DE112014002706B4

DE112014002706B4 - Verfahren zum Erzeugen eines elektrischen Felds zum Manipulieren geladener Teilchen

Info

Publication number: DE112014002706B4
Application number: DE112014002706.5T
Authority: DE
Inventors: John Brian Hoyes
Original assignee: Micromass UK Ltd
Current assignee: Micromass UK Ltd
Priority date: 2013-06-07
Filing date: 2014-05-28
Publication date: 2021-05-20
Anticipated expiration: 2034-05-29
Also published as: DE112014002706T5; CA2913654A1; JP2016526271A; US20160126083A1; WO2014195677A1; CA2913654C; US9887075B2

Abstract

Flugzeit-Massenanalysator, welcher ein Flugzeitgebiet zum Manipulieren von Ionen unter Verwendung eines axialen elektrischen Felds, wenn sie sich entlang der Längsachse des Flugzeitgebiets bewegen, aufweist, wobei das Flugzeitgebiet Folgendes aufweist:wenigstens eine äußere Elektrode, die sich zusammenhängend entlang wenigstens einem Teil der Länge des Flugzeitgebiets erstreckt,eine erste Spannungsversorgung, die mit der wenigstens einen äußeren Elektrode verbunden ist, um der wenigstens einen äußeren Elektrode eine erste Spannung zuzuführen,wenigstens einen Satz mehrerer innerer Elektroden oder innerer Elektrodenabschnitte, die zwischen der wenigstens einen äußeren Elektrode und der Längsachse angeordnet sind, entlang derer sich die Ionen bewegen, wobei die inneren Elektroden oder die inneren Elektrodenabschnitte entlang dem Flugzeitgebiet beabstandet sind, um Zwischenräume zwischen den inneren Elektroden oder den inneren Elektrodenabschnitten bereitzustellen, wobei die Zwischenräume Längen in Längsrichtung des Flugzeitgebiets aufweisen und wobei die Längen der Zwischenräume als Funktion der Position der Zwischenräume entlang dem Flugzeitgebiet variieren, undeine zweite Spannungsversorgung, die mit den mehreren inneren Elektroden oder inneren Elektrodenabschnitten verbunden ist, wobei die zweite Spannungsversorgung dafür ausgelegt ist, zumindest einige der inneren Elektroden oder inneren Elektrodenabschnitte bei einer zweiten Spannung zu halten, die von der ersten Spannung verschieden ist,und wobei das Flugzeitgebiet dazu eingerichtet ist, in das Flugzeitgebiet gepulste Ionen entsprechend ihren Masse-/Ladungsverhältnissen zu trennen, wenn sie sich durch das Flugzeitgebiet bewegen.

Description

HINTERGRUND DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Manipulieren geladener Teilchen unter Verwendung eines elektrischen Felds. Die bevorzugte Ausführungsform betrifft eine Vorrichtung zur Verwendung in einem Massenspektrometer zum Manipulieren von Ionen.
Es ist wünschenswert, elektrische Felder zu verwenden, um Ionen in Massenspektrometern zu manipulieren. Typischerweise weist die Vorrichtung zum Manipulieren der Ionen eine Reihe entlang der Längsachse der Vorrichtung beabstandeter Elektroden auf. Spannungen werden an die Elektroden angelegt, um das gewünschte elektrische Potentialprofil entlang der Vorrichtung zu bilden, um die Ionen in der gewünschten Weise zu manipulieren. Die benachbarten Elektroden in diesen Vorrichtungen sind gewöhnlich durch Widerstände oder Kondensatoren elektrisch miteinander verbunden, um jede Elektrode auf dem gewünschten Potential zu halten. Es kann erforderlich sein, eine Anzahl von Widerständen mit verschiedenen Widerstandswerten oder eine Anzahl von Kondensatoren mit verschiedenen Kapazitäten zu verwenden, um das gewünschte Potentialprofil entlang der Vorrichtung zu erreichen. Hierdurch wird die Herstellung der Vorrichtung komplizierter, insbesondere wenn unterschiedliche Kondensatoren erforderlich sind, weil es schwierig ist, die Kapazität eines Kondensators genau auf einen gewünschten Wert zu ändern.
Ein Beispiel einer Vorrichtung zum Manipulieren von Ionen in einem Massenspektrometer ist ein Orthogonalbeschleunigungs-Flugzeit-(TOF)-Massenanalysator. Dieser weist typischerweise eine Reihe von Gebieten mit einem konstanten elektrischen Feld in der Art von Beschleunigungsgebieten und Reflektronen auf, deren elektrische Feldstärke sich unterscheidet. Zum Unterstützen dieser Felder im Volumen der Vorrichtung, wo die Ionen fliegen, werden verschiedene Spannungen an eine Reihe diskreter Elektroden angelegt, um die Randbedingungen des gewünschten internen elektrischen Felds oder elektrischen Volumenfelds eng nachzubilden. Beim Beispiel eines einstufigen Reflektrons besteht das Reflektron aus einer Reihe zylindrischer Elektroden gleicher Länge, die aneinander angrenzend angeordnet sind und die durch einen Potentialteiler verbunden sind, welcher aus Widerständen mit dem gleichen Wert besteht. Das sich ergebende elektrische Feld weist in der Nähe der Oberflächen der Elektroden Diskontinuitäten auf, diese Diskontinuitäten klingen jedoch von den Oberflächen der Elektroden fort schnell ab, so dass ein glattes, konstantes elektrisches Feld bereitgestellt wird, das für den Betrieb des Analysators gewünscht wird. Es ist wünschenswert, die Komplexität und die Anzahl dieser Elektroden zu minimieren, jedoch noch immer ein ausreichendes Abklingen der elektrischen Felder im Volumen der Vorrichtung zu erhalten, um einen erfolgreichen Betrieb der Vorrichtung zu ermöglichen.
Komplexere elektrische Felder höherer Ordnung können auch entlang einer Vorrichtung erzeugt werden, indem die geeignete Potentialfunktion auf eine Reihe entlang der Vorrichtung beabstandeter Elektroden angewendet wird. Unter der Voraussetzung, dass das gewünschte Volumenfeld ein unterstütztes Feld ist, d.h. die Laplace-Gleichung erfüllt, ermöglicht die kluge Anwendung einer Potentialfunktion auf die diskreten Elektroden, welche der Randbedingung entlang einer gewünschten geometrischen Fläche eng folgt, dass das elektrische Feld schnell zu der gewünschten Form abklingt. Die Genauigkeit des Volumenfelds hängt von der Genauigkeit des Orts der Elektroden und der daran angelegten Spannungen ab.
Wenngleich das gewünschte Potentialprofil für bestimmte Potentialprofile verhältnismäßig einfach erreicht werden kann, wird dies schwieriger, wenn es erwünscht ist, dass das Potentialprofil Funktionen höherer Ordnung folgt. Es wird auch auf Probleme gestoßen, wenn das Potentialprofil gepulst ein- und ausgeschaltet werden muss. Elektroden, welche ein Gebiet definieren, das ein gepulstes elektrisches Feld benötigt, müssen zwischen den Elektroden kapazitive Teiler aufweisen, um die verschiedenen Spannungen den verschiedenen Elektroden bereitzustellen. Diese Teiler weisen jedoch im Allgemeinen eine geringe Toleranz auf, und es ist schwierig, die erforderliche Kapazität für jeden Kondensator genau bereitzustellen. Beispielsweise könnten diese Probleme im gepulsten lonenextraktionsgebiet eines TOF-Massenanalysators auftreten.
Aus der US 5 095 208 A ist eine Vorrichtung zur Herstellung von geladenen Teilchen bekannt. Diese Druckschrift offenbart eine lonenquelle, die Primärionen auf eine Probe schießt, um so Sekundärionen herzustellen. Die lonenquelle weist eine Linse zum Fokussieren und Extrahieren der Ionen auf. Die Linse weist eine äußere Elektrode und eine mit einer Apertur versehene innere Elektrode auf.
Die US 6 417 511 B1 offenbart eine lonenführung mit RF-Stabelektroden zum radialen Einfangen bzw. Beschränken von Ionen und DC-Ringelektroden, welche entlang der lonenführung in beabstandeter Weise angeordnet sind, um Ionen durch die lonenführung zu treiben. Weiterer Stand der Technik ist aus den Druckschriften der US 6 759 651 B1 , der US 6 815 669 B1 , der US 2001 /0 035 498 A1 , der US 2008/0 265 154 A1 , der WO 2004/ 083 805 A2 , und der WO 2010/014 077 A1 bekannt.
Es wird gewünscht, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zum Manipulieren geladener Teilchen, eine verbesserte Vorrichtung, ein verbessertes Massenspektrometer und ein verbessertes Verfahren zur Massenspektrometrie bereitzustellen.
KURZFASSUNG DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
Gemäß einem ersten Aspekt sieht die vorliegende Erfindung einen Flugzeit-Massenanalysator vor, welcher ein Flugzeitgebiet zum Manipulieren von Ionen unter Verwendung eines axialen elektrischen Felds, wenn sie sich entlang der Längsachse des Flugzeitgebiets bewegen, aufweist, wobei das Flugzeitgebiet Folgendes aufweist:

wenigstens eine äußere Elektrode, die sich zusammenhängend entlang wenigstens einem Teil der Länge des Flugzeitgebiets erstreckt,
eine erste Spannungsversorgung, die mit der äußeren Elektrode verbunden ist, um der äußeren Elektrode bei der Verwendung eine erste Spannung zuzuführen,
wenigstens einen Satz mehrerer innerer Elektroden oder innerer Elektrodenabschnitte, die zwischen der äußeren Elektrode und der Längsachse angeordnet sind, entlang derer sich die Ionen bei der Verwendung bewegen, wobei die inneren Elektroden oder die inneren Elektrodenabschnitte entlang dem Flugzeitgebiet beabstandet sind, um Zwischenräume zwischen den inneren Elektroden oder den inneren Elektrodenabschnitten bereitzustellen, wobei die Zwischenräume Längen in Längsrichtung des Flugzeitgebiets aufweisen und wobei die Längen der Zwischenräume als Funktion der Position der Zwischenräume entlang dem Flugzeitgebiet variieren, und
eine zweite Spannungsversorgung, die mit den mehreren inneren Elektroden oder inneren Elektrodenabschnitten verbunden ist, wobei die zweite Spannungsversorgung dafür ausgelegt ist, zumindest einige der inneren Elektroden oder inneren Elektrodenabschnitte bei bzw. auf einer zweiten Spannung zu halten, die von der ersten Spannung verschieden ist.

