DE112013004685B4 - Hochfrequenz-(HF-)Ionenführung für verbesserte Leistungsfähigkeit in Massenspektrometern bei hohem Druck - Google Patents

Hochfrequenz-(HF-)Ionenführung für verbesserte Leistungsfähigkeit in Massenspektrometern bei hohem Druck Download PDF

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Abstract

Ein Massenspektrometer mit einem Einlass, der bei einem ersten Druck gehalten wird, und einer Region (211), die bei einem zweiten Druck gehalten wird, der geringer ist als der erste Druck, wobei der Einlass konfiguriert ist, um eine Ionenführung (102, 200, 300, 400, 804) aufzunehmen, wobei die Ionenführung (102, 200, 300, 400, 804) folgende Merkmale aufweist:zumindest zwei sich gegenüberliegende Substrate (201, 203, 301, 303, 1001), die einander gegenüberliegende Längsseiten der Ionenführung begrenzen und jeweils eine Mehrzahl von Elektroden (202, 302, 304, 1003) aufweisen, die auf denselben angeordnet sind, wobei eine erste Öffnung (806) an einem ersten Ende (209) der Substrate (201, 203, 301, 303, 1001) gebildet ist und eine zweite Öffnung (807) an einem zweiten Ende (210) der Substrate (201, 203, 301, 303, 1001) gebildet ist, wobei die erste Öffnung (806) konfiguriert ist, um Ionen (802) bei dem ersten Druck aufzunehmen;eine Mehrzahl von Gräben (1004), die in jedem der Substrate (201, 203, 301, 303, 1001) vorgesehen sind, wobei jeder Graben (1004) zwischen einem jeweiligen benachbarten Paar der Mehrzahl von Elektroden (202, 302, 304, 1003) vorgesehen ist;eine Einrichtung zum Anlegen einer Hochfrequenz- (HF-) Spannung zwischen benachbarten Paaren der Mehrzahl von Elektroden (1003), wobei die HF-Spannung ein Feld in einer Region (211) erzeugt, die durch die Substrate (201, 203, 301, 303, 1001) definiert ist; undeine Einrichtung zum Anlegen eines Gleichspannungsabfalls entlang einer Länge von jeder der Mehrzahl von Elektroden (202, 1003) oder zum Anlegen einer Gleichspannung an die Mehrzahl von Elektroden (302, 304), um eine Gleichspannungspotentialdifferenz zwischen einem ersten Ende (209) und einem zweiten Ende (210) der Ionenführung (102, 300, 400, 804) zu erzeugen.

Description

  • HINTERGRUND
  • Massenspektrometrie (MS) ist eine analytische Methodik, die für quantitative Elementaranalyse von Proben verwendet wird. Moleküle in einer Probe werden durch ein Spektrometer basierend auf ihren jeweiligen Massen ionisiert und getrennt. Die getrennten Analytione werden dann erfasst und ein Massenspektrum der Probe wird erzeugt. Das Massenspektrum liefert Information über die Massen und in einigen Fällen die Größen der verschiedenen Analytpartikel, die die Probe bilden. Insbesondere kann Massenspektrometrie verwendet werden, um die Molekulargewichte von Molekülen und Molekularfragmenten innerhalb eines Analyts zu bestimmen. Zusätzlich kann Massenspektrometrie Komponenten innerhalb des Analyts basierend auf einem Fragmentierungsmuster identifizieren.
  • Analytione für die Analyse durch Massenspektrometrie können durch eine Vielzahl von Ionisierungssystemen hergestellt werden. Beispielsweise können matrixunterstütze Laser-Desorption/Ionisation bei Atmosphärendruck (AP-MALDI; AP-MALDI = Atmospheric Pressure Matrix Assisted Laser Desorption Ionization), Photoionisation bei Atmosphärendruck (APPI; APPI = Atmospheric Pressure Photoionization), Elektrospray-Ionisation (ESI; ESI = Electrospray Ionization), chemische Ionisation bei Atmosphärendruck (APCI; APCI = Atmospheric Pressure Chemical Ionization) und Systeme mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP systems; ICP = Inductively Coupled Plasma) verwendet werden, um Ionen in einem Massenspektrometriesystem zu erzeugen. Viele dieser Systeme erzeugen Ionen bei oder nahe dem Atmosphärendruck 101325 Pa (760 Torr). Sobald sie erzeugt sind, müssen die Analytione in ein Massenspektrometer eingeführt oder demselben als Probe bereitgestellt werden. Typischerweise wird der Analysatorabschnitt eines Massenspektrometers bei hohen Vakuumpegeln von 0,013 Pa (10-4 Torr) bis 1,33·10-6 Pa (10-8 Torr) gehalten. In der Praxis umfasst das Bereitstellen der Ionen als Probe das Befördern der Analytione in der Form eines eng begrenzten Ionenstrahls von der Ionenquelle zu der Hochvakuum-Massenspektrometerkammer durch eine oder mehrere Zwischenvakuumkammern. Jede der Zwischenvakuumkammern wird bei einem hohen Vakuumpegel zwischen dem der vorhergehenden und nachfolgenden Kammer gehalten. Daher befördert der Ionenstrahl die Analytione und geht in stufenweise von den Druckpegeln, die der Ionenbildung zugeordnet sind zu denen des Massenspektrometers über. Bei den meisten Anwendungen ist es wünschenswert, Ionen ohne wesentlichen Ionenverlust durch jede der verschiedenen Kammern eines Massenspektrometersystems zu transportieren. Häufig wird eine Ionenführung verwendet, um Ionen in dem MS-System in einer definierten Richtung zu bewegen.
  • Ionenführungen verwenden typischerweise elektromagnetische Felder, um die Ionen radial zu begrenzen, während der Ionentransport axial erlaubt oder gefördert wird. Ein Ionenführungstyp erzeugt ein Multipolfeld durch Anlegen einer zeitabhängigen Spannung, die häufig in dem Hochfrequenz- (HF-) Spektrum liegt. Diese sogenannten HF-Multipolionenführungen werden vielfach angewendet beim Übertragen von Ionen zwischen Teilen von MS-Systemen, sowie als Komponenten von Ionenfallen. Häufig werden Ionenführungen auch betrieben bei Vorliegen eines Puffergases, um die Geschwindigkeit von Ionen sowohl in der Axial- als auch der Radialrichtung zu reduzieren. Dieses Reduzieren der Ionengeschwindigkeit in der Axial- und Radialrichtung ist als „Thermalisieren“ oder „Kühlen“ der Ionenpopulationen bekannt, aufgrund mehrerer Kollisionen von Ionen mit neutralen Molekülen des Puffergases und der resultierenden Übertragung kinetischer Energie. Thermalisierte Strahlen, die in der Radialrichtung verdichtet sind, sind sinnvoll beim Verbessern der Ionenübertragung durch Öffnungen des MS-Systems und Reduzieren von Radialgeschwindigkeitsausbreitung in Flugzeit- (TOF = Time of Flight) Instrumenten. HF-Multipolionenführungen erzeugen eine Pseudopotentialmulde, die Ionen innerhalb der Ionenführung einschließt.
  • Strahlbegrenzungsaperturen werden verwendet, um transversale räumliche Breite und Winkelaufweitung (Strahldivergenz) des Ionenstrahls zu begrenzen. Das Begrenzen der räumlichen Breite und Winkelaufweitung des Ionenstrahls ist sinnvoll, da Ionenbahnen, die entweder in der transversalen Position oder der Winkelrichtung zu weit von der Strahlachse abweichen, zu einer Dispersion in dem Massenanalysator führen können. Diese Dispersion in dem Massenanalysator basiert auf Ionenanfangsbedingungen und nicht nur auf der Ionenmasse. Beispielsweise hängt in einem „idealen“ TOF-MS-System die Ionenflugzeit nur von der Ionenmasse ab, da diese die zu messende Größe ist. In der Realität hängt die Flugzeit kaum von der exakten räumlichen Position und Winkelrichtung jedes Ions ab. Die Aufweitung von Positionen und Winkelabweichungen verursacht eine Ausdehnung der Flugzeit und reduziert die Massenauflösung des TOF-MS-Systems. Folglich sind in vielen Massenanalysatoren die Strahlgröße und Winkelaufweitung begrenzt durch einen Satz von zwei aufeinanderfolgenden Aperturen in einer feldfreien Region, manchmal bezeichnet als eine Begrenzungseinrichtung (Slicer), die verhindert, dass Ione außerhalb des annehmbaren Bereichs in den Analysator eindringen.
  • Obwohl Strahlbegrenzungsaperturen sinnvoll sind beim Verbessern der Genauigkeit bei Massenmessungen, haben bekannte MS-Systeme, die Strahlbegrenzungsaperturen in der Ionenführung enthalten, bestimmte Nachteile. Zunächst reduzieren Strahlbegrenzungsaperturen die Gesamtmassenspektrometerempfindlichkeit, indem sie einen wesentlichen Anteil des Ionenstrahls daran hindern, in den Massenanalysator einzudringen. Zweitens können Ionen, die auf die Metalloberfläche auftreffen, die die Strahlbegrenzungsapertur aufweist, die Metalloberfläche im Verlauf der Zeit verunreinigen und die elektrostatischen Felder in der Umgebung verzerren. Diese Feldverzerrung kann die lonenstrahlrichtung ändern, was die Massenauflösung und Empfindlichkeit verschlechtern kann, bewirken kann, dass das System instabil wird und den Strahl insgesamt blockieren kann.
  • Um die Effekte dieser Probleme im Zusammenhang mit der bekannten Begrenzungseinrichtung zu minimieren, ist es wünschenswert, den Ionenstrahl zu formen, so dass ein großer Anteil des Ionenstrahls durch die Aperturen verläuft. Bei bekannten MS-Systemen fokussiert eine Reihe von elektrostatischen Linsen den Ionenstrahl für optimale Kopplung durch die Aperturen der Begrenzungseinrichtung. Bei bekannten MS-Systemen ist jedoch selbst mit optimaler Kopplung die Übertragung durch die Begrenzungseinrichtung durch die Strahlemittanz begrenzt, die definiert ist als das Produkt von räumlicher Größe und Winkelaufweitung des Strahls. Diese fundamentale Begrenzung ist eine direkte Konsequenz der Bewahrung von Phasenraumdichte. Es ist daher wünschenswert, die Strahlemittanz soweit wie möglich zu reduzieren. Strahlhelligkeit (beam brightness), die definiert ist als Ionenstrahlstrom geteilt durch die Strahlemittanz, wird wünschenswerterweise erhöht durch Reduzieren der Strahlemittanz. Bekannte Ionenführungen begrenzen eine niedrige Strahlemittanz jedoch nicht auf geeignete Weise.
  • Bei einer bekannten Gaspuffervorrichtung erreichen Ionen ein ungefähres thermisches Gleichgewicht mit dem Puffergas und werden dann nachfolgend beschleunigt auf zumindest mehrere Elektronenvolt axialer Energie nach dem Verlassen der gasgefüllten Region. Die endgültige Emittanz hat zwei Beiträge, Winkelaufweitung und räumliche Ausbreitung, die beide beeinflusst werden durch den Puffergaskühlungsprozess in der Ionenführung. In dem begrenzenden Fall ist die endgültige Winkelaufweitung einfach gegeben durch das Verhältnis der thermischen Geschwindigkeit zu der axialen Geschwindigkeit, eine Größe, die als thermische Winkelaufweitung bekannt ist. Praktische Vorrichtungen erreichen beinahe die thermische Ausdehnung bei Zimmertemperatur. Bei bekannten Ionenführungen erfordert das weitere Reduzieren der Winkelaufweitung eine teure Kühlung des Puffergases und wird folglich bei Massenspektrometrie selten angewendet.
  • Außerdem, wie oben angemerkt, funktionieren viele Massenspektrometerionenquellen effizient bei vergleichsweise hohem Umgebungsdruck (z.B. nahe 101325 Pa (1 atm (760 Torr))). Im Gegensatz dazu funktionieren die meisten Massenspektrometer bei wesentlich niedrigerem Druck. Beispielsweise liegt der Druck, der in der MS-Vakuumkammer beibehalten wird, zwischen 0,013 Pa (10-4 Torr) bis 1,33·10-6 Pa (10-8 Torr). Ein Übertragen von Ionen von der Ionenquelle zu der Kammer unter Verwendung vieler bekannter Techniken führt zu wesentlichen Ionenverlusten.
  • Obwohl Ionenführungen, wie z.B. bekannte Multipolionenführungen, beim Führen von Ionen in MS-Systemen sinnvoll sind, sind diese bekannten Ionenführungen für die Verwendung bei vergleichsweise hohem Druck (z.B. nahe Atmosphärentemperaturen) nicht praktisch. Genauer gesagt, bei vergleichsweise niedrigem Druck ist Ioneneinschluss unter Verwendung bekannter Ionen-HF-Multpolionenführungen annehmbar. Ioneneinschluss und -führung unter Verwendung bekannter Ionenführungen wird jedoch unannehmbar bei einem Druck über einem bestimmten Druck, der weit unter dem geeigneten Druck für die Ionenquelle liegt.
