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Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf das Führen von Ionen, das beispielsweise auf Gebieten der analytischen Chemie wie zum Beispiel der Massenspektrometrie Anwendung findet. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf das Führen von Ionen entlang eines gekrümmten Weges, wobei die Ionen auch einem variierenden elektrischen Ablenkfeld in einer radialen Richtung relativ zu dem gekrümmten Weg unterworfen werden.
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Eine Ionenführung kann dazu verwendet werden, Ionen bei verschiedenen Arten von Ionenverarbeitungsvorrichtungen zu übertragen, wobei ein Beispiel ein Massenspektrometer (MS) ist. Die Theorie, der Entwurf und der Betrieb verschiedener Arten von Massenspektrometern sind Fachleuten hinreichend bekannt und müssen deshalb in der vorliegenden Offenbarung nicht ausführlich erläutert werden. Eine üblicherweise verwendete Ionenführung beruht auf einer Mehrpol-Elektrodenstruktur, die eine Nur-HF-Elektrodenstruktur sein kann, in der die durch die Ionenführung gelangenden Ionen einem zweidimensionalen elektrischen HF-Feld unterworfen sind, das die Ionen entlang eines axialen Weges durch die Elektrodenstruktur hindurch fokussiert. Eine Gleichstromversatzkomponente kann ebenfalls hinzugefügt werden, um die axiale Energie oder Fokussierungsbedingungen des Ionenstrahls zu modifizieren.
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Eine gekrümmte Ionenführung ist eine, bei der die Ionenachse, an der die Ionen entlangströmen, ein gekrümmter Weg und nicht ein gerader Weg ist. Eine gekrümmte Ionenführung ist oft zur Implementierung bei Ionenprozessoren wie beispielsweise Massenspektrometern wünschenswert, da die gekrümmte Ionenführung die Sensibilität und Robustheit des Massenspektrometers verbessern kann. Ein Hauptvorteil der gekrümmten Ionenführung in einem derartigen Zusammenhang besteht darin, dass sie eine Sichttrennung des neutralen Rauschens, hohen Droplet-Rauschens (Tröpfchen-Rauschens) oder von Photonen aus den Ionen vorsieht, wodurch sie verhindert, dass diese Komponenten die sensibleren Teile der Ionenoptik und des Ionendetektors erreichen. Außerdem ermöglicht die gekrümmte Ionenführung das Falten oder Drehen von Ionenwegen, und sie ermöglicht einen geringeren Platzbedarf bei den zugeordneten Instrumenten.
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Wie Fachleuten einleuchten wird, werden die Ionen bei einer gekrümmten Ionenführung um einen gekrümmten Ionenweg herum durch Schwingungen in dem radialen Einfangfeld übertragen, das durch die an die Stäbe (d. h. Elektroden) der Ionenführung angelegten HF-Spannung bereitgestellt wird. Bei Abwesenheit des HF-Feldes würden sich die Ionen gerade bewegen und schließlich auf die Ionenführungsstäbe treffen. Deshalb müssen die Ionen bei der gekrümmten Ionenführung während ihres Fluges ein gewisses Mindestmaß einer HF-Wiederherstellungskraft erfahren, bevor sie sich zu nahe an die Ionenführungsstäbe heranbewegen und instabil werden. Wenn die Ionenführung jeweils immer nur eine Masse überträgt, wird die beste Leistungsfähigkeit erhalten, wenn die HF-Spannung in Abhängigkeit von Masse abgetastet (durchgefahren) wird, um eine Übertragung zu optimieren. Jedoch ist es oft wünschenswert, Ionen bei einer höheren Energie zu betreiben und/oder Ionen mehrerer unterschiedlicher Massen (Masse-Zu-Ladung-Verhältnis bzw. m/z-Verhältnis) gleichzeitig zu übertragen. In solchen Fällen können manche der Ionen keine optimalen Übertragungsbedingungen aufweisen, und sie gehen verloren, was zu einer suboptimalen Instrumentensensibilität führt.
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Demgemäß besteht ein Bedarf an verbesserten gekrümmten Ionenführungen, einschließlich Ionenführungen, die in der Lage sind, Ionen bei einem hohen Maß an kinetischer Energie zu übertragen und gleichzeitig Ionen mehrerer Massen zu übertragen und dabei optimierte Ionenübertragungsbedingungen aufrechtzuerhalten. Auf diesen Bedarf geht die nachveröffentlichte
EP 2 204 840 A2 ein. Diese offenbart das Anlegen eines elektrischen Ablenk-Gleichfeldes an die Ionenführung in der radialen Richtung hin zur Mitte des Ionenführungssektors, um die kinetische Ionenenergie zu kompensieren und um ein Ablenken von Ionen um die gekrümmte Geometrie herum zu unterstützen. Das angelegte radiale elektrische Ablenkfeld kann eine Funktion der axialen kinetischen Ionenenergie und der Abmessungen und der Geometrie der Ionenführungselektroden sein. Bei bestimmten, in der vorstehenden Patentanmeldung offenbarten Implementierungen ist der Betrag oder die Stärke dieses radialen Ablenk-Gleichfeldes entlang der Ionenflugstrecke, d. h. durch die Ionenführung hindurch vom Ioneneintritt bis zum Ionenaustritt, konstant.
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Ein radiales Ablenk-Gleichfeld, das entlang der Ionenflugstrecke konstant ist, funktioniert gut bei luftleeren oder Niederdruck-Ionenführungen. Jedoch funktioniert ein konstantes Ablenk-Gleichfeld eventuell nicht gut bei Ionenführungen, bei denen Ionen ein beträchtliches Maß an kinetischer Energie verlieren, während sie durch die Ionenführung wandern, und/oder bei Ionenführungen, bei denen Ionen einer geringeren Masse in der Ionenführung gebildet werden und weniger Ablenkkräfte erfordern als andere Ionen einer höheren Masse, die ebenfalls in derselben Ionenführung gesteuert werden müssen. Derartige Bedingungen treten beispielsweise bei Ionenführungen auf, die als Stoßzellen und ähnliche Vorrichtungen verwendet werden. Die Theorie, der Entwurf und der Betrieb verschiedener Arten von Stoßzellen und ähnlichen Vorrichtungen sind Fachleuten hinreichend bekannt und müssen deshalb in der vorliegenden Offenbarung nicht ausführlich erläutert werden. Üblicherweise ist eine Stoßzelle eine Ionenführung, die mit einem neutralen Gas gefüllt ist und als primäre optische Ionenkomponente eines Tandem-Massenspektrometers und insbesondere eines Triple-Quadrupol-Massenspektrometers dienen kann. Eine Stoßzelle wird hauptsächlich dazu verwendet, die Funktion von MS/MS oder stoßinduzierter Dissoziation (CID – collision-induced dissociation) zu erfüllen. Eine Stoßzelle kann gekrümmt sein, wie oben für den allgemeinen Fall von Ionenführungen erörtert wurde, und eine gekrümmte Stoßzelle stellt ähnliche Herausforderungen dar. Zusätzlich zu diesen Herausforderungen erfahren die Ionen bei Stoßzellen eine beträchtliche Anzahl von Zusammenstößen mit dem Hintergrundgas entsprechend der beabsichtigten Leistungsfähigkeit von CID oder Ionenfragmentierung. Somit nimmt die kinetische Energie dieser Ionen entlang der Flugstrecke kontinuierlich ab. Außerdem weisen die Produkt-Ionen, die infolge von Ionengasmolekül-Zusammenstößen gebildet werden, eine geringere Masse und eine geringere Energie auf als ihre entsprechenden Vorläuferionen, so dass die Produkt-Ionen ein geringeres oder kein radiales Ablenkfeld erfordern, um erfolgreich in der Stoßzelle enthalten zu sein. Dann kann man sehen, dass ein konstantes Ablenk-Gleichfeld eventuell keine optimierte Übertragung für alle der verschiedenen Ionenmassen liefert, die üblicherweise in Stoßzellen und ähnlichen Instrumenten verarbeitet werden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, verbesserte gekrümmte Ionenführungen zu schaffen, bei denen Ionenübertragungsbedingungen optimiert sind, einschließlich Ionenführungen wie z. B. Stoßzellen, bei denen Ionen beträchtliche Verluste an kinetischer Energie erfahren und Ionen deutlich unterschiedlicher Masse eine Ablenkung erfordern.
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Diese Aufgabe wird durch eine Ionenführung gemäß Anspruch 1, und durch ein Verfahren nach Anspruch 16 gelöst.
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Um die vorstehenden Probleme und/oder andere Probleme, die von Fachleuten beobachtet worden sein mögen, ganz oder teilweise anzugehen, liefert die vorliegende Offenbarung Verfahren, Prozesse, Systeme, Apparaturen, Instrumente und/oder Vorrichtungen, wie sie bei nachstehend dargelegten Implementierungen beispielhaft beschrieben werden.
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Gemäß einer Implementierung umfasst eine Ionenführung eine Mehrzahl gekrümmter Elektroden und eine Ionenablenkvorrichtung. Die gekrümmten Elektroden sind um eine zentrale gekrümmte Achse angeordnet, wobei sich die gekrümmte zentrale Achse mit einem Bogen eines Kreisquerschnitts, der einen Krümmungsradius aufweist, gemeinsam erstreckt. Jede Elektrode ist von der gekrümmten zentralen Achse radial beabstandet. Die Elektroden umschreiben eine gekrümmte Ionenführungsregion, die um die gekrümmte zentrale Achse angeordnet ist. Die Ionenführungsregion beginnt an einem Ioneneintritt und endet an einem Ionenaustritt. Die Ionenablenkvorrichtung ist zum Anlegen eines radialen elektrischen Gleichfeldes über die Ionenführungsregion bei einem Betrag, der entlang der gekrümmten zentralen Achse variiert, konfiguriert. Der Betrag liegt an dem Ioneneintritt bei einem Maximum und nimmt entlang der gekrümmten zentralen Achse zu dem Ionenaustritt hin ab.