Die vorliegende Erfindung verwendet eine äußere Elektrode zum Erzeugen eines elektrischen Felds und innere Elektroden, die durch Zwischenräume getrennt sind, um das Ausmaß der elektrischen Felddurchdringung zur Längsachse, entlang derer sich Ionen bei der Verwendung bewegen, zu steuern. Das gewünschte Potentialprofil kann daher entlang dem Flugzeitgebiet durch geeignete Auswahl der Positionen und Längen der Zwischenräume zwischen den inneren Elektroden erreicht werden. Dabei stellt die vorliegende Erfindung einen einfachen und wirksamen Mechanismus zum Bereitstellen eines gewünschten axialen Potentialprofils entlang der Längsachse des Flugzeitgebiets bereit. Dies steht im Gegensatz zu herkömmlichen Vorrichtungen, bei denen viele verschiedene elektrische Potentiale an viele verschiedene Elektroden angelegt werden müssen, um das gewünschte Potentialprofil entlang der Vorrichtung zu erreichen. Diese herkömmlichen Vorrichtungen benötigen folglich eine verhältnismäßig komplexe Elektronik für das Anlegen der vielen verschiedenen elektrischen Potentiale an die verschiedenen Elektroden.
Die vorliegende Erfindung ist in der Hinsicht gegenüber herkömmlichen Vorrichtungen in der Art der vorstehend beschriebenen vorteilhaft, dass es typischerweise einfacher ist, die inneren Elektroden genau maschinell zu bearbeiten, um die gewünschten Zwischenräume zwischen den inneren Elektroden bereitzustellen, als Spannungsversorgungen genau auf gewünschte Spannungen auszulegen. Es ist daher gemäß der vorliegenden Erfindung einfacher, das elektrische Potentialprofil zu steuern. Ferner ermöglicht die vorliegende Erfindung durch Variieren der Längen der Zwischenräume zwischen den inneren Elektroden, dass nicht lineare axiale Potentialprofile erreicht werden, ohne viele verschiedene elektrische Potentiale an viele verschiedene Elektroden anlegen zu müssen und daher ohne elektrische Komponenten mit vielen verschiedenen Widerstandswerten oder Kapazitäten verwenden zu müssen.
Erfindungsgemäß ist der Massenanalysator so ausgelegt, dass Ionen entsprechend ihren Masse-/Ladungsverhältnissen getrennt werden, wenn sie sich durch das Flugzeitgebiet bewegen. Die Ionen werden dabei in das Flugzeitgebiet hinein oder entlang diesem gepulst.
Die Längen der Zwischenräume variieren in Richtung der Längsachse des Flugzeitgebiets, vorzugsweise wie entlang der gleichen Achse gemessen, die sich in Längsrichtung erstreckt.
Vorzugsweise sind die inneren Elektroden oder die inneren Elektrodenabschnitte und die wenigstens eine äußere Elektrode so angeordnet und konfiguriert und werden die erste und die zweite Spannung so ausgewählt, dass bei der Verwendung ein durch die wenigstens eine äußere Elektrode erzeugtes elektrisches Feld die Zwischenräume zwischen den inneren Elektroden oder den inneren Elektrodenabschnitten durchdringt, um ein elektrisches Potentialprofil entlang der Längsachse für das Manipulieren der Ionen bereitzustellen.
Die Dicke der inneren Elektroden oder der inneren Elektrodenabschnitte in der radial nach außen von der Längsachse verlaufenden Richtung wird so ausgewählt, dass das gewünschte elektrische Potentialprofil entlang der Längsachse bereitgestellt wird.
Das elektrische Potentialprofil variiert vorzugsweise in einer kontinuierlichen und glatten Weise zunehmend entlang der Längsachse. Das Potentialprofil bildet vorzugsweise keine ionenoptische Linse und hat vorzugsweise keine plötzlichen Änderungen des elektrischen Potentials als Funktion der Länge entlang der Vorrichtung.
Vorzugsweise sind die erste und/oder die zweite Versorgungsspannung dafür ausgelegt, gepulst ein- und ausgeschaltet zu werden, so dass das elektrische Potentialprofil bei der Verwendung gepulst ein- und ausgeschaltet wird.
Die inneren Elektroden oder die inneren Elektrodenabschnitte sind sequenziell entlang dem Flugzeitgebiet angeordnet, und die Längen dieser Elektroden oder Elektrodenabschnitte variieren vorzugsweise linear oder quadratisch als Funktion der Position der Elektrode innerhalb der Sequenz. Alternativ oder zusätzlich sind die Zwischenräume zwischen den inneren Elektroden oder den inneren Elektrodenabschnitten sequenziell entlang dem Flugzeitgebiet angeordnet und können die Längen dieser Zwischenräume linear oder quadratisch als Funktion der Position des Zwischenraums innerhalb der Sequenz variieren.
Die inneren Elektroden oder die inneren Elektrodenabschnitte sind sequenziell entlang der Vorrichtung angeordnet, und die Längen der Elektroden oder der Abschnitte (und/oder die Längen der Zwischenräume zwischen den Elektroden oder Abschnitten) können linear als Funktion der Position der Elektrode oder des Abschnitts (oder Zwischenraums) innerhalb der Sequenz variieren. Die Länge der n-ten Elektrode oder des n-ten Abschnitts (oder des n-ten Zwischenraums) in der Sequenz kann a·n + b Längeneinheiten entsprechen, wobei a ≠ 0 ist und b eine Konstante oder null ist.
Alternativ können die Längen der Elektroden oder Elektrodenabschnitte (oder Zwischenräume) quadratisch als Funktion der Position der Elektrode oder des Elektrodenabschnitts (oder des Zwischenraums) innerhalb der Sequenz variieren. Die Länge der n-ten Elektrode oder des n-ten Elektrodenabschnitts (oder des n-ten Zwischenraums) in der Sequenz kann a·n² + b·n + c Längeneinheiten entsprechen, wobei a ≠ 0 ist und b und c Konstanten oder null sind.
Alternativ können die Längen der Elektroden oder Abschnitte (oder der Zwischenräume) kubisch als Funktion der Position der Elektrode oder des Elektrodenabschnitts (oder des Zwischenraums) innerhalb der Sequenz variieren. Die Länge der n-ten Elektrode oder des n-ten Elektrodenabschnitts (oder des n-ten Zwischenraums) in der Sequenz kann a·n³ + b·n² + c·n + d Längeneinheiten entsprechen, wobei a ≠ 0 ist und b, c und d Konstanten oder null sind. Funktionen, die eine höhere Ordnung aufweisen als kubische Funktionen, werden auch erwogen.
Vorzugsweise hält die zweite Spannungsversorgung alle inneren Elektroden oder Elektrodenabschnitte bei der gleichen Spannung. Die inneren Elektroden oder die inneren Elektrodenabschnitte werden vorzugsweise auf dem Massepotential gehalten, d.h. bei 0 V gehalten, oder bei einer anderen von null verschiedenen Spannung gehalten. Weniger bevorzugt sind die inneren Elektroden oder die inneren Elektrodenabschnitte sequenziell entlang der Vorrichtung angeordnet und können die an die Elektroden oder die Elektrodenabschnitte angelegten Spannungen als Funktion der Position der Elektrode oder des Elektrodenabschnitts innerhalb der Sequenz variieren. Beispielsweise können die an die inneren Elektroden oder Elektrodenabschnitte angelegten Spannungen linear als Funktion der Position der Elektrode oder des Elektrodenabschnitts innerhalb der Sequenz variieren. Die an die n-te Elektrode oder den n-ten Elektrodenabschnitt in der Sequenz angelegte Spannung kann a·n + b Volt entsprechen, wobei „a“ ≠ 0 ist und „b“ eine Konstante oder null ist.
Alternativ können die an die inneren Elektroden oder die inneren Elektrodenabschnitte angelegten Spannungen quadratisch als Funktion der Position der Elektrode oder des Elektrodenabschnitts innerhalb der Sequenz variieren. Die an die n-te Elektrode oder den n-ten Elektrodenabschnitt in der Sequenz angelegte Spannung kann a·n² + b·n + c Volt entsprechen, wobei a ≠ 0 ist und b und c null oder eine Konstante sind.
Alternativ können die an die inneren Elektroden oder die inneren Elektrodenabschnitte angelegten Spannungen kubisch als Funktion der Position der Elektrode oder des Elektrodenabschnitts innerhalb der Sequenz variieren. Die an die n-te Elektrode oder den n-ten Elektrodenabschnitt in der Sequenz angelegte Spannung kann a.n³ + b·n² + c·n + d Volt entsprechen, wobei a ≠ 0 ist und b, c und d Konstanten oder null sind. Spannungsfunktionen, die von höherer Ordnung sind als kubische Funktionen, werden auch erwogen.
Die vorliegende Erfindung kann die Wirkung des Variierens der Längen der inneren Elektroden oder der inneren Elektrodenabschnitte mit den Wirkungen des Anlegens unterschiedlicher Spannungsprofile an die inneren Elektroden oder die inneren Elektrodenabschnitte kombinieren.
Die wenigstens eine äußere Elektrode kann eines der folgenden sein: im Wesentlichen planar, stabförmig oder zylindrisch und um die Längsachse angeordnet. Zusätzlich oder alternativ kann jede der inneren Elektroden oder jeder der inneren Elektrodenabschnitte eines der folgenden sein: im Wesentlichen planar, stabförmig oder zylindrisch und um die Längsachse angeordnet.
Die äußere Elektrode und/oder die inneren Elektroden oder Elektrodenabschnitte können zylindrisch sein und um die Längsachse angeordnet sein. Alternativ kann eine der äußeren Elektroden auf einer Seite der Längsachse angeordnet sein und eine andere der äußeren Elektroden auf der entgegengesetzten Seite der Längsachse angeordnet sein. Ein Satz der inneren Elektroden oder der inneren Elektrodenabschnitte kann zwischen jeder äußeren Elektrode und der Längsachse auf entgegengesetzten Seiten der Längsachse angeordnet sein. Mehr als zwei äußere Elektroden und mehr als zwei Sätze innerer Elektroden oder innerer Elektrodenabschnitte können um die Längsachse angeordnet sein, und es können beispielsweise drei oder vier äußere Elektroden und drei oder vier entsprechende Sätze innerer Elektroden oder Elektrodenabschnitte verwendet werden.
Die Fläche der wenigstens einen äußeren Elektrode, die der Längsachse gegenübersteht, kann im Wesentlichen parallel zur Längsachse verlaufen.
Die inneren Elektroden oder die inneren Elektrodenabschnitte können entlang einer Achse angeordnet sein, die im Wesentlichen parallel zur Längsachse ist.
Die Fläche der wenigstens einen äußeren Elektrode, die der Längsachse gegenübersteht, kann unter einem Winkel zur Längsachse angeordnet sein, so dass ein Ende der äußeren Elektrode weiter von der Längsachse entfernt ist als das andere Ende der äußeren Elektrode.
Die wenigstens eine äußere Elektrode hat eine Innenfläche, die der Längsachse gegenübersteht, und der radiale Abstand der Fläche von der Längsachse kann als Funktion der Position entlang der Längsachse variieren. Die innere Fläche der wenigstens einen äußeren Elektrode kann gekrümmt, abgestuft oder nicht linear sein.
Die wenigstens eine äußere Elektrode kann eine Platten- oder Schichtelektrode sein.
