DE102023120119A1

DE102023120119A1 - Flugzeitmassenanalysator und Verfahren zur Flugzeitmassenspektrometrie

Info

Publication number: DE102023120119A1
Application number: DE102023120119.0A
Authority: DE
Inventors: Hamish Stewart; Dmitry GRINFELD; Philipp Cochems
Original assignee: Thermo Fisher Scientific Bremen GmbH
Current assignee: Thermo Fisher Scientific Bremen GmbH
Priority date: 2022-08-10
Filing date: 2023-07-28
Publication date: 2024-02-15
Also published as: US20240055250A1; GB2621375A; CN117594416A; GB202211694D0; GB2621375B

Abstract

Flugzeitmassenanalysator (TOF-Massenanalysator), umfassend: Der TOF-Massenanalysator umfasst eine Ionenquelle, einen Detektor, eine Elektrode und einen Widerstandsteiler. Die Ionenquelle und der Detektor sind angeordnet, um eine Ionenflugbahn von der Ionenquelle zu dem Detektor zu definieren. Die Elektrode ist entlang der Ionenflugbahn angeordnet und konfiguriert, um eine Ausgangsspannung zu empfangen. Die Wärmeausdehnung des TOF-Massenanalysators führt zu einer ersten Massenverschiebung pro Kelvin bei am Detektor erfassten Ionen. Der Widerstandsteiler umfasst einen ersten und einen zweiten Widerstand, wobei der Widerstandsteiler thermisch mit dem Flugzeitmassenanalysator gekoppelt ist; und konfiguriert ist, um eine Eingangsspannung zu empfangen und eine Ausgangsspannung an die Elektrode auszugeben, Der erste und der zweite Widerstand weisen jeweils einen ersten und einen zweiten Temperaturkoeffizienten auf, die konfiguriert sind, um der Elektrode bei der Ausgangsspannung eine Spannungsverschiebung pro Kelvin bereitzustellen, die zu einer zweiten Massenverschiebung pro Kelvin bei am Detektor erfassten Ionen führt, welche die erste Massenverschiebung pro Kelvin kompensiert.