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Gemäß einer anderen Implementierung ist ein Verfahren zum Führen eines Ions durch eine Ionenführung vorgesehen. Das Ion wird in eine gekrümmte Ionenführungsregion der Ionenführung übertragen. Die Ionenführungsregion wird durch eine Mehrzahl gekrümmter Elektroden umschrieben, die um eine zentrale gekrümmte Achse angeordnet sind, wobei die gekrümmte zentrale Achse übereinstimmend mit einem Bogen eines Kreisquerschnitts, der einen Krümmungsradius aufweist, durch die Ionenführungsregion verläuft. Jede Elektrode ist von der gekrümmten zentralen Achse radial beabstandet, wobei die gekrümmte Ionenführungsregion um die gekrümmte zentrale Achse herum angeordnet ist und an einem Ioneneintritt beginnt und an einem Ionenaustritt endet. Ein elektrisches HF-Feld wird über die Ionenführungsregion hinweg erzeugt, um das Ion auf Bewegungen zu fokussieren, die allgemein entlang der gekrümmten zentralen Achse erfolgen. Es kann auch eine Gleichstromversatzkomponente hinzugefügt werden, um die eingehende Energie oder Fokussierungseigenschaften des Ionenstrahls zu steuern. Ein radiales elektrisches Gleichfeld wird über die Ionenführungsregion hinweg mit einem Betrag erzeugt, der entlang der zentralen gekrümmten Achse variiert, um eine axial variierende, radial gerichtete Ionenablenkkraft zu liefern. Der Betrag liegt an dem Ioneneintritt bei einem Maximum und nimmt entlang der gekrümmten zentralen Achse ab.
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Gemäß einer anderen Implementierung weist der maximale Betrag des an dem Ioneneintritt erzeugten elektrischen Gleichfeldes einen Wert Uablenk auf, der zu einer Anfangsenergie (E) des Ions, dem eingeschriebenen Radius (r0) der Mehrzahl von Elektroden um die zentrale Achse und dem Krümmungsradius (R) proportional ist, gemäß der Relation Uablenk = k·E·(r0/R), wobei k eine Proportionalitätskonstante ist, die von dem Querschnitt und den Abmessungen der Mehrzahl gekrümmter Elektroden abhängt.
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Gemäß einer anderen Implementierung umfasst das Verfahren ferner ein Entleeren der Ionenführung und ein Massenanalysieren des Ions in Bezug auf ein oder mehrere Ionen unterschiedlicher Masse, die in die Ionenführungsregion übertragen werden, und/oder ein Einbringen von Gasmolekülen in die Ionenführung und ein Bewirken eines Zusammenstoßens des Ions mit einem oder mehreren der Gasmoleküle, um das Ion zu fragmentieren.
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Andere Vorrichtungen, Apparaturen, Systeme, Verfahren, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden Fachleuten nach Prüfung der folgenden Figuren und der ausführlichen Beschreibung einleuchten. Es ist beabsichtigt, dass alle derartigen zusätzlichen Systeme, Verfahren, Merkmale und Vorteile in dieser Beschreibung enthalten sein sollen, innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung liegen sollen und durch die beiliegenden Patentansprüche geschützt werden sollen.
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Die Erfindung lässt sich durch Bezugnahme auf die folgenden Figuren besser verstehen. Die Komponenten in den Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu, wobei das Hauptaugenmerk stattdessen darauf gelegt wird, die Prinzipien der Erfindung zu veranschaulichen. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen entsprechende Teile in allen verschiedenen Ansichten.
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1 ist eine vereinfachte schematische Ansicht eines Beispiels einer Ionenführung und eines zugeordneten Ionenverarbeitungssystems gemäß dem Stand der Technik.
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2 ist eine schematische Zeichnung eines Beispiels einer Ionenführung gemäß einer Implementierung der vorliegenden Offenbarung.
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3A ist eine Querschnittsansicht der in 2 veranschaulichten Ionenführung.
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3B ist eine Querschnittsansicht einer Ionenführung gemäß einem anderen Beispiel.
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4 ist eine SIMION®-Computersimulation eines Gleichstrompotentials, das an eine Ionenführung angelegt ist, gemäß einer Implementierung der vorliegenden Offenbarung, aus der Perspektive eines horizontalen Querschnitts durch eine gekrümmte zentrale Achse der Ionenführung.
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5 ist eine SIMION®-Computersimulation des wie in 4 angelegten Gleichstrompotentials aus der Perspektive eines radialen Querschnitts über eine Ionenführungsregion der Ionenführung.
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6 ist eine SIMION®-Computersimulation von Ionenbahnen durch eine gekrümmte Ionenführung, die als Stoßzelle arbeitet, wobei kein radiales Ablenk-Gleichfeld angelegt ist.
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7 ist eine SIMION®-Computersimulation von Ionenbahnen durch dieselbe gekrümmte Stoßzelle wie in 6, bei der jedoch gemäß den vorliegenden Lehren ein axial variierendes radiales Ablenk-Gleichfeld angelegt ist.
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8 ist eine schematische Zeichnung eines weiteren Beispiels einer Ionenführung aus der Perspektive ihres Ioneneintritts, gemäß einer Implementierung der vorliegenden Offenbarung.
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9 ist eine Ansicht der in 8 und 9 veranschaulichten Ionenführung in der radialen bzw. x-y-Ebene an dem Ioneneintritt.
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10 ist eine zweidimensionale Projektion, im Querschnitt, eines Beispiels einer gekrümmten Elektrode, auf der gemäß einer Implementierung der vorliegenden Offenbarung eine Schicht mit elektrischem Widerstand angeordnet ist.
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11 ist eine zweidimensionale Projektion eines weiteren Beispiels einer gekrümmten Elektrode, auf der gemäß einer Implementierung der vorliegenden Offenbarung eine Schicht mit elektrischem Widerstand angeordnet ist.
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Der hierin offenbarte Gegenstand bezieht sich allgemein auf das Führen und die Ablenkung von Ionen und eine damit zusammenhängende Ionenverarbeitung. Beispiele von Implementierungen von Verfahren und darauf bezogenen Vorrichtungen, Apparaturen und/oder Systemen werden nachstehend unter Bezugnahme auf 1–7 ausführlicher beschrieben. Diese Beispiele sind zumindest teilweise im Zusammenhang mit Massenspektrometrie (MS) beschrieben. Jedoch kann jeglicher Prozess, der das Führen und die Ablenkung von Ionen beinhaltet, innerhalb des Schutzumfangs dieser Offenbarung liegen.
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1 ist eine schematische Ansicht eines Beispiels einer Ionenführung (Vorrichtung, Apparatur, Anordnung usw.) 100 und ferner eines Beispiels eines Ionenverarbeitungssystems (oder einer Ionenverarbeitungsvorrichtung, -apparatur, -anordnung usw.) 110, das die Ionenführung 100 umfassen kann, gemäß bestimmten Implementierungen der vorliegenden Offenbarung. Die Ionenführung 100 umfasst eine Mehrzahl gekrümmter Elektroden (siehe z. B. 2), die um eine gekrümmte zentrale Achse 120, die als z-Achse bezeichnet werden kann, angeordnet sind. Die Ionenführung 100 kann allgemein ein Gehäuse oder einen Rahmen 124 und/oder eine beliebige andere Struktur umfassen, das bzw. der bzw. die zum Tragen der Elektroden in einer feststehenden Anordnung entlang der zentralen Achse 120 geeignet ist. Je nach der Art des betrachteten Ionenverarbeitungssystems 110 kann das Gehäuse 124 eine luftleere, eine niedrigen Druck oder weniger als Umgebungsdruck aufweisende Umgebung liefern. Wie aus der nachstehenden Beschreibung deutlicher hervorgeht, sind die Elektroden allgemein parallel zueinander und zu der zentralen Achse 120 und sind in Form eines Satzes gekrümmter Stäbe entlang der zentralen Achse 120 langgestreckt. Durch diese Konfiguration definieren die Elektroden allgemein einen Innenraum in der Ionenführung 100, die gleichermaßen gekrümmt ist und entlang der zentralen Achse 120 langgestreckt ist. Die gegenüberliegenden axialen Enden der Ionenführung 100 dienen jeweils als axialer Ioneneinlass 128 in die Ionenführung 100 und als axialer Ionenauslass 132 aus der Ionenführung 100. Wie Fachleuten einleuchten wird, erzeugen die Elektroden auf das ordnungsgemäße Anlegen von HF-(oder HF/Gleich-)Spannungen an die Elektroden ein zweidimensionales (bei dem vorliegenden Beispiel x-y-Ebene), quadrupolares elektrisches Rückstellfeld, das Ionen allgemein entlang eines gekrümmten Weges, der durch die zentrale Achse 120 dargestellt wird, fokussiert. Auf Grund der gekrümmten Geometrie der Ionenführung 100 sind die jeweiligen Achsen des Ioneneinlasses 128 und des Ionenauslasses 132 nicht kollinear. Angesichts der Tatsache, dass lediglich geladene Partikel durch das HF-Feld beeinflusst werden, werden die Ionen somit dann, wenn ein Partikelstrom, der Ionen und neutrale Partikel (z. B. Gasmoleküle, Flüssigkeitströpfchen usw.) enthält, in die Ionenführung 100 eintritt, auf Bewegungen in der Nähe der zentralen Achse 120 beschränkt, während die Neutralteilchen allgemein auf einem geraden Weg verbleiben. Folglich treten über den Ionenauslass 132 nur Ionen aus der Ionenführung 100 aus.