Eine Platten- oder Schichtelektrode kann mit mehreren darin angeordneten Öffnungen versehen sein, wobei die Abschnitte aus Elektrodenmaterial zwischen den Öffnungen den Satz innerer Elektrodenabschnitte bilden.
Die Anzahl der Elektroden oder der Elektrodenabschnitte im Satz innerer Elektroden oder innerer Elektrodenabschnitte ist vorzugsweise ≥ 5. Die Anzahl der inneren Elektroden oder inneren Elektrodenabschnitte kann aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus > 3, > 4, > 5, > 6, > 7, >8, > 9, > 10, > 15, > 20, > 25 oder > 30 besteht.
Alle inneren Elektroden oder inneren Elektrodenabschnitte sind vorzugsweise über eine Länge der Vorrichtung angeordnet, die innerhalb der Länge der Vorrichtung liegt, über die sich die entsprechende äußere Elektrode erstreckt.
Die Vorrichtung ist so ausgelegt, dass bei der Verwendung die an die wenigstens eine äußere Elektrode angelegte erste Spannung ein elektrisches Feld erzeugt, das die Zwischenräume zwischen den inneren Elektroden oder den inneren Elektrodenabschnitten in dem wenigstens einen Satz innerer Elektroden oder innerer Elektrodenabschnitte durchdringt. Das elektrische Feld durchdringt die Zwischenräume, um ein gewünschtes elektrisches Potentialprofil entlang der Längsachse bereitzustellen, entlang derer sich die Ionen bei der Verwendung bewegen, um die Ionen zu manipulieren.
Die erste und/oder die zweite Spannungsversorgung sind vorzugsweise Gleichspannungsversorgungen, so dass die Elektroden bei der Verwendung bei Gleichspannungen gehalten werden, und/oder das elektrische Potentialprofil ist vorzugsweise ein elektrostatisches Potentialprofil.
Vorzugsweise werden nur Gleichspannungspotentiale an die wenigstens eine äußere Elektrode und/oder den wenigstens einen Satz innerer Elektroden oder innerer Elektrodenabschnitte angelegt.
Die Vorrichtung kann dafür ausgelegt sein, die erste Spannungsversorgung gepulst ein- und auszuschalten, oder die Vorrichtung kann dafür ausgelegt sein, das elektrische Potentialprofil gepulst ein- und auszuschalten.
Das elektrische Potentialprofil variiert bei der Verwendung vorzugsweise in Längsrichtung der Vorrichtung, um Ionen durch die Vorrichtung zu treiben oder Ionen einzusperren. Beispielsweise kann das entlang der Längsachse erzeugte elektrische Potentialprofil ein quadratisches Potentialprofil oder ein Potentialprofil höherer Ordnung sein.
Das elektrische Potentialprofil ist vorzugsweise das im Wesentlichen entlang der Mittelachse der Vorrichtung angeordnete Potentialprofil. Die Elektroden umgeben die Achse vorzugsweise.
Die an die Elektroden angelegten Spannungen erzeugen bei der Verwendung vorzugsweise unterstützte laplacesche elektrische Felder.
Die Vorrichtung ist vorzugsweise dafür eingerichtet und konfiguriert, beliebige der hier beschriebenen Verfahren auszuführen.
Der erste Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht auch ein Massenspektrometer vor, das einen vorstehend beschriebenen Massenanalysator aufweist.
Der erste Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht auch ein Verfahren zur Massenanalyse von Ionen vor, wobei ein hier beschriebener Massenanalysator verwendet wird. Das Verfahren weist Folgendes auf: Anlegen der ersten Spannung an die wenigstens eine äußere Elektrode und Anlegen der zweiten Spannung an den wenigstens einen Satz innerer Elektroden oder innerer Elektrodenabschnitte, so dass ein elektrisches Feld durch die wenigstens eine äußere Elektrode erzeugt wird, das die Zwischenräume zwischen den inneren Elektroden oder den inneren Elektrodenabschnitten durchdringt, um ein elektrisches Potentialprofil entlang der Längsachse zu bilden, welche die Ionen manipuliert.
Das durch die wenigstens eine äußere Elektrode erzeugte elektrische Feld durchdringt vorzugsweise die Zwischenräume zwischen den inneren Elektroden oder den inneren Elektrodenabschnitten, um ein elektrisches Potentialprofil entlang der Längsachse zum Manipulieren der Ionen bereitzustellen, und das elektrische Potentialprofil variiert vorzugsweise nicht linear entlang der Längsachse des Flugzeitgebiets, oder das elektrische Potentialprofil variiert vorzugsweise als quadratische Funktion oder Funktion höherer Ordnung entlang der Längsachse des Flugzeitgebiets.
Der erste Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht auch ein Verfahren zur Massenspektrometrie vor, welches das hier beschriebene Verfahren zur Massenanalyse von Ionen aufweist.
Der erste Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht auch ein Verfahren zur Herstellung einer hier beschriebenen Vorrichtung vor. Demgemäß sieht die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Flugzeit-Massenanalysators vor, welcher ein Flugzeitgebiet zum Manipulieren von Ionen unter Verwendung eines axialen elektrischen Felds, wenn sie sich entlang der Längsachse des Flugzeitgebiets bewegen, aufweist, wobei das Verfahren Folgendes aufweist:
Auswählen eines elektrischen Potentialprofils, das bei der Verwendung entlang der Längsachse des Flugzeitgebiets für das Manipulieren der Ionen zu erzeugen ist,
Bereitstellen wenigstens einer äußeren Elektrode, die sich zusammenhängend entlang zumindest einem Teil der Länge des Flugzeitgebiets erstreckt,
Anschließen einer ersten Spannungsversorgung an die wenigstens eine äußere Elektrode, um der wenigstens einen äußeren Elektrode bei der Verwendung eine erste Spannung zuzuführen,
Bereitstellen wenigstens eines Satzes mehrerer innerer Elektroden oder innerer Elektrodenabschnitte zwischen der wenigstens einen äußeren Elektrode und der Längsachse, entlang derer sich die Ionen bewegen, wobei die inneren Elektroden oder die inneren Elektrodenabschnitte entlang dem Flugzeitgebiet beabstandet sind, um Zwischenräume zwischen den inneren Elektroden oder den inneren Elektrodenabschnitten bereitzustellen, wobei die Zwischenräume Längen in Längsrichtung des Flugzeitgebiets aufweisen und wobei die Längen der Zwischenräume als Funktion der Position der Zwischenräume entlang dem Flugzeitgebiet variieren,
Anschließen einer zweiten Spannungsversorgung an die mehreren inneren Elektroden oder inneren Elektrodenabschnitte, wobei die zweite Spannungsversorgung dafür ausgelegt ist, zumindest einige der inneren Elektroden oder der inneren Elektrodenabschnitte bei der Verwendung bei einer zweiten Spannung zu halten, wobei die zweite Spannung von der ersten Spannung verschieden ist, und
Auswählen der Längen der Zwischenräume zwischen den inneren Elektroden oder den inneren Elektrodenabschnitten, Auswählen der ersten Spannung und Auswählen der zweiten Spannung, so dass ein durch die wenigstens eine äußere Elektrode erzeugtes elektrisches Feld bei der Verwendung die Zwischenräume zwischen den inneren Elektroden oder den inneren Elektrodenabschnitten durchdringt, um das elektrische Potentialprofil entlang der Längsachse bereitzustellen.
Wenngleich die vorliegende Erfindung vorstehend in Bezug auf einen Flugzeit-Massenanalysator mit einem Flugzeitgebiet beschrieben wurde, wird erwogen, dass die Erfindung auch auf andere Vorrichtungen als Flugzeitgebiete oder Flugzeitanalysatoren angewendet werden kann.
Es wird erwogen, dass die Vorrichtung für das Manipulieren anderer geladener Teilchen als Ionen verwendet werden kann.
Es wird erwogen, dass gemäß weniger bevorzugten Ausführungsformen die Längen der Zwischenräume zwischen den inneren Elektroden oder den inneren Elektrodenabschnitten als Funktion der Position der Zwischenräume entlang dem Flugzeitgebiet nicht variieren müssen.
Dementsprechend sieht ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zum Manipulieren geladener Teilchen unter Verwendung eines axialen elektrischen Felds, wenn sie sich entlang der Längsachse der Vorrichtung bewegen, vor, wobei die Vorrichtung Folgendes aufweist:
wenigstens eine äußere Elektrode, die sich zusammenhängend entlang wenigstens einem Teil der Länge der Vorrichtung erstreckt,
eine erste Spannungsversorgung, die mit der wenigstens einen äußeren Elektrode verbunden ist, um der wenigstens einen äußeren Elektrode bei der Verwendung eine erste Spannung zuzuführen,
wenigstens einen Satz mehrerer innerer Elektroden oder innerer Elektrodenabschnitte, die zwischen der wenigstens einen äußeren Elektrode und der Längsachse angeordnet sind, entlang derer sich die geladenen Teilchen bei der Verwendung bewegen, wobei die inneren Elektroden oder die inneren Elektrodenabschnitte entlang der Vorrichtung beabstandet sind, um Zwischenräume zwischen den inneren Elektroden oder den inneren Elektrodenabschnitten bereitzustellen, und
eine zweite Spannungsversorgung, die mit den mehreren inneren Elektroden oder inneren Elektrodenabschnitten verbunden ist, wobei die zweite Spannungsversorgung dafür ausgelegt ist, zumindest einige der inneren Elektroden oder inneren Elektrodenabschnitte bei einer zweiten Spannung zu halten, die von der ersten Spannung verschieden ist.
Die geladenen Teilchen sind vorzugsweise Ionen.
Die Vorrichtung ist vorzugsweise ein Reflektron zum Reflektieren von Ionen, eine lonenextraktionsvorrichtung zum Beschleunigen von Ionenpulsen oder ein Flugzeit-Massenanalysator.
Der zweite Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht auch ein Massenspektrometer oder ein Ionenbeweglichkeitsspektrometer bzw. Ionenmobilitätsspektrometer vor, welches eine vorstehend beschriebene Vorrichtung aufweist.
Der zweite Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht auch ein Verfahren zum Manipulieren geladener Teilchen vor, wobei eine vorstehend beschriebene Vorrichtung verwendet wird, wobei das Verfahren Folgendes aufweist: Anlegen der ersten Spannung an die wenigstens eine äußere Elektrode und Anlegen der zweiten Spannung an den wenigstens einen Satz innerer Elektroden oder innerer Elektrodenabschnitte, so dass ein elektrisches Feld durch die wenigstens eine äußere Elektrode erzeugt wird, das die Zwischenräume zwischen den inneren Elektroden oder den inneren Elektrodenabschnitten durchdringt, um ein elektrisches Potentialprofil entlang der Längsachse zu bilden, welches die geladenen Teilchen manipuliert.
Der zweite Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht auch ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zum Manipulieren geladener Teilchen unter Verwendung eines axialen elektrischen Felds vor, wenn sie sich entlang der Längsachse der Vorrichtung bewegen, wobei das Verfahren Folgendes aufweist:

