DE112015001622T5 - Orthogonalbeschleunigungs-Koaxialzylinder-Massenanalysator - Google Patents

Abstract

Es wird ein Massenanalysator offenbart, der eine ringförmige Ionenführung mit einer Längsachse und einem ersten ringförmigen Ionenführungsabschnitt und einem zweiten ringförmigen Ionenführungsabschnitt umfasst, wobei die ringförmige Ionenführung Folgendes umfasst: (i) eine innere zylindrische Elektrodenanordnung, die axial segmentiert ist und eine Anzahl erster Elektroden umfasst, und (ii) eine äußere zylindrische Elektrodenanordnung, die axial segmentiert ist und eine Anzahl zweiter Elektroden umfasst. Ionen werden in den ersten ringförmigen Ionenführungsabschnitt eingebracht, so dass die Ionen innerhalb des ersten ringförmigen Ionenführungsabschnitts um die Längsachse im Wesentlichen stabile kreisförmige Umlaufbahnen bilden. Ionen werden orthogonal aus dem ersten ringförmigen Ionenführungsabschnitt in den zweiten ringförmigen Ionenführungsabschnitt beschleunigt, und ein oder mehrere parabolische Gleichspannungspotentiale werden entlang einem Teil des zweiten ringförmigen Ionenführungsabschnitts aufrechterhalten, so dass Ionen eine einfache harmonische Bewegung durchmachen. Ein induktiver Ionendetektor ist dafür eingerichtet und ausgelegt, Ionen innerhalb des zweiten ringförmigen Ionenführungsabschnitts zu detektieren.

Description

• QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
• Diese Anmeldung beansprucht die Priorität und den Vorteil aus der am 1. April 2014 eingereichten britischen Patentanmeldung 1405821.8 und der am 1. April 2014 eingereichten europäischen Patentanmeldung 14163006.1 . Der gesamte Inhalt dieser Anmeldungen wird hier durch Verweis aufgenommen.
• GEBIET DER ERFINDUNG
• Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Massenspektrometer und insbesondere Massenanalysatoren, Massenspektrometer, Verfahren zum Massenanalysieren von Ionen und Verfahren zur Massenspektrometrie.
• HINTERGRUND
• Es wird auf W.C. Wiley, I.H. McLaren, "Time-of-Flight Mass Spectrometer with Improved Resolution" Review of Scientific Instruments 26, 1150 (1955) Bezug genommen, worin die Grundgleichungen dargelegt sind, welche Flugzeit-Massenspektrometer mit zweistufiger Extraktion beschreiben. Die Grundgedanken gelten ebenso für Flugzeit-Massenanalysatoren mit kontinuierlicher axialer Extraktion, Orthogonalbeschleunigungs-Flugzeit-Massenanalysatoren und Zeitverzögerungs-Fokussierinstrumente.
• 1 zeigt den Grundgedanken der räumlichen (oder Raum-)Fokussierung, wobei Ionen mit einer anfänglichen räumlichen Verteilung an der Ebene eines Detektors in einen Fokus gebracht werden, um so die Instrumentenauflösung zu verbessern.
• Die Ionengeschwindigkeits- und Positionsverteilungen sind als Phasenraumellipsen repräsentiert, wie in 2 dargestellt ist, welche den Zustand des Ionenstrahls beschreiben, während er das Instrument durchquert. Die Kenntnis der Natur des Phasenraums und des Liouville-Theorems ist für das Verständnis verschiedener Aspekte einer Ausführungsform hilfreich.
• Ein Grundtheorem der Ionenoptik ist das Liouville-Theorem, das aussagt, dass "Für eine Wolke sich bewegender Teilchen die Teilchendichte (x, p_x, y, p_y, z, p_z) im Phasenraum unveränderlich ist", wobei p_x, p_y und p_z die Momente der drei kartesischen Koordinatenrichtungen sind. Es wird auf "Geometrical Charged-Particle Optics", Harald H. Rose, Springer Series in Optical Sciences 142 verwiesen.
• Nach dem Liouville-Theorem kann eine Teilchenwolke zu einer Zeit t₁, die ein bestimmtes Volumen im Phasenraum füllt, seine Form zu einer späteren Zeit t_n ändern, jedoch nicht die Größe seines Volumens. Versuche, dieses Volumen durch die Verwendung elektromagnetischer Felder zu verringern, sind vergeblich, wenngleich es natürlich möglich ist, gewünschte Gebiete des Phasenraums durch Senden des Strahls durch eine Blende (durch Unterdrücken nicht fokussierbarer Ionen) einzuschränken, bevor anschließende Manipulationen ausgeführt werden. Eine Näherung erster Ordnung unterteilt das Liouville-Theorem in die drei unabhängigen Raumkoordinaten x, y und z. Der Ionenstrahl kann nun in Bezug auf drei unabhängige Phasenraumflächen beschrieben werden, deren Form sich ändert, wenn der Ionenstrahl durch ein ionenoptisches System fortschreitet, jedoch nicht die Gesamtfläche selbst. Dieses Konzept ist in 3 dargestellt, worin ein N optische Elemente umfassendes optisches System dargestellt ist, wobei jedes Element die Form des Phasenraums, jedoch nicht seine Fläche ändert.
• Ionenverteilungen, die von Hochfrequenz-Ionenführungen ausgehen, welche Puffergase enthalten, können typischerweise in Phasenraumverteilungen beschrieben werden, die elliptisch geformt sind. Diese HF-Führungen werden üblicherweise verwendet, um kontinuierliche Ionenstrahlquellen zu verbinden, wie Elektrosprayionisations- mit Flugzeit-Massenanalysator-Massenspektrometern. Daher besteht das Ziel des Entwicklers eines Flugzeit-Massenanalysators darin, das Konzept der räumlichen Fokussierung zu verwenden, um den durch eine Phasenraumellipse repräsentierten anfänglichen Ionenstrahl mit einer großen räumlichen Verteilung zu einem mit einer kleinen Verteilung an der Ebene des Detektors zu manipulieren. Kleine räumliche Verteilungen an der Detektorebene gekoppelt mit langen Flugzeiten führen zu hochauflösenden Flugzeit-Massenanalysatorspektrometern. Es ist erwünscht, dass die Detektorebene für jedes bestimmte Masse-/Ladungsverhältnis isochron ist. Im Allgemeinen dispergieren Flugzeit-Massenanalysatorinstrumente nach dem Quadrat der Flugzeit im Masse-/Ladungsverhältnis (d.h. die Wurzel des Masse-/Ladungsverhältnisses ist proportional zur Zeit). Es ist jedoch wahr, dass jedes Ion (unabhängig vom Masse-/Ladungsverhältnis), wenn es durch ein allgemeines elektrostatisches System optischer Elemente beschleunigt wird, die gleiche Bahnkurve annimmt, so dass ein Orthogonalbeschleunigungs-Flugzeit-Massenanalysator, der als im Wesentlichen aus elektrostatischen Elementen bestehend angesehen werden kann, Ionen unterschiedlicher Masse-/Ladungsverhältnisse an denselben Positionen im Spektrometer, jedoch zu unterschiedlichen Zeiten in räumlichen Fokus bringt.
• Die isochrone Ebene kann als eine Ebene im Spektrometer definiert werden, wo Ionen mit einem eindeutigen Masse-/Ladungsverhältnis die gleiche Flugzeit aufweisen, die im Wesentlichen unabhängig von ihrer anfänglichen Phasenraumverteilung ist, wobei an dieser Ebene im Interesse der höchsten Auflösung ein Ionendetektor angeordnet wird. Es gibt zu berücksichtigende Sekundärwirkungen, die bewirken, dass der Flugzeit-Massenanalysator vom idealen elektrostatischen System, das vom Masse-/Ladungsverhältnis unabhängig ist, abweicht, wie die endliche Anstiegszeit des Pushers, massenabhängige Phasenraumeigenschaften von Ionen, die von HF-Vorrichtungen ausgehen, und die relativen Zeitabläufe gepulster Ionenpakete und gepulster elektrischer Felder. Diese Wirkungen und die Abweichungen vom idealen elektrostatischen System werden erklärt und erörtert, weil sie für verschiedene Ausführungsformen relevant werden.
• Der Neigungswinkel der Ellipse repräsentiert eine korrelierte Positions-/Geschwindigkeitsverteilung. Eine Ellipse, die eine große räumliche Erstreckung und eine leichte Neigung hat, kann durch Ionenstrahlen erzeugt werden, die aus HF-Führungen austreten, welche durch Übertragungsoptiken in das Pusher-(Beschleunigungs)-Gebiet eines orthogonalen Flugzeit-Massenanalysators beschleunigt worden sind. Wo die Ellipse eine vertikale Orientierung aufweist (lang und dünn ist), haben wir eine isochrone Ebene, wo ein Ionendetektor angeordnet werden kann. Die Formen der Ellipse an verschiedenen Positionen im Spektrometer, wenn der Ionenstrahl das Instrument durchquert, werden in den folgenden die Erfindung beschreibenden Diagrammen vorgestellt. Es sei bemerkt, dass weder für die Geschwindigkeits- noch für die Positionsachsen der Ellipsen ein Maßstab angegeben ist und dass sie lediglich erläuternden Zwecken dienen, um die dem Betrieb der Erfindung zugrunde liegenden Grundgedanken zu verstehen.
• Der einfache zweistufige Wiley-McLaren-Flugzeit-Massenanalysator, der in 1 dargestellt ist, wird durch Definieren dreier verschiedener Gebiete, die von vier Hauptebenen P1, P2, P3, P4 begrenzt sind, erzeugt. Die verschiedenen Feldgebiete werden typischerweise durch Anordnen von Feldern von Gitterdrähten oder -netzen (nachstehend als Gitter bezeichnet) an den Positionen der Hauptebenen erzeugt, woran jeweils ein Potential (eine Spannung) angelegt ist, das statischer oder gepulster Natur sein kann. Beschleunigungs- und Verzögerungsgebiete sind durch geneigte Ebenen oder Kurven dargestellt, entlang derer Ionen als ohne Reibung rollend angesehen werden können. Es sei bemerkt, dass diese Schwerkraftanalogie in der Hinsicht nicht ganz korrekt ist, dass Ionen in der Elektrostatik zu ihrer Ladung proportionale Kräfte spüren, so dass Ionen mit ähnlicher Ladung, jedoch unterschiedlicher Masse, mit Raten beschleunigen, die umgekehrt proportional zu ihrer Masse sind (wobei bei der Schwerkraft die Kraft proportional zur Masse ist, so dass alle Teilchen unabhängig von der Masse mit der gleichen Rate beschleunigt werden).