  • Zwei häufige Probleme begrenzen den maximalen Funktionsdruck für bekannte Ionenführungen. Zunächst sind die Längenskalen oder der Abstand zwischen den Elektroden bekannter Ionenführungen zu groß und als Folge ist der Druck, bei dem ein elektrostatischer Durchbruch auftritt, unannehmbar niedrig. Darüber hinaus kann bei einem höheren Druck die HF-Leistung, die erforderlich ist, um einen geeigneten Ioneneinschluss zu bewirken, für eine praktische Implementierung zu groß sein.
  • Die WO 2012/141771 A1 offenbart Vorrichtungen und Verfahren zur räumlichen Eingrenzung und Führung von Ionen in Gasen, bei denen Elektrodenelemente mit mikroskopischen Zwischenräumen zwischen denselben vorgesehen sind, um durch Anlegen einer Wechselspannung an die Elemente ein oszillierendes elektrisches Feld zu erzeugen.
  • Die US 2004/0135080 A1 offenbart eine quaderförmige Ionenfalle mit geradliniger Geometrie, so dass Arrays mehrerer Ionenfallen erzeugt werden können.
  • Was daher benötigt wird ist eine Vorrichtung, die zumindest die oben beschriebenen Nachteile der bekannten Strukturen überwindet.
  • Die vorliegende Erfindung schafft ein Massenspektrometer nach Anspruch 1. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
  • Figurenliste
  • Die vorliegenden Lehren werden von der folgenden detaillierten Beschreibung im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen am besten verständlich. Die Merkmale sind nicht notwendigerweise maßstabsgerecht gezeichnet. Wo es praktisch ist, beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Merkmale.
    • 1 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm eines MS-Systems gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel.
    • 2 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Ionenführung gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel.
    • 3 zeigt eine Querschnittsansicht einer Ionenführung gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel.
    • 4 zeigt eine Querschnittsansicht einer Ionenführung gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel.
    • 5A zeigt eine Querschnittsansicht einer Ionenführung gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel.
    • 5B zeigt eine perspektivische Ansicht einer Austrittslinse gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel.
    • 6 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Ionenführung gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel.
    • 7 zeigt eine Querschnittsansicht einer Ionenführung gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel.
    • 8 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm eines MS-Systems gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel.
    • 9 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm eines MS-Systems gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel.
    • 10 zeigt eine Querschnittsansicht eines Abschnitts einer Ionenführung gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel.
  • DEFINIERTE TERMINOLOGIE
  • Es ist klar, dass die hierin verwendete Terminologie nur dem Zweck des Beschreibens bestimmter Ausführungsbeispiele dient und nicht begrenzend ist. Die definierten Begriffe sind zusätzlich zu den technischen und wissenschaftlichen Bedeutungen der definierten Begriffe, wie sie üblicherweise auf dem technischen Gebiet der vorliegenden Lehren verstanden und akzeptiert werden.
  • Wie sie in der Beschreibung und angehängten Ansprüchen verwendet werden, umfassen die Begriffe „ein“, „eine“ und „der/die/das“ sowohl Singular als auch Plural, es sei denn, der Zusammenhang gibt dies eindeutig anderweitig vor. Somit umfasst beispielsweise „eine Vorrichtung“ eine Vorrichtung sowie mehrere Vorrichtungen.
  • Wie er hierin verwendet wird, ist der Begriff „Multipolionenführung“ eine Ionenführung, die konfiguriert ist, um ein elektrisches Quadropol- oder Hexapol- oder Oktopol- oder Dekapol- oder ein Feld mit einem Pol höherer Ordnung einzurichten, um Ionen in einem Strahl zu richten.
  • Wie sie in der Beschreibung und anhängigen Ansprüchen verwendet werden, und zusätzlichen zu ihren gewöhnlichen Bedeutungen, bedeuten die Begriffe „im Wesentlichen“ oder „wesentlich“ innerhalb annehmbarer Grenzen oder bis zu einem annehmbaren Grad. Beispielsweise bedeutet „im Wesentlichen aufgehoben“, dass ein Fachmann auf diesem Gebiet die Aufhebung als annehmbar betrachten würde.
  • Wie er in der Beschreibung und den angehängten Ansprüchen verwendet wird, und zusätzlich zu seiner gewöhnlichen Bedeutung bedeutet der Begriff „ungefähr“ innerhalb einer annehmbaren Grenze oder innerhalb eines annehmbaren Betrags für einen Durchschnittsfachmann auf diesem Gebiet. Beispielsweise bedeutet „ungefähr gleich“, dass ein Durchschnittsfachmann auf diesem Gebiet die Elemente als vergleichbar betrachten würde.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • In der folgenden detaillierten Beschreibung werden zu Erklärungs- und nicht zu Begrenzungszwecken darstellende Ausführungsbeispiele, die spezifische Einzelheiten offenbaren, aufgeführt, um ein gründliches Verständnis der vorliegenden Lehren bereitzustellen. Beschreibungen bekannter Systeme, Vorrichtungen, Materialien, Betriebsverfahren und Herstellungsverfahren können ausgelassen werden, um das Behindern der Beschreibung der beispielhaften Ausführungsbeispiele zu vermeiden. Trotzdem können Systeme, Vorrichtungen, Materialien und Verfahren, die innerhalb des Aufgabenbereichs eines Durchschnittsfachmanns auf diesem Gebiet liegen, gemäß den darstellenden Ausführungsbeispielen verwendet werden.
  • 1 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm eines MS-Systems 100 gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel. Das MS-System 100 weist eine Ionenquelle 101, eine Ionenführung 102, eine Kollisionskammer 103, einen Massenanalysator 104 und einen Ionendetektor 105 auf. Die Ionenquelle 101 kann eine einer Anzahl bekannter Ionenquellentypen sein. Der Massenanalysator 104 kann einer einer Vielzahl bekannter Massenanalysatoren sein, einschließlich, aber nicht begrenzt auf ein Flugzeit- (TOF-) Instrument, einen Fouriertransformation-MS-Analysator (FTMS), eine Ionenfalle, einen Quadrupol-Massenanalysator oder einen Magnetsektoranalysator. Gleichartig dazu ist der Ionendetektor 105 einer einer Vielzahl bekannter Ionendetektoren.
  • Die Ionenführung 102 wird nachfolgend in Verbindung mit darstellenden Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Die Ionenführung 102 kann in der Kollisionskammer 103 vorgesehen sein, die konfiguriert ist, um eine oder mehrere Druckübergangsstufen bereitzustellen, die zwischen der Ionenquelle 101 und dem Massenanalysator 104 liegen. Da die Ionenquelle 101 normalerweise bei oder nahe dem Atmosphärendruck gehalten wird, und der Massenanalysator 104 normalerweise bei vergleichsweise hohem Vakuum gehalten wird, kann die Ionenführung 102 gemäß darstellenden Ausführungsbeispielen konfiguriert sein, um von einem vergleichsweise hohen Druck zu einem vergleichsweise niedrigen Druck überzugehen. Die Ionenquelle 101 kann eine einer Vielzahl bekannter Ionenquellen sein, und kann zusätzliche Ionenmanipulationsvorrichtungen und Vakuumpartitionen umfassen, einschließlich, aber nicht begrenzt auf, Skimmer, Multipole, Aperturen, Kleindurchmesserleitungen und Ionenoptik. Bei einem darstellenden Ausführungsbeispiel umfasst die Ionenquelle 101 ihr eigenes Massenfilter und die Kollisionskammer 103 kann in einer Kammer (nicht gezeigt) vorgesehen sein. Bei Massenspektrometersystemen, die die Kollisionskammer 103 aufweisen, die die Ionenführung 102 umfasst, kann ein neutrales Gas in die enthaltene Kollisionskammer 103 eingeführt werden, um eine Fragmentierung von Ionen zu ermöglichen, die sich durch die Ionenführung 102 bewegen. Eine solche Kollisionszelle, die bei mehreren Masse/Ladungsanalysesystemen verwendet wird, ist in der Technik als „Tripel-Quadrupol-“ oder einfach „QQQ“-System bekannt.
  • Bei alternativen Ausführungsbeispielen ist die Kollisionszelle in der Quelle enthalten und die Ionenführung 102 ist in ihrer eigenen Kollisionskammer 103. Bei noch einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die Kollisionszelle und die Ionenführung 102 getrennte Vorrichtungen in der gleichen Kollisionskammer 103.
  • Bei der Verwendung werden Ionen (deren Weg derjenige ist, der durch die Pfeile gezeigt ist), die in der Ionenquelle 101 erzeugt werden, zu der Ionenführung 102 geliefert. Die Ionenführung 102 bewegt die Ionen und bildet einen vergleichsweise begrenzten Strahl mit einem definierten Phasenraum, bestimmt durch die Auswahl verschiedener Führungsparameter, wie es nachfolgend näher beschrieben ist. Der Ionenstrahl tritt aus der Ionenführung 102 aus und wird in den Massenanalysator 104 eingeführt, wo Ionentrennung auftritt. Die Ionen verlaufen von dem Massenanalysator 104 zu dem Ionendetektor 105, wo die Ionen erfasst werden.
  • 2 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Ionenführung 200 gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel. Die Ionenführung 200 weist ein erstes Substrat 201 auf, das eine erste Mehrzahl von Elektroden 202 aufweist, die über demselben angeordnet sind, und ein zweites Substrat 203, das dem ersten Substrat 201 gegenüberliegt und eine zweite Mehrzahl von Elektroden (in 2 nicht gezeigt) aufweist, die über demselben angeordnet sind. Für die Beschreibung sind das erste und zweite Substrat 201, 203 getrennt von den jeweiligen Basen 204, 205 gezeigt. Das erste Substrat 201 liegt dem zweiten Substrat 203 gegenüber, wobei jeweilige erste und zweite Mehrzahl von Elektroden auf eine gegenüberliegende Weise angeordnet sind. Daher liegt die erste Mehrzahl von Elektroden 202 der zweiten Mehrzahl von Elektroden gegenüber, was in 2 nicht zu sehen ist. Bei bestimmten Ausführungsbeispielen ist ein drittes Substrat 206, das eine dritte Mehrzahl von Elektroden 207 aufweist, über einer Seitenwand 208 der Ionenführung 200 angeordnet. Das dritte Substrat 206 ist im Wesentlichen orthogonal zu den Ebenen des ersten und zweiten Substrats 201, 203 ausgerichtet. Ein viertes Substrat (nicht gezeigt), das eine vierte Mehrzahl von Elektroden (nicht gezeigt) aufweist, ist gegenüber dem dritten Substrat 206 angeordnet, und parallel zu der Ebene des dritten Substrats 206, um die vier Seiten der Ionenführung 200 zu vervollständigen. Bei bestimmten Ausführungsbeispielen weisen das dritte Substrat 206 und das vierte Substrat (nicht gezeigt) statt einer Mehrzahl von Elektroden ein elektrisch leitfähiges Material auf, das über den jeweiligen gesamten Oberflächen angeordnet ist. Es ist anzumerken, dass die Seitenwände (z.B. Seitenwand 208) elektrisch isolierendes Material aufweisen können, mit einer elektrisch leitfähigen Schicht oder strukturierten Elektroden, die aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet sind, darauf angeordnet. Alternativ können die Seitenwände auch aus elektrisch leitfähigem Material hergestellt sein.
  • Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind das erste bis vierte Substrat getrennte Elemente, die getrennt von und über jeweiligen Basen und Seitenwänden angeordnet sind. Dies ist jedoch nicht wesentlich und es wird in Betracht gezogen, dass die Mehrzahl von Elektroden direkt auf jeweiligen Basen und Seitenwänden der Ionenführung 200 gebildet sind. Bei einem darstellenden Ausführungsbeispiel weisen das erste Substrat 201, das zweite Substrat 203, das dritte Substrat 206 und das vierte Substrat (nicht gezeigt) jeweils ein dielektrisches Material auf, und die erste bis vierte Mehrzahl von Elektroden, die über demselben angeordnet sind, weisen jeweils ein elektrisch leitfähiges Material auf, wie z.B. ein Metall oder eine Legierung. Die Elektroden können eine Mehrzahl von Schichten des elektrisch leitfähigen Materials aufweisen. Bei einem darstellenden Ausführungsbeispiel können das erste bis vierte Substrat, die die erste bis vierte Mehrzahl von Elektroden aufweisen, so sein wie es in der US 5 572 035 A beschrieben ist, dessen Offenbarung hierin durch Bezugnahme ausdrücklich aufgenommen ist.
  • Darstellenderweise haben die erste bis vierte Mehrzahl von Elektroden eine Breite von etwa 5 µm bis etwa 500 µm, eine Dicke von etwa 0,1 µm bis etwa 50 µm und einen Abstand von etwa 10 µm bis etwa 1000 µm. Vorteilhafterweise sind die erste bis vierte Mehrzahl von Elektroden anpassbar an bekannte Kleinabmessungsherstellungsverfahren, die in der Mikroelektronikindustrie üblich sind.