Auswählen eines elektrischen Potentialprofils, das bei der Verwendung entlang der Längsachse der Vorrichtung für das Manipulieren der geladenen Teilchen zu erzeugen ist,
Bereitstellen wenigstens einer äußeren Elektrode, die sich zusammenhängend entlang zumindest einem Teil der Vorrichtung erstreckt,
Anschließen einer ersten Spannungsversorgung an die wenigstens eine äußere Elektrode, um der wenigstens einen äußeren Elektrode bei der Verwendung eine erste Spannung zuzuführen,
Bereitstellen wenigstens eines Satzes mehrerer innerer Elektroden oder innerer Elektrodenabschnitte zwischen der wenigstens einen äußeren Elektrode und der Längsachse, entlang derer sich die geladenen Teilchen bewegen, wobei die inneren Elektroden oder die inneren Elektrodenabschnitte entlang der Vorrichtung beabstandet sind, um Zwischenräume zwischen den inneren Elektroden oder den inneren Elektrodenabschnitten bereitzustellen,
Anschließen einer zweiten Spannungsversorgung an die mehreren inneren Elektroden oder inneren Elektrodenabschnitte, wobei die zweite Spannungsversorgung dafür ausgelegt ist, zumindest einige der inneren Elektroden oder der inneren Elektrodenabschnitte bei der Verwendung bei einer zweiten Spannung zu halten, wobei die zweite Spannung von der ersten Spannung verschieden ist, und
Auswählen der Längen der Zwischenräume zwischen den inneren Elektroden oder den inneren Elektrodenabschnitten, Auswählen der ersten Spannung und Auswählen der zweiten Spannung, so dass ein durch die wenigstens eine äußere Elektrode erzeugtes elektrisches Feld bei der Verwendung die Zwischenräume zwischen den inneren Elektroden oder den inneren Elektrodenabschnitten durchdringt, um das elektrische Potentialprofil entlang der Längsachse bereitzustellen.
Der zweite Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht auch ein Verfahren zur Massenspektrometrie oder Ionenbeweglichkeitsspektrometrie vor, welches das hier beschriebene Verfahren zum Manipulieren geladener Teilchen aufweist, wobei das Verfahren das Analysieren der geladenen Teilchen (d.h. Ionen) zum Bestimmen ihrer Masse oder Ionenbeweglichkeit aufweist.
Die Vorrichtung, das Spektrometer, das Verfahren zum Manipulieren geladener Teilchen oder das Verfahren zur Spektrometrie, wie in Bezug auf den zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung beschrieben, können eines oder eine Kombination optionaler oder bevorzugter Merkmale aufweisen, die vorstehend in Bezug auf den ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung beschrieben wurden, außer wo sich Bezüge auf den Flugzeit-Massenanalysator oder das Flugzeitgebiet auf die Vorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung beziehen und sich Bezüge auf Ionen auf geladene Teilchen beziehen.