• Jedes Mal dann, wenn der Ionenstrahl durch ein Gitter hindurchläuft, gehen Ionen durch Stöße mit den Gitterdrähten verloren und werden auch durch Variationen des elektrischen Felds abgelenkt, die infolge der verschiedenen Feldstärken zwischen den beiden benachbarten Gebieten in unmittelbarer Nähe zum Rand existieren (als Streuung bekannt), so dass der Strahl, wenn er das Spektrometer durchquert, infolge dieser Verluste und auch einer Defokussierung (Divergenz) des Ionenstrahls infolge seiner anfänglichen Geschwindigkeitsverbreiterung schwächer wird.
• Ein Spannungspuls Vp wird an die Pusher-Platte bei P1 angelegt, wodurch ein Orthogonalbeschleunigungsfeld erzeugt wird, um einen Abschnitt des Strahls in den Flugzeit-Massenanalysator zu extrahieren. Es ist der Zeitpunkt des Anlegens dieses Spannungspulses, der als Startzeit für den Flugzeit-Massenanalysator dient. Es wird zugelassen, dass alle interessierenden Ionen (mit unterschiedlichen Masse-/Ladungsverhältnissen) zum Detektor fliegen, bevor der Pusher wieder auslösen kann. Das Tastverhältnis der Abtastung des ankommenden Ionenstrahls beträgt typischerweise etwa 20 %, um das Extrahieren eines unverzerrten Strahls zu ermöglichen, und diese Zahl fällt umgekehrt proportional zur Wurzel der Masse ab. Es ist vorteilhaft, die anfängliche (Vor-Push-)Geschwindigkeit der Ionen beizubehalten, so dass die sich ergebende Flugbahn der Ionen unter einem Winkel zur Flugröhre steht, der durch einen Vektor zwischen den beiden Geschwindigkeiten erzeugt wird, d.h. jener des ankommenden Strahls und jener, die durch die Spektrometerfelder auferlegt wird. Diese sich ergebende vektorielle Bahnkurve ermöglicht das Anordnen des Ionendetektors versetzt zum Pusher-Gebiet, was im Interesse einer einfachen Konstruktion vorteilhaft ist, wie nachstehend vollständiger erklärt wird. Auflösungen von etwa 5000 können für Instrumente nach dem Stand der Technik bei Verwendung dieses Geometrietyps für eine Fluglänge von bis zu einem Meter erreicht werden.
• Bei Orthogonalbeschleunigungs-Flugzeit-Massenspektrometern können höhere Auflösungen erreicht werden, indem der Ionenstrahl unter Verwendung eines Reflektrons auf sich selbst zurück reflektiert wird. Eine solche Vorrichtung kann eingestellt werden, um eine isochrone Ebene in einem feldfreien Gebiet ("FFR") zu erhalten, während eine kompakte Instrumentengeometrie beibehalten wird. Bei einer klugen Einstellung der Spannungen kann dieser Prozess mehrere Male wiederholt werden, um die effektive Fluglänge (und damit die Flugzeit der Ionen) des Instruments zu vergrößern, während die Existenz einer isochronen Ebene im feldfreien Gebiet aufrechterhalten wird.
• 4 zeigt eine Anordnung, wobei Ionen durch ein zweistufiges Beschleunigungsgebiet beschleunigt werden, das durch Ebenen P1, P2, P3 definiert ist, und in ein feldfreies Gebiet (P3 bis P4) eintreten. Die Ionen durchqueren dann das durch die Ebenen P4, P5, P6 definierte Reflektron, bevor sie durch das feldfreie Gebiet zu einem durch die Ebenen P3, P7 definierten kleinen Spiegel zurückkehren. Der Ionenstrahl wird zum Hauptreflektron zurückgesendet, woraufhin er durch das feldfreie Gebiet zurückgesendet wird, an dessen Ende an der Position der isochronen Ebene, nämlich P3, ein Detektor angeordnet ist.
• Die vektorielle Bahnkurve, durch welche der Strahl seine anfängliche Bewegungsrichtungskomponente erhält, ermöglicht, dass der Ionendetektor angrenzend an das Pusher-Gebiet angeordnet wird. Hohe Auflösungen von 50000 bis 100000 sind mit einer solchen Geometrie erreichbar, diese Leistungsfähigkeit geht jedoch auf Kosten der Empfindlichkeit (Ionentransmission). In diesem Fall durchläuft der Ionenstrahl Gitter 12 Mal, wodurch der Strahl bei jedem Durchgang abgeschwächt wird.
• Zusätzlich zu diesem Verlust divergiert der Ionenstrahl infolge seiner anfänglichen Geschwindigkeitsverbreiterung und der Streuung infolge der Felder in der Nähe der Gitter, so dass sein Querschnitt in der Detektorebene drastisch zugenommen hat. Wenn all diese Faktoren zusammen mit dem endlichen Tastgrad des Instruments berücksichtigt werden, kann die Transmission lediglich 1 % der anfänglichen Strahlintensität betragen, wodurch die Empfindlichkeit des Instruments verringert wird.
• WO 2005/040785 (Farnsworth) offenbart eine modifizierte Spiratron-Anordnung, wobei Ionen unter Verwendung eines gepulsten elektrischen Felds, das an eine dritte Sektorelektrode 155 angelegt ist, wie in 5 von WO 2005/040785 (Farnsworth) dargestellt ist, in den Analysator eingeleitet werden. Ein Ionenpaket wird unter einem Winkel in ein Paar koaxialer Zylinder gesendet, wie in 6 von WO 2005/040785 (Farnsworth) dargestellt ist, wo sie eine helikale Bahnkurve 175 durchlaufen, bis sie zu einem Ionendetektor ausgestoßen werden, der sich außerhalb der Führung befindet (wie aus 3 von WO 2005/040785 (Farnsworth) ersichtlich ist, wo sich der Ionendetektor 70 außerhalb der Flugröhre befindet). Ionen erhalten stabile Bahnkurven durch eine an eine dritte Elektrode angelegte gepulste Spannung. Es wird nicht offenbart, wie Ionen aus der Vorrichtung austreten, sobald sie sich in der Flugröhre am Detektorende befinden.
• Es sei bemerkt, dass Seite 9, Zeilen 9–10 von WO 2005/040785 (Farnsworth) ein Verhältnis T/ΔT von 1000 impliziert (1 kHz Wiederholungsrate bei 1 μs Injektionspulsen), was zu einer maximal erreichbaren Auflösung von 500 führt. Die niedrige Auflösung ist darauf zurückzuführen, dass die offenbarte Anordnung in der Winkeldimension nur eine Energiefokussierungseigenschaft (oder räumliche Fokussierungseigenschaft) erster Ordnung auf das Ionenpaket anwendet.
• Es sei auch bemerkt, dass auf Seite 9, Zeilen 11–18 von WO 2005/040785 (Farnsworth) eine Anordnung erwogen wird, bei der eine kontinuierliche Elektrospray-Ionenquelle verwendet wird, bei der eine vorgeschaltete Falle 90 nicht bereitgestellt sein kann. Es wird nahe gelegt, dass gemäß dieser Anordnung Ionen bei θ = 0° injiziert werden können und das Anlegen eines Spannungspulses, um die Ionen mit einer axialen Driftgeschwindigkeit zu versehen, verzögert wird. Diese Anordnung ist auch auf Seite 15, Zeilen 5–15 von WO 2005/040785 (Farnsworth) beschrieben.
• Fachleute werden verstehen, dass, falls ein Ionenstrahl in die in WO 2005/040785 (Farnsworth) offenbarte Anordnung bei θ = 0° injiziert wird, in Zusammenhang mit der darin offenbarten modifizierten Spiratron-Anordnung die Ionen daran gehindert werden müssten, eine vollständige Umdrehung auszuführen, bevor ein axiales Feld angelegt wird. Es ist wichtig, dass in das in WO 2005/040785 (Farnsworth) offenbarte ringförmige Gebiet injizierte Ionen abhängig von ihrem Masse-/Ladungsverhältnis unterschiedliche Umlaufpositionen annehmen würden. Demgemäß könnten Ionen mit einem verhältnismäßig niedrigen Masse-/Ladungsverhältnis zu der Zeit nahezu einen Umlauf ausführen, zu der das axiale Feld angelegt wurde, während Ionen mit einem verhältnismäßig hohen Masse-/Ladungsverhältnis zu der Zeit, zu der das axiale Feld angelegt wird, nur einen Bruchteil eines Umlaufs ausführen würden.
• Das Ermöglichen einer Verzögerung zwischen der Ioneninjektion und der Orthogonalbeschleunigung würde daher zu Ionen mit einer massenabhängigen Ausgangsposition führen, so dass die Auflösung des Massenanalysators sogar noch weiter verringert werden würde.
• Anhand 3 aus WO 2005/040785 (Farnsworth) ist ersichtlich, dass eine Öffnung zwischen dem ringförmigen Gebiet und dem Ionendetektor 70 bereitgestellt ist, wodurch Ionen hindurchtreten müssen, um durch den Ionendetektor detektiert zu werden. Weil Ionen eine Ausgangsposition aufweisen würden, die zu der Zeit massenabhängig ist, zu der das axiale Feld angelegt wird, würden Ionen mit unterschiedlichen Massen unterschiedlichen helikalen Wegen durch das ringförmige Gebiet folgen. Daher folgen einige Ionen helikalen Bahnkurven, welche die Extraktionsöffnung verfehlen würden und daher nicht durch den Ionendetektor detektiert werden würden.
• Die in WO 2005/040785 (Farnsworth) offenbarte modifizierte Spiratron-Anordnung hätte daher auch eine erhebliche Massenbereichsbeschränkung.
• GB-2390935 (Verentchikov) offenbart eine in 14 von GB-2390935 dargestellte Anordnung, die zwei Flugzeit-Massenspektrometer umfasst. Ausgangsionen werden in einem ersten langsamen (und langen) Flugzeit-Massenspektrometer (TOF1), das bei niedrigen Ionenenergien (1 bis 100 eV) arbeitet, getrennt, und Fragmentionen werden anschließend in einem zweiten schnellen und kurzen Flugzeit-Massenspektrometer (TOF2), das bei einer viel höheren keV-Energie arbeitet, massenanalysiert. Ionen werden unter einem Neigungswinkel in Bezug auf die Achse zweier Elektroden in das erste Flugzeit-Massenspektrometer TOF1 injiziert, so dass sie helikalen Wegen folgen. Fachleute werden verstehen, dass die Ionen orthogonal in ein ringförmiges Ionenführungsgebiet beschleunigt werden. Es ist auch ersichtlich, dass die Auflösung der in 14 von GB-2390935 offenbarten Anordnung sehr niedrig ist (R ~ 75).