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Wie ebenfalls in 1 veranschaulicht ist, kann man die zentrale Achse 120 so konzipieren, dass sie übereinstimmend entlang des Bogens des Kreisquerschnitts 142 verläuft, der durch einen Krümmungsmittelpunkt C und einen Krümmungsradius R definiert ist, wobei der Krümmungsradius R der radiale Abstand zwischen der zentralen Achse 120 und dem Krümmungsmittelpunkt C ist. Demgemäß können die Ionenführung 100 und ihr entsprechender Satz von Elektroden dahin gehend charakterisiert sein, dass sie diesen Krümmungsradius R aufweisen. Man wird verstehen, dass sich die zentrale Achse 120 entlang einer beliebigen Bogenlänge des Kreises, von dem der Kreisquerschnitt 142 einen Bestandteil bildet, erstrecken kann. Beispielsweise ist die Länge der zentralen Achse 120 bei dem veranschaulichten Beispiel dahin gehend, einen Kreisquerschnitt 142 zu definieren, der einen vollständigen Quadranten des Kreises einnimmt, wobei die jeweiligen Achsen des Ioneneinlasses 128 und des Ionenauslasses 132 in diesem Fall um neunzig Grad versetzt sind. Somit liefert die Ionenführung 100 bei dem vorliegenden Beispiel einen fokussierten Ionenstrahl, der entlang eines Ionenwegs, der als Neunzig-Grad-Kniestücks geformt ist, übertragen wird. Bei anderen Beispielen kann die Länge der zentralen Achse 120 jedoch größer oder kleiner sein, so dass der resultierende Kreisquerschnitt 142 größer oder kleiner als veranschaulicht sein kann, und demgemäß kann der Winkel zwischen den jeweiligen Achsen des Ioneneinlasses 128 und des Ionenauslasses 132 größer oder kleiner als neunzig Grad sein.
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Ferner wird man verstehen, dass die veranschaulichte Ionenführung 100 einen Abschnitt oder eine Sektion einer (nicht gezeigten) größeren Ionenführung darstellen kann, die eine oder mehrere zusätzliche Sektionen umfasst, die in Fließrichtung vor und/oder nach der veranschaulichten Ionenführung 100 positioniert sind. Diese zusätzlichen Ionenführungssektionen können auch als Kreissektoren konfiguriert sein, können alternativ dazu jedoch linearen Wegen oder anderen Arten von nicht-kreisförmigen Wegen folgen. Somit kann bzw. können eine oder mehrere Ionenführungen 100 mit oder ohne zusätzliche, anders geformte Ionenführungen dazu verwendet werden, einen beliebigen gewünschten Weg für einen dadurch fokussierten Ionenstrahl zu liefern. Somit kann die Ionenführung 100 bei einem anderen, nicht veranschaulichten Beispiel dahin gehend geformt sein, eine Biegung von 180 Grad bei dem fokussierten Ionenweg zu liefern, d. h. einen U-förmigen Ionenweg. Bei einem anderen Beispiel können die „Schenkel” des U-förmigen Weges verlängert werden, indem neben dem Ioneneintritt und dem Ionenaustritt der U-förmigen Ionenführung lineare Ionenführungssektionen vorgesehen werden. Bei einem anderen Beispiel können zwei 90-Grad-Ionenführungen 100 nebeneinander positioniert werden, um die 180-Grad-Biegung bei dem Ionenweg zu verwirklichen. Bei einem anderen Beispiel können zwei ähnlich geformte Ionenführungen derart nebeneinander positioniert werden, dass der Krümmungsradius einer Ionenführung zu dem der anderen Ionenführung direkt entgegengesetzt ist, wodurch ein S-förmiger Ionenweg bereitgestellt wird. Fachleuten wird einleuchten, dass verschiedene andere Konfigurationen von den vorliegenden Lehren abgeleitet werden können.
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Die Ionenführung 100 kann bei jeglichem bzw. jeglicher Prozess, Apparatur, Vorrichtung, Instrument, System oder dergleichen verwendet werden, für den bzw. die bzw. das ein gekrümmter, fokussierter Ionenstrahl zum Führen von Ionen von einer gegebenen Quelle zu einem gegebenen Zielort in Betracht gezogen wird. Somit kann beispielsweise das schematisch in 1 gezeigte Ionenverarbeitungssystem 110 allgemein eine oder mehrere in Fließrichtung vorgelagerte Vorrichtungen 172 und 174 und/oder eine oder mehrere in Fließrichtung nachgelagerte Vorrichtungen 176 und 178 umfassen. Das Ionenverarbeitungssystem 110 kann ein Massenspektrometriesystem (MS-System) (oder eine Massenspektrometrieapparatur, -vorrichtung usw.) sein, das dazu konfiguriert ist, eine gewünschte MS-Technik (z. B. Einstufen-MS, Tandem-MS oder MS/MS, MSn usw.) durchzuführen. Somit kann als weiteres Beispiel die in Fließrichtung vorgelagerte Vorrichtung 172 eine Ionenquelle sein, die in Fließrichtung nachgelagerte Vorrichtung 178 kann ein Ionendetektor sein, und die anderen Vorrichtungen 174 und 176 können eine oder mehrere andere Komponenten wie z. B. Ionenspeicherungs- oder -einfangvorrichtungen, Massensortierungs- oder -analysierungsvorrichtungen, Stoßzellen oder andere Fragmentierungsvorrichtungen, Ionenoptiken und andere Ionenführungsvorrichtungen usw. sein. Somit kann die Ionenführung 100 beispielsweise vor einem Massenanalysator (z. B. einer Q0-Vorrichtung) oder selbst als HF/Gleichstrom-Massenanalysator oder als Stoßzelle, die nach einem ersten Massenanalysator und vor einem zweiten Massenanalysator positioniert ist, verwendet werden. Demgemäß kann die Ionenführung 100 luftleer sein oder sie kann unter Betriebsbedingungen betrieben werden, bei denen Zusammenstöße zwischen Ionen und Gasmolekülen auftreten (z. B. als Q0-Vorrichtung bei einer GC/MS mit hohem Vakuum oder als Q0-Vorrichtung in der Quellenregion eines LC/MS oder als Q2-Vorrichtung usw.).
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2 ist eine perspektivische Ansicht eines Beispiels eines Abschnitts einer Ionenführung 200, die einen Satz von parallelen, gekrümmten Ionenführungselektroden 202, 204, 206 und 208 umfasst. Die Ionenführung 200 kann beispielsweise als die Ionenführung 100, die oben beschrieben und in 1 veranschaulicht ist, und als Teil des begleitenden Ionenverarbeitungssystems 110 verwendet werden. Bei diesem Beispiel besteht der Elektrodensatz aus vier Elektroden 202, 204, 206 und 208, um ein grundlegendes zweidimensionales, quadrupolares Ionen fokussierendes (oder nicht-ionenführendes) Feld zu bilden. Bei anderen Implementierungen können zusätzliche Elektroden enthalten sein (z. B. eine hexapolare oder oktopolare Konfiguration). Jede Elektrode 202, 204, 206 und 208 ist üblicherweise mit demselben radialen Abstand von der zentralen z-Achse beabstandet wie die anderen Elektroden 202, 204, 206 und 208, wobei die Ionenführung 200 in diesem Fall als eine symmetrische Anordnung von Elektroden 202, 204, 206 und 208 umfassend angesehen werden kann. Ein Ende der Elektroden 202, 204, 206 und 208 bildet einen Ioneneintritt 228, und das gegenüberliegende Ende bildet einen Ionenaustritt 232. Der veranschaulichte Elektrodensatz kann als zwei Paare von gegenüberliegenden Elektroden umfassend angesehen werden. Das heißt, die Elektroden 202 und 206 liegen einander relativ zu der zentralen z-Achse gegenüber, und die Elektroden 204 und 208 liegen einander relativ zu der zentralen z-Achse gegenüber. Üblicherweise ist das gegenüberliegende Paar von Elektroden 202 und 206 elektrisch miteinander verbunden, und das andere gegenüberliegende Paar von Elektroden 204 und 208 ist elektrisch miteinander verbunden, um das Anlegen eines geeigneten HF-Spannungssignals, das das zweidimensionale Ionenführungsfeld treibt, zu erleichtern, wie nachstehend näher beschrieben wird. Jedoch können die Elektroden 202, 204, 206 und 208 unabhängig voneinander mit Leistung versorgt werden, so dass Ablenkspannungen an den äußeren (oder inneren) Paaren hinzugefügt werden können, wie nachstehend beschrieben wird. Außerdem können für die Zwecke der Beschreibung der vorliegend offenbarten Implementierungen die Elektroden 202 und 204 als Außenelektroden angesehen werden, und die Elektroden 206 und 208 können als Innenelektroden angesehen werden. Die Außenelektroden 202 und 204 sind weiter von dem Krümmungsmittelpunkt der Ionenführung 200 entfernt angeordnet als die Innenelektroden 206 und 208.