  • Viele Optionen zum Herstellen der Elektroden sind verfügbar. Fotolithographie und physikalische oder chemische Aufbringungsverfahren, die üblicherweise beim Aufbau von elektronischen und Halbleiterschaltungen verwendet werden, könnten verwendet werden, um die Elektroden zu strukturieren. Zusätzlich können auch getrennte gestapelte Platten mit zunehmend kleineren Löchern verwendet werden. Beispielsweise können fotolithographische und physikalische oder chemische Aufbringungsverfahren, die üblicherweise bei der Herstellung von Elektronik-, Mikroelektronik- oder Halbleiterstrukturen verwendet werden, verwendet werden, um die eng und sehr eng beabstandeten Elektroden (z.B. erste Mehrzahl von Elektroden 202) der darstellenden Ausführungsbeispiele herzustellen. Verfahren zum Aufbringen der Elektroden, die bei der Herstellung integrierter Schaltungen bekannt sind (z.B. bekannte Dünn- und Dickfilmaufbringung auf Halbleiter- oder Isolier-Substraten) werden in Betracht gezogen. Folglich, und wie es nachfolgend beschrieben ist, kann ein gewünschter Grad an Ionenstrahleinschluss und verbesserter Massenbereichsübertragung mit der Ionenführung 200 realisiert werden, die Elektroden aufweist, die unter Verwendung bekannter Verfahren hergestellt sind.
  • Das erste Substrat 201 und das zweite Substrat 203 bilden Seiten einer ersten Öffnung an einem ersten Ende 209 der Ionenführung 200 und Seiten einer zweiten Öffnung an einem zweiten Ende 210 der Ionenführung 200.
  • Die erste bis vierte Mehrzahl von Elektroden sind im Wesentlichen parallel auf ihren jeweiligen Substraten und sind selektiv mit einer Leistungsversorgung/Spannungsquelle (in 2 nicht gezeigt) verbunden, die konfiguriert ist, um entgegengesetzte Phasen einer zeitabhängigen Spannung (z.B. Hochfrequenz-(HF-)Spannung) an benachbarte Paare der ersten Mehrzahl von Elektroden 202, zwischen benachbarte Paare der zweiten Mehrzahl von Elektroden (nicht gezeigt), zwischen benachbarte Paare der dritten Mehrzahl von Elektroden 207 und zwischen benachbarte Paare der vierten Mehrzahl von Elektroden (nicht gezeigt) anzulegen, um ein ioneneinschließendes elektrodynamisches Feld in einer Region 211 zwischen dem ersten bis vierten Substrat zu erzeugen. Das einschließende elektrodynamische Feld reflektiert die Ionen zurück zu der Mitte der Region 211 und schließt dadurch die Ionen ein, während dieselben zwischen dem ersten Ende 209 und dem zweiten Ende 210 der Ionenführung 200 verlaufen. Es wird betont, dass die zeitabhängige Spannung bei bestimmten Ausführungsbeispielen nur zwischen die ausgewählte Mehrzahl von Elektroden von gegenüberliegenden Paaren des ersten bis vierten Substrats angelegt wird. Beispielsweise kann die zeitabhängige Spannung nur an die erste Mehrzahl von Elektroden 202 des ersten Substrats 201 und die zweite Mehrzahl von Elektroden des zweiten Substrats 203 angelegt werden.
  • Die Wechselspannung ist eine HF-Spannung, die zwischen benachbarte Paare von Elektroden von jeder der ersten bis vierten Mehrzahl angelegt wird und erzeugt ein elektrodynamisches Feld in der Region 211. Wie es nachfolgend beschrieben ist, kann sich die Amplitude der HF-Spannung entlang der Längen (parallel zu der z-Richtung des dargestellten Koordinatensystems) der jeweiligen der ersten bis vierten Mehrzahl von Elektroden verändern, um bestimmte gewünschte Ergebnisse zu erreichen. Alternativ wird die Amplitude etwa konstant gehalten zwischen jeder der ersten bis vierten Mehrzahl von Elektroden entlang ihren jeweiligen Längen. Bei einem darstellenden Ausführungsbeispiel hat die HF-Spannung typischerweise eine Frequenz (ω) in dem Bereich von etwa 1,0 MHz bis etwa 100,0 MHz. Die Frequenz ist einer einer Anzahl von Ionenführungsparametern, die sinnvoll sind beim Erreichen einer effizienten Strahlverdichtung und eines effizienten Massenbereichs von Analyten. Außerdem, und wie es nachfolgend näher beschrieben ist, wird auch eine Gleichspannung angelegt und erzeugt eine elektrische Potentialdifferenz, um Ionen in der z-Richtung zu führen. Wie es nachfolgend näher beschrieben ist, hebt die Potentialdifferenz sinnvollerweise eine Potentialbarriere auf, die durch das elektrodynamische Feld erzeugt wird, und dient dazu, die Ionen von dem Eingang zu dem Ausgang der Ionenführung 200 zu zwingen. Darüber hinaus ermöglicht es die Potentialdifferenz den Ionen, jeden Widerstand aufgrund von Puffergas in der Ionenführung 200 zu überwinden.
  • Die vergleichsweise kleine Breite und der kleine Abstand der ersten Mehrzahl von Elektroden 202, der zweiten Mehrzahl von Elektroden (nicht gezeigt) und optional der dritten Mehrzahl von Elektroden 207 und der vierten Mehrzahl von Elektroden (nicht gezeigt) führt vorteilhafterweise zu einem HF-Feld, das vergleichsweise „nahe“ zu den Elektroden und dem jeweiligen ersten, zweiten und dritten Substrat 201, 203, 206 gehalten wird. Daher ist das HF-Feld, das durch die HF-Spannung erzeugt wird, die an die erste Mehrzahl von Elektroden 202, die zweite Mehrzahl von Elektroden (nicht gezeigt) und optional die dritte Mehrzahl von Elektroden 207 und die vierte Mehrzahl von Elektroden (nicht gezeigt) angelegt wird, an der Achse 214 unbedeutend. Dies verhindert die Einrichtung eines reflektierenden HF-Felds an dem zweiten Ende 210 und die unerwünschte Reflexion der Ionen an dem zweiten Ende 210 weg von dem zweiten Ende 210 und zu dem ersten Ende 209 der Ionenführung 300 hin (d.h. in der -z-Richtung des Koordinatensystems, das in 2 dargestellt ist).
  • Wie es nachfolgend näher beschrieben ist, ist eine Leistungsversorgung/Spannungsquelle selektiv mit den Elektroden des ersten bis vierten Substrats verbunden, um einen Gleichspannungsabfall zwischen dem ersten Ende 209 und dem zweiten Ende 210 einzurichten, um eine Drift von Ionen von dem ersten Ende 209 und dem zweiten Ende 210 der Ionenführung 200 zu bewirken. Falls alternativ das dritte Substrat 206 und das vierte Substrat (nicht gezeigt) mit einer elektrisch leitfähigen Schicht bedeckt sind, kann die Leistungsversorgung mit diesen leitfähigen Schichten verbunden sein, um einen Gleichspannungsabfall zwischen dem ersten Ende 209 und dem zweiten Ende 210 einzurichten. Allgemeiner gesagt kann die Gleichspannung nur zwischen der ausgewählten Mehrzahl von Elektroden von gegenüberliegenden Paaren von Elektroden des ersten bis vierten Substrats angelegt werden. Beispielsweise kann die Gleichspannung nur an die dritte Mehrzahl von Elektroden (oder die elektrisch leitfähige Schicht) 207 des dritten Substrats 206 und die vierte Mehrzahl von Elektroden (oder elektrisch leitfähige Schicht) des vierten Substrats (nicht gezeigt) angelegt werden.
  • Es ist anzumerken, dass der Gleichspannungspegel, der an die Mehrzahl von Elektroden (oder elektrisch leitfähige Schichten, je nachdem) des ersten bis vierten Substrats an dem ersten Ende 209 angelegt wird, nicht der gleiche ist wie der Gleichspannungspegel, der an die Mehrzahl von Elektroden des ersten bis vierten Substrats an dem zweiten Ende 210 angelegt wird, um ein elektrisches Gleichfeld und einen Potentialabfall zwischen dem ersten Ende 209 und dem zweiten Ende 210 der Ionenführung 200 bereitzustellen. Bei darstellenden Ausführungsbeispielen ist die Gleichspannungsdifferenz ausgewählt, um alle elektrischen Potentialbarrieren aufzuheben, die durch das elektrische HF-Feld erzeugt werden, und um Ionenstillstand aufgrund von Ionenkollisionen mit einem Puffergas (nicht gezeigt) in der Ionenführung 200 zu überwinden, wodurch die Ionen von dem ersten Ende 209 zu dem zweiten Ende 210 der Ionenführung 200 gezwungen werden.
  • Bei bestimmten Ausführungsbeispielen sind das erste und zweite Substrat 201, 203 nach unten „gekippt“, um eine Verjüngung in der Ionenführung 200 zu erzeugen, wie es in 2 dargestellt ist. Darstellenderweise sind das erste und zweite Substrat 201, 203 in einem vergleichsweise flachen Winkel relativ zu der Achse 214 angeordnet. Darstellenderweise sind das erste und zweite Substrat 201, 203 in einem Winkel von etwa 0,5° bis etwa 10° relativ zu der Achse 214 angeordnet. Es ist klar, dass die Höhe (z-Richtung in der Koordinatenachse von 2) des dritten Substrats 206 und die Höhe des vierten Substrats (nicht gezeigt) an dem zweiten Ende 210 kleiner sind als an dem ersten Ende 209, um diese Verjüngung aufzunehmen. Die Verjüngung stellt eine Öffnung der Ionenführung 200 an dem zweiten Ende 210 bereit mit einer Fläche, die geringer ist als diejenige einer Öffnung an dem ersten Ende 209 der Ionenführung 200.
  • Wie es nachfolgend näher beschrieben ist, dient die Verjüngung zusammen mit dem einschließenden elektrischen Feld, das durch die HF-Spannung bereitgestellt wird, dazu, die Ionen weiter einzuschließen während ihres Verlaufs zwischen dem ersten Ende 209 und dem zweiten Ende 210 und die Strahlemittanz der Ionenführung 200 zu reduzieren.
  • Bei dem in 2 dargestellten Koordinatensystem sind die erste und zweite Mehrzahl des ersten und zweiten Substrats 201, 203 in einer Ebene angeordnet, die orthogonal zu der x-z-Ebene des in 2 dargestellten Koordinatensystems ist. Im Gegensatz dazu sind die dritte Mehrzahl von Elektroden 207 des dritten Substrats 206 und die vierte Mehrzahl von Elektroden (nicht gezeigt) des vierten Substrats (nicht gezeigt) jeweils in der x-z-Ebene des Koordinatensystems von 2 angeordnet.
  • Bei dem aktuell beschriebenen darstellenden Ausführungsbeispiel ist die Ionenführung 200 an dem ersten Ende 209 mit einer Multipolionenführung 212 gekoppelt. Die Multipolionenführung 212 weist eine Mehrzahl von Stäben 213 auf, in einer konvergierenden Anordnung mit einem Eingang (nicht gezeigt) und einem Ausgang an einem distalen Ende des Eingangs und unmittelbar benachbart zu dem ersten Ende 209 der Ionenführung 200. Bei einem darstellenden Ausführungsbeispiel, das nachfolgend näher beschrieben ist, sind die Stäbe 213 um eine Achse 214 herum angeordnet, die parallel zu der z-Achse in dem gezeigten Koordinatensystem ist und zwischen dem ersten und zweiten Substrat 201, 203 liegt.
  • Bei einem darstellenden Ausführungsbeispiel bestehen die Stäbe 213 aus isolierendem Material, das Keramik oder ein anderes geeignetes Material sein kann. Die Stäbe 213 weisen auch eine resistive äußere Schicht (nicht gezeigt) auf. Die resistive äußere Schicht ermöglicht das Anlegen einer Gleichspannungsdifferenz zwischen den jeweiligen ersten Enden und den jeweiligen zweiten Enden der Stäbe 213. Bei einem Ausführungsbeispiel können die Stäbe 213 so konfiguriert sein, wie es in der US 2010/0301210 A1 beschrieben ist. Zusätzlich können die Stäbe 213 so sein, wie es in der US 7 064 322 B2 beschrieben ist. Die gesamten Offenbarungen der Patentanmeldungsveröffentlichung an Bertsch u.a. und des Patents an Crawford u.a., auf die hierin Bezug genommen wird, sind hierin ausdrücklich durch Bezugnahme und für alle Bereiche aufgenommen. Die Stäbe 213 können eine leitende innere Schicht und eine resistive äußere Schicht aufweisen, die jeden der Stäbe 213 konfigurieren als einem verteilten Kondensator zum Liefern der HF-Spannung an die resistive Schicht von jedem der Stäbe 213. Die innere leitfähige Schicht liefert die HF-Spannung durch eine dünne Isolierungsschicht (nicht gezeigt) an die resistive Schicht. Eine solche Konfiguration ist in der aufgenommenen Bezugnahme auf Crawford u.a. beschrieben und dient dazu, schädliches Erwärmen der Stäbe 213 zu reduzieren, das sich aus induzierten Strömen der HF-Felder ergibt.
