ionenanalysator einen Ioneninjektor umfasst, der konfiguriert ist, um Ionen entlang des Ionenpfads zu beschleunigen, und wobei das Verfahren das Ändern des ersten elektrischen Potentials in dem zweiten Betriebsmodus durch Ändern eines Beschleunigungsfeldes umfasst, das durch den Ioneninjektor bereitgestellt wird, um Ionen entlang des Ionenpfads zu beschleunigen.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Bestimmen der Anzahl N von Durchläufen des zyklischen Segments des Ionenpfads, der von Ionen eingeschlagen wird, die den entsprechenden ersten und zweiten Ionenpeaks zugewiesen sind, umfasst: Messen einer Driftzeitdifferenz zwischen ersten und zweiten Ionenpeaks; und Verwenden der gemessenen Driftzeitdifferenz, um die Anzahl N von Durchläufen des zyklischen Segments des Ionenpfads zu schätzen, der von Ionen eingeschlagen wird, die den entsprechenden ersten und zweiten Ionenpeaks zugewiesen sind.
Nichtflüchtiges computerlesbares Speichermedium, das einen Computerprogrammcode speichert, der, wenn er auf einem Prozessor ausgeführt wird, das Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchführt.
Steuerungssystem für ein Analysegerät, wobei das Steuerungssystem konfiguriert ist, um das Analysegerät zu veranlassen, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1-14 durchzuführen.
Analysegerät, wie ein Massen- und/oder Ionenmobilitätsspektrometer, umfassend: einen Ionenanalysator, der konfiguriert ist, um Ionen durch Bestimmen von Ionendriftzeiten entlang eines Ionenpfads zu analysieren, wobei der Ionenpfad mindestens ein erstes Segment und ein zyklisches Segment umfasst, wobei der Ionenpfad so konfiguriert ist, dass Ionen einen einzigen Durchlauf des ersten Segments vornehmen und einen oder mehrere Durchläufe des zyklischen Segments vornehmen; und ein Steuerungssystem, das konfiguriert ist zum: Betreiben des Analysators in einem ersten Betriebsmodus und Analysieren von Ionen durch Bestimmen von Driftzeiten von Ionen entlang des Ionenpfads, um einen ersten Satz von Ionendaten zu erhalten, wobei in dem ersten Betriebsmodus (i) ein erstes elektrisches Potenzial entlang des ersten Segments des Ionenpfads bereitgestellt wird, (ii) ein zweites elektrisches Potenzial entlang des zyklischen Segments des Ionenpfads bereitgestellt wird, (iii) das erste Segment des Ionenpfads eine erste Pfadlänge aufweist, und (iv) das zyklische Segment des Ionenpfads eine zweite Pfadlänge aufweist; Betreiben des Analysators in einem zweiten Betriebsmodus durch Ändern mindestens eines von (i) dem ersten elektrischen Potenzial, (ii) dem zweiten elektrischen Potenzial, (iii) der ersten Pfadlänge und (iv) der zweiten Pfadlänge, und Analysieren von Ionen durch Bestimmen von Driftzeiten entlang des Ionenpfads, um einen zweiten Satz von Ionendaten zu erhalten; Vergleichen des ersten Satzes von Ionendaten mit dem zweiten Satz von Ionendaten, und Identifizieren eines ersten Ionenpeaks in dem ersten Satz von Ionendaten, die einem zweiten Ionenpeak in dem zweiten Satz von Ionendaten entsprechen; Bestimmen der Anzahl N von Durchläufen des zyklischen Segments des Ionenpfads, der von Ionen eingeschlagen wird, die den entsprechenden ersten und zweiten Ionenpeaks zugewiesen sind; und Verwenden der bestimmten Anzahl von Durchläufen N, um einen Wert einer physikalisch-chemischen Eigenschaft der Ionen zu bestimmen, die den entsprechenden ersten und zweiten Ionenpeaks zugewiesen sind.
Analysegerät nach Anspruch 17, wobei der Ionenanalysator ein Flugzeit- (ToF) Massenanalysator ist und die physikalisch-chemische Eigenschaft ein Masse-zu-Ladung-Verhältnis (m/z) ist; oder der Analysator ein Ionenmobilitätsanalysator ist und die physikalisch-chemische Eigenschaft Ionenmobilität ist.
Analysegerät nach Anspruch 17 oder 18, wobei der Analysator ein Mehrreflexions-Flugzeit- (MR-ToF) Massenanalysator ist, 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; und 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; wobei der Analysator konfiguriert ist, um Ionen zu analysieren durch: (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 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 in Richtung des ersten Endes der Ionenspiegel zurückdriften; (ii) sie die Driftrichtungsgeschwindigkeit der Ionen in der Nähe des ersten Endes der Ionenspiegel umkehren, derart, 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 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 in Richtung des ersten Endes der Ionenspiegel zurückdriften; (iii) Schritt (ii) ein- oder mehrmals wiederholen; und dann (iv) veranlassen, dass sich die Ionen für eine Erfassung zum Detektor bewegen.