• US 2013/0068942 (Verenchikov) offenbart in 19 eine Flugzeit-Massenanalysatoranordnung mit einer gefalteten Flugbahn.
• WO 2013/171501 (Micromass) und GB-2505275 (Micromass) offenbaren einen koaxialen Orthogonalbeschleunigungs-Flugzeit-Massenanalysator mit einem destruktiven Ionendetektor.
• GB-2482785 (Nikolaev) offenbart einen Kingdon-Massenspektrometer mit zylindrischen Elektroden.
• Es ist erwünscht, einen kompakten Orthogonalbeschleunigungs-Massenanalysator mit einer hohen Auflösung und einer hohen Transmission bereitzustellen.
• KURZFASSUNG
• Gemäß einem Aspekt ist ein Massenanalysator vorgesehen, welcher Folgendes umfasst:
  eine ringförmige Ionenführung mit einer Längsachse und einem ersten ringförmigen Ionenführungsabschnitt und einem zweiten ringförmigen Ionenführungsabschnitt, wobei die ringförmige Ionenführung Folgendes umfasst: (i) eine innere zylindrische Elektrodenanordnung, die axial segmentiert ist und eine Anzahl erster Elektroden umfasst, und (ii) eine äußere zylindrische Elektrodenanordnung, die axial segmentiert ist und eine Anzahl zweiter Elektroden umfasst,
  eine erste Vorrichtung, die dafür eingerichtet und ausgelegt ist, Ionen in den ersten ringförmigen Ionenführungsabschnitt einzubringen, so dass die Ionen innerhalb des ersten ringförmigen Ionenführungsabschnitts um die Längsachse im Wesentlichen stabile kreisförmige Umlaufbahnen bilden,
  eine zweite Vorrichtung, die dafür eingerichtet und ausgelegt ist, Ionen aus dem ersten ringförmigen Ionenführungsabschnitt orthogonal in den zweiten ringförmigen Ionenführungsabschnitt zu beschleunigen,
  eine Vorrichtung, die dafür eingerichtet und ausgelegt ist, ein oder mehrere parabolische Gleichspannungspotentiale entlang einem Abschnitt des zweiten ringförmigen Ionenführungsabschnitts aufrechtzuerhalten, so dass Ionen eine einfache harmonische Bewegung durchmachen, und
  einen induktiven Ionendetektor, der dafür eingerichtet und ausgelegt ist, Ionen innerhalb des zweiten ringförmigen Ionenführungsabschnitts zu detektieren.
• WO 2005/040785 (Farnsworth) offenbart nicht, dass Ionen veranlasst werden, innerhalb eines ringförmigen Ionenführungsabschnitts im Wesentlichen stabile kreisförmige Umlaufbahnen um die Längsachse zu bilden, bevor sie orthogonal beschleunigt werden.
• Die in WO 2005/040785 (Farnsworth) offenbarten Anordnungen umfassen modifizierte Spiratron-Anordnungen, wobei Ionen helikalen Umlaufbahnen folgen.
• Anhand 3 aus WO 2005/040785 (Farnsworth) ist ersichtlich, dass sich der Ionendetektor nicht innerhalb der ringförmigen Ionenführung befindet und dass der Ionendetektor ferner einen destruktiven Ionendetektor an Stelle eines induktiven Ionendetektors umfasst. Ferner ist die Detektionsfläche des Ionendetektors 70 in einer Ebene angeordnet, die parallel zur Längsachse ist. Es ist daher zu verstehen, dass die in WO 2005/040785 (Farnsworth) offenbarte modifizierte Spiratron-Anordnung grundsätzlich anders als die vorliegenden Ausführungsformen arbeitet.
• Bei der in WO 2005/040785 (Farnsworth) offenbarten Anordnung werden Ionen in der Flugröhre beschleunigt und erfahren eine Flugzeitdispersion in helikaler Richtung, d.h. die Flugzeitdispersion erfolgt sowohl in Längsrichtung als auch in Umlaufrichtung.
• Dagegen geschieht gemäß den vorliegenden Ausführungsformen die Flugzeitdispersion nur in einer Längsrichtung.
• Ionen, die orthogonal beschleunigt werden, werden auf eine isochrone Ebene, die im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse ist, räumlich fokussiert.
• Dies steht im Gegensatz zur in WO 2005/040785 (Farnsworth) offenbarten modifizierten Spiratron-Anordnung, wobei die isochrone Ebene parallel zur Längsachse verläuft.
• US 2013/0068942 (Verenchikov) offenbart in 19 eine Flugzeit-Massenanalysatoranordnung mit einer gefalteten Flugbahn. US 2013/0068942 (Verenchikov) lehrt nicht oder legt nicht nahe, dass ein oder mehrere parabolische Gleichspannungspotentiale entlang einem Teil eines ringförmigen Ionenführungsabschnitts aufrechterhalten werden, so dass Ionen eine einfache harmonische Bewegung durchmachen.
• Der Ionendetektor gemäß einer Ausführungsform kann dafür eingerichtet und ausgelegt sein, Ionen nicht destruktiv innerhalb des zweiten ringförmigen Ionenführungsabschnitts zu detektieren.
• Der Ionendetektor kann ferner eine oder mehrere erste Erfassungselektroden umfassen.
• Die eine oder die mehreren ersten Erfassungselektroden können eine oder mehrere zylindrische, Ring- oder ringförmige Elektroden umfassen.
• Die eine oder die mehreren ersten Erfassungselektroden können entlang einem äußeren Abschnitt des zweiten ringförmigen Ionenführungsabschnitts angeordnet sein.
• Die eine oder die mehreren ersten Erfassungselektroden können mit einem Verstärker oder einem Differenzverstärker verbunden sein, der dafür eingerichtet und ausgelegt ist, ein in der einen oder den mehreren ersten Erfassungselektroden induziertes Signal zu verstärken.
• Die eine oder die mehreren ersten Erfassungselektroden können im Wesentlichen zentral innerhalb des zweiten ringförmigen Ionenführungsabschnitts angeordnet sein.
• Die eine oder die mehreren ersten Erfassungselektroden können alternativ gegenüber dem Zentrum des zweiten ringförmigen Ionenführungsabschnitts versetzt oder verschoben sein.
• Der zweite ringförmige Ionenführungsabschnitt kann ferner eine oder mehrere zweite Erfassungselektroden umfassen.
• Die eine oder die mehreren zweiten Erfassungselektroden können eine oder mehrere zylindrische, Ring- oder ringförmige Elektroden umfassen.
• Die eine oder die mehreren zweiten Erfassungselektroden können entlang einem inneren Abschnitt des zweiten ringförmigen Ionenführungsabschnitts angeordnet sein.
• Die eine oder die mehreren zweiten Erfassungselektroden können mit einem Verstärker oder einem Differenzverstärker verbunden sein, der dafür eingerichtet und ausgelegt ist, ein im Ionendetektor induziertes Signal zu verstärken.
• Die eine oder die mehreren zweiten Erfassungselektroden können im Wesentlichen zentral innerhalb des zweiten ringförmigen Ionenführungsabschnitts angeordnet sein.
• Die eine oder die mehreren zweiten Erfassungselektroden können gegenüber dem Zentrum des zweiten ringförmigen Ionenführungsabschnitts versetzt oder verschoben sein.
• Gemäß einer Ausführungsform werden Ionen veranlasst, innerhalb des zweiten ringförmigen Ionenführungsabschnitts zu oszillieren, wobei der Ionendetektor dafür eingerichtet ist, eine Reihe von Pulsen zu detektieren, wobei jeder Puls einem Durchgang von Ionen durch den zweiten ringförmigen Ionenführungsabschnitt zugeordnet ist.
• Der Ionendetektor kann dafür eingerichtet sein, ein induziertes Signal zu detektieren, wobei die Intensität des induzierten Signals zunehmen kann, wenn sich ein Ionenstrahl zum Ionendetektor bewegt, und seine Intensität abnehmen kann, wenn sich der Ionenstrahl vom Ionendetektor fort bewegt.
• Die zweite Vorrichtung kann dafür eingerichtet und ausgelegt sein, ein gepulstes axiales elektrisches Feld anzulegen.
• Die zweite Vorrichtung kann dafür eingerichtet und ausgelegt sein, ein gepulstes radiales elektrisches Feld im Wesentlichen zur gleichen Zeit wie das gepulste axiale elektrische Feld anzulegen. Die zweite Vorrichtung kann dafür eingerichtet und ausgelegt sein, ein gepulstes radiales elektrisches Feld im Wesentlichen zur gleichen Zeit wie das gepulste axiale elektrische Feld anzulegen, so dass die Ionen in einer zur Längsachse senkrechten Ebene nicht kreisförmige oder elliptische Umlaufbahnen annehmen.
• WO 2005/040785 (Farnsworth) lehrt nicht oder legt nicht nahe, dass ein gepulstes radiales elektrisches Feld gleichzeitig mit dem Anlegen eines gepulsten axialen elektrischen Felds angelegt wird, so dass Ionen bei Betrachtung entlang dem ringförmigen Ionenführungsgebiet elliptische statt kreisförmiger Bahnen annehmen.
• Die zweite Vorrichtung kann dafür eingerichtet und ausgelegt sein, die Ionen orthogonal in den zweiten ringförmigen Ionenführungsabschnitt zu beschleunigen, so dass die Ionen entsprechend ihrem Masse-/Ladungsverhältnis zeitlich getrennt werden.
• Die zweite Vorrichtung ist dafür eingerichtet und ausgelegt, die Ionen orthogonal zu beschleunigen, so dass eine Flugzeitdispersion nur in Längsrichtung auftritt.
• Die ausschließlich in Längsrichtung auftretende Flugzeitdispersion repräsentiert einen erheblichen Unterschied der vorliegenden Erfindung gegenüber bekannten Spiratron-Anordnungen in der Art der Anordnung, die in WO 2005/040785 (Farnsworth) offenbart ist, wo die Flugzeitdispersion in helikaler Richtung auftritt.
• Ferner ist die isochrone Ebene der Ionen gemäß den verschiedenen Ausführungsformen im Wesentlichen senkrecht zur isochronen Ebene der Ionen bei den in WO 2005/040785 (Farnsworth) offenbarten Anordnungen.