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Wie ebenfalls beispielhaft in
2 veranschaulicht ist, können die Elektroden
202,
204,
206 und
208 quadratische Querschnitte (die zu der zentralen z-Achse orthogonal sind) aufweisen. In diesem Fall können die Elektroden
202,
204,
206 und
208 derart orientiert sein, dass eine flache Seite jeder Elektrode
202,
204,
206 und
208 nach innen hin zu dem Innenraum (oder der Ionenführungsregion) der Ionenführung
200 gewandt ist. Beispielsweise können die Elektroden
202,
204,
206 und
208 so konfiguriert sein, wie dies in der Patentschrift
US 6 576 897 B1 , die auf den Anmelder der vorliegenden Offenbarung übertragen ist, gezeigt ist. Bei manchen Implementierungen sind die flachen nach innen gewandten Elektrodenoberflächen insofern bevorzugt, als sie zum Fokussieren von Ionen zur Mitte der Ionenführung
200 anhand eines radialen elektrischen Ionenablenk-Gleichfeldes beitragen, wie nachstehend beschrieben wird. Alternativ dazu können die Querschnitte eine andere Art von geradliniger, prismatischer oder polygonaler Form aufweisen. Die Querschnitte können ausgefüllt sein, wie bei dem veranschaulichten Beispiel, oder sie können hohl sein. Als weitere Alternative kann der Querschnitt jeder Elektrode
202,
204,
206 und
208 derart sein, dass der Abschnitt der Elektrodenoberfläche, der dem Innenraum (oder der Ionenführungsregion) zugewandt ist, gekrümmt ist. Der Scheitelpunkt des gekrümmten Profils kann derjenige Punkt auf der Außenoberfläche der Elektrode
202,
204,
206 und
208 sein, der am weitesten von der zentralen z-Achse entfernt ist, wie bei dem in
3B gezeigten Beispiel. Alternativ dazu kann der gekrümmte Abschnitt einer Elektrode ein hyperbolisches Profil aufweisen. Als weitere Alternative können die Elektroden
202,
204,
206 und
208 als langgestreckte, zylindrische Stäbe konfiguriert sein, um eine kostengünstigere Annäherung an hyperbolische Elektrodenoberflächen zu liefern. Als weitere Alternative können die Elektroden
202,
204,
206 und
208 aus geradlinig geformten Querschnitten oder Platten gebildet sein, die gebogen sind, um hyperbolische oder halbkreisförmige Oberflächen zu bilden, die dem Innenraum zugewandt sind.
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3A ist eine Querschnittsansicht der Elektroden 202, 204, 206 und 208 der Ionenführung 200. Die Elektroden 202, 204, 206 und 208 sind symmetrisch entlang einer zentralen bzw. z-Achse 320 angeordnet, die so gekrümmt ist, wie dies oben beschrieben wurde und in 1 veranschaulicht ist. Vom Konzept her sind die Elektroden 202, 204, 206 und 208 derart angeordnet, dass ihre Außenoberflächen auf zusammenwirkende Weise einen Kreis 302 eines eingeschriebenen Radius r0 definieren, der sich von der zentralen Achse 320 orthogonal erstreckt. Ein ähnlicher Kreis 302 würde zu Implementierungen führen, bei denen die Elektroden 202, 204, 206 und 208 gekrümmte Außenprofile aufweisen. Der Innenraum der Ionenführung 200 und die Ionenführungsregion, in der zweidimensionale (radiale) Auslenkungen der Ionen durch das angelegte HF-Fokussierungsfeld eingeschränkt werden, sind allgemein innerhalb dieses eingeschriebenen Kreises 302 definiert. Um das Ionenfokussierungs- oder -führungsfeld zu erzeugen, wird eine Hochfrequenzspannung (HF-Spannung) der allgemeinen Form VRF cos(ωt) an gegenüberliegende Paare von miteinander verbundenen Elektroden 202, 206 und 204, 208 angelegt, wobei das an das eine Elektrodenpaar 202, 206 angelegte Signal zu dem an das andere Elektrodenpaar 204, 208 angelegten Signal um 180 Grad phasenverschoben ist. Außerdem kann die HF-Spannung mit einer Versatz-Gleichspannung U0 überlagert sein, um das Ionenfokussierungsfeld zu modifizieren. Die grundlegenden Theorien und Anwendungen hinsichtlich der Erzeugung von quadrupolaren HF-Feldern zum Fokussieren, Führen oder Einfangen von Ionen sowie zum Massenfiltern, zur Ionenfragmentierung und anderen darauf bezogenen Prozessen sind hinreichend bekannt und müssen deshalb hier nicht ausführlich dargelegt werden.
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3B ist eine Querschnittsansicht der Elektroden 352, 354, 356 und 358 gemäß einem anderen Beispiel. Die Elektroden 352, 354, 356 und 358 sind symmetrisch entlang einer zentralen bzw. z-Achse 320 angeordnet, die so gekrümmt ist, wie dies oben beschrieben wurde und in 1 veranschaulicht ist. Bei diesem Beispiel sind die Querschnittsprofile der Elektroden 352, 354, 356 und 358 derart gekrümmt, dass ihre nach innen gewandten Oberflächen relativ zu der zentralen Achse konkav sind.
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Gemäß den vorliegenden Lehren umfasst die Ionenführung 200 eine Ionenablenkvorrichtung oder -einrichtung zum Anlegen eines elektrischen Ionenablenk-Gleichfeldes zusätzlich zu dem elektrischen Ionenführungs-HF-Feld (oder HF/Gleichstromversatzfeld), um dazu beizutragen, Ionen entlang der gekrümmten Flugstrecke fokussiert zu halten. Das Ionenablenk-Gleichfeld wird angelegt, indem eine Differentialgleichspannung über die Ionenführungsregion der Ionenführung 200 angelegt wird, so dass das Ionenablenkfeld in einer radialen Richtung allgemein hin zur Mitte des Kreissektors der Ionenführung 200 angelegt wird. Demgemäß ist das Ionenablenk-Gleichfeld in derselben x-y-Ebene orientiert wie das zweidimensionale oder radiale HF-Ionenführungsfeld, wobei die Ebene orthogonal zu der zentralen z-Achse 320 ist. Mit anderen Worten ist das Ionenablenk-Gleichfeld allgemein in der Richtung entlang des Krümmungsradius R orientiert, um Ionen allgemein hin zum Krümmungsmittelpunkt (d. h. allgemein weg von den Außenelektroden 202 und 204 und allgemein hin zu den Innenelektroden 206 und 208) vorzuspannen. Außerdem variiert der Betrag (oder die Stärke) des Ionenablenk-Gleichfeldes entlang der gekrümmten z-Achse 320 von einem Maximum an dem Ioneneintritt 228 zu einem Minimum an dem Ionenaustritt 232 oder an irgendeinem Zwischenpunkt zwischen dem Ioneneintritt 228 und dem Ionenaustritt 232. Der Betrag des Ionenablenk-Gleichfeldes weist somit einen Anfangswert an dem Ioneneintritt 228 auf und nimmt entlang der gekrümmten Achse 320 entweder linear oder nicht-linear (z. B. exponentiell), allmählich oder Schritt für Schritt ab. Um dieses axial variierende Ionenablenk-Gleichfeld zu erzeugen, kann die Ionenablenkvorrichtung oder -einrichtung auf vielerlei Weise implementiert werden, wobei Beispiele hierfür nachstehend beschrieben werden. Allgemein umfasst die Ionenablenkvorrichtung oder -einrichtung eine oder mehrere Elektroden, die als Ionenablenkelektroden dient bzw. dienen und entsprechend positioniert ist bzw. sind, um das Ionenablenkfeld in der radialen Richtung mit einem Betrag, der in der axialen Richtung variiert, zu erzeugen.
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Das gemäß der Beschreibung hierin konfigurierte radiale Ionenablenk-Gleichfeld ermöglicht, dass Ionen bei höheren kinetischen Energien, als dies zuvor für diese Art von Ionenführung praktiziert wurde, durch die gekrümmte Ionenführung 200 hindurch übertragen werden. Die durch das Ionenablenk-Gleichfeld auf die Ionen ausgeübten Ablenkkräfte kompensieren eine hohe kinetische Ionenenergie und tragen dazu bei, die eine hohe Energie aufweisenden Ionen um den gekrümmten Ionenweg, der durch die Ionenführung 200 festgelegt wird, herum zu führen. Überdies kann eine größere Bandbreite (d. h. ein umfassenderer Bereich mehrerer Massen) von Ionen gleichzeitig durch die Ionenführung 200 hindurch übertragen werden, wobei gleichzeitig die Übertragungseffizienz aufrechterhalten werden kann. Sogar bei höheren kinetischen Energien und/oder größeren Massenbereichen können bei der Ionenführung 200 optimale Ionenübertragungsbedingungen und somit eine hohe Instrumentensensibilität aufrechterhalten werden. Da der Betrag des Ionenablenk-Gleichfeldes bei der vorliegenden Implementierung in der Richtung von dem Ioneneintritt 228 zu dem Ionenaustritt 232 (d. h. entlang der gekrümmten Ionenflugstrecke) abnimmt, nimmt die auf die Ionen ausgeübte Ablenkkraft entlang der Ionenflugstrecke ebenfalls ab. Dieses axial variierende Ionenablenk-Gleichfeld ist besonders bei Implementierungen sinnvoll, bei denen die Ionenführung 200 als Stoßzelle verwendet wird, um Mutterionen (Vorläuferionen) zu Produkt-Ionen (Tochterionen) zu fragmentieren. Allgemein weisen Mutterionen, die an dem Ioneneintritt 228 in die Ionenführung 200 eintreten, eine relativ hohe kinetische Anfangsenergie (KE) bzw. Ionenanfangsenergie (E) auf und erfordern somit das höchste Maß an Ablenkkraft. Demgemäß kann der Betrag des Ionenablenk-Gleichfeldes so festgelegt werden, dass er proportional zu der kinetischen Anfangsenergie der Mutterionen an dem Ioneneintritt ist. Die Mutterionen werden immer weniger energetisch, wenn sie mit Gasmolekülen zusammenstoßen, während sie durch die Ionenführung 200 auf den Ionenaustritt 232 zu wandern, und sie erfordern somit immer weniger Ablenkkräfte entlang ihrer gekrümmten Ionenflugstrecke. Die allmählich abnehmende Stärke des Ionenablenk-Gleichfeldes entlang der Ionenflugstrecke trägt dazu bei, zu gewährleisten, dass die Übertragung der Mutterionen optimiert bleibt. Überdies werden die Produkt-Ionen (über Zusammenstöße zwischen Mutterionen und Gasmolekülen) an Punkten gebildet, die sich zwischen dem Ioneneintritt 228 und dem Ionenaustritt 232 befinden, und sie können eine viel geringere axiale kinetische Energie aufweisen als ihre Mutterionen. Somit erfordern die Produkt-Ionen eine viel geringere Ablenkkraft als die Mutterionen. Die geringere Stärke des Ionenablenk-Gleichfelds an von dem Ioneneintritt 228 entfernten Punkten trägt somit dazu bei, zu gewährleisten, dass die Übertragung der Produkt-Ionen optimiert wird.