  • Die Multipolionenführung 212 liefert eine erste Einschlußstufe für Ionen, die an dem ersten Ende 209 der Ionenführung 200 eindringen. Wie es nachfolgend näher beschrieben ist, wird durch eine Kombination von Ioneneinschluß durch die elektrodynamischen Felder, die durch die Ionenführung eingerichtet werden, und Kühlen der Ionen, während dieselben zwischen dem ersten Ende 209 und dem zweiten Ende 210 der Ionenführung 200 verlaufen, ein Ionenstrahl, der vergleichsweise stärker eingeschlossen („heller“) ist mit einem vergleichsweise großen Massenbereich realisiert. Darstellenderweise schließt die Ionenführung 200 den Ionenstrahl innerhalb eines Bereichs von 15 µm bis etwa 150 µm ein für Massen, die von etwa 8,3·10-26 kg (50 amu) bis etwa 4,98162·10-24 kg (3000 amu) reichen.
  • 3 zeigt eine Querschnittsansicht einer Ionenführung 300 gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel. Viele Einzelheiten der Komponenten und deren Materialien und Funktion sind ähnlich, wenn nicht sogar identisch zu/mit der oben präsentierten Beschreibung der Ionenführung 200. Diese gemeinsamen Einzelheiten werden nicht wiederholt, um ein Behindern der Beschreibung des aktuell beschriebenen Ausführungsbeispiels zu vermeiden.
  • Die Ionenführung 300 weist ein erstes Substrat 301 auf, das eine erste Mehrzahl von Elektroden 302 aufweist, die über demselben angeordnet sind, und ein zweites Substrat 303, das dem ersten Substrat 301 gegenüberliegt und eine zweite Mehrzahl von Elektroden 304 aufweist, die über demselben angeordnet sind. Das erste Substrat 301 ist über der Basis 204 vorgesehen und das zweite Substrat 303 ist über der Basis 205 angeordnet. Die jeweilige erste und zweite Mehrzahl von Elektroden 302, 304 sind auf eine gegenüberliegende Weise angeordnet. Es ist jedoch anzumerken, dass die erste und zweite Mehrzahl von Elektroden 302, 304 in einer Richtung ausgerichtet sind, die orthogonal zu der Ausrichtung der Mehrzahl von Elektroden ist, die in Verbindung mit den Ausführungsbeispielen von 2 beschrieben sind. Genauer gesagt, die erste und zweite Mehrzahl von Elektroden 302, 304 sind im Wesentlichen senkrecht zu der x-z-Ebene (d.h. parallel zu der y-Richtung) des in 3 dargestellten Koordinatensystems. Bei bestimmten Ausführungsbeispielen ist ein drittes Substrat 305 über einer Seitenwand (in 3 nicht gezeigt) der Ionenführung 300 angeordnet und ist im Wesentlichen orthogonal zu den Ebenen des ersten und zweiten Substrats 201, 203 ausgerichtet. Ein viertes Substrat (nicht gezeigt), das eine vierte Mehrzahl von Elektroden (nicht gezeigt) aufweist, ist gegenüber dem dritten Substrat 305 angeordnet und parallel zu der Ebene des dritten Substrats 305, um vier Seiten der Ionenführung 200 zu vervollständigen. Darstellenderweise weist das dritte Substrat 305 eine elektrisch leitfähige Schicht 306 auf, die über der gesamten Oberfläche angeordnet ist. Gleichartig dazu weist das vierte Substrat (nicht gezeigt) ein elektrisch leitfähiges Material (nicht gezeigt) auf, das über seiner gesamten Oberfläche angeordnet ist. Alternativ weist das dritte Substrat 305 eine dritte Mehrzahl von Elektroden (nicht gezeigt) und eine vierte Mehrzahl von Elektroden (nicht gezeigt) auf, die auf gegenüberliegende Weise angeordnet sind, wie es in Verbindung mit den Ausführungsbeispielen von 2 beschrieben ist.
  • Eine Leistungsversorgung 307 ist selektiv verbunden, um der Ionenführung 300 eine HF-Spannung und eine Gleichspannung bereitzustellen. Bei einem darstellenden Ausführungsbeispiel ist die HF-Spannung zwischen benachbarten Paaren von Elektroden von jeder der ersten und zweiten Mehrzahl von Elektroden 302, 304 angelegt, um ein elektrodynamisches Feld zu erzeugen, das in einer Region 308 zwischen der ersten und zweiten Mehrzahl von Elektroden 302, 304 Äquipotentiallinien 309 aufweist. Falls gleichartig dazu eine dritte und vierte Mehrzahl von Elektroden auf dem dritten Substrat 305 und dem vierten Substrat (nicht gezeigt) enthalten wären, wie es durch ein darstellendes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Lehren in Betracht gezogen wird, würde die Leistungsversorgung 307 selektiv verbunden sein, um eine HF-Spannung bereitzustellen, die zwischen benachbarten Paaren von Elektroden angelegt ist, die auf dem dritten und vierten Substrat (nicht gezeigt) angeordnet sind, und erzeugt ein elektrodynamisches Feld, das in der Region 308 Äquipotentiallinien 309 aufweist.
  • Die vergleichsweise geringe Breite und der vergleichsweise kleine Abstand der ersten und zweiten Mehrzahl von Elektroden 302, 304 führt vorteilhafterweise zu einem HF-Feld, das vergleichsweise „nahe“ zu den Elektroden und ihren jeweiligen Substraten gehalten wird. Daher ist das HF-Feld, das durch die HF-Spannung erzeugt wird, die an die erste und zweite Mehrzahl von Elektroden 302, 304 (und optional die dritte und vierte Mehrzahl von Elektroden) angelegt wird, an der Achse 214 unbedeutend. Dies verhindert eine Reflexion der Ionen an dem zweiten Ende 210 weg von dem zweiten Ende 210 und zu dem ersten Ende 209 der Ionenführung 300 hin (d.h. in der -z-Richtung des in 3 dargestellten Koordinatensystems).
  • Das HF-Feld, das durch das Anlegen der HF-Spannung an die erste und zweite Mehrzahl von Elektroden 302, 304 in der Region 308 erzeugt wird, ist konfiguriert, um Ionen weg von dem ersten und zweiten Substrat 301, 303 zu reflektieren oder abzustoßen. Gleichartig dazu, falls eine dritte und vierte Mehrzahl von Elektroden (nicht gezeigt) auf die oben beschriebene gegenüberliegende Weise vorgesehen sind, ist das HF-Feld, das durch das Anlegen der HF-Spannung an die dritte und vierte Mehrzahl von Elektroden (nicht gezeigt) in der Region 308 erzeugt wird, konfiguriert, um Ionen weg von dem dritten Substrat 305 und dem vierten Substrat (nicht gezeigt) zu reflektieren oder abzustoßen. Dieses Abstoßen von Ionen dient dazu, Ionen in der Region 308 einzuschließen.
  • Bei einem darstellenden Ausführungsbeispiel wird die Gleichspannung durch die Leistungsversorgung 307 an die erste Mehrzahl von Elektroden 302 und die zweite Mehrzahl von Elektroden 304 angelegt, auf eine Weise, um eine Gleichspannungspotentialdifferenz zu erzeugen, die zwischen dem ersten Ende 209 und dem zweiten Ende 210 der Ionenführung 300 erzeugt wird. Falls gleichartig dazu eine dritte und vierte Mehrzahl von Elektroden (nicht gezeigt) in der oben beschriebenen gegenüberliegenden Weise vorgesehen sind, wird durch das Anlegen der Gleichspannung an die dritte und vierte Mehrzahl von Elektroden (nicht gezeigt) in der Region 308 ein Gleichspannungsfeld erzeugt.
  • Bei einem weiteren darstellenden Ausführungsbeispiel weist das dritte Substrat 305 eine elektrisch leitfähige Schicht 306 auf, und das vierte Substrat (nicht gezeigt) weist ein elektrisch resistives Material (nicht gezeigt) auf, das über den jeweiligen gesamten Oberflächen angeordnet ist. Die Gleichspannung wird durch die Leistungsversorgung 307 an die elektrisch leitfähigen Schichten auf eine Weise angelegt, um eine Gleichspannungspotentialdifferenz zwischen dem ersten Ende 209 und dem zweiten Ende 210 der Ionenführung 300 zu erzeugen.
  • Die Gleichspannungspotentialdifferenz, die selektiv an die Mehrzahl von Elektroden (z.B. erste und zweite Mehrzahl von Elektroden 302, 304) oder die elektrisch leitfähigen Schichten (z.B. elektrisch leitfähige Schicht 306) angelegt wird, führt zu einer elektrostatischen (Gleichspannungs-) Kraft auf Ionen zwischen dem ersten Ende 209 und dem zweiten Ende 210 entlang der Länge (d.h. z-Richtung in dem in 3 dargestellten Koordinatensystem). Die Gleichspannungskraft, die durch die angelegte Gleichspannung bereitgestellt wird, dient dazu, Ionen von dem ersten Ende 209 zu dem zweiten Ende 210 der lonenführung 300 zu führen.
  • Ionen, die in das erste Ende 209 der Ionenführung 300 eingeführt werden, werden durch das HF-Feld reflektiert, und gleichzeitig den Drift-Kräften unterzogen aufgrund des Gleichspannungspotentials, das die Ionen zu dem zweiten Ende 210 der Ionenführung 300 treibt. Aufgrund der Verjüngung der Ionenführung 300 zwischen dem ersten Ende 209 und dem zweiten Ende 210 und der Reflexion der Ionen durch das HF-Feld weg von den Seitenwänden und den Basen 204, 205 sind die Ionen in der Region 308 an dem zweiten Ende 210 stärker eingeschlossen als an dem ersten Ende 209. Obwohl der erhöhte Einschluss dazu dient, die Energiespreizung oder Ausbreitung der Ionen an dem zweiten Ende 210 zu erhöhen, wie es nachfolgend näher beschrieben wird, dient die Aufnahme eines Puffergases in der Region 308 dazu, die erhöhte Energieausbreitung zu dämpfen, was zu einem Anstieg der Helligkeit oder äquivalent einer Reduktion der Emittanz in dem verdichteten Ionenstrahl führt. Letztendlich hat der Ionenstrahl, der an dem zweiten Ende 210 bereitgestellt wird, eine Helligkeit, die etwa eine Größenordnung beträgt im Vergleich zu Ionenstrahlen, die durch bekannte Ionenführungen realisiert werden.
  • 4 zeigt eine Querschnittsansicht einer Ionenführung 400 gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel. Viele Einzelheiten der Komponenten und deren Materialien und Funktionen sind ähnlich, wenn nicht sogar identisch wie/mit denjenigen, die oben bei der Beschreibung der Ionenführungen 200, 300 präsentiert werden. Diese gemeinsamen Einzelheiten werden nicht wiederholt, um ein Behindern der Beschreibung des aktuell beschriebenen Ausführungsbeispiels zu verhindern.
  • Die Ionenführung 400 weist eine erste Mehrzahl von Elektroden 302 und eine zweite Mehrzahl von Elektroden 304 auf, die einander gegenüberliegen. Die erste und zweite Mehrzahl von Elektroden 302, 304 sind in einem vergleichsweise flachen Winkel, darstellend etwa 0,5° bis etwa 10° relativ zu der Achse 214. Der spitze Winkel ermöglicht es dem Puffergas, die erhöhte transversale kinetische Energieausbreitung fortlaufend zu unterdrücken, die sich aus der fortlaufenden räumlichen Größenreduktion ergibt, die durch die Verjüngung der Ionenführung 400 zwischen dem ersten Ende 209 und dem zweiten Ende 210 verursacht wird.
  • Darstellenderweise sind die erste und zweite Mehrzahl von Elektroden 302, 304 orthogonal zu der x-z-Ebene in dem in 4 dargestellten Koordinatensystem ausgerichtet. Alternativ könnten die erste und zweite Mehrzahl von Elektroden so angeordnet sein wie es oben in Verbindung mit den Lehren von 2 beschrieben ist. Darüber hinaus könnte die Ionenführung 400 auch ein drittes und viertes Substrat (in 4 nicht gezeigt) aufweisen, die in der x-z-Ebene ausgerichtet sind und entweder eine dritte oder vierte Mehrzahl von Elektroden (nicht gezeigt) aufweisen oder im Wesentlichen durch elektrisch leitfähige Schichten bedeckt sind, wie es oben beschrieben ist.
  • Die Ionenführung 400 weist eine Endwand 401 auf, die an dem zweiten Ende 210 angeordnet ist. Die Endwand 401 weist eine Apertur 402 auf, durch die Ionen verlaufen auf das Verlassen der Ionenführung 400 hin. Bei einem darstellenden Ausführungsbeispiel weist die Endwand 401 eine Apertur 402 auf, durch die Ionen verlaufen nach dem Einschluss durch die Ionenführung 300 und Kühlen durch ein Puffergas, das in der Region 403 zwischen der ersten und zweiten Mehrzahl von Elektroden 302, 304 vorgesehen ist.