Description

GEBIET DER OFFENBARUNG
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Flugzeitmassenspektrometrie (TOF-Massenspektrometrie) und einen Flugzeitmassenanalysator.
STAND DER TECHNIK
Flugzeitmassenanalysatoren (TOF-Massenanalysator) und Mehrfachreflexions-Flugzeitmassenanalysatoren (MRTOF-Massenanalysatoren) zielen in der Regel darauf ab, Masse bis zu innerhalb einiger Parts-Per-Million (ppm) des wahren Werts zu messen, wobei eine Genauigkeit im Sub-ppm wünschenswert ist. US 9,136,101 B2 ist ein Beispiel für einen im Stand der Technik bekannten MRTOF-Massenanalysator.
Es ist bekannt, dass eine Wärmeausdehnung oder -zusammenziehung von ionenoptischen Elementen, Abstandshaltern und Befestigungsteilen in einem TOF-Massenanalysator eine Änderung der Flugbahnlänge und somit eine Verschiebung der gemessenen Flugzeit und einer entsprechenden Massenzuweisung bewirkt. Verschiedene Techniken sind im Stand der Technik bekannt, um die Auswirkungen einer Temperaturänderung auf einen TOF-Massenanalysator zu kompensieren.
US 7,518,107 B2 offenbart Verfahren und Vorrichtungen zum Kompensieren des Massenfehlers bei einem TOF-Massenanalysator. Es wird eine Referenzflugstrecke für einen Ionenpuls, die einer Referenztemperatur einer oder mehrerer Komponenten einer Ionenflugbahnanordnung entspricht, bestimmt und die Temperatur einer oder mehrerer Komponenten der Ionenflugbahnanordnung gemessen. Durch das Korrelieren der Wärmeausdehnung der Flugbahnanordnung mit dem Temperaturmesswert können die gemessenen Flugzeiten angepasst werden, um der Referenzflugstrecke zu entsprechen, um dadurch die Wärmeausdehnung der Flugbahnanordnung zu kompensieren. Unter Verwendung der angepassten Flugzeiten wird ein Massenspektrum erhalten. In verschiedenen Ausführungsformen wird das Temperatursignal mit vorbestimmten Wärmeausdehnungskorrekturfaktoren für die Flugbahnanordnung verwendet, um einen Korrekturfaktor zu berechnen, um eine andere Komponente des TOF-Massenanalysators, wie die an ein Stromversorgungssystem angelegte Spannung oder ein Signal zum Steuern der Taktfrequenzen, zu steuern.
US 10,593,525 beschreibt ein Verfahren zum Kalibrieren eines Massenspektrums eines Flugzeitmassenspektrometers, um Temperaturänderungen zu berücksichtigen. Es werden Ionen in ein Fourier-Transformations-Massenspektrometer (Fourier Transform Mass Spectrometer - FTMS) eingebracht und ihre Masse-zu-Ladung-Verhältnisse bestimmt. Es werden Ionen, einschließlich Kalibrierionen, ebenfalls in einen TOF-Massenanalysator eingebracht und die Masse-zu-Ladung-Verhältnisse der Kalibrierionen werden mindestens ebenfalls bestimmt. Spezifische Peaks, die Kalibrierionen darstellen, werden ausgewählt und zwischen den TOF-Massenanalysator und FTMS-Spektren abgeglichen. Die relative Position der abgeglichenen Peaks in jedem Spektrum wird dann verwendet, um einen Temperaturkorrekturfaktor für die TOF-Massenanalysator-Daten basierend auf der relativen Unabhängigkeit des FTMS-Spektrums in Bezug auf die Temperatur zu bestimmen.
US 6,998,607 B1 offenbart einen TOF-Massenanalysator mit Temperaturkompensation. Der TOF-Massenanalysator umfasst unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisende Materialien, die derart kombiniert sind, dass die Länge des Driftbereichs des TOF-Massenanalysators variabel ist und sich von selbst an die Temperatur anpasst. Die Anpassung erfolgt derart, dass die aus einer Wärmeausdehnung oder -zusammenziehung resultierenden Längenänderungen in anderen ionenoptischen Elementen kompensiert werden, sodass Ionen im Wesentlichen äquivalenter Masse-zu-Ladung-Verhältnisse eine konstante Flugzeit durch das System beibehalten. Dies ermöglicht die Verwendung von Standardbauverfahren bei den ionenoptischen Elementen.
Vor diesem Hintergrund zielt die vorliegende Offenbarung darauf ab, einen verbesserten oder mindestens kommerziell relevanten alternativen TOF-Massenanalysator und ein Verfahren zur Flugzeitmassenspektrometrie bereitzustellen.
KURZDARSTELLUNG
Gemäß einem ersten Aspekt der Offenbarung wird ein Flugzeitmassenanalysator (TOF-Massenanalysator) bereitgestellt. Der TOF-Massenanalysator umfasst eine Ionenquelle, einen Detektor, eine Elektrode und einen Widerstandsteiler. Die Ionenquelle und der Detektor sind angeordnet, um eine Ionenflugbahn von der Ionenquelle zu dem Detektor zu definieren. Die Elektrode ist entlang der Ionenflugbahn angeordnet und konfiguriert, um eine Ausgangsspannung zu empfangen. Die Wärmeausdehnung des TOF-Massenanalysators führt zu einer ersten Massenverschiebung pro Kelvin bei am Detektor erfassten Ionen. Der Widerstandsteiler umfasst einen ersten und einen zweiten Widerstand, wobei der Widerstandsteiler thermisch mit dem Flugzeitmassenanalysator gekoppelt ist; und konfiguriert ist, um eine Eingangsspannung zu empfangen und eine Ausgangsspannung an die Elektrode auszugeben, Der erste und der zweite Widerstand weisen jeweils einen ersten und einen zweiten Temperaturkoeffizienten auf, die konfiguriert sind, um der Elektrode bei der Ausgangsspannung eine Spannungsverschiebung pro Kelvin bereitzustellen, die zu einer zweiten Massenverschiebung pro Kelvin bei am Detektor erfassten Ionen führt, welche die erste Massenverschiebung pro Kelvin kompensiert.
Bei dem TOF-Massenanalysator des ersten Aspekts bewegen sich Ionen entlang einer Ionenflugbahn von der Ionenquelle zu dem Detektor. Idealerweise weist die Ionenflugbahn eine feste Ionenflugbahnlänge auf, sodass die Flugzeit der Ionen entlang der Ionenflugbahn zum Bestimmen der Masse der Ionen verwendet werden kann. Eine Temperaturänderung beim TOF-Massenanalysator kann zu mechanischen Veränderungen (z. B. aufgrund von Wärmeausdehnung) des TOF-Massenanalysators führen, was zu einer Änderung der Länge der Ionenflugbahn führt. Dementsprechend ist ersichtlich, dass die Wärmeausdehnung des TOF-Massenanalysators zu einer ersten Massenverschiebung pro Kelvin bei am Detektor erfassten Ionen führt.
Um den Auswirkungen der Wärmeausdehnung entgegenzuwirken, weist der TOF-Massenanalysator des ersten Aspekts einen Widerstandsteiler auf, der konfiguriert ist, um einer Elektrode des TOF-Massenanalysators eine Ausgangsspannung bereitzustellen. Der Ausgangsspannung ist basierend auf den Temperaturkoeffizienten der den Widerstandsteiler bildenden Widerstände eine Spannungsverschiebung pro Kelvin zugeordnet. Da der Widerstandsteiler thermisch mit dem TOF-Massenanalysator gekoppelt ist, führt eine Änderung der Temperatur des Massenanalysators basierend auf der Spannungsverschiebung pro Kelvin des Widerstandsteilers zu einer entsprechenden Störung bei der Ausgangsspannung. Die durch den Widerstandsteiler bereitgestellte Spannungsstörung beeinflusst das von der Elektrode erzeugte elektrische Feld, so dass auch sich auf der Ionenflugbahn bewegende Ionen gestört werden. Die Störung an den Ionen führt auch zu einer Verschiebung bei der Flugzeit der Ionen entlang der Ionenflugbahn. Somit führt die Spannungsverschiebung pro Kelvin des Widerstandsteilers zu einer zugehörigen zweiten Massenverschiebung pro Kelvin bei am Detektor erfassten Ionen. Durch Auswählen geeigneter Temperaturkoeffizienten für den Widerstandsteiler kann die zweite Massenverschiebung pro Kelvin bereitgestellt werden, um die erste Massenverschiebung pro Kelvin des TOF-Massenanalysators zu kompensieren.
Daraus ist ersichtlich, dass der Widerstandsteiler ein passives Verfahren zur Temperaturkompensation für den TOF-Massenanalysator bereitstellt. Somit erfordert die durch den Widerstandsteiler bereitgestellte Temperaturkompensation keine aktive Steuerung der Widerstandsteiler und keine Echtzeiterfassung der Temperatur des TOF-Massenanalysators. Vielmehr ist der Widerstandsteiler thermisch mit dem TOF-Massenanalysator gekoppelt, sodass Änderungen der Temperatur des TOF-Massenanalysators auch durch den Widerstandsteiler erfahren werden.
Gemäß dieser Offenbarung wird unter „Kompensation“ des aus der Wärmeausdehnung resultierenden Massenfehlers (z. B. Kompensation der ersten Massenverschiebung pro Kelvin) verstanden, dass die Größe des Massenfehlers eliminiert oder mindestens in der Größe reduziert wird. Das heißt, die Größe der kombinierten ersten und zweiten Massenverschiebungen pro Kelvin ist kleiner als die Größe der ersten Massenverschiebung pro Kelvin.
Gemäß dieser Offenbarung kann eine Bezugnahme auf eine Masse eines von einem Detektor eines Massenanalysators erfassten Ions als ein Verweis auf die Messung eines Masse-zu-Ladung-Verhältnisses eines Ions durch einen Detektor verstanden werden. Somit werden die Ausdrücke „Masse“ und „Masse-zu-Ladung (m/z)“ in dieser Offenbarung austauschbar verwendet. In ähnlicher Weise kann eine Bezugnahme auf eine „Massenverschiebung pro Kelvin“ oder eine „Massenverschiebung pro Volt“ gleichbedeutend mit den Ausdrücken „Verschiebung des Masse-zu-Ladung-Verhältnisses pro Kelvin“ oder „Masse zu Ladung pro Volt“ verwendet werden. Ferner spiegelt gemäß dieser Offenbarung die erste Massenverschiebung pro Kelvin von am Detektor erfassten Ionen die Änderung bei der erfassten Masse (d. h. die Änderung bei dem gemessenen Masse-zu-Ladung-Verhältnis) eines Ions bekannter Masse (d. h. bekanntes Masse-zu-Ladung-Verhältnis) wider, die auftritt, wenn sich die Temperatur des Massenanalysators in Abwesenheit einer Temperaturkompensationsstrategie gemäß dieser Offenbarung um 1 Kelvin ändert. Die erste Massenverschiebung pro Kelvin kann in einigen Ausführungsformen die sich aus der Wärmeausdehnung des TOF-Massenanalysators ergebende Massenverschiebung berücksichtigen. In einigen Ausführungsformen kann die erste Massenverschiebung pro Kelvin des TOF-Massenanalysators auf zusätzliche Elemente des TOF-Massenanalysators, die eine Änderung der erfassten Masse bewirken, zum Beispiel Störungen bei der Eingangsspannung aus einer Stromversorgung, basierend auf der Temperatur, berücksichtigen.
Daraus ist ersichtlich, dass die Elektrode, an die der Widerstandsteiler angeschlossen ist, jede geeignete Elektrode des Massenanalysators sein kann. Zum Beispiel kann in einigen Ausführungsformen, in denen der TOF-Massenanalysator einen Ionenspiegel umfasst, die Elektrode (mit welcher der Widerstandsteiler verbunden ist) als Teil des Ionenspiegels bereitgestellt sein. Somit ist der die Elektrode umfassende Ionenspiegel entlang der Flugbahn angeordnet und konfiguriert, um die Ausgangsspannung zu empfangen. Dementsprechend ist ersichtlich, dass der temperaturkompensierende Widerstandsteiler bei einer Reihe unterschiedlicher TOF-Massenanalysatorkonstruktionen zur Anwendung kommen kann.
In einigen Ausführungsformen umfasst der TOF-Massenanalysator eine Vakuumkammer, wobei die Elektrode und der Widerstandsteiler in der Vakuumkammer angeordnet sind. Durch das Anordnen des Widerstandsteilers in derselben Vakuumkammer wie die Elektrode kann der Widerstandsteiler thermisch mit dem TOF-Massenanalysator gekoppelt sein, sodass sich Änderungen bei der Temperatur der Vakuumkammer (und der Komponenten darin) auch auf den Widerstandsteiler übertragen können. In einigen Ausführungsformen kann der Widerstandsteiler thermisch mit der Elektrode des TOF-Massenanalysators gekoppelt sein, sodass die Temperatur des Widerstandsteilers genauer die Temperatur der Elektrode verfolgt, wodurch die Genauigkeit der Wärmekompensation verbessert wird. Zum Beispiel kann der Widerstandsteiler unter Verwendung einer geeigneten Befestigung (z. B. Bolzen, Lötmittel oder eines eigens dafür vorgesehen Befestigungselements) an der Elektrode angebracht sein.
In einigen Ausführungsformen sind der erste und der zweite Temperaturkoeffizient unterschiedlich. Das heißt, anstatt einfach den ersten und den zweiten Widerstand mit den niedrigsten Temperaturkoeffizienten auszuwählen, um die Widerstandsdrift zu minimieren, können ein oder mehrere Widerstände absichtlich mit einem höheren Temperaturkoeffizienten ausgewählt werden, so dass die Gesamtmassenverschiebung des Massenanalysators pro Grad Kelvin reduziert wird.
In einigen Ausführungsformen beträgt die erste Massenverschiebung pro Kelvin des TOF-Massenanalysators mindestens +1 ppm/K. Es ist ersichtlich, dass die erste Massenverschiebung pro Kelvin des TOF-Massenanalysators abhängig davon, ob der TOF-Massenanalysator mit etwaigen anderen Temperaturkompensationsfunktionen bereitgestellt wird, erheblich schwanken kann. Zum Beispiel kann ein TOF-Massenanalysator mit einer Konstruktion im Allgemeinen aus Aluminium und/oder Stahl eine erste Massenverschiebung pro Kelvin von mindestens 20 ppm/K aufweisen. Massenanalysatoren mit irgendeiner Art von Temperaturkompensation können eine Massenverschiebung pro Kelvin von etwa 1 bis 10 ppm/K aufweisen.
In einigen Ausführungsformen beträgt eine Größe der Kombination der ersten und der zweiten Massenverschiebung pro Kelvin nicht mehr als 5 ppm/K, 3 ppm/K oder 1 ppm/K. Das heißt, die zweite Massenverschiebung pro Kelvin des Widerstandsteilers kann derart ausgewählt werden, dass die Gesamtmassenverschiebung pro Kelvin des TOF-Massenanalysators (d. h. die Kombination der ersten und der zweiten Massenverschiebung pro Kelvin) auf eine Größe von nicht mehr als 5 ppm/K, 3 ppm/K oder 1 ppm/K reduziert wird. Durch Reduzieren der Größe der Gesamtmassenverschiebung pro Kelvin des Massenanalysators kann der TOF-Massenanalysator präziser betrieben werden.
In einigen Ausführungsformen können einer oder mehrere des ersten und des zweiten Widerstands als eine Vielzahl von resistiven Komponenten bereitgestellt werden. Zum Beispiel können der erste Widerstand oder der zweite Widerstand durch eine Vielzahl resistiver Komponenten bereitgestellt werden, wobei jede resistive Komponente einen zugehörigen Temperaturkoeffizienten aufweist. Jede der entweder den ersten oder den zweiten Widerstand bildenden resistiven Komponenten kann in Reihe und/oder parallel kombiniert werden, sodass ein Gesamtwiderstand bereitgestellt wird, der dem ersten/zweiten Widerstand und einem Gesamttemperaturkoeffizienten entspricht, der dem ersten/zweiten Temperaturkoeffizienten entspricht.
In einigen Ausführungsformen ist der TOF-Massenanalysator mit einer Spannungsversorgung verbunden, die konfiguriert ist, um die Eingangsspannung an den Widerstandsteiler bereitzustellen. Es ist nicht erforderlich, dass die Spannungsversorgung thermisch mit dem TOF-Massenanalysator gekoppelt ist. In einigen Ausführungsformen, in denen auch die Eingangsspannung der Spannungsversorgung einer thermischen Drift, die eine damit zusammenhängende Massenverschiebung pro Kelvin hervorruft, unterliegen kann, kann eine solche Massenverschiebung pro Kelvin als Teil der ersten Massenverschiebung pro Kelvin des TOF-Massenanalysators berücksichtigt werden.
In einigen Ausführungsformen umfasst die Spannungsversorgung eine Temperatursteuerschaltung, die konfiguriert ist, um die Eingangsspannung zu steuern. Somit kann in einigen Ausführungsformen die Temperatursteuerschaltung eine relativ stabile Eingangsspannung für den Widerstandsteiler bereitstellen. Die Temperatursteuerschaltung der Spannungsversorgung kann passiv gesteuert oder aktiv gesteuert sein. Da die Spannungsversorgung nicht thermisch mit dem TOF-Massenanalysator gekoppelt zu sein braucht, wird jegliche Änderung bei der Temperatur, die durch die Spannungsversorgung erfahren wird, möglicherweise nicht oder nicht auf die gleiche Weise wie durch den Widerstandsteiler erfahren. Dementsprechend kann der TOF-Massenanalysator des ersten Aspekts die Temperaturkompensation des Widerstandsteilers einschließen, um Variationen des Massefehlers aufgrund der Temperaturvarianz zu reduzieren.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Offenbarung wird ein Flugzeitmassenanalysator (TOF-Massenanalysator) bereitgestellt. Der TOF-Massenanalysator umfasst: eine Ionenquelle und einen Detektor. Die Ionenquelle und der Detektor sind angeordnet, um eine Ionenflugbahn von der Ionenquelle zu dem Detektor zu definieren, wobei die Ionenflugbahn einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich umfasst. Die Wärmeausdehnung des Flugzeitmassenanalysators führt zu einer ersten Massenverschiebung pro Kelvin bei am Detektor erfassten Ionen. Der Flugzeitmassenanalysator umfasst ferner eine thermisch mit dem Flugzeitmassenanalysator gekoppelte und entlang der Ionenflugbahn im zweiten Bereich der Ionenflugbahn angeordnete Kompensationselektrode. Die Kompensationselektrode ist konfiguriert, um bei den Ionen zu bewirken, dass sie sich entlang der Ionenflugbahn in dem zweiten Bereich mit einer höheren Geschwindigkeit als die Geschwindigkeit der Ionen in dem ersten Bereich bewegen. Die Kompensationselektrode weist einen derartigen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, dass die Wärmeausdehnung der Kompensationselektrode eine zweite Massenverschiebung pro Kelvin von am Detektor erfassten Ionen bewirkt, was die erste Massenverschiebung pro Kelvin kompensiert.
Gemäß dem zweiten Aspekt der Offenbarung kann die erste Massenverschiebung pro Kelvin des TOF-Massenanalysators durch die Bereitstellung einer Kompensationselektrode kompensiert werden. Zum Beispiel kann sich mindestens ein Teil der ersten Massenverschiebung pro Kelvin aus der Wärmeausdehnung des TOF-Massenanalysators ergeben. Die Wärmeausdehnung des TOF-Massenanalysators führt zu einer (auf einem Wärmeausdehnungskoeffizienten für den TOF-Massenanalysator basierenden) Verlängerung einer Länge der Ionenflugbahn. Der Wärmeausdehnungskoeffizient der Kompensationselektrode kann sich von demjenigen des TOF-Massenanalysators unterscheiden, sodass sich die relative Länge des Hochgeschwindigkeitsbereichs zu dem Niedriggeschwindigkeitsbereich mit der Temperatur ändert.
Wird zum Beispiel der Wärmeausdehnungskoeffizient der Kompensationselektrode höher gewählt als der Wärmeausdehnungskoeffizient des TOF-Massenanalysators, nimmt, wenn sich der TOF-Massenanalysator ausdehnt, das Verhältnis der Länge des Hochgeschwindigkeitsbereichs zu der Länge des Niedriggeschwindigkeitsbereichs zu. Indem bewirkt wird, dass Ionen einen größeren Anteil der Gesamtflugzeit mit der Bewegung durch den Hochgeschwindigkeitsbereich verbringen, kann durch die Wärmeausdehnung der Kompensationselektrode ein Teil der oder die gesamte Wärmeausdehnung des TOF-Massenanalysators kompensiert werden.
Wie vorstehend zum ersten Aspekt erörtert, kann die erste Massenverschiebung pro Kelvin des Massenanalysators die Änderung bei der erfassten Masse eines Ionen bekannter Masse widerspiegeln, die auftritt, wenn sich die Temperatur des Massenanalysators in Abwesenheit einer Temperaturkompensationsstrategie gemäß dieser Offenbarung um 1 Kelvin ändert. Somit kann die erste Massenverschiebung pro Kelvin die Wärmeausdehnung der Ionenflugbahn berücksichtigen. In einigen Ausführungsformen kann die erste Massenverschiebung pro Kelvin auch auf Massenverschiebungen zurückzuführen zu sein, die aus einer Wärmeausdehnung anderer ionenoptischer Vorrichtungen oder einer mit Stromversorgungen oder Steuerelektronik für den TOF-Massenanalysator zusammenhängenden thermischen Drift resultieren. Das heißt, die erste Massenverschiebung pro Kelvin, die durch die Kompensationselektrode kompensiert werden soll, kann sich von der Massenverschiebung pro Kelvin, die sich ausschließlich aus der Wärmeausdehnung der Ionenflugbahn ergibt, unterscheiden.
Gemäß dem zweiten Aspekt ist die Kompensationselektrode thermisch mit dem TOF-Massenanalysator gekoppelt. Somit ist die Kompensationselektrode konfiguriert, um auf Änderungen der Temperatur des TOF-Massenanalysators passiv zu reagieren. Das heißt, die Kompensationselektrode stellt eine passive Kompensation für die Wärmeausdehnung/thermische Drift des TOF-Massenanalysators bereit.
In einigen Ausführungsformen umfasst der TOF-Massenanalysator des zweiten Aspekts einen Ionenspiegel. In einigen Ausführungsformen ist die Kompensationselektrode entlang der Ionenflugbahn zwischen dem Ionenspiegel und dem Detektor angeordnet. In einigen Ausführungsformen kann die Kompensationselektrode entlang der Ionenflugbahn zwischen dem Ionenspiegel und dem Detektor angeordnet sein. Somit ist ersichtlich, dass die Kompensationselektrode in verschiedenen unterschiedlichen Konfigurationen entlang der Ionenflugbahn bereitgestellt werden kann.
In einigen Ausführungsformen kann die Kompensationselektrode entlang der Ionenflugbahn in einer Vielzahl von Bereichen angeordnet sein. Das heißt, es kann eine Vielzahl von zweiten Bereichen der Ionenflugbahn, in der sich die Ionen mit einer relativ höheren Geschwindigkeit bewegen, und mindestens einen Bereich der Ionenflugbahn, in dem sich die Ionen mit einer relativ niedrigeren Geschwindigkeit bewegen, geben.
In einigen Ausführungsformen ist die Kompensationselektrode konfiguriert, um eine Spannung von einer Spannungsversorgung zu empfangen, wobei die Spannungsversorgung mit dem TOF-Massenanalysator verbunden ist. Es versteht sich, dass es nicht erforderlich ist, dass die Spannungsversorgung thermisch mit dem TOF-Massenanalysator gekoppelt ist. Die an der Kompensationselektrode empfangene Spannung stellt das beschleunigende Potential zum Beschleunigen der Ionen im Hochgeschwindigkeitsbereich bereit.
In einigen Ausführungsformen ist die Kompensationselektrode auf der Ionenflugbahn näher als der Ionenspiegel an dem Detektor angeordnet. In einigen Ausführungsformen kann die Kompensationselektrode konfiguriert sein, um eine Spannung einer Spannungsversorgung derart daran zu empfangen, dass die Kompensationselektrode dasselbe Potential wie ein Potential des Detektors aufweist. Insbesondere kann in einigen Ausführungsformen die Kompensationselektrode an dem Detektor angebracht sein. Durch näheres Anordnen der Kompensationselektrode an dem Detektor kann ein zweiter Bereich der Ionenflugbahn, in dem sich Ionen mit einer relativ höheren Geschwindigkeit bewegen, näher als ein erster Bereich, in dem sich Ionen mit einer relativ langsameren Geschwindigkeit bewegen, an dem Detektor bereitgestellt werden. Dementsprechend können sich Ionen, die am Detektor ankommen, aufgrund des Vorhandenseins der Kompensationselektrode mit einer höheren Geschwindigkeit bewegen, wodurch die Erfassungseffizienz des Detektors verbessert wird.
In einigen Ausführungsformen kann der TOF-Massenanalysator eine Vielzahl von Ionenspiegeln umfassen. Zum Beispiel kann der TOF-Massenanalysator ein Paar von Ionenspiegeln umfassen, die einander derart gegenüberliegend angeordnet sind, dass Ionen auf der Ionenflugbahn eine Vielzahl von Malen zwischen dem Ionenspiegelpaar reflektiert werden. In einigen Ausführungsformen kann die Kompensationselektrode zwischen dem Ionenspiegelpaar angeordnet sein. Somit kann es sich bei dem TOF-Massenanalysator um einen Mehrfachreflexions-TOF-Massenanalysator (MRTOF-Massenanalysator) handeln.
In einigen Ausführungsformen weist eine Länge der Ionenflugbahn einen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, der sich von dem Wärmeausdehnungskoeffizienten der Kompensationselektrode unterscheidet. Das heißt, die Änderung der relativen Länge der Ionenflugbahn (zum Beispiel aufgrund der Wärmeausdehnung des TOF-Massenanalysators) mit der Temperatur (die durch einen Wärmeausdehnungskoeffizienten dargestellt werden kann) unterscheidet sich von dem Wärmeausdehnungskoeffizienten der Kompensationselektrode. Dementsprechend ändert sich das Verhältnis der Länge des zweiten Bereichs der Ionenflugbahn zu der Länge der Ionenflugbahn mit der Temperatur. In einigen Ausführungsformen ist der Wärmeausdehnungskoeffizient der Kompensationselektrode größer als der Wärmeausdehnungskoeffizient der Länge der Ionenflugbahn. Durch eine solche Beziehung kann es möglich werden, die Länge des zweiten Bereichs (relativ zur Gesamtlänge der Ionenflugbahn) zu verlängern, um eine sich aus der Wärmeausdehnung des TOF-Massenanalysators ergebende Massenverschiebung zu kompensieren.
In einigen Ausführungsformen beträgt die erste Massenverschiebung pro Kelvin des TOF-Massenanalysators mindestens +2 ppm/K oder mindestens +5 ppm/K. Es ist ersichtlich, dass die erste Massenverschiebung pro Kelvin des TOF-Massenanalysators abhängig davon, ob der TOF-Massenanalysator mit etwaigen anderen Temperaturkompensationsfunktionen bereitgestellt wird und aus welchen Materialien der TOF-Massenanalysator aufgebaut ist, erheblich variieren kann. Zum Beispiel kann ein TOF-Massenanalysator mit einer Konstruktion im Allgemeinen aus Aluminium und/oder Stahl eine erste Massenverschiebung pro Kelvin von mindestens +20 ppm/K aufweisen.
Gemäß dem ersten Aspekt beträgt in einigen Ausführungsformen eine Größe der Kombination der ersten und der zweiten Massenverschiebung pro Kelvin möglicherweise nicht mehr als 5 ppm/K, 3 ppm/K oder 1 ppm/K.
In einigen Ausführungsformen kann die Kompensationselektrode eine teleskopische Kompensationselektrode sein. Die teleskopische Kompensationselektrode kann einen ersten teleskopischen Abschnitt, einen zweiten teleskopischen Abschnitt und eine Feder umfassen, wobei die Feder zwischen dem ersten und dem zweiten teleskopische Abschnitt angeordnet ist. Die Feder kann konfiguriert sein, um zu bewirken, dass sich die relativen Positionen des ersten und des zweiten teleskopischen Abschnitts als Reaktion auf eine Temperaturänderung der teleskopischen Kompensationselektrode ändern. Durch Bereitstellen einer teleskopischen Kompensationselektrode kann die Länge des zweiten Bereichs der Ionenflugbahn durch teleskopisches Ausfahren (oder Einziehen) des zweiten teleskopischen Abschnitts unter Verwendung der Feder relativ zu dem ersten teleskopischen Abschnitt geändert werden. Eine solche teleskopische Anordnung kann größere Änderungen bei der Länge des zweiten Bereichs mit der Temperatur bereitstellen, wodurch die Kompensationselektrode erste Massenverschiebungen pro Kelvin des TOF-Massenanalysators relativer großer Große kompensieren kann.
In einigen Ausführungsformen, in denen die Kompensationselektrode konfiguriert ist, um eine Spannung einer Spannungsversorgung zu empfangen, kann die Spannungsversorgung konfiguriert sein, um die an die Kompensationselektrode angelegte Spannung zu kalibrieren, um die zweite Massenverschiebung pro Kelvin zu kalibrieren. Zum Beispiel kann die Spannungsversorgung konfiguriert sein, um die zweite Massenverschiebung pro Kelvin basierend auf einem Masse-zu-Ladung-Verhältnis eines zu analysierenden Ions abzustimmen oder zu kalibrieren. Dementsprechend sorgt die passive Kompensation der Kompensationselektrode auch dafür, dass im Betriebszustand des Massenanalysators relativ kleine Anpassungen erfolgen, um so die Genauigkeit des TOF-Massenanalysators weiter zu verbessern.
In einigen Ausführungsformen kann der TOF-Massenanalysator einen ersten und einen zweiten Widerstand umfassenden Widerstandsteiler umfassen, wobei der Widerstandsteiler mit dem Flugzeitmassenanalysator thermisch gekoppelt ist; und kann konfiguriert sein, um eine Eingangsspannung zu empfangen und eine Ausgangsspannung an eine Elektrode auszugeben. In einigen Ausführungsformen kann die Ausgangsspannung die Kompensationselektrode sein. Der erste und der zweite Widerstand weisen jeweils einen ersten und einen zweiten Temperaturkoeffizienten auf, die konfiguriert sind, um der Elektrode bei der Ausgangsspannung eine Spannungsverschiebung pro Kelvin bereitzustellen, die zu einer dritten Massenverschiebung pro Kelvin bei am Detektor erfassten Ionen führt, wobei die zweite und dritte Massenverschiebung pro Kelvin die erste Massenverschiebung pro Kelvin kompensieren. Somit kann in einigen Ausführungsformen die Kompensationselektrode des TOF-Massenanalysators des zweiten Aspekts im TOF-Massenanalysator des ersten Aspekts als Elektrode verwendet werden, mit welcher der Ausgang des Widerstandsteilers verbunden ist. Alternativ kann der Widerstandsteiler des ersten Aspekts mit einer anderen Elektrode des TOF-Massenanalysators verbunden sein, die sich von der Kompensationselektrode unterscheidet. Dabei können die vorstehend in Bezug auf den ersten und zweiten Aspekt beschriebenen optionalen Merkmale in Ausführungsformen, in denen der Widerstandsteiler und die Kompensationselektrode zusammen bereitgestellt werden, kombiniert werden.
Gemäß einem dritten Aspekt der Offenbarung wird ein Verfahren der Flugzeitmassenspektrometrie bereitgestellt. Das Verfahren umfasst:

Messen einer von Ionen benötigten Flugzeit, um sich unter Verwendung eines TOF-Massenanalysators entlang einer Ionenflugbahn von einer Ionenquelle zu einem Detektor zu bewegen, wobei eine Elektrode entlang der Ionenflugbahn angeordnet ist und an eine Ausgangsspannung empfängt,
wobei die Wärmeausdehnung des TOF-Massenanalysators zu einer ersten Massenverschiebung pro Kelvin bei am Detektor erfassten Ionen führt,
wobei der TOF-Massenanalysator mit einem einen ersten und einen zweiten Widerstand umfassenden Widerstandsteiler versehen ist, wobei der Widerstandsteiler thermisch mit dem TOF-Massenanalysator gekoppelt ist und konfiguriert ist, um eine Eingangsspannung zu empfangen und die Ausgangsspannung an die Elektrode auszugeben,
wobei der erste und der zweite Widerstand jeweils einen ersten und einen zweiten Temperaturkoeffizienten aufweisen, die bei der Ausgangsspannung für die Elektrode zu einer Spannungsverschiebung pro Kelvin führen, die zu einer zweiten Massenverschiebung pro Kelvin bei am Detektor erfassten Ionen führt, welche die erste Massenverschiebung pro Kelvin kompensiert.

Somit kann das Verfahren des dritten Aspekts durch einen TOF-Massenanalysator gemäß dem ersten Aspekt durchgeführt werden. Das Verfahren gemäß dem dritten Aspekt kann Verfahrensmerkmale, die zu beliebigen der optionalen Merkmalen des ersten Aspekts äquivalent sind, einschließen.
Gemäß einem vierten Aspekt der Offenbarung wird ein Verfahren der Flugzeitmassenspektrometrie bereitgestellt. Das Verfahren umfasst:

Messen einer von Ionen benötigten Flugzeit, um sich unter Verwendung eines Flugzeitmassenanalysators (TOF-Massenanalysator) entlang einer Ionenflugbahn von einer Ionenquelle zu einem Detektor zu bewegen, wobei die Ionenflugbahn einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich umfasst;
wobei die Wärmeausdehnung des TOF-Massenanalysators zu einer ersten Massenverschiebung pro Kelvin bei am Detektor erfassten Ionen führt, und
wobei eine Kompensationselektrode, die thermisch mit dem TOF-Massenanalysator gekoppelt und entlang der Ionenflugbahn im zweiten Bereich der Ionenflugbahn angeordnet ist, wobei die Kompensationselektrode konfiguriert ist, um bei den Ionen zu bewirken, dass sie sich entlang der Ionenflugbahn in dem zweiten Bereich mit einer höheren Geschwindigkeit als die Geschwindigkeit der Ionen in dem ersten Bereich bewegen,
wobei die Kompensationselektrode einen derartigen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, dass die Wärmeausdehnung der Kompensationselektrode eine zweite Massenverschiebung pro Kelvin von am Detektor erfassten Ionen bewirkt, welche die erste Massenverschiebung pro Kelvin kompensiert.

Somit kann das Verfahren des vierten Aspekts durch einen TOF-Massenanalysator gemäß dem zweiten Aspekt durchgeführt werden. Das Verfahren gemäß dem vierten Aspekt kann Verfahrensmerkmale, die zu beliebigen der optionalen Merkmale des zweiten Aspekts äquivalent sind, einschließen. Das Verfahren des vierten Aspekts kann auch mit dem Verfahren des dritten Aspekts kombiniert werden, um einen Widerstandsteiler zu integrieren.
Somit können die im dritten und vierten Aspekt beschriebenen Verfahren der TOF-Massenspektrometrie bei jeder geeigneten Art von Analyse angewendet werden. Zum Beispiel kann es sich bei den Verfahren um Massenspektrometrieverfahren mit datenabhängiger Analyse (DDA) oder um Massenspektrometrieverfahren mit datenunabhängiger Analyse (DIA) handeln. In einigen Ausführungsformen können die Verfahren das Durchführen einer Vielzahl von Analysen, über welche die Kompensationselektrode und/oder der Widerstandsteiler eine passive Kompensation etwaiger Änderungen der Temperatur bereitstellen, umfassen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden nun ausschließlich beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erklärt, wobei:

- 1 ein schematisches Diagramm eines einen Widerstandsteiler aufweisenden Massenanalysators zeigt;
- 2 ein schematisches Diagramm eines einen Widerstandsteiler aufweisenden Mehrfachreflexions-Flugzeitmassenanalysators zeigt;
- 3a ein schematisches Diagramm eines eine Kompensationselektrode aufweisenden TOF-Massenanalysators bei einer ersten Temperatur zeigt;
- 3b ein schematisches Diagramm eines eine Kompensationselektrode aufweisenden TOF-Massenanalysators bei einer zweiten Temperatur, die höher als der erste Massenanalysator ist, zeigt;
- 4a ein schematisches Diagramm eines weiteren eine Kompensationselektrode aufweisenden TOF-Massenanalysators bei einer ersten Temperatur zeigt;
- 4b ein schematisches Diagramm eines weiteren eine Kompensationselektrode aufweisenden TOF-Massenanalysators bei einer zweiten Temperatur, die höher als der erste Massenanalysator ist, zeigt;
- 5 ein schematisches Diagramm eines eine teleskopische Kompensationselektrode umfassenden TOF-Massenanalysators zeigt;
- 6 ein schematisches Diagramm eines weiteren eine Kompensationselektrode aufweisenden Mehrfachreflexions-Flugzeitmassenanalysators zeigt; und
- 7 ein schematisches Diagramm eines weiteren eine Kompensationselektrode und einen Widerstandsteiler aufweisenden Mehrfachreflexions-Flugzeitmassenanalysators zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung wird ein Massenanalysator 1 bereitgestellt. Ein schematisches Diagramm des Massenanalysators 1 ist in 1 gezeigt. Wie in 1 gezeigt, ist der Massenanalysator 1 mit einer Spannungsversorgung 10 verbunden. Wie in 1 gezeigt, umfasst die Spannungsversorgung 10 eine erste Spannungsquelle 12 und eine zweite Spannungsquelle 14. Der TOF-Massenanalysator 1 umfasst eine Ionenquelle 30, eine erste Elektrode 32, eine zweite Elektrode 34, einen Ionendetektor 36 und eine Flugkammer 38.
Der in 1 schematisch gezeigte Massenanalysator 1 ist ein Flugzeitmassenanalysator (TOF-Massenanalysator). Während die Beschreibung der Ausführungsform der Erfindung in Bezug auf die Ausführungsform von 1 bereitgestellt wird, ist es ersichtlich, dass die Erfindung auf jeden beliebigen Massenanalysator angewendet werden kann, der Elektroden integriert, die durch die Wärmeausdehnung des Massenanalysators hervorgerufenen Massenverschiebungen unterliegen können.
Der Massenanalysator aus 1 weist eine Ionenquelle 30 auf. Die Ionenquelle 30 ist konfiguriert, um entlang einer Ionenflugbahn Ionen abzugeben. Die Ionenflugbahn ist im schematischen Diagramm von 1 gezeigt. Die Ionenflugbahn erstreckt sich von der Ionenquelle 30 in eine Flugkammer 38 des Massenanalysators 1. Die erste Elektrode 32 und die zweite Elektrode 34 sind in der Flugkammer 38 als ein Ionenspiegel angeordnet. Der Ionenspiegel ist dazu konfiguriert, Ionen zurück zum Eintritt in die Flugkammer 38 zu reflektieren, wo sich ein Ionendetektor 36 befindet. Der Ionenspiegel ist konfiguriert, um eine Ausgangsspannung von dem Widerstandsteiler 20 zu empfangen. Die Prinzipien des Betreibens eines TOF-Massenanalysators mit einem oder mehreren Ionenspiegeln sind dem Fachmann bekannt und werden daher hierin nicht weiter im Detail beschrieben.
Die Flugkammer 38 des Massenanalysators 1 stellt ein Volumen bereit, in dem sich Ionen bewegen können. In einigen Ausführungsformen kann die Flugkammer 38 eine Vakuumkammer (oder mindestens einen Teil einer Vakuumkammer) sein. Die Vakuumkammer kann zum Bewegen der Ionen entlang der Ionenflugbahn bei einem Druck von etwa 10^-5 bis 10^-6 mbar gehalten werden. Wie in 1 gezeigt, sind die erste Elektrode 32 und der Widerstandsteiler 20 in der Vakuumkammer (Flugkammer 38) bereitgestellt.
Die Ionenquelle 30, die Ionen in den TOF-Massenanalysator ausgibt, kann jede geeignete Ionenquelle sein. Zum Beispiel kann die Ionenquelle 30 eine (nicht gezeigte) Ionenfalle umfassen, die Ionen vor ihrer Ausgabe in den TOF-Massenanalysator 1 akkumuliert. Die Ionenfalle wiederum kann mit weiteren Ionenoptikkomponenten eines Massenspektrometriesystems oder dergleichen verbunden sein, die konfiguriert sind, um Ionen zu generieren und zu der Ionenfalle zu transportieren, wie eine Elektorspray-Ionenquelle.
Um die sich entlang der Ionenflugbahn bewegenden Ionen zurück zum Ionendetektor 38 zu reflektieren, sind die erste und die zweite Elektrode 32, 34 jeweils mit einer ersten bzw. zweiten Spannungsquelle 12, 14 der Spannungsversorgung 10 verbunden. Die Spannungsversorgung 10 aus 1 umfasst eine erste und eine zweite Spannungsquelle 12, 14, die konfiguriert sind, um jeweils eine erste und eine zweite Versorgungsspannung (V_PSU1, V_PSU2) auszugeben. In einigen Ausführungsformen können die erste und die zweite Versorgungsspannung V_PSU1, V_PSU2 gleich sein, während in anderen Ausführungsformen die erste und die zweite Versorgungsspannung V_PSU1, V_PSU2 unterschiedlich sein können. Dabei kann die Spannungsversorgung 10 auch konfiguriert sein, um andere Spannungen zur Verwendung durch den Massenanalysator 10 auszugeben, was in der schematischen Darstellung von 1 nicht dargestellt ist. In einigen Ausführungsformen umfasst die Spannungsversorgung 10 eine (nicht gezeigte) Temperatursteuerschaltung, die konfiguriert ist, um die erste und die zweite Versorgungsspannung V_PSU1, V_PSU2 zu steuern. Dabei ist die etwaige Temperatursteuerung der Spannungsversorgung 10 unabhängig von der Temperatur des Massenanalysators 1, da sich die Temperatur der Spannungsversorgung 10 unabhängig von der Temperatur des Massenanalysators 1 ändern kann (z. B., weil die Spannungsversorgung während des Betriebs Wärme erzeugt).
In der Ausführungsform von 1 ist die erste Spannungsquelle 12 über einen Widerstandsteiler 20 mit der ersten Elektrode 32 verbunden. Der Widerstandsteiler 20 umfasst einen ersten Widerstand R₁ und einen zweiten Widerstand R₂. Es ist wohl bekannt, dass für einen Widerstandsteiler der in 1 gezeigten Form, bei dem in Reihe geschaltete Widerstände R₁ und R₂ die erste Versorgungsspannung V_PSU1 von der Masse trennen, die an die erste Elektrode 32 gelieferte Widerstandsteilerspannung (V₁) zwischen den Widerständen gleich V_PSU multipliziert mit dem Anteil des Gesamtwiderstands innerhalb R_2: (R₂/(R₁+R₂)) ist. Somit ist der Widerstandsteiler 20 in 1 konfiguriert, um eine Eingangsspannung (erste Versorgungsspannung V_PSU1) von der Stromversorgung 10 zu empfangen und die Ausgangsspannung (die Widerstandsteilerspannung V₁) an die erste Elektrode 32 auszugeben. Dabei unterscheidet sich aufgrund des Vorhandenseins des Widerstandsteilers 20 die Ausgangsspannung V₁ von der Eingangsspannung V_PSU1.
Wie in 1 schematisch angegeben, ist der Widerstandsteiler 20 thermisch mit dem Massenanalysator 1 gekoppelt. Somit sind die Widerstände R₁, R₂ des Widerstandsteilers 20 thermisch mit dem Massenanalysator 1 gekoppelt. Daher spiegeln sich etwaige Änderungen der Temperatur des Massenanalysators 1 in entsprechenden Temperaturänderungen der Widerstände R₁, R₂ wider. Es ist ersichtlich, dass andere Teile des Massenspektrometriesystems, zum Beispiel die Spannungsversorgung 10, möglicherweise nicht thermisch mit dem Massenanalysator 1 gekoppelt sind. Somit beeinträchtigen Änderungen bei der Temperatur des Massenanalysators nicht Änderungen bei der Temperatur der Spannungsversorgung 10. Tatsächlich erzeugt die Spannungsversorgung 10 möglicherweise während des Betriebs unabhängig von dem Massenanalysator 1 Wärme.
Der erste und der zweite Widerstand R₁, R₂ können thermisch mit jedem geeigneten Teil des Massenanalysators 1 gekoppelt sein. Vorzugsweise sind der erste und der zweite Widerstand R₁, R₂ thermisch mit einem Teil des Massenanalysators 1, der für eine relativ signifikante Menge der Wärmeausdehnung empfindlich ist, gekoppelt. In der Ausführungsform aus 1 ist der Widerstandsteiler 20 an einer Wand der Flugkammer 38 des Massenanalysators 1 angebracht. In einigen Ausführungsformen kann der Widerstandsteiler 20 thermisch mit einer Elektrode des Massenanalysators 1 (z. B. der ersten Elektrode 32) gekoppelt sein, sodass die Temperatur des Widerstandsteilers 20 genauer der Temperatur der ersten Elektrode 32 folgt, wodurch die Genauigkeit der Wärmekompensation verbessert wird. Zum Beispiel kann der Widerstandsteiler 20 unter Verwendung einer geeigneten Befestigung (z. B. Bolzen, Lötmittel oder eines eigens dafür vorgesehen Befestigungselements) an der ersten Elektrode 32 angebracht sein. Der Aufbau und der Betrieb des Widerstandsteilers 20 wird nachstehend ausführlicher erörtert.
In der Ausführungsform aus 1 ist die zweite Spannungsquelle 14 direkt mit der zweiten Elektrode 34 verbunden. Somit wird in der Ausführungsform aus 1 die von der zweiten Spannungsquelle 14 ausgegebene zweite Spannung direkt an die zweite Elektrode 34 angelegt. In anderen Ausführungsformen ist ersichtlich, dass die elektrische Verbindung zwischen der zweiten Spannungsquelle 14 und der zweiten Elektrode 32 durch einen Widerstandsteiler 20 (d. h. einen zweiten Widerstandsteiler) bereitgestellt werden kann. Der zweite Widerstandsteiler kann einen anderen Aufbau (d. h. andere Widerstände) als der (erste) mit der ersten Elektrode 32 verbundene Widerstandsteiler 20 aufweisen.
Bei dem Massenanalysator aus 1 wird die Masse eines Ions basierend auf der Zeit bestimmt, die das Ion benötigt, um sich von der Ionenquelle 30 zum Ionendetektor 36 zu bewegen. Ionen mit höherer Masse benötigen länger für den Übergang von der Ionenquelle 30 zum Ionendetektor 36 als Ionen mit geringerer Masse. Die benötigte Zeit hängt von der Masse des Ions sowie von den Größen der an die erste und die zweite Elektrode 32, 34 angelegten Spannungen ab. Im Allgemeinen werden die an die erste und die zweite Elektrode 32, 34 angelegten Spannungen vor einer Analyse kalibriert, derart, dass sie bekannt sind (und im Allgemeinen während einer Analyse konstant gehalten werden). Dies wiederum lässt aus der Flugzeit auf die Masse des Ions schließen.
Die Kalibrierung des Massenanalysators 1 wird ebenfalls bei einer bekannten Temperatur des Massenanalysators 1 durchgeführt. In der Ausführungsform aus 1 bewirkt eine Erhöhung der Temperatur (von der Kalibriertemperatur), dass sich der Massenanalysator 1 thermisch ausdehnt. Die Wärmeausdehnung des Massenanalysators 1 kann eine unbeabsichtigte Verlängerung der Länge der Flugbahn bewirken, wodurch sich wiederum die von Ionen benötigte Flugzeit, um sich entlang der Ionenflugbahn zu bewegen, verlängert. Somit verlängert die Wärmeausdehnung des Massenanalysators 1 die Flugzeit eines Ions einer gegebenen Masse. Das heißt, eine Erhöhung der Temperatur des Massenanalysators 1 führt zu einer positiven Verschiebung der durch den Massenanalysator 1 bestimmten Masse. Der Betrag der Massenverschiebung, der auftritt, wenn die Temperatur des Massenanalysators gestört wird, kann durch Massenanalyse eines Ions bekannter Masse unter Verwendung des Massenanalysators 1 bei zwei unterschiedlichen Temperaturen (z. B. der Kalibriertemperatur und einer höheren Temperatur) und Bestimmen der dadurch entstehenden Massenverschiebung (als Prozentsatz der bekannten Masse des Ions) berechnet werden. Basierend auf der Massenverschiebung und der Temperaturdifferenz kann eine Beziehung zwischen der Temperatur und der resultierenden Massenverschiebung bestimmt werden. Das heißt, dem Massenanalysator 1 ist einer erste Massenverschiebung-pro-Kelvin-Störung Δ_T1 zugeordnet (d. h. der Betrag der Massenverschiebung, der durch eine Störung von 1 K bei der Temperatur bewirkt wird). Zum Beispiel kann der Massenanalysator 1 eine erste Massenverschiebung-pro-Kelvin-Störung Δ_T1 von +25 ppm/K aufweisen. In einem derartigen Fall würde eine Temperaturerhöhung von +1 K eine Verschiebung der gemessenen Masse eines Ions um +25 ppm (Teile pro Million, d. h. 0,0001 %) bewirken. Dementsprechend würde eine Temperaturstörung von -0,04 K (ein Absinken der Temperatur) eine Verschiebung der gemessenen Masse eines Ions um -1 ppm bewirken.
Daher können etwaige Änderungen bei der an die erste und die zweite Elektrode 32, 34 angelegten Spannungen eine Änderung der Flugzeit des Ions und folglich eine Änderung der bestimmten Masse des Ions bewirken.
In der Ausführungsform von 1 wirkt die erste Elektrode 32 als ein Ionenspiegel, um Ionen zurück zum Eintritt in den ToF zu reflektieren. Für positiv geladene Ionen wird eine positive erste Spannung V₁ an die erste Elektrode 32 angelegt. Eine positive Störung von V₁ hat die Wirkung, das Abstoßungspotenzial der ersten Elektrode zu erhöhen, wodurch der Ionenflugweg für ein Ion einer gegebenen Masse effektiv verkürzt wird (d. h. eine Verringerung der Flugzeit für ein Ion). Das heißt, eine positive Störung der ersten Spannung V₁ führt zu einer negativen Verschiebung der bestimmten Masse (relativ zu der Masse, die ohne die Spannungsstörung bestimmt würde). Der Betrag der Massenverschiebung, der auftritt, wenn die erste Spannung gestört wird, kann durch Massenanalyse eines Ions bekannter Masse unter Verwendung des Massenanalysators 1 unter zwei verschiedenen ersten Spannungen V₁ und Bestimmen der dadurch entstehenden Massenverschiebung (als Prozentsatz der bekannten Masse des Ions) berechnet werden. Basierend auf der Massenverschiebung und der Spannungsdifferenz kann eine Beziehung zwischen der an die erste Elektrode angelegten ersten Spannung V₁ und der dadurch entstehenden Massenverschiebung bestimmt werden. Das heißt, der ersten Elektrode 32 ist eine erste Massenverschiebung-pro-Volt-Störung Δ_V1 zugeordnet (d. h. der Betrag der Massenverschiebung, der durch eine Störung von 1 V der an die erste Elektrode angelegten Spannung verursacht wird). Zum Beispiel kann die erste Elektrode 32 eine erste Massenverschiebung-pro-Volt-Störung Δ_V1 von -10,7 ppm/mV aufweisen. In einem derartigen Fall würde eine Spannungsstörung von -10,7 mV eine Verschiebung der gemessenen Masse eines Ions um +1 ppm (Teile pro Million, d. h. 0,0001 %) bewirken. Dementsprechend würde eine Spannungsstörung von +10,7 mV eine Verschiebung der gemessenen Masse eines Ions um -1 ppm bewirken.
In der Ausführungsform aus 1 ist der Widerstandsteiler 20 dazu ausgelegt, der ersten Massenverschiebung pro Kelvin, die sich aus der mechanischen Wärmeausdehnung des Massenanalysators 1 ergibt, entgegenzuwirken. Insbesondere werden die Temperaturkoeffizienten der Widerstände des Widerstandsteilers 20 ausgewählt, um die gewünschte Kompensation bereitzustellen. Für den Widerstandsteiler 20 aus 1 ist ersichtlich, dass sich, wenn beide Widerstände des Widerstandsteilers 20 mit übereinstimmenden Temperaturkoeffizienten im Gleichgewicht sind, die Widerstandsdrift an beiden Widerständen gegenseitig aufhebt und der Widerstandsteiler 20 ist thermisch stabil. Das heißt, die Ausgangsspannung des Widerstandsteilers verändert sich nicht mit der Temperatur. In der Ausführungsform aus 1 weist der erste Widerstand R₁ einen ersten Temperaturkoeffizienten C₁ und der zweite Widerstand R₂ einen zweiten Temperaturkoeffizienten C₂ auf. Durch Auswählen des ersten und des zweiten Temperaturkoeffizienten des ersten und zweiten Widerstands R₁, R₂ kann der Widerstandsteiler 20 dazu ausgelegt sein, eine Ausgangsspannung V₁ aufzuweisen, die sich als Reaktion auf eine Temperaturänderung der Widerstände ändert. Da der Widerstandsteiler 20 thermisch mit dem Massenanalysator 1 gekoppelt ist, folgt die Temperatur der Widerstände R₁, R₂ etwaigen Störungen bei der Temperatur des Massenanalysators 1. Dementsprechend wird die Ausgangsspannung (V₁) des Widerstandsteilers 20 als Reaktion auf eine Temperaturstörung bei dem Massenanalysator 1 ebenfalls gestört. Das heißt, der Widerstandsteiler 20 kann dazu ausgelegt sein, dass die Ausgangsspannung eine gewünschte Spannungsverschiebung pro Kelvin aufweist. Die Spannungsverschiebung pro Kelvin in Kombination mit der ersten Massenverschiebung-pro-Volt-Störung der ersten Elektrode Δ_V1 führt dazu, dass der Widerstandsteiler 20 am Detektor 30 eine zweite Massenverschiebung pro Kelvin Δ_T2 bewirkt. Dabei kann die zweite Massenverschiebung pro Kelvin Δ_T2 auf diese Weise dazu ausgelegt sein, die erste Massenverschiebung pro Kelvin Δ_T1 des Massenanalysators 1 zu kompensieren.
In Bezug auf die Ausführungsform aus 1 beträgt die erste zu kompensierende Massenverschiebung pro Kelvin Δ_T1 +25 ppm/K. Eine solche erste Massenverschiebung pro Kelvin wäre für einen hauptsächlich aus Edelstahl gebauten Massenanalysator 1 zu erwarten. Bei der ersten Elektrode 32 (mit einer Δ_V1 von -10,7 ppm/mV) muss bei einer Temperaturänderung von 1 Kelvin die Spannung um +267,5 mV driften, um die Verschiebung von -25 ppm zu erzeugen, die gewünscht ist, um die erste Massenverschiebung von +25 ppm/K zu kompensieren. Unter der Annahme, dass die Ausgangsspannung V₁ 6500 V beträgt, ist die gewünschte Widerstandsteilerdrift daher +41,2 ppm/K (d. h. 0,0000412 %/K). In der Ausführungsform aus 1 stellt die erste Spannungsquelle 12 eine Eingangsspannung von 10.000 V bereit. Unter der Annahme, dass der Widerstandsteiler einen ersten und einen zweiten Widerstand mit R₁ = 35 MΩ und R₂ = 65 MΩ verwendet und der Temperaturkoeffizient für den ersten Widerstand C₁ mit +5 ppm/K ausgewählt wurde, ergibt sich, dass der zweite Temperaturkoeffizient C₂ für den zweiten Widerstand R₂ +122,6 ppm/K betragen muss, um eine exakte Kompensation bereitzustellen. Dabei wird durch einen zweiten Widerstand R₂, der einen zweiten Temperaturkoeffizienten C₂ nahe dem idealen Wert (z. B. einen positiven Temperaturkoeffizienten unter + 122,6 ppm/K) hat, eine teilweise Kompensation der ersten Massenverschiebung pro Kelvin Δ_T1 erreicht.
Dementsprechend ergibt sich aus der Kombination der ersten und der zweiten Massenverschiebung pro Kelvin (Δ_T1 + Δ_T2) die Gesamtmassenverschiebung pro Kelvin des Massenanalysators 1. In einigen Ausführungsformen beträgt eine Größe der Kombination der ersten und der zweiten Massenverschiebung pro Kelvin nicht mehr als 5 ppm/K, 3 ppm/K oder 1 ppm/K. Das heißt, der Widerstandsteiler 20 kann dazu ausgelegt sein, die Gesamtmassenverschiebung pro Kelvin des Massenanalysators um mindestens eine Größe (relativ zu Δ_T1) zu reduzieren, wodurch die Genauigkeit des Massenanalysators 1 verbessert wird.
Somit ist ersichtlich, dass der Widerstandsteiler 20 ein passives Verfahren zur Temperaturkompensation für den Massenanalysator 1 bereitstellt. Daher erfordert die Temperaturkompensation keine aktive Steuerung des Widerstandsteilers 20 und keine Echtzeiterfassung der Temperatur des Massenanalysators 1. Vielmehr ist der Widerstandsteiler 20 thermisch mit dem Massenanalysator 1 gekoppelt, sodass Änderungen der Temperatur des Massenanalysators 1 auch durch den Widerstandsteiler 20 erfahren werden.
Es ist ersichtlich, dass in dem vorstehenden Beispiel der erste und der zweite Widerstand R₁ und R₂ als ein einzelner Widerstand angegeben wurden. In anderen Ausführungsformen können einer oder mehrere des ersten und des zweiten Widerstands R₁, R₂ als eine Vielzahl von resistiven Komponenten bereitgestellt werden.
Es ist ersichtlich, dass in der Ausführungsform aus 1 die zweite Elektrode 34 vorgespannt sein kann, um die Flugzeit von Ionen durch den Massenanalysator zu verlängern. Damit führt eine positive Spannungsstörung, die an die zweite Elektrode angelegt wird, zu einer Erhöhung der Masse des durch den Massenanalysator 1 gemessenen Ions. Das heißt, der zweiten Elektrode ist eine zweite Massenverschiebung-pro-Volt-Störung Δ_V2 zugeordnet, die derjenigen der ersten Elektrode 32 entgegengesetzt ist. Die zweite Massenverschiebung-pro-Volt-Störungseigenschaft Δ_V2 der zweiten Elektrode 34 kann auf ähnliche Weise wie vorstehend für die erste Elektrode 32 beschrieben bestimmt werden. Zum Beispiel kann die zweite Massenverschiebung-pro-Volt-Störungseigenschaft Δ_V2, die der zweiten Elektrode zugeordnet ist, +42,6 ppm/mV betragen. Damit führt eine Spannungsstörung von +42,6 mV, die an die zweite Elektrode angelegt wird, zu einer Verschiebung von +1 ppm bei der vom Massenanalysator gemessenen Masse.
In der Ausführungsform aus 1 ist die zweite Spannungsquelle 14 direkt mit der zweiten Elektrode 34 verbunden. Somit wird in der Ausführungsform aus 1 die von der zweiten Spannungsquelle 14 ausgegebene zweite Spannung direkt an die zweite Elektrode 34 angelegt. In anderen Ausführungsformen ist ersichtlich, dass die elektrische Verbindung zwischen der zweiten Spannungsquelle 14 und der zweiten Elektrode 32 zusätzlich oder alternativ zu dem mit der ersten Elektrode 32 verbundenen Widerstandsteiler 20 durch einen Widerstandsteiler 20 bereitgestellt werden kann. Daher kann die Kompensation der mechanischen thermischen Drift des Massenanalysators 1 das Verwenden von mit einer Vielzahl von Elektroden 32, 34 verbundenen Widerstandsteilern beinhalten, um einen gewünschten Grad an Kompensation zu erreichen.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform der Offenbarung wird ein Mehrfachreflexions-Flugzeitmassenanalysator (MRTOF) 100 bereitgestellt. Ein schematisches Diagramm des MRTOF 100 und einer angeschlossenen Spannungsversorgung 110 ist in 2 gezeigt.
Der MRTOF 100 umfasst einen ersten konvergierenden Ionenspiegel 102 und einen zweiten konvergierenden Ionenspiegel 104. Der erste und der zweite konvergierende Ionenspiegel 102, 104 sind einander gegenüberliegend angeordnet, sodass sie eine Ionenflugbahn definieren, bei der es zwischen dem ersten und dem zweiten konvergierenden Ionenspiegel 102, 104 zu mehreren Reflexionen kommt. Wie weiter in 2 gezeigt, werden Ionen von einer Ionenfallenquelle 130 in den MRTOF 100 eingegeben. Die Ionen bewegen sich von der Ionenfallenquelle 130 durch eine erste Linse 131 außerhalb der Ebene, einen ersten Deflektor 132, eine zweite Linse 133 außerhalb der Ebene und einen zweiten Deflektor 134, bevor sie sich zwischen den konvergierenden Ionenspiegeln 102, 104 bewegen. Ionen, die den MRTOF 100 verlassen, werden von einem Ionendetektor 136 eingefangen. Die Flugbahn von Ionen durch den MRTOF 100 von der Ionenfallenquelle 130 zum Ionendetektor 136 ist in 2 schematisch angegeben.
In 2 umfasst der erste konvergierende Ionenspiegel 102 fünf Spiegelelektroden 105, 106, 107, 108, 109. Jede der fünf Spiegelelektroden 105, 106, 107, 108, 109 weist eine zugeordnete Massenverschiebung-pro-Volt-Störung (Δ_V1, Δ_V2, Δ_V3, Δ_V4, Δ_V5) auf. Der zweite konvergierende Ionenspiegel 104 kann mit fünf Spiegelelektroden mit einem ähnlichen Aufbau versehen sein.
Wie in 2 gezeigt, sind der erste und der zweite konvergierende Ionenspiegel 102, 104 jeweils mit einer Spannungsversorgung 110 verbunden. Die Spannungsversorgung 110 ist in 4 schematisch als mit der vierten Spiegelelektrode 109 des ersten konvergierenden Ionenspiegels 102 über einen Widerstandsteiler 120 verbunden gezeigt. Der Widerstandsteiler 120 ist auf ähnliche Weise wie der Widerstandsteiler 20 in der Ausführungsform von 1 mit dem MRTOF 100 thermisch gekoppelt. Zum Beispiel kann der Widerstandsteiler 120 innerhalb der Vakuumkammer des MRTOF 100 bereitgestellt sein. Es ist ersichtlich, dass die Spannungsversorgung 110 mit jeder der Spiegelelektroden 105, 106, 107, 108, 108, 109 (entweder direkt oder über einen Widerstandsteiler 20) verbunden ist, um an jede der Spiegelelektroden 105, 106, 107, 108, 109 mit einer gewünschten Gleichspannung zu versorgen. Es ist ersichtlich, dass die Spiegelelektroden des zweiten konvergierenden Ionenspiegels 104 auch jeweils mit einer Spannungsversorgung (in 2 nicht gezeigt) verbunden sind, die dieselbe Spannungsversorgung 110 oder eine andere Spannungsversorgung sein können.
Wie in 2 gezeigt, kann zwischen den Ionenspiegeln 102, 104 auch ein Paar Korrektionsstreifenelektroden 140 bereitgestellt sein. Korrektionsstreifenelektroden sind in US-B-9136101 detaillierter beschrieben.