Gemäß einer Ausführungsform kann das Massenspektrometer Folgendes aufweisen:

(a) eine lonenquelle, die aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus folgenden besteht: (i) einer Elektrosprayionisations-(„ESI“)-Ionenquelle, (ii) einer Atmosphärendruckphotoionisations-(„APPI“)-Ionenquelle, (iii) einer Atmosphärendruck-Chemische-Ionisations-(„APCI“)-Ionenquelle, (iv) einer Matrixunterstützte-Laserdesorptionsionisations-(„MALDI“)-Ionenquelle, (v) einer Laserdesorptionsionisations-(„LDI“)-Ionenquelle, (vi) einer Atmosphärendruckionisations-(„API“)-Ionenquelle, (vii) einer Desorptionsionisation-auf-Silicium-(„DIOS“)-Ionenquelle, (viii) einer Elektronenstoß-(„EI“)-lonenquelle, (ix) einer Chemische-lonisations-(„CI“)-lonenquelle, (x) einer Feldionisations-(„FI“)-lonenquelle, (xi) einer Felddesorptions-(„FD“)-Ionenquelle, (xii) einer Induktiv-gekoppeltes-Plasma-(„ICP“)-Ionenquelle, (xiii) einer Schneller-Atombeschuss-(„FAB“)-Ionenquelle, (xiv) einer Flüssigkeits-Sekundärionenmassenspektrometrie-(„LSIMS“)-Ionenquelle, (xv) einer Desorptions-elektrosprayionisations-(„DESI“)-Ionenquelle, (xvi) einer Radioaktives-Nickel-63-lonenquelle, (xvii) einer Atmosphärendruck-Matrixunterstützte-LaserdesorptionsionisationsIonenquelle, (xviii) einer Thermospray-Ionenquelle, (xix) einer Atmosphärenprobenbildungs-Glimmentladungsionisations-(„Atmospheric Sampling Glow Discharge Ionisation“ - „ASGDI“)-Ionenquelle, (xx) einer Glimmentladungs-(„GD“)-Ionenquelle, (xxi) einer Impaktorionenquelle, (xxii) einer Direkte-Analyse-in-Echtzeit-(„DART“)-Ionenquelle, (xxii) einer Lasersprayionisations-(„LSI“)-Ionenquelle, (xxiv) einer Sonicsprayionisations-(„SSI“)-Ionenquelle, (xxv) einer matrixunterstützten Einlassionisations-(„MAII“)-Ionenquelle und (xxvi) einer lösungsmittelunterstützten Einlassionisations-(„SAII“)-Ionenquelle und/oder
(b) eine oder mehrere kontinuierliche oder gepulste Ionenquellen und/oder
(c) eine oder mehrere Ionenführungen und/oder
(d) eine oder mehrere Ionenbeweglichkeitstrennvorrichtungen und/oder eine oder mehrere Feldasymmetrische-Ionenbeweglichkeitsspektrometervorrichtungen und/oder
(e) eine oder mehrere lonenfallen oder ein oder mehrere Ioneneinsperrgebiete und/oder
(f) eine oder mehrere Kollisions-, Fragmentations- oder Reaktionszellen, die aus der Gruppe ausgewählt sind, welche aus folgenden besteht: (i) einer Stoßinduzierte-Dissoziation-(„CID“)-Fragmentationsvorrichtung, (ii) einer Oberflächen induzierte-Dissoziation-(„SID“)-Fragmentationsvorrichtung, (iii) einer Elektronenübertragungs- dissoziations-(„ETD“)-Fragmentationsvorrichtung, (iv) einer Elektroneneinfang- dissoziations-(„ECD“)-Fragmentationsvorrichtung, (v) einer Elektronenstoß-oder-Aufprall-Dissoziations-Fragmentationsvorrichtung, (vi) einer Photoinduzierte-Dissoziations-(„PID“)-Fragmentationsvorrichtung, (vii) einer Laserinduzierte-Dissoziations-Fragmentationsvorrichtung, (viii) einer Infrarotstrahlungsinduzierte-Dissoziation-Vorrichtung, (ix) einer Ultraviolettstrahlungsinduzierte-Dissoziation-Vorrichtung, (x) einer Düse-Skimmer-Schnittstelle-Fragmentationsvorrichtung, (xi) einer In-der-Quelle-Fragmentationsvorrichtung, (xii) einer In-der-Quelle-stoßinduzierte-Dissoziation-Fragmentationsvorrichtung, (xiii) einer Thermische-oder-Temperaturquellen-Fragmentationsvorrichtung, (xiv) einer Elektrisches-Feld-induzierte-Fragmentation-Vorrichtung, (xv) einer Magnetfeldinduzierte-Fragmentation-Vorrichtung, (xvi) einer Enzymverdauungs-oder-Enzymabbau-Fragmentationsvorrichtung, (xvii) einer lon-lon-Reaktions-Fragmentationsvorrichtung, (xviii) einer lon-Molekül-Reaktions-Fragmentationsvorrichtung, (xix) einer Ion-Atom-Reaktions-Fragmentationsvorrichtung, (xx) einer lon-metastabiles-Ion-Reaktion-Fragmentationsvorrichtung, (xxi) einer Ion-metastabiles-Molekül-Reaktion-Fragmentationsvorrichtung, (xxii) einer Ion-metastabiles-Atom-Reaktion-Fragmentationsvorrichtung, (xxiii) einer Ion-Ion-Reaktionsvorrichtung zum Reagieren von Ionen zur Bildung von Addukt- oder Produktionen, (xxiv) einer lon-Molekül-Reaktionsvorrichtung zum Reagieren von Ionen zur Bildung von Addukt- oder Produktionen, (xxv) einer lon-Atom-Reaktionsvorrichtung zum Reagieren von Ionen zur Bildung von Addukt- oder Produktionen, (xxvi) einer lon-metastabiles-lon-Reaktionsvorrichtung zum Reagieren von Ionen zur Bildung von Addukt- oder Produktionen, (xxvii) einer lon-metastabiles-Molekül-Reaktionsvorrichtung zum Reagieren von Ionen zur Bildung von Addukt- oder Produktionen, (xxviii) einer lon-metastabiles-Atom-Reaktionsvorrichtung zum Reagieren von Ionen zur Bildung von Addukt- oder Produktionen und (xxix) einer Elektronenionisationsdissoziations-(„EID“)-Fragmentationsvorrichtung und/oder
(g) einen Massenanalysator, der aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus folgenden besteht: (i) einem Quadrupol-Massenanalysator, (ii) einem Zweidimensionaler- oder-linearer-Quadrupol-Massenanalysator, (iii) einem Paul-oder-dreidimensionaler-Quadrupol-Massenanalysator, (iv) einem Penning-Fallen-Massenanalysator, (v) einem lonenfallen-Massenanalysator, (vi) einem Magnetsektor-Massenanalysator, (vii) einem lonenzyklotronresonanz-(„ICR“)-Massenanalysator, (viii) einem Fouriertransformations-lonenzyklotronresonanz-(„FTICR“)-Massenanalysator, (ix) einem elektrostatischen oder Orbitrap-Massenanalysator, (x) einem elektrostatischen Fouriertransformations- oder Orbitrap-Massenanalysator, (xi) einem Fouriertransformations-Massenanalysator, (xii) einem Flugzeit-Massenanalysator, (xiii) einem Orthogonalbeschleunigungs-Flugzeit-Massenanalysator und (xiv) einem Linearbeschleunigungs-Flugzeit-Massenanalysator und/oder
(h) einen oder mehrere Energieanalysatoren oder elektrostatische Energieanalysatoren und/oder
(i) einen oder mehrere lonendetektoren und/oder
(j) ein oder mehrere Massenfilter, die aus der Gruppe ausgewählt sind, welche aus folgenden besteht: (i) einem Quadrupol-Massenfilter, (ii) einer Zweidimensionaler-oderlinearer-Quadrupol-lonenfalle, (iii) einer Paul-oder-dreidimensionaler-Quadrupol-lonenfalle, (iv) einer Penning-Ionenfalle, (v) einer Ionenfalle, (vi) einem Magnetsektor-Massenfilter, (vii) einem Flugzeit-Massenfilter und (viii) einem Wien-Filter und/oder
(k) eine Vorrichtung oder ein lonengatter zum Pulsieren von Ionen und/oder
(l) eine Vorrichtung zum Umwandeln eines im Wesentlichen kontinuierlichen lonenstrahls in einen gepulsten lonenstrahl.

Das Massenspektrometer kann ferner eines der Folgenden aufweisen:

(i) eine C-Falle und einen Orbitrap-(RTM)-Massenanalysator mit einer äußeren rohrförmigen Elektrode und einer koaxialen inneren spindelartigen Elektrode, wobei in einem ersten Betriebsmodus Ionen zur C-Falle überführt werden und dann in den Orbitrap-(RTM)-Massenanalysator injiziert werden und wobei in einem zweiten Betriebsmodus Ionen zur C-Falle überführt werden und dann zu einer Stoßzelle oder Elektronenübertragungsdissoziationsvorrichtung überführt werden, wo zumindest einige Ionen in Fragmentionen fragmentiert werden, und wobei die Fragmentionen dann zur C-Falle überführt werden, bevor sie in den Orbitrap-(RTM)-Massenanalysator injiziert werden, und/oder
(ii) eine Ringstapel-Ionenführung mit mehreren Elektroden, die jeweils eine Öffnung aufweisen, von der Ionen bei der Verwendung durchgelassen werden, und wobei der Abstand zwischen den Elektroden längs dem lonenweg zunimmt und wobei die Öffnungen in den Elektroden in einem stromaufwärts gelegenen Abschnitt der lonenführung einen ersten Durchmesser aufweisen und wobei die Öffnungen in den Elektroden in einem stromabwärts gelegenen Abschnitt der lonenführung einen zweiten Durchmesser aufweisen, der kleiner als der erste Durchmesser ist, und wobei entgegengesetzte Phasen einer Wechsel- oder HF-Spannung bei der Verwendung an aufeinanderfolgende Elektroden angelegt werden.

Gemäß einer Ausführungsform weist das Massenspektrometer ferner eine Vorrichtung auf, die dafür eingerichtet und ausgelegt ist, den Elektroden eine Wechsel- oder HF-Spannung zuzuführen. Die Wechsel- oder HF-Spannung hat vorzugsweise eine Amplitude, die aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus folgenden besteht: (i) < 50 V Spitze-zu-Spitze, (ii) 50 - 100 V Spitze-zu-Spitze, (iii) 100 - 150 V Spitze-zu-Spitze, (iv) 150 - 200 V Spitze-zu-Spitze, (v) 200 - 250 V Spitze-zu-Spitze, (vi) 250 - 300 V Spitze-zu-Spitze, (vii) 300 - 350 V Spitze-zu-Spitze, (viii) 350 - 400 V Spitze-zu-Spitze, (ix) 400 - 450 V Spitze-zu-Spitze, (x) 450 - 500 V Spitze-zu-Spitze und (xi) > 500 V Spitze-zu-Spitze.
Die Wechsel- oder HF-Spannung hat vorzugsweise eine Frequenz, die aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus folgenden besteht: (i) < 100 kHz, (ii) 100 - 200 kHz, (iii) 200 - 300 kHz, (iv) 300 - 400 kHz, (v) 400 - 500 kHz, (vi) 0,5 - 1,0 MHz, (vii) 1,0 - 1,5 MHz, (viii) 1,5 - 2,0 MHz, (ix) 2,0 - 2,5 MHz, (x) 2,5 - 3,0 MHz, (xi) 3,0 - 3,5 MHz, (xii) 3,5 - 4,0 MHz, (xiii) 4,0 - 4,5 MHz, (xiv) 4,5 - 5,0 MHz, (xv) 5,0 - 5,5 MHz, (xvi) 5,5 - 6,0 MHz, (xvii) 6,0 - 6,5 MHz, (xviii) 6,5 - 7,0 MHz, (xix) 7,0 - 7,5 MHz, (xx) 7,5 - 8,0 MHz, (xxi) 8,0 - 8,5 MHz, (xxii) 8,5 - 9,0 MHz, (xxiii) 9,0 - 9,5 MHz, (xxiv) 9,5 - 10,0 MHz und (xxv) > 10,0 MHz.
Die bevorzugten Ausführungsformen ermöglichen das Erzeugen eines unterstützten Volumenfelds unter Verwendung weniger Elektroden und weniger diskreter Spannungen. Vorzugsweise befinden sich die inneren Elektroden an einem geometrischen Rand der Vorrichtung. Beispielsweise bilden bei einem zylindrischen Reflektron die inneren Elektroden die zylindrische Innenfläche des Reflektrons.
Figurenliste
Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun nur als Beispiel mit Bezug auf die anliegende Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