  • Bei einem darstellenden Ausführungsbeispiel ist das Seitenverhältnis (Verhältnis der y-Abmessung zu der x-Abmessung in dem dargestellten Koordinatensystem) der Apertur 420 vergleichsweise klein. Dies stellt einen Ionenstrahl an dem Ausgang der Apertur 402 bereit, die anisotrop ist. Eine anisotrope Apertur ist in MS-Systemen wünschenswert, wo nur eine der Querachsen (z.B. y-Achse bei dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel) empfindlich ist gegenüber Strahlgröße und -divergenz. Indem es den Ionen ermöglicht wird, die unempfindliche Querrichtung zu füllen, ist die Ionenladungsdichte reduziert und folglich sind die Effekte einer unerwünschten Ion-Ion-Abstoßung reduziert. Darstellenderweise beträgt das Seitenverhältnis (x/y) etwa 0,01 zu etwa 1,0.
  • Beim Betrieb werden Ionen an dem ersten Ende 209 eingeführt und verlaufen entlang Bahnen (z.B. Bahn 405) in 4. Die Ionen werden durch das HF-Feld, das durch die erste und zweite Mehrzahl von Elektroden 302, 304 bereitgestellt wird, reflektiert (z.B. an den Stellen 406 und 407. Gleichzeitig werden die Ionen zwischen dem ersten Ende 209 und dem zweiten Ende 210 der Ionenführung 400 einem Gleichspannungspotential unterzogen. Dieses Gleichspannungspotential richtet die Ionen in der z-Richtung zu der Apertur 402.
  • Während sich die Ionen dem zweiten Ende 210 nähern, ist die Trennung (x-Richtung) zwischen der ersten Mehrzahl von Elektroden 302 und der zweiten Mehrzahl von Elektroden 304 reduziert aufgrund der Verjüngung der Ionenführung 400, und die Reflexionen durch die erste Mehrzahl von Elektroden 302 und die zweite Mehrzahl von Elektroden 304 treffen in einem flacheren Winkel relativ zu den jeweiligen Normalenvektoren auf die erste und zweite Mehrzahl von Elektroden 302, 304 auf und werden durch dieselben reflektiert. Daher sind im Vergleich zu der Reflexion an der Stelle 406, die Reflexionswinkel (relativ zu der Normalen) der Ionen durch die erste und zweite Mehrzahl von Elektroden 302, 304 kleiner. Dies führt zu einem vergleichsweisen Anstieg bei der transversalen kinetischen Energie der Ionen an dem zweiten Ende 210 im Vergleich zu dem ersten Ende 209 der Ionenführung 400. Genauer gesagt, der Einschluss durch Reflexion der Ionen, während dieselben von dem ersten Ende 209 und dem zweiten Ende 210 der Ionenführung 400 verlaufen, führt zu einem Anstieg bei deren Geschwindigkeitskomponenten in der x-Richtung und in der y-Richtung des Koordinatensystems von 4. Der Anstieg bei den transversalen (x, y) Geschwindigkeitskomponenten der Ionen, während dieselben von dem ersten Ende 209 zu dem zweiten Ende 210 der Ionenführung 400 verlaufen, führt zu einem entsprechenden Anstieg bei ihrer kinetischen Energie in den Quer- (x und y) Richtungen des in 4 dargestellten Koordinatensystems. Dieser Anstieg bei den transversalen Komponenten der kinetischen Energie würde normalerweise die Divergenz des Ionenstrahls auf das Verlassen der Apertur 402 hin erhöhen. Die Aufnahme des Puffergases zwischen der ersten und zweiten Mehrzahl von Elektroden 302, 304 dient jedoch dazu, die transversalen Komponenten der Geschwindigkeit (und kinetischen Energie) der Ionen in der transversalen Richtung zu reduzieren. Als Folge des Stoß-„Kühlens“ oder „Thermalisierens“ der Ionen, die durch das Puffergas bereitgestellt werden, ist der Ionenstrahl, der von der Apertur 402 austritt, „heller“ (d.h. stärker eingeschlossen mit einer vergleichbaren Winkeldivergenz) als einer, der durch bekannte Ionenführungen bereitgestellt wird. Vorteilhafterweise hat der Ionenstrahl, der von der Apertur 402 austritt, eine ausreichend niedrige Emittanz, um durch eine Begrenzungseinrichtung (nicht gezeigt) zu verlaufen. Wie bekannt ist, ist die Emittanz definiert als Produkt von Strahlraumgröße und Winkelaufweitung bei einem Strahlfokus. Durch die vorliegenden Lehren haben Ionenstrahlen Emittanzwerte von etwa 0,1 mm · mrad bis etwa 10 mm · mrad.
  • 5A zeigt eine Querschnittsansicht einer Ionenführung 500 gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel. Bei dem darstellenden Ausführungsbeispiel ist eine Austrittslinse 501, die eine Mehrzahl von Elektroden 502 aufweist, an einem Ausgang einer bekannten Ionenführung oder anderen Struktur vorgesehen, die nützlich ist beim Aufnehmen von Ionen in einer MS-Vorrichtung. Beispielsweise kann die bekannte Ionenführung eine Mehrzahl von Stäben aufweisen, die konfiguriert sind, um Ionen einzuschließen, wie es z.B. beschrieben ist in dem hierin aufgenommenen Patent und der Patentanmeldungsveröffentlichung der gleichen Anmelderin, die oben aufgeführt sind.
  • Die Austrittslinse 501 weist eine Apertur 503 auf, durch die ein stärker eingeschlossener Ionenstrahl austritt, nachdem derselbe in der bekannten Ionenführung geführt und gekühlt wurde. Die Austrittslinse 501 ersetzt das, was herkömmlicherweise die Austrittsapertur oder Austrittslinse einer bekannten Ionenführung ist. Der Ionenstrahl tritt im Wesentlichen orthogonal zu der Austrittslinse 501 durch eine Apertur 503 aus. Wie die Ionenführungen, die in Verbindung mit darstellenden Ausführungsbeispielen oben beschrieben sind, kann die Apertur 503 eher klein sein, um den Ionenstrahl an ihrem Ausgang einzuschließen. Beispielsweise kann die Apertur 503 einen kreisförmigen Querschnitt haben und einen Durchmesser von etwa 50 µm aufweisen. Wie es nachfolgend beschrieben ist, und wie die Ionenstrahlen, die gemäß darstellenden obigen Ausführungsbeispielen eingeschlossen sind, ist der Ionenstrahl, der von der Apertur 503 austritt, „heller“ (d.h. stärker eingeschlossen mit einer vergleichbaren Winkeldivergenz) als es durch bekannte Ionenführungen realisiert werden kann.
  • Mit Bezugnahme auf 5A und 5B weist die Austrittslinse 501 eine Mehrzahl von Elektroden 502 auf, die in konzentrischen Kreisen um eine Achse 504 durch die Mitte der Apertur 503 angeordnet sind. Die Mehrzahl von Elektroden 502 ist über einem Substrat 505 vorgesehen. Die Elektroden 502 und das Substrat 505 können aus den Materialien hergestellt sein, die für die Substrate und Mehrzahl von Elektroden der darstellenden Ausführungsbeispiele, die oben in Verbindung mit 2 bis 4 beschrieben sind, verwendet werden. Die Elektroden 502 haben eine Breite (radiale Abmessung) von etwa 5 µm und einen Abstand von etwa 10 µm, obwohl in Betracht gezogen wird, dass die Breite und der Abstand der Elektroden 502 etwa 1 µm bis etwa 100 µm bzw. etwa 2 µm bis etwa 500 µm betragen können.
  • Ionen werden in dem in 5A dargestellten Koordinatensystem entlang der z-Achse gerichtet durch ein elektrisches Gleichfeld, das beispielsweise durch die Stabelektroden (z.B. siehe 6) eingerichtet wird, wie es beispielsweise beschrieben ist in der US 2010/0301210 A1 oder der US 7 064 322 B2 , die oben durch Bezugnahme aufgenommen sind.
  • Die Austrittslinse 501, die die Apertur 503 aufweist, ersetzt die Austrittsapertur oder Austrittslinse einer bekannten Ionenführung, wie z.B. einer Stabionenführung oder einer gestapelten Ringionenführung. Eine HF-Spannung ist zwischen benachbarten Paaren von Elektroden 502 angelegt, um ein elektrodynamisches Feld zu erzeugen, das eine abstoßende Kraft auf Ionen in der -z-Richtung des in 5A dargestellten Koordinatensystems erzeugt. Daher stößt das elektrodynamische Feld Ionen nur ab, wenn sich dieselben der Austrittslinse 501 nähern, unter dem Einfluss des elektrischen Gleichfelds, das die Ionen in der +z-Richtung und zu der Apertur 503 hin treibt. Ohne das elektrodynamische Feld, das durch die Austrittslinse 501 erzeugt wird, würden Ionen, die durch das elektrische Gleichfeld gerichtet werden, auf die Austrittsapertur oder Austrittslinse auftreffen und wären verloren. Darüber hinaus kann, wie es oben angemerkt ist, die Sammlung von Ionen an der Austrittsapertur oder Austrittslinse einer bekannten Ionenführung unerwünschte elektrostatische Felder in der Region nahe der Austrittslinse erzeugen. Das elektrodynamische Feld verhindert vorteilhafterweise den Fluss von Ionen an der Austrittslinse 501 durch Zurückstoßen der Ionen (in der -z-Richtung in dem dargestellten Koordinatensystem) und in eine Region 506 zwischen den Elektroden der bekannten Ionenführung.
  • Wie es in 5A dargestellt ist, während Ionen durch das elektrische Gleichfeld von einem ersten Ende 507 zu der Austrittslinse 501 in der +z-Richtung gerichtet werden, werden dieselben durch den Ionenteppich in der -z-Richtung reflektiert. Daher ist die Konzentration von Ionen an einer Region 508 größer als die Konzentration an einer Region 509 (wo die „Linien“ in den Regionen 508 und 509 die Bahnen von Ionen annähern). Wie die Ionenführungen 200-400 der oben beschriebenen darstellenden Ausführungsbeispiele, weist die Ionenführung 500 in der Region 506 ein Puffergas auf. Dieses Puffergas dient dazu, die Ionen, die durch die Austrittslinse 501 reflektiert werden, durch Stöße zu kühlen. Die gekühlten Ionen werden durch das elektrische Gleichfeld zu der Apertur 503 gerichtet. Der resultierende Ionenstrahl hat eine wünschenswert geringe Emittanz, so dass ein wesentlicher Abschnitt des Ionenstrahls durch die nachfolgenden Begrenzungseinrichtungsaperturen verläuft. Auf ähnliche Weise wie diejenige, die oben in Verbindung mit den Ionenführungen 200-400 beschrieben ist, ist der austretende Ionenstrahl durch die Austrittslinse 501 räumlich stärker eingeschlossen mit einer vergleichsweisen Winkeldivergenz (d.h. „heller“) als Ionenstrahlen von bekannten Ionenführungen.
  • Durch Aufnehmen einer vergleichsweise kleinen Apertur 503 ist die Emittanz des existierenden Strahls klein genug, dass ein wesentlicher Abschnitt des Ionenstrahls durch die nachfolgenden Aperturen des MS-Systems verläuft.
  • 6 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Ionenführung 600 gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel. Viele Einzelheiten der Komponenten und deren Materialien und Funktion sind ähnlich wie die, wenn nicht sogar identisch mit der Beschreibung der oben präsentierten Ionenführung 500. Diese gemeinsamen Details werden nicht wiederholt, um das Behindern der Beschreibung des aktuell beschriebenen Ausführungsbeispiels zu verhindern.
  • Bei dem darstellenden Ausführungsbeispiel weist eine Austrittslinse 601 eine Apertur 602 auf, und eine Mehrzahl von Elektroden 603 ist an einem Ausgang einer bekannten Ionenführung oder anderen Struktur vorgesehen, die sinnvoll ist beim Aufnehmen von Ionen in einer MS-Vorrichtung. Beispielsweise weist die bekannte Ionenführung eine Mehrzahl von Stäben 604 auf, die konfiguriert sind, um Ionen einzuschließen, wie es beispielsweise beschrieben ist in dem hierin aufgenommenen Patent und der Patentanmeldungsveröffentlichung der gleichen Anmelderin, die oben aufgeführt sind.