• Gemäß einer Ausführungsform ist der Ionendetektor dafür eingerichtet und ausgelegt, Ionen zu detektieren, wenn sie mehrere axiale Durchgänge durch die ringförmige Ionenführung oder den zweiten ringförmigen Ionenführungsabschnitt durchmachen.
• Eine solche Anordnung ist in WO 2005/040785 (Farnsworth) nicht offenbart.
• Der Ionendetektor kann dafür eingerichtet und ausgelegt sein, Ionen zu detektieren, wenn die Ionen einmal oder mehrere Male in einer ersten axialen Richtung durch die ringförmige Ionenführung oder den zweiten ringförmigen Ionenführungsabschnitt laufen und in einer zweiten axialen Richtung, die der ersten axialen Richtung entgegengesetzt ist, einmal oder mehrere Male durch die ringförmige Ionenführung oder den zweiten ringförmigen Ionenführungsabschnitt laufen.
• Eine solche Anordnung ist in WO 2005/040785 (Farnsworth) nicht offenbart.
• Es werden Ausführungsformen erwogen, bei denen sich der Ionendetektor an einer der folgenden Stellen befindet: (i) im Wesentlichen im Zentrum der ringförmigen Ionenführung oder des zweiten ringförmigen Ionenführungsabschnitts, (ii) im Wesentlichen an einem Ende der ringförmigen Ionenführung oder des zweiten ringförmigen Ionenführungsabschnitts, (iii) an einem Ende eines feldfreien Gebiets, (iv) angrenzend an den ersten ringförmigen Ionenführungsabschnitt oder (v) distal zum ersten ringförmigen Ionenführungsabschnitt.
• Die ringförmige Ionenführung kann eine innere zylindrische Elektrodenanordnung umfassen.
• Die innere zylindrische Elektrodenanordnung kann axial segmentiert sein und mehrere erste Elektroden umfassen.
• Die ringförmige Ionenführung kann eine äußere zylindrische Elektrodenanordnung umfassen.
• Die äußere zylindrische Elektrodenanordnung kann axial segmentiert sein und mehrere zweite Elektroden umfassen.
• Gemäß einer Ausführungsform ist ein ringförmiges Flugzeit-Ionenführungsgebiet zwischen der inneren zylindrischen Elektrodenanordnung und der äußeren zylindrischen Elektrodenanordnung ausgebildet.
• Der Massenanalysator kann ferner eine Vorrichtung umfassen, die dafür eingerichtet und ausgelegt ist, Gleichspannungspotentiale an die innere zylindrische Elektrodenanordnung und/oder die äußere zylindrische Elektrodenanordnung anzulegen, um ein radiales Gleichspannungspotential aufrechtzuerhalten, wodurch Ionen radial innerhalb der ringförmigen Ionenführung beschränkt werden.
• Der Massenanalysator kann ferner ein Steuersystem umfassen, das dafür eingerichtet und ausgelegt ist, Folgendes auszuführen:
• (i) Anlegen einer oder mehrerer erster Spannungen an eine oder mehrere der ersten Elektroden und/oder der zweiten Elektroden, so dass Ionen, die sich im ersten ringförmigen Ionenführungsabschnitt befinden, in Umlaufbahnen um die innere zylindrische Elektrodenanordnung präzedieren oder sich bewegen, und dann
• (ii) Anlegen einer oder mehrerer zweiter Spannungen an eine oder mehrere der ersten Elektroden und/oder der zweiten Elektroden, so dass Ionen orthogonal in den zweiten ringförmigen Ionenführungsabschnitt beschleunigt werden, so dass Ionen in einer ersten axialen Richtung entlang Spiralwegen durch den zweiten ringförmigen Ionenführungsabschnitt laufen,
• (iii) Anlegen einer oder mehrerer dritter Spannungen an eine oder mehrere der ersten Elektroden und/oder der zweiten Elektroden, so dass Ionen in einer zweiten axialen Richtung, die der ersten axialen Richtung entgegengesetzt ist, zurück reflektiert werden, wobei die Ionen optional veranlasst werden, axial zu oszillieren, und
• (iv) Bestimmen des Masse-/Ladungsverhältnisses durch die ringförmige Ionenführung oder den zweiten ringförmigen Ionenführungsabschnitt hindurchlaufender oder axial darin oszillierender Ionen.
• Die zweite Vorrichtung kann dafür eingerichtet und ausgelegt sein, eine Potentialdifferenz an den ersten ringförmigen Ionenführungsabschnitt anzulegen, so dass Ionen orthogonal aus dem ersten ringförmigen Ionenführungsabschnitt heraus beschleunigt werden und in den zweiten ringförmigen Ionenführungsabschnitt laufen.
• Ionen können im Wesentlichen spiralförmigen Bahnen folgen, wenn sie durch den zweiten ringförmigen Ionenführungsabschnitt laufen. Die Spiralbahnen können zumindest entlang einem Teil der ringförmigen Ionenführung oder des zweiten ringförmigen Ionenführungsabschnitts nicht helikal sein, so dass sich das Verhältnis zwischen der Krümmung und der Torsion der Spiralbahnen ändert oder nicht konstant ist.
• Dies steht im Gegensatz zu der in WO 2005/040785 (Farnsworth) offenbarten modifizierten Spiratron-Anordnung, wo Ionen helikalen Bahnen folgen, so dass das Verhältnis zwischen der Krümmung und der Torsion der Ionenbahnen konstant bleibt.
• Der Massenanalysator kann ferner eine Vorrichtung umfassen, die dafür eingerichtet und ausgelegt ist, ein oder mehrere halbparabolische oder andere Gleichspannungspotentiale entlang einem Teil der ringförmigen Ionenführung oder des zweiten ringförmigen Ionenführungsabschnitts aufrechtzuerhalten, um Ionen zu reflektieren.
• Eine solche Anordnung ist in WO 2005/040785 (Farnsworth) nicht offenbart.
• Der Massenanalysator kann ferner eine Vorrichtung umfassen, die dafür eingerichtet und ausgelegt ist, ein oder mehrere parabolische Gleichspannungspotentiale entlang einem Teil der ringförmigen Ionenführung oder des zweiten ringförmigen Ionenführungsabschnitts aufrechtzuerhalten, so dass Ionen eine einfache harmonische Bewegung durchmachen.
• Eine solche Anordnung ist in WO 2005/040785 (Farnsworth) nicht offenbart.
• Die ringförmige Ionenführung oder der zweite ringförmige Ionenführungsabschnitt kann ein oder mehrere Reflektrons zum Reflektieren von Ionen in einer umgekehrten axialen Richtung umfassen.
• Eine solche Anordnung ist in WO 2005/040785 (Farnsworth) nicht offenbart.
• Die zweite Vorrichtung kann dafür eingerichtet sein, Ionen zu einer Zeit T₁ orthogonal zu beschleunigen, wobei die Ionen durch den Ionendetektor zu einer anschließenden Zeit T₂ detektiert werden, und wobei veranlasst wird, dass Ionen mit einem Masse-/Ladungsverhältnis im Bereich von etwa < 100, etwa 100–200, etwa 200–300, etwa 300–400, etwa 400–500, etwa 500–600, etwa 600–700, etwa 700–800, etwa 800–900 oder etwa 900–1000 eine Gesamtflugzeit T₂–T₁ durch die ringförmige Ionenführung oder den zweiten ringförmigen Ionenführungsabschnitt aufweisen, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus (i) etwa < 50 μs, (ii) etwa 50–100 μs, (iii) etwa 100–150 μs, (iv) etwa 150–200 μs, (v) etwa 200–250 μs, (vi) etwa 250–300 μs, (vii) etwa 300–350 μs, (viii) etwa 350–400 μs, (ix) etwa 400–450 μs, (x) etwa 450–500 μs und (xi) etwa > 500 μs besteht.
• Ionen mit unterschiedlichen Masse-/Ladungsverhältnissen folgen erheblich verschiedenen Spiralbahnen durch die ringförmige Ionenführung oder den zweiten ringförmigen Ionenführungsabschnitt.
• Dies steht im Gegensatz zu einer Spiratron-Anordnung, die beispielsweise in WO 2005/040785 (Farnsworth) offenbart ist, wobei Ionen mit unterschiedlichen Masse-/Ladungsverhältnissen im Wesentlichen der gleichen helikalen Bahn folgen, weil die Ionen in helikaler Richtung eine Flugzeitdispersion erfahren.
• Gemäß einer Ausführungsform sind Elektroden im ersten ringförmigen Ionenführungsabschnitt segmentiert, so dass zumindest ein erster elektrischer Feldsektor und ein zweiter elektrischer Feldsektor bei der Verwendung gebildet werden.
• Der Massenanalysator kann ferner ein Steuersystem umfassen, das dafür eingerichtet und ausgelegt ist, zu einer ersten Zeit T1 Ionen im Wesentlichen tangential in den ersten elektrischen Feldsektor zu injizieren, während ein im Wesentlichen bei Null liegendes radiales elektrisches Feld im ersten elektrischen Feldsektor aufrechterhalten wird, so dass die Ionen ein im Wesentlichen feldfreies Gebiet spüren, während sie in den ersten ringförmigen Ionenführungsabschnitt injiziert werden.
• Das Steuersystem kann ferner dafür eingerichtet und ausgelegt sein, ein radiales elektrisches Feld im zweiten elektrischen Feldsektor aufrechtzuerhalten, so dass zu einer zweiten späteren Zeit T2 Ionen aus dem ersten elektrischen Feldsektor in den zweiten elektrischen Feldsektor laufen und radial beschränkt werden.
• Das Steuersystem kann ferner dafür eingerichtet und ausgelegt sein, zu einer dritten Zeit T3, wobei T3 > T1 ist, zu veranlassen, dass ein radiales elektrisches Feld im ersten elektrischen Feldsektor aufrechterhalten wird, so dass, wenn Ionen aus dem zweiten elektrischen Feldsektor in den ersten elektrischen Feldsektor laufen, die Ionen innerhalb des ersten ringförmigen Ionenführungsabschnitts weiter radial beschränkt bleiben und im Wesentlichen stabile kreisförmige Umlaufbahnen bilden.
• Die zweite Vorrichtung kann dafür eingerichtet und ausgelegt sein, Ionen zu einer vierten Zeit T4, wobei T4 > T3 ist, orthogonal aus dem ersten ringförmigen Ionenführungsabschnitt in den zweiten ringförmigen Ionenführungsabschnitt zu beschleunigen.