Wie in nachstehender Tabelle 1 dargelegt, sind die fünf Spiegelelektroden 105, 106, 107, 108, 109 des ersten konvergierenden Ionenspiegels 102 mit den folgenden Eingangsspannungen (V) bereitzustellen und weisen die folgenden zugeordneten Massenverschiebung-pro-Volt-Störungen (Δv) auf. Tabelle 1

Elektrode	Absolute Spannung (V)	Massenverschiebung-pro-Volt-Störung (ppm/mV)
Erste Spiegelelektrode 105	+6500	-10,7
Zweite Spiegelelektrode 106	+3650	-12,5
Dritte Spiegelelektrode 107	+4600	+142,1
Vierte Spiegelelektrode 108	-7350	+42,6
Fünfte Spiegelelektrode 109	0	K. A.

Der MRTOF 100 aus 2 kann in einer Flugkammer 138, zum Beispiel einer der vorstehend bei der Ausführungsform aus 1 erörterten Flugkammer 38 ähnlichen Vakuumkammer, bereitgestellt sein. Ähnlich dem Massenanalysator aus 1 weist die MRTOF 100 aus 2 eine erste Massenverschiebung pro Kelvin (Δ_T1) aufgrund von Wärmeausdehnung (oder -zusammenziehung) der Komponenten (und ihres relativen Abstands) auf. Zum Beispiel kann, wenn der MRTOF 100 hauptsächlich aus Edelstahl konstruiert ist, die erste Massenverschiebung pro Kelvin Δ_T1 etwa +25 ppm/K betragen. Ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform kann der Widerstandsteiler 120 in Verbindung mit der Spannungsversorgung 110 dazu ausgelegt sein, der ersten Elektrode 105 die gewünschte Ausgangsspannung V₁ = 6500 V bereitzustellen, während die Widerstände des Widerstandsteilers 120 Temperaturkoeffizienten aufweisen, die ausgewählt sind, um eine zweite Massenverschiebung pro Kelvin (Δ_T2) bereitzustellen, welche die erste Massenverschiebung pro Kelvin (Δ_T1) kompensiert.
In der Ausführungsform aus 2 stellt die Spannungsversorgung 110 dem Widerstandsteiler 120 eine Eingangsspannung V_PSU1 von 10 kV bereit. Die Widerstände des ersten und zweiten Widerstands R₁, R₂ sind so gewählt, dass die Ausgangsspannung V₄ die gewünschten 6500 V beträgt. Hohe Widerstände sind bevorzugt, um hohe Spannungen ohne übermäßige Stromaufnahme zu teilen, sodass eine bevorzugte Wahl für die Widerstände R₁ und R₂ 35 MΩ bzw. 65 MΩ sein kann. Falls gewünscht, kann die an die erste Elektrode 105 angelegte Spannung durch Abändern der durch die Spannungsversorgung 110 bereitgestellten Versorgungsspannung V_PSU1 weiter gesteuert werden.
In Bezug auf die Ausführungsform aus 2 beträgt die erste zu kompensierende Massenverschiebung pro Kelvin Δ_T1 +25 ppm/K. Bei der ersten Elektrode 105 (mit einer Δ_V1 von -10,7 ppm/mV) muss bei einer Temperaturänderung von 1 Kelvin die Spannung um +267,5 mV driften, um die Verschiebung von -25 ppm zu erzeugen, die erforderlich ist, um die erste Massenverschiebung von +25 ppm zu kompensieren. Unter der Annahme, dass die Ausgangsspannung V₁ 6500 V beträgt, ist die gewünschte Widerstandsteilerdrift daher +41,2 ppm/K (d. h. 0,0000412 %/K). In der Ausführungsform aus 1 stellt die erste Spannungsquelle 12 eine Eingangsspannung von 10.000 V bereit. Da der Widerstandsteiler 120 einen ersten und einen zweiten Widerstand mit R₁ = 35 MΩ und R₂ = 65 MΩ verwendet und wobei der Temperaturkoeffizient für den ersten Widerstand C₁ mit +5 ppm/K ausgewählt wurde, ergibt sich, dass der zweite Temperaturkoeffizient C₂ für den zweiten Widerstand R₂ +122,6 ppm/K betragen sollte, um eine exakte Kompensation bereitzustellen. Es ist ersichtlich, dass ein zweiter Widerstand R₂, der einen zweiten Temperaturkoeffizienten C₂ nahe dem idealen Wert (z. B. einen positiven Temperaturkoeffizienten unter +122,6 ppm/K) aufweist, eine teilweise Kompensation der ersten Massenverschiebung pro Kelvin Δ_T1 bereitstellen wird.
Es ist ersichtlich, dass die Kombination der ersten und der zweiten Massenverschiebung pro Kelvin (Δ_T1 + Δ_T2) die Gesamtmassenverschiebung pro Kelvin des Massenanalysators 1 ergibt. Unter der Annahme, dass geeignete Temperaturkoeffizienten für R₁ und R₂ gewählt wurden, wird durch die zugeordnete Δ_T2 des Widerstandsteilers 120 die Größe der Gesamtmassenverschiebung pro Kelvin des MRTOF 100 (relativ zu dem nicht kompensierten Massenanalysator Δ_T1) reduziert. Wie bei dem Massenanalysator 1 aus 1 beträgt in einigen Ausführungsformen eine Größe der Kombination der ersten und der zweiten Massenverschiebung pro Kelvin nicht mehr als 5 ppm/K, 3 ppm/K oder 1 ppm/K. Das heißt, der Widerstandsteiler 120 kann dazu ausgelegt sein, die Gesamtmassenverschiebung pro Kelvin des MRTOF 100 um mindestens eine Größe (relativ zu Δ_T1) zu reduzieren, wodurch die Genauigkeit des MRTOF 100 verbessert wird.
In der Ausführungsform aus 2 kann die Spannungsquelle 110 auch konfiguriert sein, um die anderen Elektroden 106, 107, 108, 109 mit Spannungen zu versorgen. Die Spannungsquelle 110 kann die gewünschten Spannungen direkt den jeweiligen Elektroden 106, 107, 108, 109 bereitstellen. Alternativ können eine oder mehrere der Verbindungen zu den anderen Elektroden 106, 107, 108, 109 zusätzlich oder alternativ zu dem mit der ersten Elektrode 105 verbundenen Widerstandsteiler 120 durch einen Widerstandsteiler 120 bereitgestellt werden. Daher kann die Kompensation der mechanischen thermischen Drift des MRTOF 100 das Verwenden von mit einer Vielzahl von Elektroden 105, 106, 107, 108, 109 verbundenen Widerstandsteilern beinhalten, um einen gewünschten Grad an Kompensation der ersten Massenverschiebung pro Kelvin bereitzustellen. In der Ausführungsform aus 2 ist die Spannungsversorgung 110 nur schematisch für die erste Elektrode des ersten Ionenspiegels 102 gezeigt. In einigen Ausführungsformen kann der zweite Ionenspiegel 104 auch eine ähnliche Spannungsversorgung 110 wie der erste Ionenspiegel 102 aufweisen, einschließlich eines oder mehrerer thermisch mit dem MRTOF 100 gekoppelter Widerstandsteiler 120. Somit kann die Wärmekompensation des MRTOF 100 in einigen Ausführungsformen lediglich durch einen Ionenspiegel 102 oder durch eine Kombination von Wärmekompensation von beiden Ionenspiegeln 102, 104 erfolgen.
Gemäß einem anderen Ausführungsform der Offenbarung wird ein Flugzeitmassenanalysator (TOF-Massenanalysator) 200 bereitgestellt. Der TOF-Massenanalysator 200 umfasst eine Ionenquelle 230, einen Detektor 236 und eine Kompensationselektrode 250. Ein schematisches Diagramm des TOF-Massenanalysators 200 bei einer ersten Temperatur ist in 3a gezeigt und ein schematisches Diagramm des TOF-Massenanalysators 200 bei einer zweiten höheren Temperatur ist in 3b gezeigt.
Wie in 3a gezeigt, sind die Ionenquelle 230 und der Detektor 236 angeordnet, um eine Ionenflugbahn von der Ionenquelle 230 zu dem Detektor 236 zu definieren. Die Ionenquelle 230 und der Detektor 236 befinden sich an einander gegenüberliegenden Enden einer Flugkammer 238, bei der es sich um eine Vakuumkammer handeln kann. Der TOF-Massenanalysator 200 aus 3a und 3b ist ein TOF-Massenanalysator 200, in dem sich Ionen in einer langgestreckten Richtung entlang einer Ionenflugbahn von einem Ende einer langgestreckten Flugkammer 238 zu dem anderen gegenüberliegenden Ende bewegen.
Die Ionenflugbahn umfasst einen ersten Bereich (einen Niedriggeschwindigkeitsbereich 260) und einen zweiten Bereich (einen Hochgeschwindigkeitsbereich 270). 3a zeigt den TOF-Massenanalysator 200 bei einer ersten Temperatur. 3b zeigt den TOF-Massenanalysator 200 bei einer zweiten Temperatur, die höher als die erste Temperatur ist. Es ist ersichtlich, dass die Erhöhung der Temperatur bewirkt, dass sich der TOF-Massenanalysator 200 thermisch ausdehnt. Somit zeigt 3b die Wirkung der Wärmeausdehnung des TOF-Massenanalysators 200 in der langgestreckten Richtung der Ionenflugbahn (der Erläuterung halber übertrieben). Wie aus der vorstehenden Diskussion ersichtlich ist, bewirkt die Wärmeausdehnung des TOF-Massenanalysators 200 (z. B. Wärmeausdehnung der Flugkammer 238) eine Verlängerung der Flugbahnlänge und somit die Flugzeit von Ionen einer gegebenen Masse. Somit führt die Wärmeausdehnung des TOF-Massenanalysators 200 zu einer ersten Massenverschiebung pro Kelvin (Δ_T1) von an dem Detektor 236 erfassten Ionen. Zum Beispiel kann in der Ausführungsform aus 3a und 3b die Flugkammer 238 eine Länge von 1,2 m aufweisen und im Wesentlichen aus Invar gebildet sein. Dementsprechend kann die Wärmeausdehnung der Flugkammer 238 (und damit die Länge der Flugbahn) im Wesentlichen der Wärmeausdehnungskoeffizient von Invar sein. Das heißt, ein Wärmeausdehnungskoeffizient der Länge der Flugbahn kann im Wesentlichen jener des Materials sein, das die Länge der Flugbahn definiert (z. B. Invar in der Ausführungsform aus 3a). Somit kann die Wärmeausdehnung des TOF-Massenanalysators 200 eine erste Massenverschiebung pro Kelvin (Δ_T1) von etwa 1,2 ppm/K aufweisen. Dabei basiert in der einfachen Ausführungsform aus 3a und 3b die erste Massenverschiebung pro Kelvin auf der Wärmeausdehnung der Flugkammer 238. In anderen Ausführungsformen können auch andere Faktoren die erste mit der mechanischen Wärmeausdehnung eines Massenanalysators verbundene Massenverschiebung pro Kelvin beeinflussen.
Um die Wirkung der Wärmeausdehnung des TOF-Massenanalysators 200 zu kompensieren, weist der TOF-Massenanalysator eine Kompensationselektrode 250 auf. Die Kompensationselektrode 250 ist entlang der Ionenflugbahn im Hochgeschwindigkeitsbereich 270 angeordnet. In der Ausführungsform aus 3a und 3b erstreckt sich die Kompensationselektrode 250 in der langgestreckten Richtung entlang eines Abschnitts der Ionenflugbahn (aber nicht der vollständigen Länge). Zum Beispiel erstreckt sich in der Ausführungsform aus 3a die Kompensationselektrode entlang nicht mehr als 50 % der Länge der Ionenflugbahn. Der Abschnitt der Ionenflugbahn, entlang dem sich die Kompensationselektrode 250 erstreckt, definiert den Hochgeschwindigkeitsbereich 270 der Ionenflugbahn.
In der Ausführungsform aus 3a und 3b ist die Kompensationselektrode 250 eine zylindrische Elektrode, die in der langgestreckten Richtung der Flugkammer 238 langgestreckt ist. Die Ionenflugbahn erstreckt sich entlang einer Mittelachse der zylindrischen Kompensationselektrode 250. Für den Fachmann versteht es sich, dass verschiedene Formen der Kompensationselektrode 250 bereitgestellt werden können, um einen Hochgeschwindigkeitsbereich entlang der Ionenflugbahn bereitzustellen. Zum Beispiel kann in einigen Ausführungsformen ein Paar einander gegenüberliegender Plattenelektroden als die Kompensationselektrode 250 bereitgestellt sein.
Die Kompensationselektrode 250 ist konfiguriert, um zu bewirken, dass ein sich entlang der Ionenflugbahn in dem Hochgeschwindigkeitsbereich bewegendes Ion mit einer höheren Geschwindigkeit als im Niedriggeschwindigkeitsbereich 260 bewegt. Somit ist die Kompensationselektrode 250 konfiguriert, um sich entlang der Ionenflugbahn bewegende Ionen zu beschleunigen. Die Kompensationselektrode 250 kann bewirken, dass sich Ionen mit einer höheren Geschwindigkeit bewegen, durch Anlegung einer geeigneten Spannung an die Kompensationselektrode 250 von der (nicht gezeigten) Spannungsversorgung.
Die Kompensationselektrode 250 ist thermisch mit dem TOF-Massenanalysator 200 gekoppelt. Somit dehnt sich, wie in 3b gezeigt, der TOF-Massenanalysator 200 aufgrund einer Temperaturänderung thermisch aus, wobei sich die Kompensationselektrode 250 ebenfalls thermisch ausdehnt. Wie in 3b gezeigt, nimmt also die Länge der Kompensationselektrode 250 in der langgestreckten Richtung aufgrund der Wärmeausdehnung zu. Die Kompensationselektrode 250 ist in der Flugkammer 238 derart angebracht, dass die Wärmeausdehnung der Kompensationselektrode 250 keine Verlängerung der Ionenflugbahnlänge (definiert durch den Abstand zwischen der Ionenquelle 230 und dem Detektor 236) bewirkt. Zum Beispiel kann die Kompensationselektrode 250 derart in der Flugkammer 238 aufgehängt sein, dass sich die Kompensationselektrode 250 frei thermisch ausdehnen kann, ohne die Ionenflugbahnlänge zu beeinflussen. Zum Beispiel kann die Kompensationselektrode 250 in der Flugkammer 238 aufgehängt sein, indem die Kompensationselektrode 250 statt an einer Vielzahl von Punkten an einem Punkt an der Flugkammer 238 befestigt ist. In anderen Ausführungsformen kann die Kompensationselektrode 250 an einem Ende der Flugkammer 238 angebracht sein, wobei sich die Kompensationselektrode 250 dann frei in Richtung des anderen Endes der Flugkammer 238 thermisch ausdehnen kann.
Die Kompensationselektrode 250 ist ausgewählt, um einen Wärmeausdehnungskoeffizienten (C_Elektrode) aufzuweisen, so dass die Wärmeausdehnung der Kompensationselektrode 250 eine zweite Massenverschiebung pro Kelvin Δ_T2 von am Detektor erfassten Ionen bewirkt, welche die erste Massenverschiebung pro Kelvin Δ_T1 kompensiert. Zum Beispiel kann in der Ausführungsform aus 3a und 3b die Kompensationselektrode 250 aus Aluminium mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von 25 ppm/K gebildet sein. Die Wahl des Materials für die Kompensationselektrode 250 kann gewählt werden, um eine gewünschte Wärmekompensation zu erreichen. In der Ausführungsform aus 3a und 3b wird für die Kompensationselektrode 250 ein Material mit einem anderen Wärmeausdehnungskoeffizienten als dem der Ionenflugbahnlänge des TOF-Massenanalysators 200 zugeordnete Wärmeausdehnungskoeffizient (Invar: 1,2 ppm) gewählt.
Als Beispiel ist in der Ausführungsform aus 3a und 3b die Kompensationselektrode 250 dazu ausgelegt, sich in der langgestreckten Richtung der Flugkammer 238 0,5 m zu erstrecken (die Flugkammer 238 weist zwischen der Ionenquelle 230 und dem Detektor 236 eine Länge von 1,2 m auf). Durch Anlegen geeigneter Spannungen an den TOF-Massenanalysator 200 werden Ionen mit einem Masse-zu-Ladung-Verhältnis (m/z) von 200 amu durch den Niedriggeschwindigkeitsbereich 260 auf eine Energie von etwa 7000 eV und durch den durch die Kompensationselektrode 250 definierten Hochgeschwindigkeitsbereich 270 auf 8600 eV beschleunigt. Ionen können durch Anlegen geeigneter Spannungen an den TOF-Massenanalysator 200 auf die gewünschten Energien beschleunigt werden. Dementsprechend beträgt die Geschwindigkeit der Ionen durch den Niedriggeschwindigkeitsbereich 260 82,196 km/s. Die Geschwindigkeit der Ionen durch den Hochgeschwindigkeitsbereich 270 beträgt 91,107 km/s. Basierend auf der vorstehend beschriebenen Kompensationselektrode 250 beträgt bei der ersten Temperatur von 3a die Flugzeit durch den Niedriggeschwindigkeitsbereich 260 6,08302 µs und die Flugzeit durch den Hochgeschwindigkeitsbereich 270 5,48806 µs (eine Gesamtflugzeit von 11,571086 µs).