  • Wie es oben beschrieben ist, wird eine HF-Spannung zwischen benachbarten Paaren der Mehrzahl von Elektroden 603 angelegt, die ein elektrodynamisches Feld erzeugt. Das elektrodynamische Feld wird nahe zu einer Oberfläche 605 der Austrittslinse 601 gehalten und stößt Ionen ab, während sich dieselben der Austrittslinse 601 nähern, unter dem Einfluss des elektrischen Gleichfelds von den Stäben 604, das die Ionen in der +z-Richtung und zu der Apertur 602 treibt. Ohne das elektrodynamische Feld, das durch die Mehrzahl von Elektroden 603 der Austrittslinse 601 erzeugt wird, würden Ionen, die durch das elektrische Gleichfeld gerichtet werden, auf die Oberfläche 605 (x-y-Ebene des Koordinatensystems von 6) der Austrittslinse 601 auftreffen und wären verloren. Darüber hinaus kann, wie es oben angemerkt ist, die Sammlung von Ionen (Raumladung) auf der Oberfläche 605 der Austrittslinse 601 unerwünschte elektrostatische Felder in der Region nahe der Austrittslinse erzeugen. Die Austrittslinse 601 verhindert vorteilhafterweise die Sammlung von Ionen durch Zurückstoßen der Ionen (in der -z-Richtung) und in eine Region 606 zwischen den Stäben 604.
  • Die Austrittslinse 601 ersetzt das, was herkömmlicherweise die Austrittsapertur oder Austrittslinse einer bekannten Ionenführung ist, wie z.B. einer gestapelten Ringionenführung. Wie die Ionenführungen, die in Verbindung mit obigen darstellende Ausführungsbeispielen beschrieben wurden, kann die Apertur 602 eher klein sein, um den Ionenstrahl an ihrem Ausgang einzuschließen. Beispielsweise kann die Apertur 602 im Querschnitt rechteckig sein, wie es in 6 dargestellt ist, und eine Breite (Abmessung in der y-Richtung des Koordinatensystems von 6) von etwa 500 µm und eine Höhe (Abmessung in der x-Richtung) von etwa 50 µm aufweisen. Darstellenderweise ist der Abstand der Mehrzahl von Elektroden 603 etwa 10 µm. Wie es oben beschrieben ist, wird durch Bereitstellen einer Mehrzahl von Elektroden, die eine vergleichsweise schmale Breite und kleinen Abstand haben, das elektrodynamische Feld, das durch das Anlegen einer HF-Spannung an jede der Mehrzahl von Elektroden 603 erzeugt wird, nahe zu der Oberfläche 605 der Austrittslinse 601 gehalten.
  • Durch Verwenden einer solchen kleinen Apertur 602 ist die Emittanz des austretenden Strahls klein genug, so dass ein wesentlicher Abschnitt des Ionenstrahls durch die nachfolgenden Aperturen verläuft. Bei dem bestimmten Fall, der in der Figur gezeigt ist, ist die Apertur 602 rechteckig und die Mehrzahl von Elektroden 603 sind parallele lineare Elektroden. In der Tat ist es in vielen Systemen wahrscheinlich vorteilhaft, eine asymmetrische Austrittsapertur mit hohem Seitenverhältnis zu haben, wie z.B. die Apertur 602. Wie es oben angemerkt wurde, reduziert diese Asymmetrie vorteilhafterweise die unerwünschten Effekte von Ion-Ion-Abstoßung durch Reduzieren der Ladungsdichte.
  • Wie die Ionenstrahlen, die gemäß obigen darstellenden Ausführungsbeispielen eingeschlossen sind, ist der Ionenstrahl, der von der Apertur 602 austritt, „heller“ (d.h. stärker eingeschlossen mit einer vergleichbaren Winkeldivergenz) als durch bekannte Ionenführungen realisiert werden kann.
  • 7 zeigt eine Querschnittansicht einer Ionenführung 700 gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel. Bei dem darstellenden Ausführungsbeispiel ist eine Austrittslinse 701, die ein Substrat 702 und eine Mehrzahl von Elektroden 703, die über dem Substrat 702 angeordnet sind, aufweist, an einem Ausgang einer bekannten Ionenführung oder einer anderen Struktur vorgesehen, sie sinnvoll ist beim Aufnehmen von Ionen in einer MS-Vorrichtung. Die Mehrzahl von Elektroden 703 können konzentrische kreisförmige Elektroden sein, wie sie in Verbindung mit den Ausführungsbeispielen von 5A, 5B beschrieben sind. Alternativ kann die Mehrzahl von Elektroden 703 parallele lineare Elektroden sein, wie sie beispielsweise in Verbindung mit den Ausführungsbeispielen von 6 beschrieben sind.
  • Die bekannte Ionenführung weist eine Mehrzahl von Elektroden 704 auf, die konfiguriert sind, um Ionen einzuschließen. Darstellenderweise weisen die Elektroden 704 eine Reihre von Elektroden auf mit fortlaufend schmaleren Öffnungen in der z-Richtung und näher zu einer Apertur 705 der Austrittslinse 701. Die Elektroden 704 können so sein wie es beispielsweise beschrieben ist in der US 6 107 628 A , der US 6 583 408 B2 und der US 7 495 212 B2 . Jeweils die gesamten Offenbarungen der drei eben genannten Druckschriften sind hierin ausdrücklich durch Bezugnahme aufgenommen.
  • Bei dem darstellenden Ausführungsbeispiel weist die Austrittslinse 701 eine Apertur 705 auf. Wie es oben beschrieben ist, ist eine HF-Spannung zwischen benachbarten Paaren der Mehrzahl von Elektroden 703 angelegt, die ein elektrodynamisches Feld erzeugt. Das elektrodynamische Feld wird nahe zu der Oberfläche der Austrittslinse 701 beibehalten und stößt Ionen ab, während sich dieselben der Austrittslinse 701 nähern, unter dem Einfluss des elektrischen Gleichfelds von den Elektroden 704, das die Ionen in der +z-Richtung und zu der Apertur 602 treibt. Ohne das elektrodynamische Feld, das durch die Mehrzahl von Elektroden 703 der Austrittslinse 701 erzeugt wird, würden Ionen, die durch das elektrische Gleichfeld gerichtet werden, auf eine Oberfläche 707 (in der x-y-Ebene des Koordinatensystems 7) des Substrats 702 auftreffen und verloren sein. Darüber hinaus kann, wie es oben angemerkt ist, die Sammlung von Ionen (Raumladung) auf der Oberfläche 707 unerwünschte elektrostatische Felder in der Region nahe der Austrittslinse 701 erzeugen. Die Austrittslinse 701 verhindert vorteilhafterweise die Sammlung von Ionen durch Zurückstoßen der Ionen (in der -z-Richtung) und in eine Region 708 zwischen den Elektroden 704.
  • Bahnen von Ionen sind in der Region 708 als Linien gezeigt. An einem Eingang 709 der Ionenführung 700 sind die Ionen weniger eingeschlossen (Linien der Bahnen sind weniger dicht). Die Ionen sind jedoch benachbart zu der Austrittslinse 701 stärker eingeschlossen, beispielsweise in der Region 710. So wird durch eine Kombination aus erhöhtem Ioneneinschluss, bereitgestellt durch die Elektroden 704, der Reflexion von Ionen durch die Austrittslinse 701 und dem Kühlungseffekt des Puffergases (nicht gezeigt), das in der Region 708 bereitgestellt wird, ein vergleichsweise stärker eingeschlossener Ionenstrahl mit vergleichbarer Winkeldivergenz (d.h. „heller“) realisiert.
  • Wie es oben angemerkt wurde, sind viele bekannte Ioneneinschlussstrukturen und Ionenführungen in der Funktion begrenzt, außer bei vergleichsweise niedrigem Druck (z.B. 3999,67 Pa (30 Torr) oder niedriger), dennoch kann der Übergang von der Ionenquelle zu der Vakuumkammer einen Druck von nahe dem Atmosphärendruck (101325 Pa (760 Torr)) an der Ionenquelle zu hohen Vakuumpegeln von 0,013 Pa (10-4 Torr) bis 1,33·10-6 Pa (10-8 Torr) in der MS-Vakuumkammer überspannen. Obwohl viele bekannte Multipol-(z.B. Stab- und gestapelte Ring-) Ionenführungen konfiguriert sind, um bei vergleichsweise niedrigem Druck zu funktionieren (z.B. in der MS-Vakuumkammer) ist deren Funktion bei höherem Druck unannehmbar. Insbesondere kann bei einem höheren Druck (z.B. über etwa 3999,67 PA (30 Torr)) bei unannehmbar niedrigen Durchbruchspannungen (VB ) ein elektrostatischer Durchbruch auftreten. Ein Faktor, der zu dem Durchbruch beiträgt, ist der vergleichsweise große Zwischenraum oder Abstand zwischen den Elektroden bei diesen bekannten Vorrichtungen. Da der Zwischenraum vergleichsweise groß ist und der mittlere freie Pfad von Elektronen vergleichsweise klein ist, ist die Anzahl von Elektronenstreuereignissen vergleichsweise groß. Dies führt zu einem elektrischen Durchbruch des Mediums in der bekannten Ionenführung.
  • Das Paschen'sche Gesetz kann ein besseres Verständnis der Durchbruchspannung des darunterliegenden Mediums liefern. Das Paschen'sche Gesetz stellt die Beziehung der Durchbruchspannung (VB ) von Gas zwischen parallelen Platten (Elektroden) als eine Funktion des Drucks bereit. Die Paschen'sche Kurve zeigt die Durchbruchspannung (VB ) über dem Produkt des Drucks und des Spaltabstands (pd). Für ein gegebenes Medium hat die Paschen'sche Kurve eine minimale Durchbruchspannung. „Links“ (niedriger pd) von der minimalen Durchbruchspannung erhöht sich die Durchbruchspannung. „Rechts“ (höherer pd) von der minimalen Durchbruchspannung der Paschen'schen Kurve erhöht sich dieselbe für das bestimmte Medium ebenfalls. Der Betrieb „rechts“ von dem Minimum der Paschen'schen Kurve führt zu einer Reduktion bei der Durchbruchspannung mit zunehmenden Druck, was nicht wünschenswert ist. Daher ziehen die vorliegenden Lehren die Auswahl des Spaltabstands und des Drucks für den Betrieb „links“ von der minimalen Durchbruchspannung der Paschen'schen Kurve in Betracht. Genauer gesagt, und wie es nachfolgend näher beschrieben ist, ist der Elektrode-Elektrode-Zwischenraum reduziert im Vergleich zu einer bekannten Ionenführungsstruktur um einen Betrieb bei höherem Druck zu fördern. Dies führt zu einer wesentlichen Reduktion bei den Streuereignissen zwischen den Spalten. Auf diese Weise ist die Ionenführung von der Ionenquelle (nominal bei Atmosphärendruck) und über den Pfad zu der MS-Vakuumkammer wesentlich verbessert mit geringeren Ionenverlusten aufgrund schlechtem Einschluss und schlechter Führung.
  • 8 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm eines MS-Systems 800 gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel. Das MS-System 800 weist eine Ionenquelle 801 auf, die Ionen 802 an einem Gasbegrenzer 803 („Einlass“) liefert. Das MS-System 800 weist eine Ionenführung 804 auf. Es ist anzumerken, dass der Gasbegrenzer 803 eine Grenzflächenkapillare sein kann und einen runden oder kreisförmigen Querschnitt aufweisen kann. Alternativ kann der Gasbegrenzer 803 eine Querschnittsform aufweisen, um mit der Querschnittsform der Ionenführung 804 (z.B. rechteckig) zusammenzupassen. Vorteilhafterweise bieten „flache“ Gasbegrenzer eine bessere Strahlanpassung an die planaren Seiten der Ionenführung 804, sowie verbesserte Übertragungscharakteristika wenn Effekte, wie z.B. Ionendiffusion und Ion-Ion-Abstoßungen betrachtet werden.
  • Das MS-System 800 weist auch eine MS-Vakuumkammer 805 auf. Die MS-Vakuumkammer 805 weist verschiedene Komponenten des MS-Systems 800, wie z.B. Ionenführungen, Ionenoptik und anderen Komponenten auf, die normalerweise bei vergleichsweise niedrigem Druck betrieben werden.
  • Die Ionenquelle 801 wird bei einem vergleichsweisen hohen Druck (z.B. 101325 PA (760 Torr)) betrieben, und wie es nachfolgend näher erläutert wird, ist die Ionenführung 804 konfiguriert, um bei vergleichsweise höherem Druck zu arbeiten, da Ionen über sich verringernden Druck zwischen der Ionenquelle 801 und der MS-Vakuumkammer 805 geliefert werden.
  • Die Ionenführung 804 weist zumindest zwei gegenüberliegende Substrate auf, die jeweils eine Mehrzahl von Elektroden aufweisen, die über denselben angeordnet sind, wie z.B. Ionenführungen 200, 300 von darstellenden Ausführungsbeispielen. Bei dem darstellenden Ausführungsbeispiel weist die Ionenführung 804 eine erste Öffnung 806 und eine zweite Öffnung 807 auf, die der ersten Öffnung 806 gegenüberliegt. Die erste und die zweite Öffnung 806, 807 sind so dargestellt, dass sie im Wesentlichen die gleiche Fläche haben (d.h. die gegenüberliegenden Substrate der Ionenführung sind parallel). Dies ist jedoch lediglich darstellend und es wird in Betracht gezogen, dass die Fläche der ersten Öffnung 806 größer ist als die zweite Öffnung 807 (z.B. wie es in 2 dargestellt ist).