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Wie oben erwähnt wurde, kann der Wert des Betrags der anfänglich an dem Ioneneintritt angelegten Ionenablenk-Gleichspannung Uablenk anfänglich allgemein im Verhältnis zu der Ionenenergie (E) gesetzt werden, die die Mutterionen an dem Ioneneintritt 228 aufweisen. Dieser anfängliche Wert des Betrags des Gleichstroms korreliert allgemein mit einem auf die Mutterionen ausgeübten Maß an Ablenkkraft, das zur Übertragung zumindest in der Region des Ioneneintritts 228 ideal ist, bevor die Mutterionen deutlich an axialer kinetischer Energie zu verlieren beginnen. Insofern als der Betrag des Gleichstroms variiert wird, um ansprechend auf den Verlust an axialer kinetischer Energie eine optimale Ionenübertragung aufrechtzuerhalten, ist dieser anfängliche Wert des Betrags der Ablenk-Gleichspannung, die an dem Ioneneintritt 228 angelegt wird, üblicherweise der Maximalwert des an die Ionenführung 200 angelegten Betrags der Ablenk-Gleichspannung. Dieser anfängliche Wert des Betrags der Ablenk-Gleichspannung kann allgemein derselbe sein wie der Wert, der eine Übertragung der Muterionen über die gesamte Flugstrecke der Ionenführung 200 in einem entleerten Zustand optimieren würde – d. h. in einem Fall, in dem keine beträchtlichen Zusammenstöße zwischen Ionen und Gas und somit kein bedeutender Verlust an axialer kinetischer Energie auftritt – optimieren würde. Bei einem Beispiel ist die angelegte anfängliche Ionenablenk-Gleichspannung Uablenk, anfänglich so eingestellt, dass sie proportional zu der anfänglichen Ionenenergie (E) und zu dem Verhältnis des Abstandes für gegenüberliegende Elektroden 202 und 206 (oder 204 und 208) von dem Krümmungsradius R der Ionenführung 200 ist. Bei der in 3 veranschaulichten symmetrischen Elektrodenanordnung kann der Abstand für gegenüberliegende Elektroden durch eine Funktion dargestellt werden, die proportional zu dem Radius r0 des eingeschriebenen Kreises 302 ist. Demgemäß kann bei diesem Beispiel der Absolutwert der anfänglich angelegten Ionenablenk-Gleichspannung gemäß der folgenden Beziehung festgelegt werden: Uablenk, anfänglich = k·E·(r0/R), wobei k eine Proportionalitätskonstante ist, die von der Geometrie und Größe (z. B. dem Querschnitt und den Abmessungen) der Elektroden 202, 204, 206 und 208 abhängt. Als nicht einschränkendes Beispiel gaben Ergebnisse von Simulationen, die SIMION®-Ionenmodellierungssoftware (Scientific Instrument Services, Inc., Ringoes, New Jersey) verwendeten, an, dass für eine Ionenführung 200 mit Elektroden 202, 204, 206 und 208 eines quadratischen Querschnitts, r0 = 3 mm, R = 60 mm und E = 100 eV, die optimale anfängliche Ionenablenk-Gleichspannung Uablenk, anfänglich 16,8 V beträgt.
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Die Abnahmegeschwindigkeit der Ionenablenk-Gleichspannung von dem anfänglichen Wert kann anhand der Abnahmegeschwindigkeit der axialen kinetischen Energie des Mutterions ermittelt werden. Somit kann die Abnahmegeschwindigkeit von Faktoren wie beispielsweise dem Gasdruck in der Ionenführung 200, der Temperatur, dem Kollisionsquerschnitt zwischen dem Mutterion und den Stoßgasmolekülen (der wiederum eine Funktion der jeweiligen Arten und Massen des Mutterions und der neutralen Gasmoleküle und ihrer relativen Geschwindigkeiten ist) usw. abhängen. Allgemein ist die jeweilige ermittelte oder berechnete Abnahmegeschwindigkeit anwendungsabhängig und muss empirisch optimiert werden. Für eine übliche Bandbreite von Anwendungen geben jedoch vorläufige Simulationen an, dass für eine bestimmte Ionenführungsgeometrie und für einen bestimmten Stoßgastyp und -druck eine feststehende (auf das Potenzgesetz bezogene oder exponentielle) Abnahmegeschwindigkeit der Stärke des Ionenablenkfeldes für eine Vielzahl von Mutterionen und Produkt-Ionen eine gute Ionenübertragung liefert. Der Einfachheit der Implementierung halber könnte das radiale Ablenkfeld außerdem nur an einem anfänglichen Sektor (oder einer Reihe anfänglicher Sektoren) der Stoßzelle angelegt werden. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Ionen durch Stöße entlang ihres Wegs Energie verlieren und dass die radiale Ablenkung jenseits des Punktes, an dem sie ausreichend Energie verloren haben, um in dem HF-Feld enthalten zu sein, eventuell nicht benötigt wird.
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2 veranschaulicht ein Beispiel dessen, wie das axial variierende Ionenablenk-Gleichfeld implementiert kann. Bei diesem Beispiel werden die Außenelektroden 202 und 204 nicht nur als Ionenführungselektroden, sondern auch als Ionenablenkelektroden verwendet. Hier informieren wiederum die Begriffe „Außen-” und „Innen-” die relativen radialen Positionen der Elektroden 202, 204, 206 und 208 relativ zu dem Krümmungsmittelpunkt der gekrümmten Ionenführung 200. Außerdem ist das Paar von Außenelektroden 202 und 204 bei diesem Beispiel in eine Mehrzahl entsprechender Paare von Außenelektrodensegmenten(-sektionen) segmentiert (unterteilt), die durch Zwischenräume entlang der gekrümmten Achse physisch voneinander beabstandet sind. Durch diese Konfiguration können Ionenablenk-Gleichspannungen unterschiedlicher Beträge Un an jeweilige Paare von Außenelektrodensegmenten angelegt werden. Folglich weist das über die Ionenführungsregion hinweg erzeugte radiale elektrische Ionenablenk-Gleichfeld in jedem entsprechenden axialen Abschnitt der Ionenführung 200 eine andere Stärke auf. Die Gleichspannungs-Potentialdifferenz wird durch die Gleichspannung Un definiert, die an ein gegebenes Außenelektrodenpaar relativ zu den gegenüberliegenden Innenelektroden 206 und 208 angelegt wird. Wenn der HF-Spannung ±VRF, die an die Innenelektroden 206, 208 und die Außenelektroden 202, 204 angelegt wird, mit einer optionalen Versatz-Gleichspannung U0 überlagert wird, wird die Gleichspannungs-Potentialdifferenz durch die Gleichspannung Un definiert, die an ein gegebenes Außenelektrodenpaar relativ zu der Versatz-Gleichspannung U0 angelegt wird, bzw. (±VRF + U0) + Un. Bei dem vorliegenden Beispiel liegen fünf Paare von Elektrodensegmenten vor: erste Außenelektrodensegmente 202A und 204A, zweite Außenelektrodensegmente 202B und 204B, dritte Außenelektrodensegmente 202C und 204C, vierte Außenelektrodensegmente 202D und 204D und fünfte Außenelektrodensegmente 202E und 204E (siehe auch 6 und 7). Wenn also die optionale Versatz-Gleichspannung U0 berücksichtigt wird, lauten die an die Elektroden 202, 204, 206 und 208 angelegten zusammengesetzten oder kombinierten Spannungen wie folgt:
erstes Außenelektrodensegment 202A: (VRF + U0 + U1),
zweites Außenelektrodensegment 202B: (VRF + U0 + U2),
drittes Außenelektrodensegment 202C: (VRF + U0 + U3),
viertes Außenelektrodensegment 202D: (VRF + U0 + U4),
fünftes Außenelektrodensegment 202E: (VRF + U0 + U5),
erstes Außenelektrodensegment 204A: (–VRF + U0 + U1),
zweites Außenelektrodensegment 204B: (–VRF + U0 + U2),
drittes Außenelektrodensegment 204C: (–VRF + U0 + U3),
viertes Außenelektrodensegment 204D: (–VRF + U0 + U4),
fünftes Außenelektrodensegment 204E: (–VRF + U0 + U5),
Innenelektrode 206: (VRF + U0) und
Innenelektrode 208: (–VRF + U0).
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Um ein elektrisches Ionenablenk-Gleichfeld zu erzeugen, dessen Stärke von dem Ioneneintritt 228 hin zum Ionenaustritt 232 allmählich abnimmt, können die an die jeweiligen Außenelektrodenpaare angelegten Gleichspannungen so festgelegt werden, dass U1 > U2 > U3 > U4 > U5.