Bei einer Erhöhung der Temperatur von 10 K dehnt sich der TOF-Massenanalysator 200, wie in 3b gezeigt, thermisch aus. Insbesondere dehnt sich die Flugkammer 238 in Längsrichtung um 12 µm aus und dehnt sich die Kompensationselektrode 250 um 125 µm aus. Dementsprechend schrumpft die Länge des Niedriggeschwindigkeitsbereichs 260 der Ionenflugbahn aufgrund der relativ größeren Wärmeausdehnung der Kompensationselektrode 250 (und damit der Ausdehnung des Hochgeschwindigkeitsbereichs 270) um 113 µm. Somit wird bei der zweiten Temperatur die Flugzeit im Niedriggeschwindigkeitsbereich 260 6,08165 µs und die Flugzeit im Hochgeschwindigkeitsbereich 5,48944 µs. Somit beträgt die Gesamtflugzeit bei der zweiten Temperatur nahezu vollständig unverändert von der Gesamtflugzeit bei der ersten Temperatur 11,571083 µs. Somit führt die Kompensationselektrode 250 zu einer zweiten Massenverschiebung pro Kelvin (Δ_T2) von etwa -1,174 ppm/K, sodass die Gesamtmassenverschiebung pro Kelvin des TOF-Massenanalysators etwa 0,026 ppm/K beträgt. Somit ist ersichtlich, dass durch das Vorhandensein der Kompensationselektrode 250 die Gesamtmassenverschiebung pro Kelvin des TOF-Massenanalysators 200 um mindestens eine Größenordnung (relativ zu Δ_T1) reduziert wird, wodurch die Genauigkeit des TOF-Massenanalysators 200 verbessert wird. Insbesondere wird durch die Kompensationselektrode 250 die Gesamtmassenverschiebung pro Kelvin auf unter 1 ppm/K reduziert.
In der Ausführungsform aus 3a und 3b beträgt dabei die Ionenenergie im Niedriggeschwindigkeitsbereich 260 7000 eV, während die Ionenenergie im Hochgeschwindigkeitsbereich 270 konfiguriert ist, um 8600 eV zu betragen (durch Anlegen eines geeigneten Potentials an die Kompensationselektrode). Dabei wird durch Erhöhen der Ionenenergie zwischen dem Niedrig- und dem Hochgeschwindigkeitsbereich 260, 270 die thermische Kompensationswirkung der Kompensationselektrode 250 erhöht. Somit besteht eine Art die größere erste Massenverschiebungen pro Kelvin Δ_T1 zu kompensieren, darin, die Differenz der Ionenenergie zwischen dem Niedrig- und dem Hochgeschwindigkeitsbereich 260, 270 zu erhöhen. Zum Beispiel kann die Differenz der Ionenenergie zwischen dem Niedriggeschwindigkeitsbereich 260 und dem Hochgeschwindigkeitsbereich 270 mindestens 100 eV, 200 eV, 500 eV, 1000 eV, 2000 eV oder 5000 eV betragen. Somit verstärkt die Differenz der Ionenenergie zwischen dem Niedrig- und dem Hochgeschwindigkeitsbereich 260, 270 die Wirkung der Differenz zwischen dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Massenanalysators 200 und dem Wärmeausdehnungskoeffizienten der Kompensationselektrode 250.
Es ist ersichtlich, dass die Konstruktion der Kompensationselektrode 250, einschließlich der relativen Länge der Kompensationselektrode 250 zur Gesamtlänge der Ionenflugbahn, beim Entwerfen einer Kompensationselektrode 250 für einen TOF-Massenanalysator berücksichtigt werden kann. Zum Beispiel kann das Material für die Kompensationselektrode 250 basierend auf dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Materials ausgewählt werden. Mögliche Materialien für die Kompensationselektrode 250 schließen Stahl (C_Elektrode= 25 ppm/K), Aluminium (C_Elektrode= 23 ppm/K), Polytetrafluorethylen (C_Elektrode = 125 ppm/K) oder einem anderen geeigneten Kunststoff ein.
Grob gesagt würde ein TOF-Massenanalysator 200 der Form aus 3a und 3b mit einer Flugkammer 238 aus Stahl und einer Aluminium-Kompensationselektrode 250 einen Niedriggeschwindigkeitsbereich 260, in dem sich Ionen mit einer Ionenenergie von 300 eV bewegen, und einen Hochgeschwindigkeitsbereich 270, in dem sich Ionen mit einer Energie von 20.000 eV bewegen, aufweisen, um die Wärmeausdehnung vollständig zu kompensieren. Durch das Verlängern der Länge der Kompensationselektrode 250 bei einem solchen TOF-Massenanalysator 250 von 0,5 m auf 0,75 m würden sich die erforderlichen Ionenenergien des Niedrig- und des Hochgeschwindigkeitsbereichs 260, 270 auf etwa 1500 eV bzw. 8800 eV ändern. Somit ist ersichtlich, dass die Konstruktion der Kompensationselektrode 250 so angepasst werden kann, das sie zu einer breiten Palette unterschiedlicher Massenanalysatorkonstruktionen und -materialien passt.
Dabei ist für die durch die Kompensationselektrode 250 bereitgestellte Wärmekompensation keine aktive Steuerung oder Temperaturmessung erforderlich (d. h. es handelt sich um ein passives Kompensationsverfahren). Während das Kompensationsverfahren passiv ist, hängt die zweite Massenverschiebung pro Kelvin (Δ_T2), die von der Kompensationselektrode 250 bereitgestellt wird, von der an die Kompensationselektrode 250 angelegten Spannung ab. Somit kann die zweite Massenverschiebung pro Kelvin (Δ_T2) durch Anpassen der an die Kompensationselektrode 250 angelegten Spannung weiter kalibriert werden. Dadurch wiederum kann die Temperaturkompensation für ein spezifisches Masse-zu-Ladung-Verhältnis von Ionen und/oder für geringfügige Variationen im Betriebszustand des Massenanalysators abgestimmt/kalibriert werden, um die Genauigkeit des TOF-Massenanalysators 200 weiter zu verbessern.
4a und 4b zeigen eine weitere Ausführungsform eines TOF-Massenanalysators 300 gemäß dieser Offenbarung. Der TOF-Massenanalysator 300 umfasst einen Ionenspiegel 302, eine Ionenquelle 330, einen Detektor 336, eine Flugkammer 338 und eine Kompensationselektrode 350. Die Ionenquelle 330, der Detektor 336, die Flugkammer 338 und die Kompensationselektrode 350 können denen ähnlich sein, die in den in den vorstehenden Ausführungsformen erörterten TOF-Massenanalysatoren 1, 100, 200 bereitgestellt sind. Ein schematisches Diagramm des TOF-Massenanalysators 300 bei einer ersten Temperatur ist in 4a gezeigt und ein schematisches Diagramm des TOF-Massenanalysators 300 bei einer zweiten höheren Temperatur ist in 4b gezeigt.
Wie in 4a gezeigt, sind die Ionenquelle 330, der Ionenspiegel 302 und der Detektor 336 angeordnet, um eine Ionenflugbahn von der Ionenquelle 330 über den Ionenspiegel 302 zu dem Detektor 336 zu definieren. Die Ionenquelle 330, der Ionenspiegel 330 und der Detektor 236 befinden sich in einer Flugkammer 338, bei der es sich um eine Vakuumkammer handeln kann. Die Ionenquelle 330 ist konfiguriert, um Ionen in Richtung des Ionenspiegels 302 einzuschießen, der die Ionen dann zurück zum Detektor 336 reflektiert. Die Kompensationselektrode 350 ist zwischen der Ionenquelle 330 und dem Ionenspiegel 302 angeordnet. In der Ausführungsform aus 4a und 4b ist die Kompensationselektrode 350 entlang der Ionenflugbahn von der Ionenquelle 330 beabstandet, statt (wie in der Ausführungsform aus 3a und 3b) benachbart zur Ionenquelle 330 zu sein.
Der Ionenspiegel 302 ist konfiguriert, um Ionen, die von der Ionenquelle 330 kommen, zu einem Detektor (336) zu reflektieren. Der in 4a und 4b gezeigte Ionenspiegel umfasst eine Vielzahl von Elektroden. Somit kann der Ionenspiegel 302 eine ähnliche Konstruktion wie die in der Ausführungsform aus 2 gezeigten Ionenspiegel 102, 104 aufweisen.
Ähnlich wie bei der Ausführungsform aus 3a und 3b umfasst die Ionenflugbahn des TOF-Massenanalysators 300 Hochgeschwindigkeitsbereiche 370 und Niedriggeschwindigkeitsbereiche 360. In der Ausführungsform aus 4a und 4b kreuzt die Ionenflugbahn beim Bewegen von der Ionenquelle 330 zu dem Ionenspiegel 302 und beim Bewegen von dem Ionenspiegel 302 zu dem Detektor 336 die Kompensationselektrode 350. Somit gibt es entlang der Ionenflugbahn zwei Hochgeschwindigkeitsbereiche 370 und auf beiden Seiten der Kompensationselektrode Niedriggeschwindigkeitsbereiche 360 der Ionenflugbahn.
Ähnlich wie bei der Ausführungsform aus 3a und 3b bewirkt die Wärmeausdehnung des TOF-Massenanalysators 300 in 4B, dass sich die Länge der Flugkammer 338 in einer langgestreckten Richtung verlängert. Somit nimmt der Abstand zwischen der Ionenquelle 330 und dem Ionenspiegel 302 und der Abstand zwischen dem Ionenspiegel 302 und dem Detektor 336 zu, was eine Verlängerung der gesamten Ionenflugbahnlänge und eine entsprechende erste Massenverschiebung pro Kelvin Δ_T1 bewirkt. Es ist ersichtlich, dass die Größe der Wärmeausdehnung in 4b der Erläuterung halber übertrieben ist.
Die Kompensationselektrode 350 ist in der Flugkammer 338 des TOF-Massenanalysators 300 aufgehängt. Wie in 4b gezeigt, dehnt sich die Kompensationselektrode 350, da die Kompensationselektrode 350 thermisch mit dem TOF-Massenanalysator 300 gekoppelt ist, als Reaktion auf eine Temperaturänderung des TOF-Massenanalysators 300 thermisch aus. Die Kompensationselektrode 350 weist einen derartigen Wärmeausdehnungskoeffizienten C_Elektrode auf, dass die Wärmeausdehnung der Kompensationselektrode 350 eine zweite Massenverschiebung pro Kelvin Δ_T2 von am Detektor erfassten Ionen bewirkt, welche die erste Massenverschiebung pro Kelvin ΔT1 kompensiert. Abhängig vom Wärmeausdehnungskoeffizienten der Kompensationselektrode 350 relativ zum Wärmeausdehnungskoeffizienten der Flugkammer 338 kann sich die relative Länge der Hochgeschwindigkeitsbereiche 370 zu den Niedriggeschwindigkeitsbereichen 360 mit dem sich thermisch ausdehnenden (oder zusammenziehenden) TOF-Massenanalysator 300 derart ändern, dass Änderungen der Ionenflugbahnlänge kompensiert werden.
In der Ausführungsform aus 4a und 4b ist die Kompensationselektrode 350 an einer Stelle entlang der Ionenflugbahn, die näher als die Ionenquelle 330/der Detektor 336 an dem Ionenspiegel 302 liegt, in der Flugkammer 338 aufgehängt. In einigen Ausführungsformen kann es vorzuziehen sein, dass sich die Kompensationselektrode 350 an einer Stelle befindet, die näher als der Ionenspiegel an dem Detektor 336, in einigen Ausführungsformen benachbart zu dem Detektor 336, liegt, um die Erfassungseffizienz des Detektors 336 zu verbessern. Zum Beispiel kann in einigen Ausführungsformen die Kompensationselektrode 350 an dem Detektor 336 angebracht sein.
In einigen Ausführungsformen kann es wünschenswert sein, relativ große erste Massenverschiebungen pro Kelvin (Δ_T1), zum Beispiel Massenverschiebungen über 30 ppm/K, zu kompensieren. Zum Beispiel kann der Massenanalysator aus einem Material mit einem relativ großen Wärmeausdehnungskoeffizienten (z. B. Aluminium) konstruiert sein. In solchen Fällen kann die Kompensationselektrode als eine teleskopische Kompensationselektrode 450 bereitgestellt sein. Ein Beispiel für eine teleskopische Kompensationselektrode 450 ist in der Ausführungsform aus 5 gezeigt.
5 ist ein schematisches Diagramm eines TOF-Massenanalysators 400. Der TOF-Massenanalysator 400 umfasst einen Ionenspiegel 402, eine Ionenquelle 430, einen Detektor 436, eine Flugkammer 438 und eine teleskopische Kompensationselektrode 450. Die Anordnung der verschiedenen Komponenten ähnelt derjenigen des oben erörterten TOF-Massenanalysators 300.
Die teleskopische Kompensationselektrode 450 ist in dem TOF-Massenanalysator 400 an einer ähnlichen Stelle wie bei der in 3a und 3b gezeigten Kompensationselektrode 350 angeordnet. Damit ist die teleskopische Kompensationselektrode 450 thermisch mit dem TOF-Massenanalysator 400 gekoppelt. Die teleskopische Kompensationselektrode 450 kann in ähnlicher Weise wie die anderen Ausführungsformen in der Flugkammer 438 aufgehängt sein.
Die teleskopische Kompensationselektrode 450 umfasst einen ersten teleskopischen Abschnitt 452, einen zweiten teleskopischen Abschnitt 454 und eine Feder 456. Die Feder 456 ist zwischen dem ersten und dem zweiten teleskopischen Abschnitt 452, 454 angeordnet. Die Feder 456 ist konfiguriert, um zu bewirken, dass sich die relativen Positionen des ersten und des zweiten teleskopischen Abschnitts 452, 454 als Reaktion auf eine Temperaturänderung der teleskopischen Kompensationselektrode 450 ändern. Somit bewirkt die teleskopische Ausdehnung der teleskopischen Kompensationselektrode 450, dass die Länge der Hochgeschwindigkeitsbereiche 470 der Ionenflugbahn relativ zu der Länge der Niedriggeschwindigkeitsbereiche 460 der Ionenflugbahn zunimmt.
Zum Beispiel kann die Feder 456 eine bimetallische Feder (bimetallischer Streifen) sein, die konfiguriert ist, um eine temperaturabhängige Kraft bereitzustellen, um den ersten teleskopischen Abschnitt 452 von dem zweiten teleskopischen Abschnitt 454 zu trennen. Somit ist die bimetallische Feder konfiguriert, um eine Temperaturänderung in eine mechanische Verschiebung des zweiten teleskopischen Abschnitts 454 weg von dem ersten teleskopischen Abschnitt 452 umzuwandeln. Wie in 5 gezeigt, ist die Feder 456 konfiguriert, um als Reaktion auf eine Erhöhung der Temperatur den zweiten teleskopischen Abschnitt 454 in der langgestreckten Richtung der Flugkammer 438 teleskopisch zu verlängern. Somit nimmt die Länge des Hochgeschwindigkeitsbereichs 470 des TOF-Massenanalysators 400 mit einer Erhöhung der Temperatur zu. Es ist ersichtlich, dass durch Verwenden einer bimetallischen Feder zum Verschieben des zweiten teleskopischen Abschnitts 454 größere Änderungen bei der relativen Länge der Hochgeschwindigkeitsbereiche 470 zu den Niedriggeschwindigkeitsbereichen bereitgestellt werden als durch Wärmeausdehnung von Kompensationselektroden allein erreicht werden können. Zum Beispiel kann eine bimetallische Feder bereitgestellt werden, um Verschiebungen von etwa 0,1 mm/K zu erreichen. Somit ist die teleskopische Kompensationselektrode 470 gut geeignet, um Massenverschiebungen pro Kelvin (z. B. bei einer aus Aluminium konstruierten Flugkammer) zu kompensieren.
Während die teleskopische Kompensationselektrode 450 als Teil eines einen Ionenspiegel 402 umfassenden TOF-Massenanalysators 400 gezeigt ist, ist ersichtlich, dass das Konzept einer teleskopischen Kompensationselektrode 450 bei jeder Art von Massenanalysator angewendet werden kann, der zur Kompensation mechanischer Wärmeausdehnung eine Kompensationselektrode aufweist.