• Der Massenanalysator umfasst ein Steuersystem, das dafür eingerichtet und ausgelegt ist, das Masse-/Ladungsverhältnis der aus dem ersten ringförmigen Ionenführungsabschnitt in den zweiten ringförmigen Ionenführungsabschnitt orthogonal beschleunigten Ionen zu bestimmen.
• Gemäß einem Aspekt ist ein Massenspektrometer vorgesehen, das einen vorstehend beschriebenen Massenanalysator umfasst.
• Der Massenanalysator kann einen Flugzeit-Massenanalysator umfassen.
• Gemäß einer Ausführungsform können Ionen durch ein quadro-logarithmisches Potential oder eine quadro-logarithmische Potentialverteilung oder durch ein hyper-logarithmisches Potential oder eine hyper-logarithmische Potentialverteilung in die ringförmige Ionenführung und/oder den zweiten ringförmigen Ionenführungsabschnitt eingeschlossen werden.
• Gemäß einem Aspekt ist ein Verfahren zum Massenanalysieren von Ionen vorgesehen, welches Folgendes umfasst:
  Bereitstellen einer ringförmigen Ionenführung mit einer Längsachse und einem ersten ringförmigen Ionenführungsabschnitt und einem zweiten ringförmigen Ionenführungsabschnitt, wobei die ringförmige Ionenführung Folgendes umfasst: (i) eine innere zylindrische Elektrodenanordnung, die axial segmentiert ist und eine Anzahl erster Elektroden umfasst, und (ii) eine äußere zylindrische Elektrodenanordnung, die axial segmentiert ist und eine Anzahl zweiter Elektroden umfasst,
  Einbringen von Ionen in den ersten ringförmigen Ionenführungsabschnitt, so dass die Ionen innerhalb des ersten ringförmigen Ionenführungsabschnitts um die Längsachse im Wesentlichen stabile kreisförmige Umlaufbahnen bilden,
  orthogonales Beschleunigen von Ionen aus dem ersten ringförmigen Ionenführungsabschnitt in den zweiten ringförmigen Ionenführungsabschnitt,
  Aufrechterhalten eines oder mehrerer parabolischer Gleichspannungspotentiale entlang einem Abschnitt des zweiten ringförmigen Ionenführungsabschnitts, so dass Ionen eine einfache harmonische Bewegung durchmachen, und
  induktives Detektieren von Ionen innerhalb des zweiten ringförmigen Ionenführungsabschnitts.
• US 2013/0068942 (Verenchikov) offenbart in 19 eine Flugzeit-Massenanalysatoranordnung mit einer gefalteten Flugbahn. US 2013/0068942 (Verenchikov) lehrt nicht oder legt nicht nahe, dass ein oder mehrere parabolische Gleichspannungspotentiale entlang einem Teil eines ringförmigen Ionenführungsabschnitts aufrechterhalten werden, so dass Ionen eine einfache harmonische Bewegung durchmachen.
• Gemäß einem anderen Aspekt ist ein Verfahren zur Massenspektrometrie vorgesehen, welches ein vorstehend offenbartes Verfahren umfasst.
• Gemäß einer Anordnung ist ein Massenanalysator, optional ein Flugzeit-Massenanalysator, vorgesehen, welcher Folgendes umfasst:
  eine ringförmige Ionenführung mit einer Längsachse und einem ersten ringförmigen Ionenführungsabschnitt und einem zweiten ringförmigen Ionenführungsabschnitt,
  eine erste Vorrichtung, die dafür eingerichtet und ausgelegt ist, Ionen in den ersten ringförmigen Ionenführungsabschnitt einzubringen, so dass die Ionen innerhalb des ersten ringförmigen Ionenführungsabschnitts um die Längsachse im Wesentlichen stabile kreisförmige Umlaufbahnen bilden,
  eine zweite Vorrichtung, die dafür eingerichtet und ausgelegt ist, Ionen aus dem ersten ringförmigen Ionenführungsabschnitt orthogonal in den zweiten ringförmigen Ionenführungsabschnitt zu beschleunigen, und
  einen Ionendetektor, der innerhalb der ringförmigen Ionenführung angeordnet ist und eine Ionendetektionsfläche aufweist, die in einer Ebene angeordnet ist, die im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse verläuft.
• Gemäß einer Anordnung ist ein Verfahren zum Massenanalysieren von Ionen vorgesehen, welches Folgendes umfasst:
  Bereitstellen einer ringförmigen Ionenführung mit einer Längsachse und einem ersten ringförmigen Ionenführungsabschnitt und einem zweiten ringförmigen Ionenführungsabschnitt,
  Einbringen von Ionen in den ersten ringförmigen Ionenführungsabschnitt, so dass die Ionen innerhalb des ersten ringförmigen Ionenführungsabschnitts um die Längsachse im Wesentlichen stabile kreisförmige Umlaufbahnen bilden,
  orthogonales Beschleunigen von Ionen aus dem ersten ringförmigen Ionenführungsabschnitt in den zweiten ringförmigen Ionenführungsabschnitt und
  Detektieren der Ionen unter Verwendung eines Ionendetektors, der innerhalb der ringförmigen Ionenführung angeordnet ist und eine Ionendetektionsfläche aufweist, die in einer Ebene angeordnet ist, die im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse verläuft.
• Gemäß einem Aspekt ist ein Massenanalysator, optional ein Flugzeit-Massenanalysator, vorgesehen, welcher Folgendes umfasst:
  eine ringförmige Ionenführung mit einer Längsachse und
  eine Vorrichtung, die dafür eingerichtet und ausgelegt ist, Ionen orthogonal in die ringförmige Ionenführung zu beschleunigen, so dass die Ionen zeitlich getrennt werden, und wobei nur in einer Längsrichtung eine Flugzeitdispersion auftritt.
• Eine solche Anordnung ist in WO 2005/040785 (Farnsworth) nicht offenbart. Gemäß der in WO 2005/040785 (Farnsworth) offenbarten Anordnung geschieht die Flugzeitdispersion in der helikalen Richtung, d.h. die Flugzeitdispersion tritt nicht nur oder ausschließlich in der Längsrichtung auf.
• Gemäß einem Aspekt ist ein Verfahren zum Massenanalysieren von Ionen vorgesehen, welches Folgendes umfasst:
  Bereitstellen einer ringförmigen Ionenführung mit einer Längsachse und
  orthogonales Beschleunigen von Ionen in die ringförmige Ionenführung, so dass die Ionen zeitlich getrennt werden, wobei die Flugzeitdispersion nur in Längsrichtung auftritt.
• Eine solche Anordnung ist in WO 2005/040785 (Farnsworth) nicht offenbart. Gemäß der in WO 2005/040785 (Farnsworth) offenbarten Anordnung geschieht die Flugzeitdispersion in der helikalen Richtung, d.h. die Flugzeitdispersion tritt nicht nur oder ausschließlich in der Längsrichtung auf.
• Gemäß einem Aspekt ist ein Massenanalysator, optional ein Flugzeit-Massenanalysator, vorgesehen, welcher Folgendes umfasst:
  eine ringförmige Ionenführung mit einer Längsachse und
  eine Vorrichtung, die dafür eingerichtet und ausgelegt ist, Ionen orthogonal in die ringförmige Ionenführung zu beschleunigen, wo die Ionen auf eine isochrone Ebene, die im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse ist, räumlich fokussiert werden.
• Dies steht im Gegensatz zur in WO 2005/040785 (Farnsworth) offenbarten Anordnung, wo die isochrone Ebene parallel zur Längsachse verläuft.
• Gemäß einem Aspekt ist ein Verfahren zum Massenanalysieren von Ionen vorgesehen, welches Folgendes umfasst:
  Bereitstellen einer ringförmigen Ionenführung mit einer Längsachse und
  orthogonales Beschleunigen von Ionen in die ringförmige Ionenführung und räumliches Fokussieren der Ionen auf eine isochrone Ebene, die im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse verläuft.
• Dies steht im Gegensatz zur in WO 2005/040785 (Farnsworth) offenbarten Anordnung, wo die isochrone Ebene parallel zur Längsachse verläuft.
• Gemäß einem Aspekt ist ein Massenanalysator, optional ein Flugzeit-Massenanalysator, vorgesehen, welcher Folgendes umfasst:
  ein ringförmiges Ionenführungsgebiet und
  eine erste Vorrichtung, die dafür eingerichtet und ausgelegt ist, Ionen orthogonal in das ringförmige Ionenführungsgebiet zu beschleunigen.
• Fachleute werden verstehen, dass bei bekannten Spiratron-Anordnungen Ionen einer helikalen Bahn folgen. Im Gegensatz zu solchen bekannten Anordnungen ist die von Ionen gemäß einer Ausführungsform beschriebene Bahn nicht im Wesentlichen helikal. Es sei bemerkt, dass eine Kurve dann und nur dann als eine allgemeine Helix bezeichnet wird, falls das Verhältnis zwischen der Krümmung und der Torsion konstant ist. Gemäß einer Ausführungsform vollführen Ionen keine gleichmäßigen Umläufe entlang der axialen Richtung.
• Der Massenanalysator kann ferner eine erste zylindrische Elektrodenanordnung umfassen.
• Die erste zylindrische Elektrodenanordnung kann axial segmentiert sein und eine Anzahl erster Elektroden umfassen.
• Der Massenanalysator kann ferner eine zweite zylindrische Elektrodenanordnung umfassen.
• Die zweite zylindrische Elektrodenanordnung kann axial segmentiert sein und eine Anzahl zweiter Elektroden umfassen.
• Das ringförmige Ionenführungsgebiet kann zwischen der ersten zylindrischen Elektrodenanordnung und der zweiten zylindrischen Elektrodenanordnung ausgebildet sein.
• In einem ersten Betriebsmodus können Ionen innerhalb eines ersten Teils des ringförmigen Ionenführungsgebiets präzedieren oder sich in Umlaufbahnen bewegen.
• Die erste Vorrichtung kann dafür eingerichtet und ausgelegt sein, eine Potentialdifferenz an einen ersten Teil des ringförmigen Ionenführungsgebiets anzulegen, so dass Ionen orthogonal aus dem ersten Teil des ringförmigen Ionenführungsgebiets beschleunigt werden und in den zweiten Teil des ringförmigen Ionenführungsgebiets laufen.
• Ionen können eine oder mehrere Umlaufbahnen ausführen und/oder helikalen Bahnen folgen, wenn sie durch den zweiten Teil des ringförmigen Ionenführungsgebiets laufen.