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Obwohl 2 fünf Paare von Außenelektrodensegmenten veranschaulicht, können auch mehr oder weniger als fünf Paare vorgesehen sein. Allgemein entspricht die Anzahl N (N ≥ 2) von Paaren der Anzahl von verschiedenen Pegeln der Stärke des Ionenablenk-Gleichfeldes, die für eine gegebene Anwendung gewünscht ist. Die segmentierte Elektrodenanordnung umfasst zumindest ein erstes Paar von Außenelektrodensegmenten, die sich an dem Ioneneintritt 228 befinden, und ein letztes (oder N.tes) Paar von Außenelektrodensegmenten, die sich an dem Ionenaustritt 232 befinden, wobei eine Ionenablenk-Gleichspannung eines ersten Betrags U1 an das erste Außenelektrodenpaar angelegt wird und eine Ionenablenk-Gleichspannung eines N.ten Betrages UN an das N.te Außenelektrodenpaar angelegt wird und U1 > UN. Die an ein beliebiges gegebenes Außenelektrodenpaar angelegte Ionenablenk-Gleichspannung kann dann allgemein als Un ausgedrückt werden, wobei n eine Ganzzahl zwischen 1 und N ist. Obwohl 2 Außenelektrodensegmente gleicher Länge veranschaulicht, können sich die jeweiligen Längen eines oder mehrerer Außenelektrodensegmente von denen anderer Außenelektrodensegmente unterscheiden, um das Profil des angelegten radialen elektrischen Gleichfeldes nach Wunsch weiter zu modifizieren und eine Optimierung einer Ionenübertragung für eine gegebene Anwendung weiter zu verbessern. Beispielsweise können die jeweiligen Längen der Außenelektrodensegmente in der gekrümmten axialen Richtung von dem Ioneneintritt 228 zu dem Ionenaustritt 232 derart allmählich zunehmen, dass die stärkeren radialen Ablenkkräfte über geringere Längen der Ionenführung 200 ausgeübt werden und die schwächeren radialen Ablenkkräfte über größere Längen der Ionenführung 200 ausgeübt werden.
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Fachleuten wird einleuchten, dass die oben angegebenen Ionenablenk-Gleichstrombeträge als Absolutwerte angesehen werden können. Die jeweiligen Vorzeichen oder Polaritäten der Gleichstrombeträge hängen davon ab, ob positive oder negative Ionen abgelenkt werden sollen. Bei dem in 2 veranschaulichten spezifischen Beispiel können positive Werte für Ionenablenk-Gleichstrombeträge Un angelegt werden, um Abstoßkräfte für positive Ionen zu liefern, wenn sie durch die gekrümmte Ionenführungsregion der Ionenführung 200 geführt werden, jedoch könnten alternativ dazu negative Werte angelegt werden, um Abstoßkräfte für negative Ionen zu liefern. Im Fall von entweder positiven oder negativen Ionen werden die Ionen durch Abstoßkräfte in radialen Richtungen allgemein hin zu der gekrümmten zentralen Achse abgelenkt. Eine alternative Implementierung ergibt sich ohne weiteres aus 2, bei der positive oder negative Ionen durch Anziehungskräfte in radialen Richtungen hin zu der gekrümmten zentralen Achse abgelenkt werden können. Im Einzelnen können die Innenelektroden 206, 208 statt der Außenelektroden 202, 204 axial segmentiert werden, und die Ionenablenk-Gleichstrombeträge Un können an die resultierenden Paare von Innenelektrodensegmenten (nicht gezeigt) angelegt werden. Bei dieser alternativen Implementierung würden an die Innenelektrodensegmente angelegte negative Gleichspannungen positive Ionen zu der gekrümmten zentralen Achse hin anziehen (oder ziehen), oder an die Innenelektrodensegmente angelegte positive Gleichspannungen würden negative Ionen hin zu der gekrümmten zentralen Achse anziehen.
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Bei einem Aspekt des vorliegenden Beispiels kann die segmentierte Konfiguration der Elektroden 202, 204, 206 und 208 als Teil der Ionenablenkvorrichtung der Ionenführung 200 angesehen werden. Bei einem anderen Aspekt kann bzw. können die Einrichtung, Schaltungsanordnung oder Vorrichtungen, die zum Anlegen der Ionenablenk-Gleichspannungen verwendet wird bzw. werden, als Teil der Ionenablenkvorrichtung angesehen werden. 2 kann so angesehen werden, dass sie die Komponenten oder Schaltungselemente, die zum Erzeugen und Anlegen des zweidimensionalen HF-Ionenführungsfeldes (oder HF/DC-Ionenführungsfeldes) und des radialen Ablenk-Gleichfeldes über die Ionenführungsregion hinweg verwendet werden, schematisch zeigt. Diese Komponenten können in einer oder mehreren Gleich- und HF-Spannungsquellen oder Signalerzeugungsvorrichtungen verkörpert sein. Man wird verstehen, dass derartige „Quellen” oder „Erzeugungsvorrichtungen” Hardware, Firmware, analoge und/oder digitale Schaltungsanordnung und/oder Software umfassen können – je nachdem, was nötig ist, um die gewünschten Funktionen der Vorrichtungen oder Einrichtungen zu implementieren. Die zum Implementieren der Gleich- und HF-Felder verwendeten spezifischen Komponenten werden Fachleuten bekannt sein und sind somit hierin nicht ausführlich beschrieben. 2 gruppiert die verschiedenen angelegten HF- und Gleichspannungen schematisch in kombinierte funktionale oder Schaltungselemente, die in eine elektrische Signalkommunikation mit entsprechenden Elektroden 202, 204, 206 und 208 platziert werden. Ferner wird man verstehen, dass die der Ionenführung 200 zugeordnete Schaltungsanordnung eine (nicht gezeigte) elektronische Steuerung umfassen kann, beispielsweise eine oder mehrere Rechen- oder Elektronikverarbeitungsvorrichtungen. Eine derartige elektronische Steuerung kann zum Steuern der Betriebsparameter der verschiedenen Spannungsquellen konfiguriert sein, die verwendet werden, um die HF- und Gleichfelder anzulegen. Die elektronische Steuerung kann auch den Betrieb der Ionenführung 200 mit anderen operativen Komponenten eines Ionenverarbeitungssystems, von dem die Ionenführung 200 ein Teil sein kann, beispielsweise des in 1 veranschaulichten Ionenverarbeitungssystems 110, koordinieren.
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Zusätzlich zu dem radialen elektrischen Gleichfeld kann ein axiales elektrisches Gleichfeld entlang der zentralen Achse an die Ionenführung 200 angelegt werden, um Ionenenergie (z. B. axiale Ionengeschwindigkeit) zu steuern. Ein axiales elektrisches Gleichfeld kann in einem Fall, in dem Ionen, die durch die Ionenführung 200 hindurch übertragen werden, Zusammenstöße mit neutralen Gasmolekülen (z. B. Hintergrundgas) erfahren, besonders wünschenswert sein. Wie Fachleuten einleuchten wird, können derartige Zusammenstöße für eine Ionenfragmentierung oder zum Kollisionskühlen (Stoßkühlen) verwendet werden. Eine Gleichspannungsquelle oder Gleichspannungsquellen kann bzw. können zum Erzeugen des axialen elektrischen Gleichfeldes verwendet werden. Die Gleichspannungsquelle(n) kann bzw. können mit einer oder mehreren der Elektroden 202, 204, 206 und 208 oder mit einer ein äußeres Feld erzeugenden Vorrichtung wie beispielsweise einem oder mehreren anderen leitfähigen Baugliedern (z. B. Widerstandsbahnen) kommunizieren, die entlang der Ionenführungsachse wie z. B. außerhalb des oberen und/oder unteren Endes der Ionenführung 200 und/oder zwischen den beiden benachbarten Elektroden 202, 204, 206 und 208 usw. positioniert ist bzw. sind. Diese „axiale” Gleichspannungsquelle kann als Bestandteil eines oder mehrerer der Schaltungselemente, die schematisch in 2 gezeigt sind, konzipiert werden.
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Das axial variierende, radial gerichtete Ionenablenk-Gleichfeld kann durch Bezugnahme auf 4 und 5 visualisiert werden. 4 veranschaulicht den horizontalen Querschnitt durch die gekrümmte zentrale Achse des angelegten Gleichspannungspotentials, wie es anhand einer SIMION®-Computersimulation berechnet wird. Das elektrische Potential nimmt von dem Ioneneintritt 228 hin zu dem Ionenaustritt 232 entlang der gekrümmten zentralen Achse ab. Wenn das Ionenablenk-Gleichfeld anhand einer segmentierten Elektrodenanordnung, wie sie beispielsweise oben beschrieben wurde, implementiert wird, nimmt die potentielle Energie von einem segmentierten Abschnitt zum nächsten schrittweise ab, wie in 4 gezeigt ist. 5 veranschaulicht den radialen Querschnitt über die Ionenführungsregion des angelegten Gleichspannungspotentials, wie es anhand der SIMION®-Computersimulation berechnet ist. An einem beliebigen Punkt entlang der gekrümmten zentralen Achse werden die Ionen mit einem optimierten Maß an angelegter Ablenkkraft auf die zentrale Achse fokussiert.
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Manche Vorteile, die durch ein axial variierendes Ionenablenk-Gleichfeld geliefert werden, können durch einen Vergleich von 6 und 7 visualisiert werden. 6 ist eine Simulation von Ionenbahnen durch eine gekrümmte Ionenführung, die als Stoßzelle arbeitet, wobei kein radiales Ablenk-Gleichfeld angelegt ist. 7 ist eine Simulation von Ionenbahnen durch dieselbe gekrümmte Stoßzelle hindurch, wobei jedoch das axial variierende radiale Ablenk-Gleichfeld gemäß den vorliegenden Lehren angelegt ist. In den 6 und 7 umfasst die Stoßzelle eine gekrümmte, quadrupolare Elektrodenanordnung, die sich zwischen einem Ioneneintritt 228 und einem Ionenaustritt 232 erstreckt, wie oben beschrieben wurde. Obwohl an den Elektrodensatz in 6 kein radiales Ablenk-Gleichfeld angelegt wird, wurden die Außenelektroden 202, 204 trotzdem segmentiert, um zu den in 7 veranschaulichten strukturellen Bedingungen zu passen. Unter Verwendung des SIMION®-Ionenmodellierungspakets wurden Ionenbahnen für ein grundlegendes Ion/Molekül-Zusammenstoßmodell simuliert. Zusammenstöße wurden unter Verwendung eines Modells eines elastischen Zusammenstoßes harter Kugeln modelliert, und eine Dissoziation wurde modelliert, indem angenommen wurde, dass die Produkt-Ion-Geschwindigkeit zum Zeitpunkt der Produktbildung einfach gleich der Mutterionengeschwindigkeit sei. Eine einfache Variable, die die Anzahl von Zusammenstößen beschreibt, die zum Dissoziieren benötigt werden, wurde benutzt, um die Dissoziierungsbindungsstärke zu steuern. Bei diesen Simulationen stießen Mutterionen, die eine Masse von 800 Da (oder ein Masse-Zu-Ladung-Verhältnis m/z, wobei Ladung z = 1) aufwiesen, mit Argon(Ar)-Gasmolekülen bei einer Kollisionsenergie von 100 eV (Laborstruktur) und einem Kollisionsdruck von etwa 0,25 Pa zusammen. Die Zusammenstöße ergaben Produkt-Ionen einer Masse von 100 Da. Es wurde angenommen, dass sich immer nach zehn (10) Zusammenstößen eines Mutterions mit einem Kollisionsgasmolekül ein Produkt-Ion bildet. Die Stoßzelle wurde mit einem quadrupolaren Stabquerschnitt mit r0 = 3 mm und dem Krümmungsradius von 60 mm modelliert. Ein zweidimensionales HF-Einfangfeld wurde erzeugt, indem eine HF-Einfangspannung VRF von 235 V von Spitze zu Spitze bei einer Frequenz von 2 MHz angelegt wurde, was Mathieu-q-Parameterwerten von 0,04 für das Mutterion bzw. 0,32 für das Produkt entspricht.