Die Kompensationselektroden 250, 350, 450 dieser Offenbarung können bei einer Reihe unterschiedlicher Massenanalysatoren angewendet werden. Zum Beispiel zeigt 6 ein schematisches Diagramm eines MRTOF 500, der eine Kompensationselektrode 550 umfasst.
Der MRTOF 500 umfasst einen ersten konvergierenden Ionenspiegel 502 und einen zweiten konvergierenden Ionenspiegel 504. Der erste und der zweite konvergierende Ionenspiegel 502, 504 sind einander gegenüberliegend angeordnet, sodass sie eine Ionenflugbahn definieren, was mehrere Reflexionen zwischen dem ersten und dem zweiten konvergierenden Ionenspiegel 502, 504 beinhaltet. Wie weiter in 6 gezeigt, werden Ionen von einer Ionenfallenquelle 530 in den MRTOF 500 eingebracht. Die Ionen bewegen sich von der Ionenfallenquelle 530 durch eine erste Linse 531 außerhalb der Ebene, einen ersten Deflektor 532, eine zweite Linse 533 außerhalb der Ebene und einen zweiten Deflektor 534, bevor sie sich zwischen den konvergierenden Ionenspiegeln 502, 504 bewegen. Ionen, die den MRTOF 500 verlassen, werden durch einem Ionendetektor 536 erfasst. Die Flugbahn von Ionen durch den MRTOF 500 von der Ionenfallenquelle 530 zum Ionendetektor 536 ist in 6 schematisch angegeben. Der MRTOF 500 kann in einer Flugkammer 538 bereitgestellt sein. In 6 umfasst der erste konvergierende Ionenspiegel 502 fünf Spiegelelektroden 505, 506, 507, 508, 509. Der erste und der zweite konvergierende Ionenspiegel 502, 504 können mit einer (nicht gezeigten) Spannungsversorgung verbunden sein, um die Spiegelelektroden mit geeigneten Spannungen zu versorgen. Wie in 6 gezeigt, kann zwischen den Ionenspiegeln 502, 504 auch ein Paar Korrektionsstreifenelektroden 540 bereitgestellt sein. Korrektionsstreifenelektroden sind in US-B-9136101 detaillierter beschrieben. Daher ist ersichtlich, dass die Konstruktion des MRTOF 500 dem in der Ausführungsform aus 2 gezeigten MRTOF 100 ähnlich ist.
Der MRTOF 500 aus 6 umfasst ebenfalls eine Kompensationselektrode 550. Die Kompensationselektrode ist zwischen dem ersten und dem zweiten konvergierenden Ionenspiegel 502, 504 angeordnet. Wie in 6 gezeigt, kann die Kompensationselektrode 550 eine Plattenelektrode (oder ein Paar einander gegenüberliegender Plattenelektroden) sein, die im Allgemeinen mit dem ersten und dem zweiten Ionenspiegel 502, 504 ausgerichtet ist. Dementsprechend kreuzt die Ionenflugbahn eine Vielzahl von Malen die Kompensationselektrode 550, da Ionen zwischen dem ersten und dem zweiten Ionenspiegel 502, 504 reflektiert werden. Somit weist der MRTOF 500 aus 6 eine Vielzahl von Hochgeschwindigkeitsbereichen 570 der Ionenflugbahn auf, in denen sich die Ionenflugbahn mit der Kompensationselektrode 550 überlappt. Die Ionenflugbahn schließt auch eine Vielzahl von von der Kompensationselektrode 550 wegführenden Niedriggeschwindigkeitsbereichen 560 ein. Zum Beispiel sind die Bereiche der Ionenflugbahn, in denen Ionen durch den ersten und den zweiten Ionenspiegel 502, 504 reflektiert werden, Niedriggeschwindigkeitsbereiche 560.
Dabei kompensiert die Kompensationselektrode 550 die Wärmeausdehnung des MRTOF 500 auf ähnliche Weise wie die in Bezug auf die Ausführungsformen von 3a, 4a und 5 erörterten Kompensationselektroden 250, 350, 450.
In einigen Ausführungsformen kann ein Massenanalysator bereitgestellt werden, der eine Kompensation mechanischer Wärmeausdehnung mittels einer Kompensationselektrode 650 und eines Widerstandsteilers 620 bereitstellt. 7 zeigt ein schematisches Diagramm eines MFTOF 600 und einer Spannungsversorgung 610 gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung, wobei der MRTOF 600 eine Kompensationselektrode 650 und einen Widerstandsteiler 620 aufweist.
Ähnlich wie der MRTOF 100, 500 aus 2 und 6 umfasst der MRTOF 600 einen ersten konvergierenden Ionenspiegel 602 und einen zweiten konvergierenden Ionenspiegel 604. Der erste konvergierende Ionenspiegel 602 umfasst fünf Spiegelelektroden 605, 606, 607, 608, 609. Der erste konvergierende Ionenspiegel 602 ist mit einer Spannungsversorgung 610 verbunden. Wie weiter in 7 gezeigt, werden Ionen von einer Ionenfallenquelle 630 in den MRTOF 600 eingebracht. Die Ionen bewegen sich von der Ionenfallenquelle 630 durch eine erste Linse 631 außerhalb der Ebene, einen ersten Deflektor 632, eine zweite Linse 633 außerhalb der Ebene und einen zweiten Deflektor 634, bevor sie sich zwischen den konvergierenden Ionenspiegeln 602, 604 bewegen. Ionen, die den MRTOF 600 verlassen, werden durch einem Ionendetektor 636 erfasst. Die Flugbahn von Ionen durch den MRTOF 600 von der Ionenfallenquelle 630 zum Ionendetektor 636 ist in 7 schematisch angegeben. Der MRTOF 600 ist in einer Flugkammer 638 bereitgestellt. Zwischen den Ionenspiegeln 602, 604 kann auch ein Paar Korrektionsstreifenelektroden 640 bereitgestellt sein.
Es versteht sich, dass wie bei den anderen Ausführungsformen dieser Offenbarung eine Temperaturänderung bewirkt, dass der MRTOF 600 einer ersten Massenverschiebung pro Kelvin (Δ_T1), zum Beispiel durch Wärmeausdehnung des MRTOF 600, durchläuft.
Der MRTOF 600 aus 7 umfasst ebenfalls eine Kompensationselektrode 650. Die Kompensationselektrode 650 ist zwischen dem ersten und dem zweiten konvergierenden Ionenspiegel 602, 604 angeordnet. Wie in 7 gezeigt, kann die Kompensationselektrode 650 eine Plattenelektrode sein, die im Allgemeinen zu dem ersten und dem zweiten Ionenspiegel 602, 504 ausgerichtet ist. Dementsprechend kreuzt die Ionenflugbahn mehrmals die Kompensationselektrode 650a, da Ionen zwischen dem ersten und dem zweiten Ionenspiegel 602, 604 reflektiert werden. Somit weist der MRTOF 600 aus 7 eine Vielzahl von Hochgeschwindigkeitsbereichen 670 der Ionenflugbahn auf, in der sich die Ionenflugbahn mit der Kompensationselektrode 650 überlappt. Die Ionenflugbahn schließt auch eine Vielzahl von von der Kompensationselektrode 650 wegführenden Niedriggeschwindigkeitsbereichen 660 ein. Zum Beispiel sind die Bereiche der Ionenflugbahn, in denen Ionen durch den ersten und den zweiten Ionenspiegel 602, 604 reflektiert werden, Niedriggeschwindigkeitsbereiche 660.
Es ist ersichtlich, dass die Kompensationselektrode 650 die Wärmeausdehnung des MRTOF 600 auf ähnliche Weise wie die in Bezug auf die Ausführungsformen von 3a, 4a und 6 erörterten Kompensationselektroden 250, 350, 450, 550 kompensiert. Das heißt, die Wärmeausdehnung der Kompensationselektrode 650 relativ zu der Wärmeausdehnung des MRTOF 600 bewirkt eine Änderung der Länge des Hochgeschwindigkeitsbereichs 670 der Ionenflugbahn. Die Längenänderung der Hochgeschwindigkeitsbereiche der Ionenflugbahn führt zu einer Verschiebung der durch den MRTOF 600 erfassten Masse. Somit weist die Kompensationselektrode 650 einen derartigen Wärmeausdehnungskoeffizienten (C_Elektrode) auf, dass die Wärmeausdehnung der Kompensationselektrode 650 eine zweite Massenverschiebung pro Kelvin Δ_T2 von am Detektor erfassten Ionen bewirkt.
Der MRTOF 600 umfasst ebenfalls einen Widerstandsteiler 620. Der Widerstandsteiler 620 umfasst einen ersten Widerstand R₁ und einen zweiten Widerstand R₂. Ähnlich wie die Widerstandsteiler 20, 120 der Ausführungsformen aus 1 und 2 ist der Widerstandsteiler 120 thermisch mit dem MRTOF 600 gekoppelt. In der Ausführungsform aus 7 ist der Widerstandsteiler 620 konfiguriert, um eine Eingangsspannung V_PSU1 von der Spannungsversorgung 610 zu empfangen und eine Ausgangsspannung an eine Elektrode des MRTOF 600 auszugeben. In der Ausführungsform aus 7 gibt der Widerstandsteiler 620 die Ausgangsspannung an die Kompensationselektrode 650 aus.
Ähnlich wie bei den vorstehend erörterten Widerstandsteiler 20, 120 weisen der erste und der zweite Widerstand R₁, R₂ jeweils einen ersten bzw. zweiten Temperaturkoeffizienten C₁, C₂ auf, die konfiguriert sind, um einer Ausgangsspannung der Kompensationselektrode 650 eine Spannungsverschiebung pro Kelvin Δv bereitzustellen, was zu einer dritten Massenverschiebung pro Kelvin Δ_T3 von am Detektor 636 erfassten Ionen führt. Es ist ersichtlich, dass die Widerstände und Temperaturkoeffizienten der Widerstände des Widerstandsteilers 620 gemäß den vorstehend erörterten Prinzipien ausgewählt werden können.
Somit stellt die Ausführungsform aus 7 zwei temperaturkompensierende Massenverschiebungen pro Kelvin Δ_T2, Δ_T3 bereit, um die erste Massenverschiebung pro Kelvin Δ_T1 zu kompensieren.
In der Ausführungsform aus 7 stellt der Widerstandsteiler 620 die Ausgangsspannung für die Kompensationselektrode 650 bereit. Natürlich kann in anderen Ausführungsformen der Widerstandsteiler der Kompensationselektrode 650 eine Ausgangsspannung für eine andere Elektrode des MRTOF 600 bereitstellen.
In der Ausführungsform aus 7 ist der Widerstandsteiler 620 zwischen den zweiten Versorgungsspannungen V_PSU1, V_PSU4 für zwei der Elektroden des MRTOF 600 verbunden. Somit wird die Ausgangsspannung für die Kompensationselektrode 650, statt eine zusätzliche Spannungsversorgung zu erfordern, von Spannungen abgeleitet, die dem MRTOF 600 bereitgestellt werden. Natürlich kann in anderen Ausführungsformen der Widerstandsteiler 620, wie in den Ausführungsformen von 1 und 2, zwischen einer Versorgungsspannung und der Masse verbunden sein. Dem Fachmann ist ersichtlich, dass der Widerstandsteiler 620 abhängig von der Verfügbarkeit von Spannungsversorgungen für den thermisch zu kompensierenden Massenanalysator in verschiedenen unterschiedlichen Konfigurationen implementiert werden kann. Durch die Verwendung von Spannungen, die bereits die Elektroden des Ionenspiegels 602 versorgt haben, kann der Widerstandsteiler 620 leichter thermisch mit dem Ionenspiegel 602 des MRTOF 600 gekoppelt werden, wodurch eine verbesserte Temperaturkompensation bereitgestellt wird.
Als Nächstes wird ein Verfahren zum Betreiben des Flugzeitmassenanalysators (ein Verfahren zur Flugzeitmassenspektrometrie) beschrieben. Es ist ersichtlich, dass dem Fachmann Verfahren zur Flugzeitmassenspektrometrie vertraut sind, sodass Details im Hinblick auf die Herstellung von Proben, dem Betrieb eines TOF-Massenanalysators und dergleichen entfallen können. Das folgende Verfahren wird unter Bezugnahme auf den MRTOF 600 aus 7 beschrieben, aber es ist ersichtlich, dass das Verfahren bei den anderen Massenanalysatoren 1, 100, 200, 300, 400, 500 dieser Offenbarung angewendet werden kann
Somit umfasst gemäß einer Ausführungsform dieser Offenbarung das Verfahren der TOF-Massenspektrometrie das Verwenden des MRTOF 600, um eine von Ionen benötigte Flugzeit zu messen, um sich entlang einer Ionenflugbahn von der Ionenquelle 630 zu dem Detektor 636 zu bewegen. Eine Elektrode (Kompensationselektrode 650) ist entlang der Ionenflugbahn angeordnet und empfängt von dem Widerstandsteiler 620 eine Ausgangsspannung.
Wie vorstehend beschrieben, führt die Wärmeausdehnung des MRTOF 600 zu einer ersten Massenverschiebung pro Kelvin Δ_T1 von am Detektor erfassten Ionen.
Der MRTOF 600 wird mit einer Kompensationselektrode 650 bereitgestellt, die thermisch mit dem MRTOF 650 gekoppelt ist. Die Kompensationselektrode 650 ist entlang der Ionenflugbahn angeordnet, um die Hochgeschwindigkeitsbereiche 670 der Ionenflugbahn zu definieren. Die Kompensationselektrode 650 ist konfiguriert, um zu bewirken, dass Ionen sich entlang der Ionenflugbahn in den Hochgeschwindigkeitsbereichen 670 mit einer höheren Geschwindigkeit als die Geschwindigkeit der Ionen in den Niedriggeschwindigkeitsbereichen 660 bewegen. Die Kompensationselektrode 650 weist einen derartigen Wärmeausdehnungskoeffizienten C_Elektrode auf, dass die Wärmeausdehnung der Kompensationselektrode 650 eine zweite Massenverschiebung pro Kelvin Δ_T2 von am Detektor erfassten Ionen bewirkt, welche die erste Massenverschiebung pro Kelvin Δ_T1 kompensiert.
Der MRTOF 600 ist auch mit einem Widerstandsteiler 620 versehen, der einen ersten Widerstand R₁ und einen zweiten Widerstand R₂ umfasst. Der Widerstandsteiler 620 ist thermisch mit dem MRTOF 600 gekoppelt. Der Widerstandsteiler 620 ist konfiguriert, um eine Eingangsspannung von der Spannungsversorgung 610 zu empfangen und die Ausgangsspannung an die Kompensationselektrode 650 auszugeben. Der erste und der zweite Widerstand R₁, R₂ weisen jeweils einen ersten und einen zweiten Temperaturkoeffizienten C₁, C₂ auf, die bei der Ausgangsspannung für die Kompensationselektrode 650 zu einer Spannungsverschiebung pro Kelvin führen, die zu einer dritten Massenverschiebung pro Kelvin Δ_T3 bei am Detektor erfassten Ionen führt, welche die erste Massenverschiebung pro Kelvin kompensiert.
Somit stellen während der Messung der Flugzeit von Ionen, die sich entlang einer Ionenflugbahn bewegen, die Kompensationselektrode 650 und/oder der Widerstandsteiler 620 eine passive Kompensation einer etwaigen Verschiebung der erfassten Masse bereit, die aus einer Temperaturänderung des MRTOF 600 resultieren kann.
Es ist ersichtlich, dass das vorstehend beschriebene Verfahren der TOF-Massenspektrometrie bei jeder geeigneten Art von Analyse angewendet werden kann. Zum Beispiel kann es sich bei dem Verfahren um ein Massenspektrometrieverfahren mit datenabhängiger Analyse (DDA) oder um ein Massenspektrometrieverfahren mit datenunabhängiger Analyse (DIA) handeln. In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren das Durchführen einer Vielzahl von Analysen, über welche die Kompensationselektrode 650 und/oder der Widerstandsteiler 620 eine passive Kompensation etwaiger Änderungen der Temperatur 620 bereitstellt, umfassen.
Somit werden gemäß dieser Offenbarung Massenanalysatoren und Verfahren zur Massenspektrometrie, insbesondere TOF-Massenanalysatoren/-Massenspektrometrie, bereitgestellt, die Merkmale zum passiven Kompensieren von Verschiebungen der erfassten Masse von Ionen einbeziehen, die aus mechanischer Wärmeausdehnung des Massenanalysators resultieren.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 9136101 B2 [0002]
US 7518107 B2 [0004]
US 10593525 [0005]
US 6998607 B1 [0006]
US 9136101 B [0069, 0104]