• Der Massenanalysator kann ferner einen Ionendetektor umfassen.
• Der Ionendetektor kann sich innerhalb des ringförmigen Ionenführungsgebiets oder angrenzend daran befinden.
• Der Ionendetektor kann eine ringförmige Ionendetektionsfläche aufweisen.
• Der Ionendetektor kann sich im Zentrum des ringförmigen Ionenführungsgebiets befinden.
• Der Ionendetektor kann sich am Ende eines feldfreien Gebiets und/oder an einem Ende des ringförmigen Ionenführungsgebiets befinden.
• Der Ionendetektor kann sich angrenzend an den ersten Teil des ringförmigen Ionenführungsgebiets befinden.
• Der Ionendetektor kann sich distal zum ersten Teil des ringförmigen Ionenführungsgebiets befinden.
• Der Massenanalysator kann ferner eine Vorrichtung umfassen, die dafür eingerichtet und ausgelegt ist, ein oder mehrere halbparabolische oder andere Potentiale entlang einem Teil des ringförmigen Ionenführungsgebiets aufrechtzuerhalten, um Ionen zu reflektieren.
• Der Massenanalysator kann ferner eine Vorrichtung umfassen, die dafür eingerichtet und ausgelegt ist, ein oder mehrere parabolische Potentiale entlang einem Teil des ringförmigen Ionenführungsgebiets aufrechtzuerhalten, so dass Ionen eine einfache harmonische Bewegung durchmachen.
• Das ringförmige Ionenführungsgebiet kann ein oder mehrere Reflektrons zum Reflektieren von Ionen in einer umgekehrten axialen Richtung umfassen.
• Ionen können zu einer Zeit T1 orthogonal beschleunigt werden und werden zu einer Zeit T2 detektiert, wobei Ionen mit einem Masse-/Ladungsverhältnis im Bereich von etwa < 100, etwa 100–200, etwa 200–300, etwa 300–400, etwa 400–500, etwa 500–600, etwa 600–700, etwa 700–800, etwa 800–900 oder etwa 900–1000 eine Gesamtflugzeit T2–T1 durch das ringförmige Ionenführungsgebiet aufweisen, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus (i) etwa < 50 μs, (ii) etwa 50–100 μs, (iii) etwa 100–150 μs, (iv) etwa 150–200 μs, (v) etwa 200–250 μs, (vi) etwa 250–300 μs, (vii) etwa 300–350 μs, (viii) etwa 350–400 μs, (ix) etwa 400–450 μs, (x) etwa 450–500 μs und (xi) etwa > 500 μs besteht.
• Gemäß einem Aspekt ist ein Massenspektrometer vorgesehen, welches einen vorstehend beschriebenen Massenanalysator umfasst.
• Gemäß einem Aspekt ist ein Verfahren zum Massenanalysieren von Ionen vorgesehen, welches Folgendes umfasst:
  orthogonales Beschleunigen von Ionen in ein ringförmiges Ionenführungsgebiet und
  Bestimmen der Flugzeit oder des Masse-/Ladungsverhältnisses der Ionen.
• Gemäß einem Aspekt ist ein Verfahren zur Massenspektrometrie vorgesehen, welches ein vorstehend beschriebenes Verfahren zum Massenanalysieren von Ionen umfasst.
• Gemäß einem Aspekt ist ein Massenanalysator, optional ein Flugzeit-Massenanalysator, vorgesehen, welcher Folgendes umfasst:
  eine innere zylindrische Elektrodenanordnung, die eine Anzahl erster Elektroden umfasst, und eine äußere zylindrische Elektrodenanordnung, die eine Anzahl zweiter Elektroden umfasst, wobei die äußere zylindrische Anordnung um die innere zylindrische Elektrode angeordnet ist, um bei der Verwendung ein ringförmiges Ionenführungsgebiet zwischen den inneren und äußeren Elektroden zu bilden,
  einen Ionendetektor, der innerhalb oder an einem Ende des ringförmigen Ionenführungsgebiets angeordnet ist, wobei der Ionendetektor einen induktiven Ionendetektor umfassen kann, und
  ein Steuersystem, das dafür eingerichtet und ausgelegt ist, Folgendes auszuführen:
• (i) Anlegen einer oder mehrerer erster Spannungen an eine oder mehrere der ersten Elektroden und/oder der zweiten Elektroden, so dass Ionen in einem ersten Gebiet des ringförmigen Ionenführungsgebiets angeordnet werden, wobei Ionen in Umlaufbahnen um die innere zylindrische Elektrodenanordnung präzedieren oder sich bewegen, und dann
• (ii) Anlegen einer oder mehrerer zweiter Spannungen an die eine oder die mehreren der ersten Elektroden und/oder der zweiten Elektroden, so dass Ionen orthogonal in ein zweites Gebiet des ringförmigen Ionenführungsgebiets beschleunigt werden, so dass Ionen in einer ersten axialen Richtung entlang helikalen oder spiralförmigen Bahnen durch das zweite Gebiet des ringförmigen Ionenführungsgebiets laufen,
• (iii) Anlegen einer oder mehrerer dritter Spannungen an eine oder mehrere der ersten Elektroden und/oder der zweiten Elektroden, so dass Ionen in einer zweiten axialen Richtung, die entgegengesetzt zur ersten axialen Richtung ist, zurück reflektiert werden, und wobei die Ionen veranlasst werden können, axial zu oszillieren, und
• (iv) Bestimmen des Masse-/Ladungsverhältnisses durch die ringförmige Ionenführung oder den zweiten ringförmigen Ionenführungsabschnitt hindurchlaufender oder axial darin oszillierender Ionen.
• Gemäß einem Aspekt ist ein Verfahren zum Massenanalysieren von Ionen vorgesehen, welches Folgendes umfasst:
  Veranlassen, dass Ionen in einem ersten Gebiet eines ringförmigen Ionenführungsgebiets angeordnet werden, wobei Ionen in Umlaufbahnen um eine innere zylindrische Elektrodenanordnung präzedieren oder sich bewegen, und dann
  orthogonales Beschleunigen von Ionen in ein zweites Gebiet des ringförmigen Ionenführungsgebiets, so dass Ionen in einer ersten axialen Richtung entlang helikalen oder spiralförmigen Bahnen durch das zweite Gebiet des ringförmigen Ionenführungsgebiets laufen,
  Zurückreflektieren von Ionen in einer zweiten axialen Richtung, die der ersten axialen Richtung entgegengesetzt ist, wobei die Ionen veranlasst werden können, axial zu oszillieren, und
  Bestimmen des Masse-/Ladungsverhältnisses von Ionen, die durch das ringförmige Ionenführungsgebiet hindurchlaufen oder darin oszillieren.
• Ein Nachteil bekannter Orthogonalbeschleunigungs-Flugzeit-Massenanalysatoren besteht darin, dass sie infolge der Divergenz des Ionenstrahls in Instrumenten mit einer langen Flugbahn einen Transmissionsverlust erleiden, der zu einer Überfüllung der verfügbaren Detektorfläche führt. Die Divergenz kann sich aus anfänglichen Ionenstrahlbedingungen oder aus der Streuung an den Gitterbegrenzungen ergeben.
• Eine Ausführungsform versucht, diese Beschränkung zu überwinden, indem Ionen auf eine stabile radiale Umlaufbahn beschränkt werden, die senkrecht zur Richtung der Flugzeitdispersion ist.
• Eine Ausführungsform hat eine Anzahl von Vorteilen gegenüber herkömmlichen Anordnungen. Eine Ausführungsform hat beispielsweise eine erhöhte Auflösung gegenüber Vorrichtungen mit einem einzigen Durchgang.
• Gemäß einer Ausführungsform hat der Massenanalysator infolge einer gitterlosen Konstruktion sich wiederholender Flugbahnelemente auch eine hohe Transmission im Mehrdurchgangsmodus.
• Ein weiterer Vorteil einer Ausführungsform besteht darin, dass sie infolge der stabilen radialen Beschränkung, wodurch ein Überfüllen des Detektors (durch Divergenz) verhindert wird, eine hohe Transmission aufweist.
• Eine Ausführungsform hat auch ein hohes Tastverhältnis in das Instrument injizierter Ionenpakete.
• Ein weiterer Vorteil einer Ausführungsform besteht darin, dass keine externen Ionenablenker verwendet werden, um Ionen mit der optischen Achse des Instruments auszurichten. Solche Ablenker führen zu Aberrationen und einem komplexen Aufbau.
• Ein weiterer Vorteil einer Ausführungsform besteht in einer erhöhten Eintrittsenergie und folglich einer Toleranz gegen eine Oberflächenaufladung vorgeschalteter Komponenten.
• Gemäß einer Ausführungsform werden beim Prozess der Elektronenübertragungsdissoziationsfragmentation Analytionen in Wechselwirkung mit Reagensionen gebracht, wobei die Reagensionen Dicyanobenzol, 4-Nitrotoluol oder Azulen-Reagensionen umfassen.
• Gemäß einem Aspekt ist ein Massenanalysator vorgesehen, welcher Folgendes umfasst:
  eine ringförmige Ionenführung mit einer Längsachse und einem ersten ringförmigen Ionenführungsabschnitt und einem zweiten ringförmigen Ionenführungsabschnitt,
  eine erste Vorrichtung, die dafür eingerichtet und ausgelegt ist, Ionen in den ersten ringförmigen Ionenführungsabschnitt einzubringen, so dass die Ionen innerhalb des ersten ringförmigen Ionenführungsabschnitts um die Längsachse im Wesentlichen stabile kreisförmige Umlaufbahnen bilden,
  eine zweite Vorrichtung, die dafür eingerichtet und ausgelegt ist, Ionen aus dem ersten ringförmigen Ionenführungsabschnitt orthogonal in den zweiten ringförmigen Ionenführungsabschnitt zu beschleunigen, und
  einen induktiven Ionendetektor, der dafür eingerichtet und ausgelegt ist, Ionen innerhalb des zweiten ringförmigen Ionenführungsabschnitts zu detektieren.