  • Der Druck in der Region 808 an dem Gasbegrenzer 803 ist vergleichsweise hoch (z.B. in der Größenordnung des Atmosphärendrucks). Somit bleibt der Druck an der ersten Öffnung 806 der Ionenführung 804 relativ hoch. In der Region 809 nahe der zweiten Öffnung 807 der Ionenführung 804 ist der Druck jedoch reduziert. Zu Darstellungszwecken ist der Druck in der Region 808 in dem Bereich von etwa 39996,7 Pa (300 Torr) bis etwa 101325 PA (760 Torr), während in der Region 809 der Druck in dem Bereich von etwa 3999,67 Pa (30 Torr) bis etwa 399,967 Pa (3 Torr) liegt. Schließlich ist der Druck in der MS-Vakuumkammer 805 vergleichsweise niedrig (z.B. 0,0133 Pa (10-4 Torr) bis 1,33·10-6 Pa (10-8 Torr)). Vorteilhafterweise ist die Ionenführung 804 der vorliegenden Lehren konfiguriert, um Ionen über die Änderungen des Drucks von der ersten Öffnung 806 zu der zweiten Öffnung 807 einzuschließen und zu führen. Anders ausgedrückt, die Ionenführung 804 ist konfiguriert, um „links“ von der minimalen Durchbruchspannung der Paschen'schen Kurve (auch bezeichnet als das Minimum der Paschen'schen Kurve) zu arbeiten. Auf diese Weise wird, während der Druck reduziert wird, die Durchbruchspannung (VB ) erhöht, und Probleme, wie z.B. Durchbruch bei höherem Druck, die bei bekannten Multipol-Ionenführungen üblich sind, werden durch die Ionenführungen der vorliegenden Lehren im Wesentlichen vermieden.
  • Um einen Betrieb „links“ von dem Minimum der Paschen'schen Kurve sicherzustellen, ist der Zwischenraum zwischen Elektroden ausgewählt, um klein genug zu sein, dass über einen Bereich von vergleichsweise hohem Druck (z.B. Atmosphärendruck bis etwa 3999,67 Pa (30 Torr)) ein elektrischer Durchbruch vermieden wird. Zu Darstellungszwecken ist das Minimum der Paschen'schen Kurve für Luft nahe dem Druck-Spalt-Produkt (p-d der Paschen'schen Kurve) von 1 atm-8 µm und tritt bei einer Spannung von etwa 330 V auf. Daher kann, wenn die Beabstandung der Elektroden in der Ionenführung 804 so gewählt ist, dass dieselbe etwa 8 µm oder weniger beträgt, die Ionenführung 804 etwa bei Atmosphärendruck (oder niedriger) ohne Durchbruch funktionieren. Wie es oben angemerkt ist, haben die Elektroden der vorliegenden Lehren von darstellenden Ausführungsbeispielen eine Breite von etwa 5 µm bis etwa 500 µm, eine Dicke von etwa 0,1 µm bis etwa 50 µm und einen Abstand von etwa 10 µm bis etwa 1000 µm. Daher kann der Zwischenraum bzw. Spalt zwischen Elektroden, der das Paschen'sche Minimum teilweise festlegt, so gewählt sein, um geringer zu sein als etwa 8 µm, und die Ionenführung 804 kann über den gesamten Druckbereich von dem Druck (z.B. etwa 101325 Pa (760 Torr)) an der Ionenquelle 801 zu der MS-Vakuumkammer 805 (z.B. 0,013 Pa (10-4 Torr) bis 1,33·10-6 Pa (10-8 Torr)) und Drücken dazwischen entlang dem Ionenpfad arbeiten, ohne einen Durchbruch zu befürchten.
  • 9 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm eines MS-Systems 900 gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel. Das MS-System 900 weist eine Ionenquelle 801 auf, die Ionen 802 direkt der Ionenführung 804 bereitstellt (d.h. ohne ein Zwischenelement, wie z.B. den Gasbegrenzer 803). Es ist anzumerken, dass die Ionenführung 804 bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel als die Grenzflächenkapillare des MS-Systems 900 dient. Wie es oben angemerkt wurde, bieten „flache“ Gasbegrenzer eine bessere Strahlanpassung an die planaren Seiten der Ionenführung 804, sowie verbesserte Übertragungscharakteristika, wenn Effekte wie z.B. Ionendiffusion und Ion-Ion-Abstoßung betrachtet werden. Daher stellt die Verwendung der Ionenführung 804 als Grenzflächenkapillare des MS-Systems 900 verbesserte Übertragungscharakteristika bereit.
  • Das MS-System 900 weist eine MS-Vakuumkammer 805 auf, die verschiedene Komponenten des MS-Systems 900 umfasst, wie z.B. Ionenführungen, Ionenoptik und andere Komponenten, die normalerweise bei vergleichsweise niedrigem Druck betrieben werden.
  • Die Ionenquelle 801 wird bei einem vergleichsweise hohen Druck (z.B. 101325 Pa (760 Torr)) betrieben, und die Ionenführung 804 ist konfiguriert, um bei einem vergleichsweise höheren Druck zu arbeiten, wenn Ionen über einen sich verringernden Druck zwischen der Ionenquelle 801 und der MS-Vakuumkammer 805 geliefert werden.
  • Die Ionenführung 804 weist zumindest zwei gegenüberliegende Substrate auf, die jeweils eine Mehrzahl von Elektroden aufweisen, die darüber angeordnet sind, wie z.B. Ionenführungen 200, 300 von darstellenden Ausführungsbeispielen. Bei dem darstellenden Ausführungsbeispiel weist die Ionenführung 804 eine erste Öffnung 901 und eine zweite Öffnung 902 auf, die der ersten Öffnung 901 gegenüberliegt. Die erste und die zweite Öffnung 901, 902 sind so dargestellt, dass dieselben im Wesentlichen die gleiche Fläche haben (d.h. die gegenüberliegenden Substrate der Ionenführung sind parallel). Dies ist jedoch lediglich darstellend und es wird in Betracht gezogen, dass die Fläche der ersten Öffnung 901 größer ist als die zweite Öffnung 902 (z.B. wie es in 2 dargestellt ist).
  • Der Druck in der Region 903 nahe der ersten Öffnung 901 ist vergleichsweise hoch (z.B. in der Größenordnung von Atmosphärendruck). Somit bleibt der Druck an der ersten Öffnung 901 der Ionenführung 804 vergleichsweise hoch. In der Region 904 nahe der zweiten Öffnung 902 der Ionenführung 804 ist jedoch der Druck reduziert. Erneut ist zu Darstellungszwecken der Druck in der Region 903 in dem Bereich von etwa 39996,7 Pa (300 Torr) bis etwa 101325 Pa (760 Torr), während in der Region 904 der Druck in dem Bereich von etwa 39996,7 Pa (30 Torr) bis etwa 399,967 Pa (3 Torr) ist. Schließlich ist der Druck in der MS-Vakuumkammer 805 vergleichsweise niedrig (z.B. 0,013 Pa (10-4 Torr) bis 1,33·10-6 Pa (10-8 Torr)). Vorteilhafterweise ist die Ionenführung 804 der vorliegenden Lehren konfiguriert, um Ionen über die Änderungen bei dem Druck von der ersten Öffnung 806 zu der zweiten Öffnung 807 einzuschließen und zu führen. Anders ausgedrückt, die Ionenführung 804 ist konfiguriert, um „links“ von der minimalen Durchbruchspannung der Paschen'schen Kurve (auch bezeichnet als das Minimum der Paschen'schen Kurve) zu arbeiten.
  • Auf diese Weise wird die Durchbruchspannung (VB ) erhöht während der Druck reduziert wird, und Probleme, wie z.B. Durchbruch bei höherem Druck, die bei bekannten Multipolionenführungen bekannt sind, werden durch die Ionenführungen der vorliegenden Lehren im Wesentlichen vermieden.
  • Um einen Betrieb „links“ von dem Minimum der Paschen'schen Kurve sicherzustellen, ist der Zwischenraum zwischen Elektroden ausgewählt, um klein genug zu sein, dass über einen Bereich von vergleichsweise höherem Druck (z.B. Atmosphärendruck bis etwa 3999,67 Pa (30 Torr)) ein elektrischer Durchbruch vermieden wird. Zu Darstellungszwecken ist das Minimum der Paschen'schen Kurve für Luft nahe dem Druck-Spalt-Produkt (p-d der Paschen'sche Kurve) von 1 atm-8 µm und tritt bei einer Spannung von etwa 330 V auf. Daher kann, wenn die Beabstandung der Elektroden in der Ionenführung 804 so gewählt ist, dass dieselbe etwa 8 µm oder weniger beträgt, die Ionenführung 804 etwa bei Atmosphärendruck (oder niedriger) ohne Durchbruch funktionieren. Wie es oben angemerkt ist, haben die Elektroden der vorliegenden Lehren von darstellenden Ausführungsbeispielen eine Breite von etwa 5 µm bis etwa 500 µm, eine Dicke von etwa 0,1 µm bis etwa 50 µm, und einen Abstand von etwa 10 µm bis etwa 1000 µm. Daher kann der Zwischenraum bzw. Spalt zwischen Elektroden, der das Paschen'sche Minimum teilweise festlegt, so gewählt sein, um geringer zu sein als etwa 8 µm, und die Ionenführung 804 kann über den gesamten Druckbereich von dem Druck (etwa 101325 Pa (760 Torr)) an der Ionenquelle 801 zu der MS-Vakuumkammer 805 (z.B. 0,013 Pa (10-4 Torr) bis 1,33·10-6 Pa (10-8 Torr)) und Drücken dazwischen entlang dem Ionenpfad arbeiten, ohne einen Durchbruch zu befürchten.
  • 10 zeigt eine Querschnittsansicht eines Abschnitts 1000 einer Ionenführung gemäß einem darstellenden Ausführungsbeispiel. Der Abschnitt 1000 ist ein Abschnitt einer Seite der Ionenführung und ist präsentiert, um bestimmte Variationen bei der Struktur zu beschreiben, um die Leistungsfähigkeit von Ionenführungen weiter zu verbessern, die bei vergleichsweise hohem Druck (z.B. mehr als etwa 3999,67 Pa (30 Torr)) arbeiten. Viele Aspekte des Abschnitts 1000 der Ionenführung sind oben im Einzelnen beschrieben in Verbindung mit einem anderen darstellenden Ausführungsbeispiel. Diese gemeinsamen Aspekte werden nicht wiederholt, um ein Behindern der Beschreibung der darstellenden Ausführungsbeispiele zu vermeiden.
  • Der Abschnitt 1000 weist ein Substrat 1001 auf, das ein dielektrisches Material aufweist, wobei eine elektrische leitfähige Masseebene 1002 über einer Seite des Substrats 1001 angeordnet ist, und eine Mehrzahl von Elektroden 1003 über einer gegenüberliegenden Seite des Substrats 1001 angeordnet ist. Darüber hinaus ist eine Mehrzahl von Gräben 1004 zwischen den Elektroden 1003 vorgesehen. Die Gräben 1004 werden beispielsweise durch Ätzen des Substrats 1001 gebildet. Die Gräben haben eine Breite 1005 gleich der Beabstandung zwischen benachbarten Paaren von Elektroden 1003. Die Gräben 1004 haben eine Tiefe von etwa 5 µm bis etwa 15 µm (d.h. für Elektroden 1003 mit einer Breite von etwa 500 µm).
  • Die Gräben reduzieren das Auftreten eines elektrischen Durchbruchs über der Oberfläche des Substrats 1001 und zwischen den Elektroden 1003 (ein Phänomen, das als „Überschlag“ oder „Lichtbogen“ bekannt ist). Es ist anzumerken, dass die Gräben 1004 auch dazu dienen, die Kapazität der Ionenführung zu reduzieren, was wiederum dabei hilft, den HF-Strom zu minimieren und schließlich die Leistung, die durch die Ionenführung dissipiert wird. Ferner wird ein Dielektrikum/Isolator von dem Substrat 1001 entfernt, um die Gräben zu bilden, wodurch der Abstand zwischen der Unterseite der Gräben 1004 und den Ionen (nicht gezeigt), die die Ionenführung queren, erhöht wird, was Probleme im Zusammenhang mit der Ladung weiter reduziert. Genauer gesagt werden Ionen, die auf die Oberfläche eines Dielektrikums (z.B. der Oberfläche des Substrats 1001) aufgetragen oder aufgebracht sind, nicht sofort neutralisiert, da sich dieselben auf einer Metalloberfläche (z.B. der Oberfläche der Elektroden 1003) befinden. Daher ändern die Ionen, die sich auf der Oberfläche des Substrats bilden, das elektrische Feld in der nahen Region. Das geänderte elektrische Feld stößt Ionen ab und kann dieselben daran hindern, die Ionenführung zu queren oder kann bewirken, dass dieselben abgelenkt werden. Das Bereitstellen von Gräben 1004 dient dazu, die dielektrische Oberfläche des Substrats 1001 entfernt von der Region der Ionenbegrenzung anzuordnen, wodurch die nachteiligen Effekte der Ladung reduziert werden, die sich auf der Oberfläche des Substrats 1001 ansammeln kann.