Claims

Flugzeitmassenanalysator (TOF-Massenanalysator), umfassend: eine Ionenquelle; einen Detektor, wobei die Ionenquelle und der Detektor derart angeordnet sind, dass sie eine Ionenflugbahn von der Ionenquelle zu dem Detektor definieren; eine Elektrode, die entlang der Ionenflugbahn angeordnet und konfiguriert ist, um eine Ausgangsspannung zu empfangen, wobei die Wärmeausdehnung des TOF-Massenanalysators zu einer ersten Massenverschiebung pro Kelvin bei am Detektor erfassten Ionen führt, der TOF-Massenanalysator ferner Folgendes umfassend: Einen Widerstandsteiler, der einen ersten und einen zweiten Widerstand umfasst, wobei der Widerstandsteiler thermisch mit dem Flugzeitmassenanalysator gekoppelt ist; und konfiguriert ist, um eine Eingangsspannung zu empfangen und eine Ausgangsspannung an die Elektrode auszugeben, wobei der erste und der zweite Widerstand jeweils einen ersten und einen zweiten Temperaturkoeffizienten aufweisen, die konfiguriert sind, um der Elektrode bei der Ausgangsspannung eine Spannungsverschiebung pro Kelvin bereitzustellen, die zu einer zweiten Massenverschiebung pro Kelvin bei am Detektor erfassten Ionen führt, welche die erste Massenverschiebung pro Kelvin kompensiert.
TOF-Massenanalysator nach Anspruch 1, ferner Folgendes umfassend: einen Ionenspiegel, wobei der die Elektrode umfassende Ionenspiegel entlang der Flugbahn angeordnet und konfiguriert ist, um die Ausgangsspannung zu empfangen.
TOF-Massenanalysator nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, ferner Folgendes umfassend: eine Vakuumkammer, wobei die Elektrode und der Widerstandsteiler in der Vakuumkammer bereitgestellt sind.
TOF-Massenanalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der erste und der zweite Temperaturkoeffizient unterschiedlich sind.
TOF-Massenanalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die erste Massenverschiebung pro Kelvin des TOF-Massenanalysators mindestens +2 ppm/K oder mindestens +5 ppm/K beträgt.
TOF-Massenanalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine Größe der Kombination der ersten und der zweiten Massenverschiebung pro Kelvin nicht mehr als 5 ppm/K, 3 ppm/K oder 1 ppm/K beträgt.
TOF-Massenanalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei einer oder mehrere des ersten und des zweiten Widerstands als eine Vielzahl von resistiven Komponenten bereitgestellt werden.
TOF-Massenanalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei eine Spannungsversorgung mit dem TOF-Massenanalysator verbunden ist, wobei die Spannungsversorgung konfiguriert ist, um die Eingangsspannung dem Widerstandsteiler bereitzustellen.
TOF-Massenanalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Ionenflugbahn einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich umfasst, wobei der Massenanalysator ferner umfasst: eine Kompensationselektrode, die thermisch mit dem TOF-Massenanalysator gekoppelt und entlang der Ionenflugbahn im zweiten Bereich der Ionenflugbahn angeordnet ist, wobei die Kompensationselektrode konfiguriert ist, um bei den Ionen zu bewirken, dass sie sich entlang der Ionenflugbahn in dem zweiten Bereich mit einer höheren Geschwindigkeit als die Geschwindigkeit der Ionen in dem ersten Bereich bewegen, wobei die Kompensationselektrode einen derartigen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, dass die Wärmeausdehnung der Kompensationselektrode eine dritte Massenverschiebung pro Kelvin von am Detektor erfassten Ionen bewirkt, wobei die zweite und die dritte Massenverschiebung pro Kelvin die erste Massenverschiebung pro Kelvin kompensieren.
TOF-Massenanalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Elektrode, die entlang der Ionenflugbahn angeordnet und konfiguriert ist, die Ausgangsspannung zu empfangen, die Kompensationselektrode ist.
Flugzeitmassenanalysator (TOF-Massenanalysator), umfassend eine Ionenquelle; und einen Detektor, wobei die Ionenquelle und der Detektor angeordnet sind, um eine Ionenflugbahn von der Ionenquelle zu dem Detektor zu definieren, wobei die Ionenflugbahn einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich umfasst, wobei die Wärmeausdehnung des TOF-Massenanalysators zu einer ersten Massenverschiebung pro Kelvin bei am Detektor erfassten Ionen führt, der TOF-Massenanalysator ferner Folgendes umfassend: eine Kompensationselektrode, die thermisch mit dem TOF-Massenanalysator gekoppelt und entlang der Ionenflugbahn im zweiten Bereich der Ionenflugbahn angeordnet ist, wobei die Kompensationselektrode konfiguriert ist, um bei den Ionen zu bewirken, dass sie sich entlang der Ionenflugbahn in dem zweiten Bereich mit einer höheren Geschwindigkeit als die Geschwindigkeit der Ionen in dem ersten Bereich bewegen, wobei die Kompensationselektrode einen derartigen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, dass die Wärmeausdehnung der Kompensationselektrode eine zweite Massenverschiebung pro Kelvin von am Detektor erfassten Ionen bewirkt, durch die die erste Massenverschiebung pro Kelvin kompensiert wird.
TOF-Massenanalysator nach Anspruch 11, ferner Folgendes umfassend: einen Ionenspiegel, wobei die Kompensationselektrode entlang der Ionenflugbahn zwischen dem Ionenspiegel und dem Detektor angeordnet ist.
TOF-Massenanalysator nach Anspruch 12, wobei die Kompensationselektrode auf dem Ionenflugbahn näher als der Ionenspiegel an dem Detektor angeordnet ist.
TOF-Massenanalysator nach Anspruch 11, ferner Folgendes umfassend: ein Paar von Ionenspiegeln, die einander derart gegenüberliegend angeordnet sind, dass Ionen auf der Ionenflugbahn eine Vielzahl von Malen zwischen dem Ionenspiegelpaar reflektiert werden, wobei die Kompensationselektrode zwischen dem Ionenspiegelpaar angeordnet ist.
TOF-Massenanalysator nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei eine Länge der Ionenflugbahn einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der sich von dem Wärmeausdehnungskoeffizienten der Kompensationselektrode unterscheidet.
TOF-Massenanalysator nach einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei die erste Massenverschiebung pro Kelvin des TOF-Massenanalysators mindestens +2 ppm/K oder mindestens +5 ppm/K beträgt.
TOF-Massenanalysator nach einem der Ansprüche 11 bis 16, wobei eine Größe der Kombination der ersten und der zweiten Massenverschiebung pro Kelvin nicht mehr als 5 ppm/K, 3 ppm/K oder 1 ppm/K beträgt.
TOF-Massenanalysator nach einem der Ansprüche 11 bis 17, wobei die Kompensationselektrode eine teleskopische Kompensationselektrode ist, umfassend einen ersten teleskopischen Abschnitt, einen zweiten teleskopischen Abschnitt und eine Feder, wobei die Feder zwischen dem ersten und dem zweiten teleskopischen Abschnitt angeordnet ist, wobei die Feder konfiguriert ist, um zu bewirken, dass sich die relativen Positionen des ersten und des zweiten teleskopischen Abschnitts als Reaktion auf eine Temperaturänderung der teleskopischen Kompensationselektrode ändern.
TOF-Massenanalysator nach einem der Ansprüche 11 bis 18, ferner umfassend Einen Widerstandsteiler, der einen ersten und einen zweiten Widerstand umfasst, wobei der Widerstandsteiler thermisch mit dem Flugzeitmassenanalysator gekoppelt ist; und konfiguriert ist, um eine Eingangsspannung zu empfangen und die Ausgangsspannung an die Kompensationselektrode auszugeben; wobei der erste und der zweite Widerstand jeweils einen ersten und einen zweiten Temperaturkoeffizienten aufweisen, die konfiguriert sind, um der Elektrode bei der Ausgangsspannung eine Spannungsverschiebung pro Kelvin bereitzustellen, die zu einer dritten Massenverschiebung pro Kelvin bei am Detektor erfassten Ionen führt, wobei die zweite und dritte Massenverschiebung pro Kelvin die erste Massenverschiebung pro Kelvin kompensieren.
Verfahren zur Flugzeitmassenspektrometrie (TOF-Massenspektrometrie), umfassend: Messen einer von Ionen benötigten Flugzeit, um sich unter Verwendung eines TOF-Massenanalysators entlang einer Ionenflugbahn von einer Ionenquelle zu einem Detektor zu bewegen, wobei eine Elektrode entlang der Ionenflugbahn angeordnet ist und an eine Ausgangsspannung empfängt, wobei die Wärmeausdehnung des TOF-Massenanalysators zu einer ersten Massenverschiebung pro Kelvin bei am Detektor erfassten Ionen führt, wobei der TOF-Massenanalysator mit einem einen ersten und einen zweiten Widerstand umfassenden Widerstandsteiler versehen ist, wobei der Widerstandsteiler thermisch mit dem TOF-Massenanalysator gekoppelt ist und dazu konfiguriert ist, dass an ihn eine Eingangsspannung angelegt wird und die Ausgangsspannung an die Elektrode angelegt wird, wobei der erste und der zweite Widerstand jeweils einen ersten und einen zweiten Temperaturkoeffizienten aufweisen, die bei der Ausgangsspannung für die Elektrode zu einer Spannungsverschiebung pro Kelvin führen, die zu einer zweiten Massenverschiebung pro Kelvin bei am Detektor erfassten Ionen führt, durch die die erste Massenverschiebung pro Kelvin kompensiert wird.
Verfahren der TOF-Massenspektrometrie, umfassend: Messen einer von Ionen benötigten Flugzeit, um sich unter Verwendung eines TOF-Massenanalysators entlang einer Ionenflugbahn von einer Ionenquelle zu einem Detektor zu bewegen, wobei die Ionenflugbahn einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich umfasst, wobei die Wärmeausdehnung des TOF-Massenanalysators zu einer ersten Massenverschiebung pro Kelvin bei am Detektor erfassten Ionen führt, und der TOF-Massenanalysator mit einer Kompensationselektrode versehen ist, die thermisch mit dem TOF-Massenanalysator gekoppelt und entlang der Ionenflugbahn im zweiten Bereich der Ionenflugbahn angeordnet ist, wobei die Kompensationselektrode konfiguriert ist, um bei den Ionen zu bewirken, dass sie sich entlang der Ionenflugbahn in dem zweiten Bereich mit einer höheren Geschwindigkeit als die Geschwindigkeit der Ionen in dem ersten Bereich bewegen, wobei die Kompensationselektrode einen derartigen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, dass die Wärmeausdehnung der Kompensationselektrode eine zweite Massenverschiebung pro Kelvin von am Detektor erfassten Ionen bewirkt, welche die erste Massenverschiebung pro Kelvin kompensiert.