• Gemäß einem Aspekt ist ein Verfahren zum Massenanalysieren von Ionen vorgesehen, welches Folgendes umfasst:
  Bereitstellen einer ringförmigen Ionenführung mit einer Längsachse und einem ersten ringförmigen Ionenführungsabschnitt und einem zweiten ringförmigen Ionenführungsabschnitt,
  Einbringen von Ionen in den ersten ringförmigen Ionenführungsabschnitt, so dass die Ionen innerhalb des ersten ringförmigen Ionenführungsabschnitts um die Längsachse im Wesentlichen stabile kreisförmige Umlaufbahnen bilden,
  orthogonales Beschleunigen von Ionen aus dem ersten ringförmigen Ionenführungsabschnitt in den zweiten ringförmigen Ionenführungsabschnitt und
  induktives Detektieren von Ionen innerhalb des zweiten ringförmigen Ionenführungsabschnitts.
• Gemäß einem Aspekt ist ein Verfahren zum Massenanalysieren von Ionen vorgesehen, welches Folgendes umfasst:
  Veranlassen, dass Ionen in einem ersten Gebiet eines ringförmigen Ionenführungsgebiets angeordnet werden, wobei Ionen in Umlaufbahnen um eine innere zylindrische Elektrodenanordnung präzedieren oder sich bewegen, und dann
  orthogonales Beschleunigen von Ionen in ein zweites Gebiet des ringförmigen Ionenführungsgebiets, so dass Ionen in einer ersten axialen Richtung entlang helikalen oder spiralförmigen Bahnen durch das zweite Gebiet des ringförmigen Ionenführungsgebiets laufen,
  Zurückreflektieren von Ionen in einer zweiten axialen Richtung, die der ersten axialen Richtung entgegengesetzt ist, wobei die Ionen veranlasst werden können, axial zu oszillieren, und
  Bestimmen des Masse-/Ladungsverhältnisses von Ionen, die durch das ringförmige Ionenführungsgebiet hindurchlaufen oder darin oszillieren.
• Gemäß einer Ausführungsform kann das Massenspektrometer ferner Folgendes umfassen:
• (a) eine Ionenquelle, 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")-Ionenquelle, (ix) einer Chemische-Ionisations-("CI")-Ionenquelle, (x) einer Feldionisations-("FI")-Ionenquelle, (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 Desorptionselektrosprayionisations-("DESI")-Ionenquelle, (xvi) einer Radioaktives-Nickel-63-Ionenquelle, (xvii) einer Atmosphärendruck-Matrixunterstützte-Laserdesorptionsionisations-Ionenquelle, (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 Ionenfallen 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 Oberflächeninduzierte-Dissoziation-("SID")-Fragmentationsvorrichtung, (iii) einer Elektronenübertragungsdissoziations-("ETD")-Fragmentationsvorrichtung, (iv) einer Elektroneneinfangdissoziations-("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 Ion-Ion-Reaktions-Fragmentationsvorrichtung, (xviii) einer Ion-Molekül-Reaktions-Fragmentationsvorrichtung, (xix) einer Ion-Atom-Reaktions-Fragmentationsvorrichtung, (xx) einer Ion-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 Ion-Molekül-Reaktionsvorrichtung zum Reagieren von Ionen zur Bildung von Addukt- oder Produktionen, (xxv) einer Ion-Atom-Reaktionsvorrichtung zum Reagieren von Ionen zur Bildung von Addukt- oder Produktionen, (xxvi) einer Ion-metastabiles-Ion-Reaktionsvorrichtung zum Reagieren von Ionen zur Bildung von Addukt- oder Produktionen, (xxvii) einer Ion-metastabiles-Molekül-Reaktionsvorrichtung zum Reagieren von Ionen zur Bildung von Addukt- oder Produktionen, (xxviii) einer Ion-metastabiles-Atom-Reaktionsvorrichtung zum Reagieren von Ionen zur Bildung von Addukt- oder Produktionen und (xxix) einer Elektronenionisationsdissoziations-("EID")-Fragmentationsvorrichtung und/oder
• (g) einen oder mehrere Energieanalysatoren oder elektrostatische Energieanalysatoren und/oder
• (h) einen oder mehrere Ionendetektoren und/oder
• (i) ein oder mehrere Massenfilter, die aus der Gruppe ausgewählt sind, welche aus folgenden besteht: (i) einem Quadrupol-Massenfilter, (ii) einer Zweidimensionaler-oder-linearer-Quadrupol-Ionenfalle, (iii) einer Paul-oder-dreidimensionaler-Quadrupol-Ionenfalle,
• (iv) einer Penning-Ionenfalle, (v) einer Ionenfalle, (vi) einem Magnetsektor-Massenfilter,
• (vii) einem Flugzeit-Massenfilter und (viii) einem Wien-Filter und/oder
• (j) eine Vorrichtung oder ein Ionengatter zum Pulsieren von Ionen und/oder
• (k) eine Vorrichtung zum Umwandeln eines im Wesentlichen kontinuierlichen Ionenstrahls in einen gepulsten Ionenstrahl.
• Das Massenspektrometer kann ferner eine Ringstapel-Ionenführung mit mehreren Elektroden aufweisen, die jeweils eine Öffnung aufweisen, von der Ionen bei der Verwendung durchgelassen werden, und wobei der Abstand zwischen den Elektroden längs dem Ionenweg zunimmt und wobei die Öffnungen in den Elektroden in einem stromaufwärts gelegenen Abschnitt der Ionenführung einen ersten Durchmesser aufweisen und wobei die Öffnungen in den Elektroden in einem stromabwärts gelegenen Abschnitt der Ionenführung einen zweiten Durchmesser aufweisen, der kleiner als der erste Durchmesser ist, und wobei entgegengesetzte Phasen einer Wechsel- oder HF-Spannung bei der Verwendung an aufeinander folgende 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 kann eine Amplitude haben, die aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus folgenden besteht: (i) etwa < 50 V Spitze-zu-Spitze, (ii) etwa 50–100 V Spitze-zu-Spitze, (iii) etwa 100–150 V Spitze-zu-Spitze, (iv) etwa 150–200 V Spitze-zu-Spitze, (v) etwa 200–250 V Spitze-zu-Spitze, (vi) etwa 250–300 V Spitze-zu-Spitze, (vii) etwa 300–350 V Spitze-zu-Spitze, (viii) etwa 350–400 V Spitze-zu-Spitze, (ix) etwa 400–450 V Spitze-zu-Spitze, (x) etwa 450–500 V Spitze-zu-Spitze und (xi) etwa > 500 V Spitze-zu-Spitze.
• Die Wechsel- oder HF-Spannung kann eine Frequenz haben, die aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus folgenden besteht: (i) < etwa 100 kHz, (ii) etwa 100–200 kHz, (iii) etwa 200–300 kHz, (iv) etwa 300–400 kHz, (v) etwa 400–500 kHz, (vi) etwa 0,5–1,0 MHz, (vii) etwa 1,0–1,5 MHz, (viii) etwa 1,5–2,0 MHz, (ix) etwa 2,0–2,5 MHz, (x) etwa 2,5–3,0 MHz, (xi) etwa 3,0–3,5 MHz, (xii) etwa 3,5–4,0 MHz, (xiii) etwa 4,0–4,5 MHz, (xiv) etwa 4,5–5,0 MHz, (xv) etwa 5,0–5,5 MHz, (xvi) etwa 5,5–6,0 MHz, (xvii) etwa 6,0–6,5 MHz, (xviii) etwa 6,5–7,0 MHz, (xix) etwa 7,0–7,5 MHz, (xx) etwa 7,5–8,0 MHz, (xxi) etwa 8,0–8,5 MHz, (xxii) etwa 8,5–9,0 MHz, (xxiii) etwa 9,0–9,5 MHz, (xxiv) etwa 9,5–10,0 MHz und (xxv) > etwa 10,0 MHz.
• Das Massenspektrometer kann auch eine Chromatographie- oder andere Trennvorrichtung stromaufwärts einer Ionenquelle aufweisen. Gemäß einer Ausführungsform kann die Chromatographietrennvorrichtung eine Flüssigchromatographie- oder Gaschromatographievorrichtung aufweisen. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann die Trennvorrichtung Folgendes aufweisen: (i) eine Kapillarelektrophorese-("CE")-Trennvorrichtung, (ii) eine Kapillarelektrochromatographie-("CEC")-Trennvorrichtung, (iii) eine Trennvorrichtung mit einem im Wesentlichen starren keramikbasierten mehrschichtigen Mikrofluidik-Substrat ("Keramikkachel") oder (iv) eine Überkritisches-Fluid-Chromatographie-Trennvorrichtung.
• Die Ionenführung kann bei einem Druck gehalten werden, der aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus folgenden besteht: (i) etwa < 0,0001 mbar, (ii) etwa 0,0001–0,001 mbar, (iii) etwa 0,001–0,01 mbar, (iv) etwa 0,01–0,1 mbar, (v) etwa 0,1–1 mbar, (vi) etwa 1–10 mbar, (vii) etwa 10–100 mbar, (viii) etwa 100–1000 mbar und (ix) etwa > 1000 mbar.
• Gemäß einer Ausführungsform können Analytionen einer Elektronenübertragungsdissoziations-("ETD")-Fragmentation in einer Elektronenübertragungsdissoziations-Fragmentationsvorrichtung unterzogen werden. Analytionen können veranlasst werden, mit ETD-Reagensionen innerhalb einer Ionenführung oder Fragmentationsvorrichtung zu wechselwirken.