1 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung nicht gemäß der vorliegenden Erfindung,
die 2A bis 2D die entlang der Vorrichtung aus 1 erhaltenen Potentialprofile an verschiedenen radialen Positionen innerhalb der Vorrichtung,
3 eine schematische Ansicht der Elektrodenstruktur und der Spannungen, die auf die Elektroden bei der Anordnung aus 1 angewendet oder an diese angelegt werden können,
4 eine schematische Ansicht der Elektrodenstruktur und der Spannungen, die bei einer anderen Anordnung, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, auf die Elektroden angewendet oder an diese angelegt werden können,
5A eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit parallelen äußeren Elektroden und 5B das Potentialprofil entlang der Vorrichtung aus 5A,
6 einen Abschnitt der Vorrichtung aus 5A,
7 eine andere bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit nicht parallelen äußeren Elektroden,
8 eine andere bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit gekrümmten äußeren Elektroden,
9 eine Ausführungsform einer inneren Elektrode der bevorzugten Vorrichtung und
10 eine Ausführungsform einer äußeren Elektrode der bevorzugten Vorrichtung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Anordnungen, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung sind, wenngleich sie für das Verständnis der Erfindung hilfreich sind, werden zuerst mit Bezug auf die 1 bis 4 beschrieben.
1 zeigt ein „Perfektron“ auf der rechten Seite der vertikalen gestrichelten Linie 6. Ein „Perfektron“ ist eine zylindrische Vorrichtung mit einer parabolischen Potentialfunktion, die entlang ihrer Mittelachse angeordnet ist und definierte Potentialflächen am vorderen und am hinteren Ende der Vorrichtung aufweist. Das „Perfektron“ weist zwei Sätze konzentrischer Ringelektroden 2, 4 auf, die entlang der Längsachse der Vorrichtung angeordnet sind und vordere und hintere Äquipotentialflächen aufweisen. Abwechselnde Elektroden in der Vorrichtung bilden den ersten Satz von Elektroden 4 und sind auf ein Massepotential gelegt. Die Elektroden in diesem Satz werden in Längsrichtung der Vorrichtung, wenn sich vom vorderen Ende der Vorrichtung entfernt wird, immer kürzer, wobei das vordere Ende der Vorrichtung an der vertikalen gestrichelten Linie 6 angeordnet ist. Der zweite Satz von Elektroden 2 ist auf das lonenspiegelpotential gelegt und weist Elektroden auf, die in Längsrichtung der Vorrichtung, wenn sich vom vorderen Ende der Vorrichtung entfernt wird, immer länger werden. Die Längen der Elektroden nehmen als eine quadratische Funktion ihrer Abstände vom vorderen Ende der Vorrichtung zu. Zum Beseitigen von Randbedingungseffekten der Vorrichtung und zum Untersuchen des wahren Verhaltens der Vorrichtung wird erwogen, ein Spiegelbild der Vorrichtung auf der linken Seite der vertikalen gestrichelten Linie 6 anzuordnen.
Die 2A bis 2D zeigen Simulationen des elektrischen Potentials Φ entlang der Vorrichtung (d.h. innerhalb der Anordnung auf der rechten Seite der vertikalen gestrichelten Linie 6 in 1) als Funktion des Abstands z entlang der Vorrichtung für verschiedene radiale Positionen innerhalb der Vorrichtung. Die Simulationen nehmen an, dass die Vorrichtung einen Radius von 3 cm und eine Länge von 20 cm aufweist. Die Simulation nimm auch an, dass die Anordnung auf der linken Seite der vertikalen gestrichelten Linie 6 die Vorrichtung auf der rechten Seite der vertikalen gestrichelten Linie 6 spiegelt. Die Simulation nimmt an, dass der Abstand der Elektroden entlang der Vorrichtung 2 cm ist (d.h. zehn Elektroden zwischen der Eintritts- und der Austrittselektrode) und dass die Länge der Elektroden von 0,025 bis 10 mm variiert. Die Simulation nimmt an, dass der erste Satz von Elektroden 4 auf dem Massepotential gehalten wird und dass jede Elektrode im zweiten Satz von Elektroden 2 bei 200 V gehalten wird.
2A zeigt das Potentialprofil Φ, das infolge der an den ersten und den zweiten Satz von Elektroden 4, 2 angelegten Spannungen entlang der Mittelachse der Vorrichtung gehalten wird. Es ist ersichtlich, dass das Potentialprofil Φ entlang der Mittelachse der Vorrichtung quadratisch ist.
2B zeigt das Potentialprofil Φ, das entlang der Vorrichtung bei einem Radius von 1 cm von der Mittelachse infolge der an den ersten und den zweiten Satz von Elektroden 4, 2 angelegten Spannungen gehalten wird. Es ist ersichtlich, dass das Potentialprofil Φ entlang der Vorrichtung bei diesem Radius im Wesentlichen quadratisch ist.
2C zeigt das Potentialprofil Φ, das entlang der Vorrichtung bei einem Radius von 2 cm von der Mittelachse infolge der an den ersten und den zweiten Satz von Elektroden 4, 2 angelegten Spannungen gehalten wird. Es ist ersichtlich, dass das Potentialprofil Φ entlang der Vorrichtung bei diesem Radius einem im Wesentlichen quadratischen Muster folgt, wenngleich es infolge der Elektrodenstruktur eine erhebliche Welligkeit in der Potentialfunktion Φ gibt.
2D zeigt das Potentialprofil Φ, das entlang der Vorrichtung bei einem Radius von 2,9 cm von der Mittelachse infolge der an den ersten und den zweiten Satz von Elektroden 4, 2 angelegten Spannungen gehalten wird. Es ist ersichtlich, dass das Potentialprofil Φ entlang der Vorrichtung bei diesem Radius gegenüber der gewünschten quadratischen Funktion erheblich verzerrt ist.
Die 2A bis 2D zeigen, dass die Elektrodenstruktur verwendet werden kann, um ein quadratisches Potential entlang der Vorrichtung zu erzeugen, um Ionen unter Verwendung nur zweier Spannungen, d.h. der Massespannung und 200 V, zu manipulieren. Dies wird durch Variieren der Längen der Elektroden im zweiten Satz von Elektroden 2 erreicht.
3 zeigt eine andere Vorrichtung mit einem ersten Satz von Elektroden 4 und einem zweiten Satz von N Elektroden 2. Die Elektroden in der Vorrichtung wechseln zwischen Elektroden im ersten Satz 4 und Elektroden im zweiten Satz 2. Die Elektroden sind direkt angrenzend zueinander angeordnet, so dass eine kontinuierliche bündige Fläche gebildet ist. Der erste Satz von Elektroden 4 ist elektrisch geerdet, und die Länge der Elektroden nimmt von der rechten Seite zur linken Seite der Vorrichtung ab. Die Länge der Elektroden im zweiten Satz von Elektroden 2 nimmt von der rechten Seite der Vorrichtung zur linken Seite der Vorrichtung zu. Die Länge der Elektroden 2 nimmt linear als Funktion ihres Abstands von der rechten Seite der Vorrichtung zu. Die an den zweiten Satz von Elektroden 2 angelegten Spannungen nehmen von der rechten Seite der Vorrichtung zur linken Seite der Vorrichtung zu. Die Spannungen nehmen linear zu, so dass die n-te Elektrode des zweiten Satzes von Elektroden 2 bei einer Spannung gehalten wird, welche ein Vielfaches von n-Mal der Spannung ist, bei der die Elektrode n = 1 gehalten wird. Ein aus mehreren Widerständen mit dem gleichen Widerstandswert gebildeter linearer Teiler wird verwendet, um den zweiten Satz von Elektroden 2 mit den verschiedenen Spannungen zu versorgen.
Die Wirkung des linearen Erhöhens der Länge der Elektroden im zweiten Satz von Elektroden 2 und des linearen Erhöhens der an diese Elektroden angelegten Spannungen führt dazu, dass ein quadratisches axiales elektrisches Feld entlang der Vorrichtung erzeugt wird. Die Amplitude des quadratischen elektrischen Felds nimmt in der gleichen Richtung entlang der Vorrichtung zu, in der die Spannungen und Längen der Elektroden zunehmen. Es ist daher zu verstehen, dass es die Vorrichtung ermöglicht, dass ein quadratisches elektrisches Feld unter Verwendung eines linearen Spannungsteilers, der nur Widerstände desselben Werts aufweist, entlang der Vorrichtung erzeugt wird.
4 zeigt eine Vorrichtung, die im Wesentlichen jener aus 3 gleicht, abgesehen davon, dass der Spannungsteiler Kondensatoren desselben Kapazitätswerts an Stelle von Widerständen verwendet, um den Spannungsgradienten entlang dem zweiten Satz von Elektroden 2 zu bilden. Ein quadratisches axiales elektrisches Feld wird innerhalb der Vorrichtung gebildet, wie vorstehend mit Bezug auf 3 beschrieben wurde. Die Vorrichtung aus 4 ist in dem Fall besonders vorteilhaft, dass das axiale elektrische Feld gepulst ein- und ausgeschaltet werden soll.
Die 5 bis 10 zeigen schematische Ansichten von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
5A zeigt eine Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welche zwei zusammenhängende äußere Elektroden 8 und zwei Sätze innerer Elektroden 10, die zwischen den äußeren Elektroden 8 angeordnet sind, aufweist. Jeder Satz der inneren Elektroden 10 ist entlang einer zur Mittelachse der Vorrichtung parallelen Achse angeordnet. Die Elektroden in jedem Satz innerer Elektroden 10 sind entlang der Achse beabstandet, so dass Zwischenräume zwischen benachbarten Paaren der inneren Elektroden 10 bereitgestellt sind. Die Längen der Zwischenräume zwischen den inneren Elektroden 10 variieren als Funktion der Position entlang der Vorrichtung. Dies ermöglicht es, dass das gewünschte axiale elektrische Potential entlang der Mittelachse gehalten wird, wie in weiteren Einzelheiten nachstehend beschrieben wird. Gemäß dieser Ausführungsform nehmen die Längen der Zwischenräume von links nach rechts in der Vorrichtung zu.