Claims (10)

  1. Ein Massenspektrometer mit einem Einlass, der bei einem ersten Druck gehalten wird, und einer Region (211), die bei einem zweiten Druck gehalten wird, der geringer ist als der erste Druck, wobei der Einlass konfiguriert ist, um eine Ionenführung (102, 200, 300, 400, 804) aufzunehmen, wobei die Ionenführung (102, 200, 300, 400, 804) folgende Merkmale aufweist: zumindest zwei sich gegenüberliegende Substrate (201, 203, 301, 303, 1001), die einander gegenüberliegende Längsseiten der Ionenführung begrenzen und jeweils eine Mehrzahl von Elektroden (202, 302, 304, 1003) aufweisen, die auf denselben angeordnet sind, wobei eine erste Öffnung (806) an einem ersten Ende (209) der Substrate (201, 203, 301, 303, 1001) gebildet ist und eine zweite Öffnung (807) an einem zweiten Ende (210) der Substrate (201, 203, 301, 303, 1001) gebildet ist, wobei die erste Öffnung (806) konfiguriert ist, um Ionen (802) bei dem ersten Druck aufzunehmen; eine Mehrzahl von Gräben (1004), die in jedem der Substrate (201, 203, 301, 303, 1001) vorgesehen sind, wobei jeder Graben (1004) zwischen einem jeweiligen benachbarten Paar der Mehrzahl von Elektroden (202, 302, 304, 1003) vorgesehen ist; eine Einrichtung zum Anlegen einer Hochfrequenz- (HF-) Spannung zwischen benachbarten Paaren der Mehrzahl von Elektroden (1003), wobei die HF-Spannung ein Feld in einer Region (211) erzeugt, die durch die Substrate (201, 203, 301, 303, 1001) definiert ist; und eine Einrichtung zum Anlegen eines Gleichspannungsabfalls entlang einer Länge von jeder der Mehrzahl von Elektroden (202, 1003) oder zum Anlegen einer Gleichspannung an die Mehrzahl von Elektroden (302, 304), um eine Gleichspannungspotentialdifferenz zwischen einem ersten Ende (209) und einem zweiten Ende (210) der Ionenführung (102, 300, 400, 804) zu erzeugen.
  2. Ein Massenspektrometer gemäß Anspruch 1, bei dem die erste Öffnung (806) eine erste Fläche aufweist und die zweite Öffnung (807) eine zweite Fläche aufweist, die kleiner ist als die erste Fläche.
  3. Ein Massenspektrometer gemäß Anspruch 1, bei dem die erste Öffnung (806) eine erste Fläche aufweist und die zweite Öffnung (807) eine zweite Fläche aufweist, die gleich ist wie die erste Fläche.
  4. Ein Massenspektrometer gemäß Anspruch 1, das ferner einen Grenzflächenbegrenzer (808) aufweist, der zwischen einer Ionenquelle (801) und der Ionenführung (804) angeordnet ist, wobei die Ionenquelle (101) bei einem dritten Druck liegt, der höher ist als der erste Druck.
  5. Ein Massenspektrometer gemäß Anspruch 1, das ferner ein drittes Substrat (206) und ein viertes Substrat (1001) aufweist, die zwei sich gegenüberliegende Längsseiten der Ionenführung begrenzen und zusammen mit den beiden anderen sich gegenüberliegenden Substraten (201, 203, 301, 303, 1001) vier Seiten der Ionenführung (102, 200, 300, 400, 804) vervollständigen.
  6. Ein Massenspektrometer gemäß Anspruch 5, bei dem das dritte Substrat (206) und das vierte Substrat (1001) jeweils ein elektrisch leitfähiges Material aufweisen, das über jeweiligen gesamten Oberflächen des dritten und vierten Substrats angeordnet ist.
  7. Ein Massenspektrometer gemäß Anspruch 5, bei dem das dritte Substrat (206) eine dritte Mehrzahl von Elektroden (1003) aufweist, die auf demselben angeordnet sind, und das vierte Substrat (1001) eine vierte Mehrzahl von Elektroden (1003) aufweist, die auf demselben angeordnet sind.
  8. Ein Massenspektrometer gemäß Anspruch 7, das ferner folgendes Merkmal aufweist: eine Einrichtung zum Anlegen einer Hochfrequenz- (HF-) Spannung zwischen benachbarten Paaren der dritten Mehrzahl von Elektroden (1003) und zwischen benachbarten Paaren der vierten Mehrzahl von Elektroden (1003).
  9. Ein Massenspektrometer gemäß Anspruch 1, bei dem die erste Mehrzahl von Elektroden (1003) im Wesentlichen parallel zueinander ist, und die zweite Mehrzahl von Elektroden (1003) im Wesentlichen parallel zueinander ist.
  10. Ein Massenspektrometer gemäß Anspruch 4, bei dem der dritte Druck Atmosphärendruck ist.
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DE112013004685.7T Active DE112013004685B4 (de) 2012-09-25 2013-08-23 Hochfrequenz-(HF-)Ionenführung für verbesserte Leistungsfähigkeit in Massenspektrometern bei hohem Druck

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Families Citing this family (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2506362B (en) * 2012-09-26 2015-09-23 Thermo Fisher Scient Bremen Improved ion guide
WO2015189538A1 (en) 2014-06-10 2015-12-17 Micromass Uk Limited A method of compressing an ion beam
CN105470094B (zh) 2014-09-04 2018-03-09 株式会社岛津制作所 离子光学装置及质谱仪
CN107004566B (zh) * 2014-11-28 2020-06-19 Dh科技发展私人贸易有限公司 Rf离子导向器
US9972480B2 (en) * 2015-01-30 2018-05-15 Agilent Technologies, Inc. Pulsed ion guides for mass spectrometers and related methods
GB201507363D0 (en) 2015-04-30 2015-06-17 Micromass Uk Ltd And Leco Corp Multi-reflecting TOF mass spectrometer
CN106373854B (zh) * 2015-07-23 2018-12-21 株式会社岛津制作所 一种离子导引装置
GB201520130D0 (en) 2015-11-16 2015-12-30 Micromass Uk Ltd And Leco Corp Imaging mass spectrometer
GB201520134D0 (en) 2015-11-16 2015-12-30 Micromass Uk Ltd And Leco Corp Imaging mass spectrometer
GB201520540D0 (en) 2015-11-23 2016-01-06 Micromass Uk Ltd And Leco Corp Improved ion mirror and ion-optical lens for imaging
GB201613988D0 (en) 2016-08-16 2016-09-28 Micromass Uk Ltd And Leco Corp Mass analyser having extended flight path
US9916968B1 (en) * 2016-08-22 2018-03-13 Agilent Technologies, Inc. In-source collision-induced heating and activation of gas-phase ions for spectrometry
GB2567794B (en) 2017-05-05 2023-03-08 Micromass Ltd Multi-reflecting time-of-flight mass spectrometers
GB2563571B (en) 2017-05-26 2023-05-24 Micromass Ltd Time of flight mass analyser with spatial focussing
WO2019030475A1 (en) 2017-08-06 2019-02-14 Anatoly Verenchikov MASS SPECTROMETER WITH MULTIPASSAGE
WO2019030472A1 (en) 2017-08-06 2019-02-14 Anatoly Verenchikov IONIC MIRROR FOR MULTI-REFLECTION MASS SPECTROMETERS
EP3662502A1 (de) 2017-08-06 2020-06-10 Micromass UK Limited Ionenspiegel mit gedruckter schaltung mit kompensation
EP3662503A1 (de) 2017-08-06 2020-06-10 Micromass UK Limited Ioneninjektion in ein massenspektrometer mit mehreren durchgängen
US11049712B2 (en) 2017-08-06 2021-06-29 Micromass Uk Limited Fields for multi-reflecting TOF MS
US11817303B2 (en) 2017-08-06 2023-11-14 Micromass Uk Limited Accelerator for multi-pass mass spectrometers
US11081332B2 (en) 2017-08-06 2021-08-03 Micromass Uk Limited Ion guide within pulsed converters
GB201806507D0 (en) 2018-04-20 2018-06-06 Verenchikov Anatoly Gridless ion mirrors with smooth fields
GB201807605D0 (en) 2018-05-10 2018-06-27 Micromass Ltd Multi-reflecting time of flight mass analyser
GB201807626D0 (en) 2018-05-10 2018-06-27 Micromass Ltd Multi-reflecting time of flight mass analyser
GB201808530D0 (en) 2018-05-24 2018-07-11 Verenchikov Anatoly TOF MS detection system with improved dynamic range
GB201810573D0 (en) 2018-06-28 2018-08-15 Verenchikov Anatoly Multi-pass mass spectrometer with improved duty cycle
GB201901411D0 (en) 2019-02-01 2019-03-20 Micromass Ltd Electrode assembly for mass spectrometer
GB2595876B (en) 2020-06-09 2024-02-07 Microsaic Systems Plc Mass spectrometry ion funnel
GB202102367D0 (en) 2021-02-19 2021-04-07 Thermo Electron Mfg Limited High pressure ion optical devices
GB202102368D0 (en) 2021-02-19 2021-04-07 Thermo Electron Mfg Limited High pressure ion optical devices
GB202102365D0 (en) 2021-02-19 2021-04-07 Thermo Electron Mfg Limited High pressure ion optical devices

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5572035A (en) 1995-06-30 1996-11-05 Bruker-Franzen Analytik Gmbh Method and device for the reflection of charged particles on surfaces
US6107628A (en) 1998-06-03 2000-08-22 Battelle Memorial Institute Method and apparatus for directing ions and other charged particles generated at near atmospheric pressures into a region under vacuum
US6583408B2 (en) 2001-05-18 2003-06-24 Battelle Memorial Institute Ionization source utilizing a jet disturber in combination with an ion funnel and method of operation
US20040135080A1 (en) 2003-01-10 2004-07-15 Zheng Ouyang Rectilinear ion trap and mass analyzer system and method
US7064322B2 (en) 2004-10-01 2006-06-20 Agilent Technologies, Inc. Mass spectrometer multipole device
US7495212B2 (en) 2003-04-04 2009-02-24 Bruker Daltonics, Inc. Ion guide for mass spectrometers
US20100301210A1 (en) 2009-05-28 2010-12-02 Agilent Technologies, Inc. Converging multipole ion guide for ion beam shaping
WO2012141771A1 (en) 2011-04-14 2012-10-18 Battelle Memorial Institute Microchip and wedge ion funnels and planar ion beam analyzers using same

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6069355A (en) 1998-05-14 2000-05-30 Varian, Inc. Ion trap mass pectrometer with electrospray ionization
US6452167B1 (en) * 1998-05-20 2002-09-17 Sandia National Laboratories Miniature quadrupole mass spectrometer having a cold cathode ionization source
GB2370685B (en) * 2000-11-29 2003-01-22 Micromass Ltd Mass spectrometers and methods of mass spectrometry
CN1788327A (zh) * 2003-01-10 2006-06-14 珀杜研究基金会 直线式离子阱及质量分析器系统和方法
GB2415541B (en) 2004-06-21 2009-09-23 Thermo Finnigan Llc RF power supply for a mass spectrometer
GB0426520D0 (en) 2004-12-02 2005-01-05 Micromass Ltd Mass spectrometer
US7550717B1 (en) 2006-11-30 2009-06-23 Thermo Finnigan Llc Quadrupole FAIMS apparatus
US7564025B2 (en) 2007-02-28 2009-07-21 Agilent Technologies, Inc. Multipole devices and methods
GB2451239B (en) * 2007-07-23 2009-07-08 Microsaic Systems Ltd Microengineered electrode assembly
US8859961B2 (en) * 2012-01-06 2014-10-14 Agilent Technologies, Inc. Radio frequency (RF) ion guide for improved performance in mass spectrometers

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5572035A (en) 1995-06-30 1996-11-05 Bruker-Franzen Analytik Gmbh Method and device for the reflection of charged particles on surfaces
US6107628A (en) 1998-06-03 2000-08-22 Battelle Memorial Institute Method and apparatus for directing ions and other charged particles generated at near atmospheric pressures into a region under vacuum
US6583408B2 (en) 2001-05-18 2003-06-24 Battelle Memorial Institute Ionization source utilizing a jet disturber in combination with an ion funnel and method of operation
US20040135080A1 (en) 2003-01-10 2004-07-15 Zheng Ouyang Rectilinear ion trap and mass analyzer system and method
US7495212B2 (en) 2003-04-04 2009-02-24 Bruker Daltonics, Inc. Ion guide for mass spectrometers
US7064322B2 (en) 2004-10-01 2006-06-20 Agilent Technologies, Inc. Mass spectrometer multipole device
US20100301210A1 (en) 2009-05-28 2010-12-02 Agilent Technologies, Inc. Converging multipole ion guide for ion beam shaping
WO2012141771A1 (en) 2011-04-14 2012-10-18 Battelle Memorial Institute Microchip and wedge ion funnels and planar ion beam analyzers using same

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WO2014051902A1 (en) 2014-04-03
CN104662638A (zh) 2015-05-27
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