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In 6 (kein Ablenk-Gleichfeld) wird beobachtet, dass auf Grund der hohen kinetischen Energie der Mutterionen wenige in der Stoßzelle enthalten sind und die meisten mit den Elektroden zusammenstoßen, bevor sie die Möglichkeiten haben, Produkt-Ionen zu bilden. Die CID-Effizienz dieser Stoßzelle kann als das Verhältnis der Anzahl von Produkt-Ionen, die erfolgreich aus der Stoßzelle austreten, zu der Anzahl von Mutterionen, die in die Stoßzelle eintreten, definiert werden. Die CID-Effizienz der Stoßzelle in 6 lag unter 5% Im Vergleich dazu wird in 7 ein axial variierendes Ablenk-Gleichfeld an dieselbe Stoßzelle angelegt. Die an die erste Gruppe von Elektroden (das erste Paar von Außenelektrodensegmenten, die sich an dem Ioneneintritt 228 befinden) angelegte Gleichspannung betrug U1 = 16,8 V. Die Abnahmegeschwindigkeit für die angelegte Gleichspannung von Segment zu Segment betrug 30%, d. h. U2 = 0,7 × U1, U3 = 0,7 × U2 usw. Alle anderen Betriebsbedingungen waren dieselben wie bei der in 6 gezeigten Simulation. In 7 kann man erkennen, dass die Mutterionen hinreichend enthalten sind und auf gekrümmten Bahnen entlang der Krümmung der Stoßzelle geführt werden, so dass lediglich ein kleiner Bruchteil der Mutterionen verloren geht. Die CID-Effizienz der Stoßzelle in 7 betrug etwa 30%. Aus dem Vorstehenden kann geschlossen werden, dass, wenn eine gekrümmte Ionenführung, wie sie hierin offenbart ist, als Stoßzelle verwendet wird, die CID-Effizienz eines oben modellierten Prozesses um zumindest einen Faktor von 6X erhöht werden kann.
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Unter erneuter Bezugnahme auf 2 können bei einer anderen Implementierung die Innenelektroden 206, 208 sowie die Außenelektroden 202, 204 segmentiert werden. Diese Implementierung ist nicht speziell veranschaulicht, jedoch aus 2 leicht zu entnehmen. Eine allmählich abnehmende Serie von Gleichspannungen Un kann auf dieselbe Weise, wie sie oben für 2 beschrieben wurde, Segment um Segment angelegt werden. Alternativ dazu ermöglicht die vollständige Segmentierung der vorliegend beschriebenen Implementierung, dass ein bipolares Ablenk-Gleichfeld erzeugt wird, indem Gleichspannungen entgegengesetzter Polaritäten an die gegenüberliegenden Innen- und Außenelektrodensegmente jeder Elektrodengruppe angelegt werden. Somit können für negative Ionen negative Gleichspannungen an die Außenelektroden angelegt werden, und positive Gleichspannungen können an die Innenelektroden angelegt werden, und umgekehrt für positive Ionen. Somit können die zusammengesetzten oder kombinierten Spannungen, die für positive Ionen an die Elektroden 202, 204, 206 und 208 angelegt werden, unter Berücksichtigung der optionalen Versatz-Gleichspannung U0 wie folgt lauten:
erstes Außenelektrodensegment 202A: (VRF + U0 + U1),
erstes Innenelektrodensegment, gegenüber dem ersten Außenelektrodensegment 202A: (VRF + U0 – Ua),
zweites Außenelektrodensegment 202B: (VRF + U0 + U2),
zweites Innenelektrodensegment, gegenüber dem zweiten Außenelektrodensegment 202B: (VRF + U0 – Ub),
drittes Außenelektrodensegment 202C: (VRF + U0 + U3),
drittes Innenelektrodensegment, gegenüber dem dritten Außenelektrodensegment 202C: (VRF + U0 – Uc),
viertes Außenelektrodensegment 202D: (VRF + U0 + U4),
viertes Innenelektrodensegment, gegenüber dem vierten Außenelektrodensegment 202D: (VRF + U0 – Ud),
fünftes Außenelektrodensegment 202E: (VRF + U0 + U5),
fünftes Innenelektrodensegment, gegenüber dem fünften Außenelektrodensegment 202E: (VRF + U0 – Ue),
erstes Außenelektrodensegment 204A: (–VRF + U0 + U1),
erstes Innenelektrodensegment, gegenüber dem ersten Außenelektrodensegment 204A: (–VRF + U0 – Ua),
zweites Außenelektrodensegment 204B: (–VRF + U0 + U2),
zweites Innenelektrodensegment, gegenüber dem zweiten Außenelektrodensegment 204B: (–VRF + U0 – Ub),
drittes Außenelektrodensegment 204C: (–VRF + U0 + U3),
drittes Innenelektrodensegment, gegenüber dem dritten Außenelektrodensegment 204C: (–VRF + U0 – Uc),
viertes Außenelektrodensegment 204D: (–VRF + U0 + U4),
viertes Innenelektrodensegment, gegenüber dem vierten Außenelektrodensegment 204D: (–VRF + U0 – Ud),
fünftes Außenelektrodensegment 204E: (–VRF + U0 + U5) und
fünftes Innenelektrodensegment, gegenüber dem fünften Außenelektrodensegment 204E: (–VRF + U0 – Ue).
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Die Beträge der an die Innenelektrodensegmente Ua, Ub, ... Ue angelegten Gleichspannungen können nach Bedarf festgelegt werden, um die gewünschten Spannungspotentiale zwischen entsprechenden Innenelektrodensegmenten und Außenelektrodensegmenten zu erhalten.
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Wenn überdies sowohl die Innenelektroden 206, 208 als auch die Außenelektroden 202, 204 axial segmentiert werden, wie soeben beschrieben wurde, können zusätzliche Gleichspannungen auf eine Weise angelegt werden, die ein axiales Beschleunigungsfeld hinzufügt, um das Austreten der Produkt-Ionen aus der Ionenführung zu beschleunigen. Eine Art und Weise, wie dies implementiert werden könnte, erfolgt durch Hinzufügen eines zusätzlichen Gleichstromversatzes an jedem Segment (ebenso an allen Stäben innerhalb eines Segments), derart, dass dieser Gleichstromversatz derart zu einer Potentialdifferenz von Segment zu Segment beiträgt, dass Ionen zu einem Austritt aus der Stoßzelle hin beschleunigt werden.
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8 und 9 veranschaulichen ein Beispiel einer Ionenführung 800, die gemäß einer alternativen Implementierung konfiguriert ist. Im Einzelnen ist 8 eine perspektivische Ansicht der Ionenführung 800 aus der Perspektive ihres Ioneneintritts 828, und 9 ist eine Ansicht der Ionenführung 800 in der radialen bzw. x-y-Ebene an dem Ioneneintritt 828. Die Ionenführung 800 kann beispielsweise als die Ionenführung 100, die oben beschrieben wurde und in 1 veranschaulicht ist, und als Teil des Begleitens des Ionenverarbeitungssystems 110 verwendet werden. Die Ionenführung 800 umfasst eine Mehrzahl gekrümmter Elektroden, die um eine gekrümmte zentrale Achse 920 herum angeordnet sind, wobei sie allgemein einen Innenraum eines Kreisquerschnitts 902 umschreiben und sich von dem Ioneneintritt 828 zu einem Ionenaustritt 832 erstrecken. Die gekrümmten Elektroden können zumindest ein Paar Außenelektroden 802, 804 und ein Paar Innenelektroden 806, 808 umfassen, wie bei anderen, oben beschriebenen Implementierungen. Bei dieser Implementierung werden die Außenelektroden 802, 804 und die Innenelektroden 806, 808 vorwiegend als Ionenführungselektroden verwendet. Die Ionenführungselektroden 802, 804, 806 und 808 können relativ zu der zentralen z-Achse 920 angeordnet sein und auf dieselbe Weise miteinander verbunden sein wie dies oben in Verbindung mit 2 beschrieben wurde.