Eine erste Gleichspannung V1, beispielsweise 200 V, wird an die äußeren Elektroden 8 angelegt. Die inneren Elektroden 10 werden bei einer zweiten Spannung V2 gehalten, welche vorzugsweise das Massepotential ist. Ein elektrisches Feld wird durch Anlegen der ersten Spannung V1 an die äußeren Elektroden 8 erzeugt, und dieses elektrische Feld dringt durch die Zwischenräume in den benachbarten inneren Elektroden 10, um ein überlagertes elektrisches Feld entlang der Mittelachse der Vorrichtung zu bilden. Weil die Längen der Zwischenräume zwischen den inneren Elektroden 10 entlang der Vorrichtung variieren, variiert auch das Ausmaß des Durchdringens des elektrischen Felds durch die inneren Elektroden 10 entlang der Vorrichtung. Es wird daher verständlich sein, dass das elektrische Feld entlang der Mittelachse der Vorrichtung ausgewählt werden kann, indem die Position und die Längen der Zwischenräume zwischen den inneren Elektroden 10 ausgewählt werden. Beim in 5A dargestellten Beispiel nimmt die Länge der Zwischenräume zwischen den inneren Elektroden 10 quadratisch als Funktion der Position entlang der Vorrichtung zu. Dies führt dazu, dass ein im Wesentlichen quadratisches elektrisches Potential Φ entlang der Länge z der Vorrichtung erzeugt wird, wie in 5B dargestellt ist. Bei der Verwendung laufen geladene Teilchen entlang einer Längsachse, die zwischen den beiden Sätzen innerer Elektroden 10 angeordnet ist, und sie werden durch das axiale Potentialprofil Φ manipuliert.
Es sei bemerkt, dass andere axiale Potentialprofile als quadratische Potentialprofile erzeugt werden können, indem die Positionen und Längen der Zwischenräume auf andere Arten variiert werden.
6 zeigt einen Abschnitt einer Länge der Vorrichtung aus 5, um die Parameter zu veranschaulichen, die variiert werden können, um das gewünschte Potentialprofil entlang der Mittelachse der Vorrichtung zu erreichen. Wie zuvor beschrieben wurde, kann die Länge jedes Zwischenraums W zwischen benachbarten Paaren innerer Elektroden 10 variiert werden, um das Ausmaß des Eindringens des elektrischen Felds von der benachbarten äußeren Elektrode 8 zu ändern und damit das Potential auf der Mittelachse der Vorrichtung zu ändern. Je geringer die Länge W des Zwischenraums ist, desto kleiner ist die Felddurchdringung der inneren Elektroden 10. Der Abstand S zwischen jeder äußeren Elektrode 8 und dem Zwischenraum zwischen den inneren Elektroden 10 kann variiert werden, um das Ausmaß des Eindringens des elektrischen Felds von der benachbarten äußeren Elektrode 8 zu ändern und damit das Potential auf der Mittelachse der Vorrichtung zu ändern. Die Dicke t des Zwischenraums, wie in radialer Richtung von der Mittelachse bestimmt, kann variiert werden, um das Ausmaß des Eindringens des elektrischen Felds von der benachbarten äußeren Elektrode 8 zu ändern und damit das Potential auf der Mittelachse der Vorrichtung zu ändern. Gemäß der erläuterten Ausführungsform entspricht die Dicke t des Zwischenraums der Dicke der inneren Elektroden 10 auf beiden Seiten des Zwischenraums. Je größer die Dicke t des Zwischenraums ist, desto geringer ist die Felddurchdringung der inneren Elektroden 10. Der Abstand H der inneren Elektroden 10 von der Mittelachse der Vorrichtung kann variiert werden, um das Potential auf der Mittelachse der Vorrichtung zu ändern.
7 zeigt eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die jener aus den 5 und 6 gleicht, abgesehen davon, dass jede der äußeren Elektroden 8 unter einem Winkel in Bezug auf die Mittelachse und auf die Achsen, entlang derer die inneren Elektroden 10 angeordnet sind, angeordnet ist. Wie in Bezug auf 6 beschrieben wurde, bewirkt das Variieren des Abstands zwischen einer äußeren Elektrode 8 und dem Zwischenraum zwischen den benachbarten inneren Elektroden 10, dass das elektrische Potential an einer entsprechenden axialen Position entlang der Mittelachse variiert. Demgemäß variiert durch Bereitstellen gewinkelter äußerer Elektroden 8 der Abstand zwischen jeder äußeren Elektrode 8 und den Zwischenräumen zwischen den benachbarten inneren Elektroden 10 als Funktion der Position entlang der Vorrichtung. Durch das Anwinkeln der äußeren Elektroden 8 wird daher das Ausmaß der elektrischen Felddurchdringung der Zwischenräume in den inneren Elektroden 10 gesteuert.
8 zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welche jener aus den 5 und 6 gleicht, abgesehen davon, dass jede der äußeren Elektroden 8 anders profiliert ist. Gemäß der Ausführungsform aus 8 hat jede äußere Elektrode 8 eine gekrümmte Fläche, die der Mittelachse gegenübersteht, so dass der radiale Abstand der Fläche von der Mittelachse (und den benachbarten inneren Elektroden 10) als Funktion der Position entlang der Längsachse variiert. Wie in Bezug auf 6 beschrieben wurde, bewirkt das Variieren des Abstands zwischen einer äußeren Elektrode 8 und dem Zwischenraum zwischen den benachbarten inneren Elektroden 10, dass das elektrische Potential an einer entsprechenden axialen Position entlang der Mittelachse variiert. Dementsprechend variiert durch Versehen der äußeren Elektroden 8 mit gekrümmten Flächen der Abstand zwischen jeder äußeren Elektrode 8 und den Zwischenräumen zwischen den benachbarten inneren Elektroden 10 als Funktion der Position entlang der Vorrichtung. Die gekrümmten Flächen der äußeren Elektroden 8 steuern daher das Ausmaß der elektrischen Felddurchdringung der Zwischenräume in den inneren Elektroden 10.
Jeder Satz innerer Elektroden 10 wurde als aus mehreren diskreten Elektroden gebildet beschrieben. Es wird jedoch erwogen, dass stattdessen mehrere innere Elektrodenabschnitte verwendet werden können, wobei die Elektrodenabschnitte Abschnitte derselben Elektrode sind, die entlang der Vorrichtung beabstandet sind, indem Öffnungen in der einzelnen Elektrode bereitgestellt werden. 9 zeigt eine schematische Ansicht einer solchen Ausführungsform.
9 zeigt eine einzelne Elektrode 10', die verwendet werden kann, um jeden Satz innerer Elektrodenabschnitte zu bilden. Die einzelne Elektrode weist mehrere Öffnungen (d.h. Schlitze) 12 auf, die darin ausgebildet sind und die mehrere Elektrodenabschnitte 14 zwischen den Öffnungen 12 definieren. Die Breiten der Öffnungen (d.h. die Abmessung in Längsrichtung der Vorrichtung) variieren entlang der Elektrode 10'. Die mit Öffnungen versehene Elektrode 10' kann so in der Vorrichtung angeordnet werden, dass die Elektrodenabschnitte 14 zwischen den Öffnungen 12 den inneren Elektroden 10 der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen entsprechen und die Öffnungen 12 den Zwischenräumen zwischen den inneren Elektroden 10 entsprechen. Gemäß dieser Ausführungsform ist die innere Elektrode 10' eine flache Platten- oder Schichtelektrode, wenngleich erwogen wird, dass die Elektrode 10' um die Mittelachse (beispielsweise zylindrisch) gekrümmt sein könnte oder weniger bevorzugt entlang der Vorrichtung gekrümmt sein könnte.
10 zeigt eine Ausführungsform einer der äußeren Elektroden 8 bei Betrachtung in der x-y-Ebene. Gemäß dieser Ausführungsform ist die Elektrode 8 eine massive zusammenhängende Elektrode.
Jede innere Elektrode 10, 10' und/oder äußere Elektrode 8 gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine geradlinige Elektrode sein.
Die Genauigkeit des elektrischen Felds, die gemäß der vorliegenden Erfindung erreicht werden kann, ist größer als jene herkömmlicher Techniken, weil es verhältnismäßig einfach ist, die inneren Elektroden 10 (oder die inneren Elektrodenabschnitte 14) maschinell genau auf die gewünschten Längen zu bearbeiten und/oder die gewünschten Zwischenräume zwischen den inneren Elektroden (oder den inneren Elektrodenabschnitten 14) bereitzustellen, um das gewünschte Potentialprofil entlang der Vorrichtung bereitzustellen. Die Technik gemäß der vorliegenden Erfindung ist genauer und einfacher als die herkömmlichen Techniken, welche auf der Verwendung resistiver oder kapazitiver Teiler unterschiedlicher Werte und elektrischer Isolatoren zwischen Elektroden für das Bereitstellen eines Spannungsprofils entlang den Elektroden beruhen. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn versucht wird, Potentialfunktionen höherer Ordnung zu erreichen, die von kommerziell erhältlichen bevorzugten Werten abweichen. Ferner ist sie, weil wenige verschiedene Spannungen an die Vorrichtung angelegt werden müssen, ideal für das schnelle Pulsen elektrischer Felder geeignet, welche über große physikalische Volumina, wie sie beispielsweise bei der Orthogonalbeschleunigungs-TOF-Technologie vorgefunden werden, eine Unterstützung erfordern.
Die vorliegende Erfindung ist allgemein auf die Erzeugung eines elektrostatischen Felds anwendbar, vorausgesetzt, dass die Randbedingungen bekannt sind. Beispielsweise kann die vorliegende Erfindung verwendet werden, um ein hyperlogarithmisches Feld entlang der Vorrichtung zu erzeugen. Dies kann in Vorrichtungen wie beispielsweise Orthogonalbeschleunigungs-TOF-Vorrichtungen nützlich sein.
Wenngleich die vorliegende Erfindung mit Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben wurde, werden Fachleute verstehen, dass verschiedene Änderungen an der Form und den Einzelheiten vorgenommen werden können, ohne vom in den anliegenden Ansprüchen dargelegten Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.
Wenngleich beispielsweise zwei äußere Elektroden und zwei Sätze innerer Elektroden in Bezug auf die erläuterten Ausführungsformen beschrieben wurden, wird erwogen, dass die äußeren Elektroden aus einer Einzelzylinder- oder Röhrenelektrode gebildet werden könnten, welche die Mittelachse umgibt. Alternativ oder zusätzlich könnten die inneren Elektroden aus ring- oder röhrenförmigen Elektroden gebildet werden, die sich um die Mittelachse erstrecken, statt aus zwei Sätzen von Elektroden gebildet zu werden. Beispielsweise kann die Elektrode 10' eine zylindrische oder röhrenförmige Elektrode sein.
Vorzugsweise ist die in den vorstehenden Ausführungsformen beschriebene Vorrichtung ein Flugzeitgebiet eines Flugzeit-Massenanalysators.
Wenngleich es bevorzugt ist, dass die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dem Manipulieren von Ionen in einem Massenspektrometer dient, wird auch erwogen, dass die Vorrichtung für das Manipulieren geladener Teilchen bei anderen Anwendungen verwendet wird. Beispiele solcher anderer Anwendungen sind die Manipulation von Elektronen in Elektronenmikroskopen, Elektronenspektrometern oder anderen Vorrichtungen.