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Bei der in den 8 und 9 veranschaulichten Implementierung umfasst die Ionenablenkvorrichtung eine zusätzliche gekrümmte Elektrode 840, die als Ionenablenk-elektrode verwendet wird. Wie veranschaulicht ist, kann die Ionenablenkelektrode 840 einen kleineren Querschnitt aufweisen als die Ionenführungselektroden 802, 804, 806 und 808, und sie kann einen anders geformten Querschnitt aufweisen. Vorzugsweise befindet sich die Ionenablenkelektrode 840 außerhalb der Ionenführungsregion, um ihre Verwendung beim Erzeugen eines radialen Ablenk-Gleichfeldes über die Ionenführungsregion zu erleichtern und um Ionenverarbeitungsvorgänge, die in der Ionenführungsregion stattfinden, nicht zu stören. Demgemäß, wie in 9 gezeigt ist, befindet sich die Ionenablenkelektrode 840 in einem radialen Abstand rdef von der gekrümmten Achse 920 entfernt, der größer ist als der radiale Abstand r0, in dem die Ionenführungselektroden 802, 804, 806 und 808 angeordnet sind. Die Ionenablenkelektrode 840 kann sich zwischen den Außenelektroden 802, 804 befinden. Allgemein bedeutet dies, dass der Radius rdef der Ionenablenkelektrode 840 zwischen den Außenelektroden 802, 804 verläuft, wie in 9 gezeigt ist. Wie in 8 gezeigt ist, variiert der Radius rdef der Ionenablenkelektrode 840 über die gekrümmte Länge der Ionenführung 800 hinweg. Als solches ist die Ionenablenkelektrode 840 aus der Perspektive der 8 entweder zu der gekrümmten Achse 920 oder zu den Außenelektroden 802, 804 nicht parallel. Im Einzelnen befindet sich der Radius rdef an dem Ioneneintritt 828 bei einem Minimum, wie in 9 gezeigt ist, und nimmt zu dem Ionenaustritt 832 hin allmählich auf ein Maximum zu, wie in 8 gezeigt ist. Auch kann festgehalten werden, dass der Abstand der Ionenablenkelektrode 840 von der Ionenführungsregion entlang der gekrümmten Achse 920 zunimmt oder dass die Differenz zwischen dem Radius rdef der Ionenablenkelektrode 840 und dem Radius r0 (der bei dem vorliegenden Beispiel eine Konstante ist) der Ionenführungselektroden 802, 804, 806 und 808 entlang der gekrümmten Achse 920 zunimmt. Eine Ionen-ablenk-Gleichspannung des Betrags U1 wird an die Ionenablenkelektrode 840 angelegt, um über die Ionenführungsregion hinweg ein radiales elektrisches Gleichfeld zu erzeugen. Da die Beabstandung zwischen der Ionenablenkelektrode 840 und der Ionenführungsregion entlang der gekrümmten Achse 920 allmählich zunimmt, nimmt die Stärke des resultierenden radialen Gleichfeldes (und somit der auf die Ionen ausgeübten Ablenkkraft) im Verhältnis dazu allmählich ab. Der Wert von U1 kann ermittelt werden, indem die Anfangsbedingungen eines Ions an dem Ioneneintritt 828 auf eine Weise berücksichtigt werden, die der oben in Verbindung mit den segmentierten Ionenführungselektroden beschriebenen ähnelt, und indem zusätzlich der Radius rdef an dem Ioneneintritt 828 berücksichtigt wird. Die variierende Krümmung der Ionenablenkelektrode 840 kann dazu konfiguriert sein, eine gewünschte Abnahmegeschwindigkeit der Stärke des radialen Gleichfelds zu verwirklichen. Wie ebenfalls in 9 gezeigt ist, kann der Minimalwert des Radius rdef derart sein, dass sich die Ionenablenkelektrode 840 physisch in dem Zwischenraum zwischen den Außenelektroden 802, 804 befindet; dies ist kein Erfordernis, es kann jedoch bezüglich eines Minimierens des Betrags U1 der für diese Implementierung erforderlichen Gleichspannung wünschenswert sein.
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Alternativ dazu kann die Ionenablenkelektrode 840 statt zwischen den Außenelektroden 802, 804 zwischen den Innenelektroden 806, 808 positioniert sein (nicht gezeigt). Wie zuvor bedeutet dies allgemein zumindest, dass der Radius rdef der Ionenablenkelektrode 840 zwischen den Innenelektroden 806, 808 verläuft, ob die Ionenablenkektrode 840 nun tatsächlich an einer beliebigen bestimmten axialen Stelle tatsächlich physisch in dem Zwischenraum zwischen den Innenelektroden 806, 808 vorliegt oder nicht. Wenn sie sich zwischen den Innenelektroden 806, 808 befindet, weist die angelegte Gleichspannung U1 eine Polarität auf, die zum Anziehen von positiven oder negativen Ionen, je nach Fall, geeignet ist, statt dass sie positive oder negative Ionen abstößt, wenn sich die Ionenablenkelektrode 840 zwischen den Außenelektroden 802, 804 befindet.
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Bei einer wieder anderen Implementierung (nicht gezeigt, jedoch ohne weiteres aus 2, 8 und 9 ersichtlich) kann eine Ionenablenkelektrode vorgesehen sein, die ähnlich der in den 8 und 9 veranschaulichten ist, wobei der Radius rdef der Ionenablenkelektrode größer ist als der Radius r0 der Ionenführungselektroden 802, 804, 806 und 808, wie zuvor. Die Ionenablenkelektrode kann entweder zwischen den Außenelektroden 802, 804 oder den Innenelektroden 806, 808 positioniert sein. Jedoch ist bei dieser alternativen Implementierung der Radius rdef sowie der Radius r0 konstant, wodurch die Ionenablenkelektrode entlang der gesamten Erstreckung der Ionenführung parallel zu der gekrümmten Achse und den Ionenführungselektroden 802, 804, 806 und 808 bleibt. Bei dieser Implementierung wird die Ionenablenkelektrode, statt dass der Radius rdef variiert, auf eine ähnliche Weise axial segmentiert wie die oben in Verbindung mit 2 beschriebenen segmentierten Ionenablenkelektroden. Gleichspannungen U1, ... UN eines abnehmenden Betrages werden an jeweilige Segmente der Ionenablenkelektrode angelegt, um das axial variierende elektrische Ionenablenk-Gleichfeld zu erzeugen.
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10 und 11 veranschaulichen eine weitere Implementierung, bei der eine Komponente (Schichtüberzug usw.), die aus einem Material mit elektrischem Widerstand gebildet ist, über die gesamte(n) oder einen Teil einer oder mehrerer gekrümmten Elektroden einer Ionenführung angeordnet ist. Die widerstandsbehaftete Schicht kann derart konfiguriert sein, dass ihr Widerstand über die Länge der Elektrode hinweg variiert. Ein Gleichspannungspotential wird an (zwischen) den gegenüberliegenden axialen Enden der Elektrode an die widerstandsbehaftete Schicht angelegt. Auf Grund des variierenden Widerstands variiert der Betrag des resultierenden radialen Ionenablenk-Gleichfeldes im Verhältnis dazu ebenfalls entlang der gekrümmten Achse. Die HF-Einfangspannung und das resultierende HF-Einfangfeld werden durch die widerstandsbehaftete Schicht nicht beeinflusst. Der variierende Widerstand kann auf vielerlei Weisen verwirklicht werden, beispielsweise indem eine oder mehrere Abmessungen oder die Form der widerstandsbehafteten Schicht variiert werden. Überdies kann die widerstandsbehaftete Schicht derart konfiguriert sein, dass das Ionenablenk-Gleichspannungspotential entweder linear oder nicht-linear (z. B. exponentiell) variiert. Als Beispiel ist 10 eine zweidimensionale Querschnittsprojektion einer gekrümmten Elektrode 1002, auf der eine Komponente 1050 mit elektrischem Widerstand angeordnet ist. Die radiale Dicke der widerstandsbehafteten Komponente 1050 variiert entlang der Länge der Elektrode 1002. Als weiteres Beispiel ist 11 eine zweidimensionale Projektion einer weiteren gekrümmten Elektrode 1102, auf der eine Komponente 1150 mit elektrischem Widerstand angeordnet ist. Die Form oder die Fläche der widerstandsbehafteten Komponente 1150 variiert entlang der Länge der Elektrode 1102.
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Man wird verstehen, dass, obwohl sich bestimmte oben beschriebene Beispiele auf die Nützlichkeit von vorliegend gelehrtem Gegenstand im Zusammenhang mit Stoßzellen konzentrierten, die in der vorliegenden Offenbarung beschriebenen Verfahren und Apparaturen bei jeglicher Art von Ionenführung implementiert werden können und nicht auf Anwendungen beschränkt sind, die das spezifische Vorkommen von CID oder Ionenfragmentierung nach sich ziehen. Ferner wird man verstehen, dass die bei der vorliegenden Offenbarung beschriebenen Verfahren und Apparaturen bei einem Ionenverarbeitungssystem wie beispielsweise einem MS-System implementiert werden können, wie es oben allgemein beispielhaft beschrieben wurde. Jedoch ist der vorliegende Gegenstand nicht auf die hierin veranschaulichten spezifischen Ionenverarbeitungssysteme oder auf die spezifische Anordnung von hierin veranschaulichten Schaltungsanordnungen und Komponenten beschränkt. Überdies ist der vorliegende Gegenstand nicht auf Anwendungen auf MS-Basis beschränkt.
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Allgemein werden Begriffe wie beispielsweise „kommunizieren” und „in ... Kommunikation mit” (beispielsweise: eine erste Komponente „kommuniziert mit” oder „ist in Kommunikation mit” einer zweiten Komponente) hierin dazu verwendet, eine strukturelle, funktionelle, mechanische, elektrische, Signal-, optische, magnetische, elektromagnetische, ionische oder fluidische Beziehung zwischen zwei oder mehr Komponenten oder Elementen anzugeben. Als solches soll die Tatsache, dass gesagt wird, dass eine Komponente mit einer zweiten Komponente kommuniziert, nicht die Möglichkeit ausschließen, dass zwischen der ersten und der zweiten Komponente zusätzliche Komponenten vorliegen können und/oder wirksam denselben zugeordnet sein oder mit denselben in Eingriff stehen können.