Claims

Flugzeit-Massenanalysator, welcher ein Flugzeitgebiet zum Manipulieren von Ionen unter Verwendung eines axialen elektrischen Felds, wenn sie sich entlang der Längsachse des Flugzeitgebiets bewegen, aufweist, wobei das Flugzeitgebiet Folgendes aufweist: wenigstens eine äußere Elektrode, die sich zusammenhängend entlang wenigstens einem Teil der Länge des Flugzeitgebiets erstreckt, eine erste Spannungsversorgung, die mit der wenigstens einen äußeren Elektrode verbunden ist, um der wenigstens einen äußeren Elektrode eine erste Spannung zuzuführen, wenigstens einen Satz mehrerer innerer Elektroden oder innerer Elektrodenabschnitte, die zwischen der wenigstens einen äußeren Elektrode und der Längsachse angeordnet sind, entlang derer sich die Ionen bewegen, wobei die inneren Elektroden oder die inneren Elektrodenabschnitte entlang dem Flugzeitgebiet beabstandet sind, um Zwischenräume zwischen den inneren Elektroden oder den inneren Elektrodenabschnitten bereitzustellen, wobei die Zwischenräume Längen in Längsrichtung des Flugzeitgebiets aufweisen und wobei die Längen der Zwischenräume als Funktion der Position der Zwischenräume entlang dem Flugzeitgebiet variieren, und eine zweite Spannungsversorgung, die mit den mehreren inneren Elektroden oder inneren Elektrodenabschnitten verbunden ist, wobei die zweite Spannungsversorgung dafür ausgelegt ist, zumindest einige der inneren Elektroden oder inneren Elektrodenabschnitte bei einer zweiten Spannung zu halten, die von der ersten Spannung verschieden ist, und wobei das Flugzeitgebiet dazu eingerichtet ist, in das Flugzeitgebiet gepulste Ionen entsprechend ihren Masse-/Ladungsverhältnissen zu trennen, wenn sie sich durch das Flugzeitgebiet bewegen.
Massenanalysator nach Anspruch 1, wobei die inneren Elektroden oder die inneren Elektrodenabschnitte und die wenigstens eine äußere Elektrode angeordnet und konfiguriert sind und die erste und die zweite Spannung so ausgewählt werden, dass ein durch die wenigstens eine äußere Elektrode erzeugtes elektrisches Feld die Zwischenräume zwischen den inneren Elektroden oder den inneren Elektrodenabschnitten durchdringt, um ein elektrisches Potentialprofil entlang der Längsachse für das Manipulieren der Ionen bereitzustellen.
Massenanalysator nach Anspruch 2, wobei das elektrische Potentialprofil in einer kontinuierlichen und glatten Weise progressiv entlang der Längsachse variiert.
Massenanalysator nach Anspruch 2 oder 3, wobei die erste und/oder die zweite Spannungsversorgung dafür ausgelegt ist, gepulst ein- und ausgeschaltet zu werden, so dass das elektrische Potentialprofil gepulst ein- und ausgeschaltet wird.
Massenanalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die inneren Elektroden oder die inneren Elektrodenabschnitte sequenziell entlang dem Flugzeitgebiet angeordnet sind und wobei die Längen dieser Elektroden oder Elektrodenabschnitte linear oder quadratisch als Funktion der Position der Elektrode innerhalb der Sequenz variieren und/oder wobei die Zwischenräume zwischen den inneren Elektroden oder den inneren Elektrodenabschnitten sequenziell entlang dem Flugzeitgebiet angeordnet sind und wobei die Längen dieser Zwischenräume linear oder quadratisch als Funktion der Position des Zwischenraums innerhalb der Sequenz variieren.
Massenanalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die wenigstens eine äußere Elektrode eines der folgenden ist: planar, stabförmig oder zylindrisch und um die Längsachse angeordnet und/oder wobei jede der inneren Elektroden oder der inneren Elektrodenabschnitte eines der folgenden ist: planar, stabförmig oder zylindrisch und um die Längsachse angeordnet.
Massenanalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Fläche der wenigstens einen äußeren Elektrode, welche der Längsachse gegenübersteht, parallel zur Längsachse verläuft.
Massenanalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die inneren Elektroden oder die inneren Elektrodenabschnitte entlang einer Achse angeordnet sind, die parallel zur Längsachse verläuft.
Massenanalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Fläche der wenigstens einen äußeren Elektrode, welche der Längsachse gegenübersteht, unter einem Winkel zur Längsachse angeordnet ist, so dass ein Ende der äußeren Elektrode weiter von der Längsachse entfernt ist als das andere Ende der äußeren Elektrode.
Massenanalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die wenigstens eine äußere Elektrode eine Innenfläche aufweist, welche der Längsachse gegenübersteht, und wobei der radiale Abstand der Fläche von der Längsachse als Funktion der Position entlang der Längsachse variiert.
Massenanalysator nach Anspruch 10, wobei die Innenfläche der wenigstens einen äußeren Elektrode gekrümmt, abgestuft oder nicht linear ist.
Massenanalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste und/oder die zweite Spannungsversorgung Gleichspannungsversorgungen sind, so dass die Elektroden bei Gleichspannungen gehalten werden, und/oder wobei das elektrische Potentialprofil ein elektrostatisches Potentialprofil ist.
Massenanalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei nur Gleichspannungspotentiale an die wenigstens eine äußere Elektrode und/oder an den wenigstens einen Satz innerer Elektroden oder innerer Elektrodenabschnitte angelegt werden.
Verfahren zur Massenanalyse von Ionen, wobei ein Massenanalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 13 verwendet wird, wobei das Verfahren Folgendes aufweist: Anlegen der ersten Spannung an die wenigstens eine äußere Elektrode und Anlegen der zweiten Spannung an den wenigstens einen Satz innerer Elektroden oder innerer Elektrodenabschnitte, so dass ein elektrisches Feld durch die wenigstens eine äußere Elektrode erzeugt wird, das die Zwischenräume zwischen den inneren Elektroden oder den inneren Elektrodenabschnitten durchdringt, um ein elektrisches Potentialprofil entlang der Längsachse zu bilden, welches die Ionen manipuliert.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das durch die wenigstens eine äußere Elektrode erzeugte elektrische Feld die Zwischenräume zwischen den inneren Elektroden oder den inneren Elektrodenabschnitten durchdringt, um ein elektrisches Potentialprofil entlang der Längsachse zum Manipulieren der Ionen bereitzustellen, und wobei das elektrische Potentialprofil nicht linear entlang der Längsachse des Flugzeitgebiets variiert oder wobei das elektrische Potentialprofil entlang der Längsachse des Flugzeitgebiets als eine quadratische Funktion oder als eine Funktion höherer Ordnung variiert.