• Gemäß einer Ausführungsform werden zum Bewirken einer Elektronenübertragungsdissoziation entweder: (a) Analytionen fragmentiert oder zum Dissoziieren und zum Bilden von Produkt- oder Fragmentionen gebracht, nachdem sie mit Reagensionen interagiert haben und/oder (b) Elektronen von einem oder mehreren Reagensanionen oder negativ geladenen Ionen zu einem oder mehreren mehrfach geladenen Analytkationen oder positiv geladenen Ionen übertragen, woraufhin wenigstens einige der mehrfach geladenen Analytkationen oder positiv geladenen Ionen dazu gebracht werden, zu dissoziieren und Produkt- oder Fragmentionen zu bilden, und/oder (c) Analytionen fragmentiert werden oder dazu gebracht werden, zu dissoziieren und Produkt- oder Fragmentionen zu bilden, nachdem sie mit neutralen Reagensgasmolekülen oder Atomen oder einem nicht ionischen Reagensgas interagiert haben, und/oder (d) Elektronen von einem oder mehreren neutralen nicht ionischen oder ungeladenen Ausgangsgasen oder dämpfen zu einem oder mehreren mehrfach geladenen Analytkationen oder positiv geladenen Ionen übertragen werden, woraufhin wenigstens einige der mehrfach geladenen Analytkationen oder positiv geladenen Ionen dazu gebracht werden, zu dissoziieren und Produkt- oder Fragmentionen zu bilden, und/oder (e) Elektronen von einem oder mehreren neutralen nicht ionischen oder ungeladenen Superbasis-Reagensgasen oder -dämpfen zu einem oder mehreren mehrfach geladenen Analytkationen oder positiv geladenen Ionen übertragen werden, woraufhin wenigstens einige der mehrfach geladenen Analytkationen oder positiv geladenen Ionen dazu gebracht werden, zu dissoziieren und Produkt- oder Fragmentionen zu bilden, und/oder (f) Elektronen von einem oder mehreren neutralen, nicht ionischen oder ungeladenen Alkalimetallgasen oder -dämpfen zu einem oder mehreren mehrfach geladenen Analytkationen oder positiv geladenen Ionen übertragen werden, woraufhin wenigstens einige der mehrfach geladenen Analytkationen oder positiv geladenen Ionen dazu gebracht werden, zu dissoziieren und Produkt- oder Fragmentionen zu bilden, und/oder (g) Elektronen von einem oder mehreren neutralen, nicht ionischen oder ungeladenen Gasen, Dämpfen oder Atomen zu einem oder mehreren mehrfach geladenen Analytkationen oder positiv geladenen Ionen übertragen werden, woraufhin wenigstens einige der mehrfach geladenen Analytkationen oder positiv geladenen Ionen dazu gebracht werden, zu dissoziieren und Produkt- oder Fragmentionen zu bilden, wobei das eine oder die mehreren neutralen, nicht ionischen oder ungeladenen Gase, Dämpfe oder Atome aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus folgenden besteht: (i) Natriumdampf oder -atomen, (ii) Lithiumdampf oder -atomen, (iii) Kaliumdampf oder -atomen, (iv) Rubidiumdampf oder -atomen, (v) Cäsiumdampf oder -atomen, (vi) Franciumdampf oder -atomen, (vii) C₆₀-Dampf oder -Atomen und (viii) Magnesiumdampf oder -atomen.
• Die mehrfach geladenen Analytkationen oder positiv geladenen Ionen können Peptide, Polypeptide, Proteine oder Biomoleküle umfassen.
• Gemäß einer Ausführungsform werden zum Bewirken einer Elektronenübertragungsdissoziation: (a) die Reagensanionen oder negativ geladenen Ionen von einem polyaromatischen Kohlenwasserstoff oder einem substituierten polyaromatischen Kohlenwasserstoff abgeleitet und/oder (b) die Reagensanionen oder negativ geladenen Ionen von der Gruppe abgeleitet, die aus folgenden besteht: (i) Anthracen, (ii) 9,10-Diphenyl-anthracen, (iii) Naphthalen, (iv) Fluor, (v) Phenanthren, (vi) Pyren, (vii) Fluoranthen, (viii) Chrysen, (ix) Triphenylen, (x) Perylen, (xi) Acridin, (xii) 2,2'-Dipyridyl, (xiii) 2,2'-Biquinolin, (xiv) 9-Anthracencarbonitril, (xv) Dibenzothiophen, (xvi) 1,10'-Phenanthrolin, (xvii) 9'-Anthracencarbonitril und (xviii) Anthraquinon und/oder (c) weisen die Reagensionen oder negativ geladenen Ionen Azobenzolanionen oder Azobenzol-Radikalanionen auf.
• Gemäß einer Ausführungsform schließt der Prozess der Elektronenübertragungsdissoziationsfragmentation ein, dass Analytionen mit Reagensionen wechselwirken, wobei die Reagensionen Dicyanobenzol, 4-Nitrotoluol oder Azulen umfassen.
• KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
• Verschiedene Ausführungsformen werden nun nur als Beispiel zusammen mit anderen nur für Erläuterungszwecke gegebenen Anordnungen und mit Bezug auf die anliegende Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
• 1 den Grundgedanken der räumlichen Fokussierung,
• 2 Ionengeschwindigkeits- und Phasenraumellipsen,
• 3 das Liouville-Theorem,
• 4 ein W-förmiges Flugzeitgebiet in einem herkömmlichen Flugzeit-Massenanalysator,
• 5 eine Endansicht eines Massenanalysators gemäß einer Ausführungsform,
• 6A in eine stabile Umlaufbahn eingeschlossene Ionen und 6B eine gepulste Spannung, die an ein Gitter angelegt ist, das sich zwischen den beiden Zylindern im Analysator befindet,
• 7A eine der Erläuterung dienende Anordnung und 7B eine Ausführungsform,
• 8A eine Anordnung, wobei Ionen anfänglich beschränkt sind, 8B ein an eine Seite der Ionenbahn angelegtes parabolisches Potential, 8C Ionen, die gemäß einer Ausführungsform entlang einem parabolischen Potential oszillieren, und 8D eine Anordnung, wobei die Ionen zu einem Ionendetektor übertragen werden,
• 9A Ionen, die anfänglich beschränkt sind, 9B Ionen, die orthogonal beschleunigt werden, 9C Ionen, die durch einen Ionendetektor detektiert werden, der sich am Ausgang eines feldfreien Gebiets befindet, 9D eine Ausführungsform, wobei Ionen ein parabolisches Potential spüren, 9E eine Ausführungsform, wobei Ionen innerhalb eines parabolischen Potentials oszillieren, und 9F eine Anordnung, wobei Ionen zu einem Ionendetektor übertragen werden, der sich am Ausgang eines feldfreien Gebiets befindet,
• 10 eine Entwicklung des Phasenraums im Vor-Push-Zustand mit einer Strahlblende,
• 11 eine weitere Ausführungsform einer gitterlosen Geometrie mit gepulsten Spannungen, die als gepunktete Linien dargestellt sind,
• 12 ein Schema der Geometrie eines Massenanalysators, der modelliert wurde,
• 13 eine Ansicht der koaxialen Geometrie eines Massenanalysators, der modelliert wurde,
• 14 einen Vergleich von Ionenspitzen infolge eines analytischen Systems und eines Massenanalysators gemäß einer der Erläuterung dienenden Anordnung,
• 15 einen Vergleich von Flugzeitspitzen infolge eines analytischen Systems und eines Massenanalysators gemäß einer der Erläuterung dienenden Anordnung,
• 16A die Bahnkurve eines in ein ringförmiges Ionenführungsgebiet injizierten Ions ohne Scannen des inneren Felds und 16B die Bahnkurve eines in ein ringförmiges Ionenführungsgebiet mit einer höheren Energie injizierten Ions auch ohne Scannen des inneren Felds,
• 17A ein bevorzugtes Verfahren zum Injizieren von Ionen in das ringförmige Ionenführungsgebiet durch Unterteilen des Injektionsgebiets in einen ersten und einen zweiten Sektor und Gewährleisten, dass Ionen anfänglich ein feldfreies Gebiet spüren, wenn sie in den ersten Sektor injiziert werden, und 17B die sich ergebenden Ionenbahnkurven, nachdem sich Ionen aus dem ersten Sektor in den zweiten Sektor bewegt haben und ein radiales Feld im ersten Sektor wiederhergestellt wurde,
• 18A Ionen, die in den Massenanalysator injiziert wurden, welche umlaufend getrennt werden, und 18B Ionen, die in den Massenanalysator injiziert wurden, welche zu einer späteren Zeit umlaufend getrennt werden,
• 19 eine induktive Ionendetektoranordnung gemäß einer Ausführungsform und
• 20 ein Signal, das infolge der axialen Oszillation von Ionen gemäß einer Ausführungsform im induktiven Ionendetektor induziert wird.
• DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
• Aspekte einer Ausführungsform werden zuerst mit Bezug auf die 4–18 beschrieben. Bei einer Ausführungsform wird ein induktives Ionendetektorsystem bereitgestellt, das in weiteren Einzelheiten mit Bezug auf die 19 und 20 beschrieben wird.
• 5 zeigt eine Ausführungsform, wobei ein Massenanalysator bereitgestellt ist, der zwei koaxiale zylindrische Elektroden mit einem sich dazwischen befindenden ringförmigen Ionenführungsvolumen umfasst.
• Ionen werden radial zwischen zwei koaxialen Zylindern eingesperrt, die bei unterschiedlichen Potentialen Vaußen und Vinnen gehalten werden. Der Ionenstrahl (der ein Ionenpaket sein kann, das die verschiedenen zu analysierenden Masse-/Ladungsverhältnisspezies enthält) nähert sich dem äußeren Zylinder, wo entweder ein Loch oder ein Zwischenraum, wodurch der Ionenstrahl hindurchtreten kann, bereitgestellt sein kann.
• Ionen, die in das ringförmige Ionenführungsvolumen eintreten, können durch Erhöhen des Felds zwischen dem inneren und dem äußeren Zylinder, wenn der Strahl in die Vorrichtung eintritt, stabile kreisförmige Umlaufbahnen bilden. Bei Nichtvorhandensein anderer Felder können die Ionen in der Umlaufbahn verbleiben, sobald sie sich innerhalb der Zylinder befinden, sie verteilen sich jedoch entsprechend ihren anfänglichen axialen Geschwindigkeiten in der axialen Richtung. Dies ist in 6A dargestellt.
• Mit Bezug auf 6B sei bemerkt, dass, sobald die Ionen auf eine stabile Umlaufbahn gezwungen wurden, eine gepulste Spannung an ein Gitter angelegt werden kann, das innerhalb des Analysators zwischen den beiden Zylindern angeordnet sein kann. Um die elektrischen Feldfunktionen zu erzeugen, die erforderlich sind, um eine räumliche Fokussierung zu erreichen, können der innere und der äußere Zylinder segmentiert werden und können unterschiedliche Spannungen an jede von der inneren und der äußeren segmentierten Elektrode angelegt werden.
• 6A zeigt wie die inneren und äußeren zylindrischen Elektroden gemäß einer Ausführungsform axial segmentiert werden können. Die inneren und äußeren zylindrischen Elektroden können gemäß allen nachstehend beschriebenen Ausführungsformen axial segmentiert werden, wenngleich lediglich im Interesse der einfachen Darstellung einige der folgenden Zeichnungen die axiale Segmentierung fortlassen können.
• Wiederum mit Bezug auf 6B sei bemerkt, dass sich die Ionen weiter um den zentralen Elektrodensatz drehen können, jedoch gleichzeitig beginnen können, sich entlang der Achse des Massenanalysators in einer im Wesentlichen helikalen Weise zu bewegen.
• Es sei bemerkt, dass eine Flugzeitdispersion nur in axialer Richtung geschieht und dass die Ionen radial eingesperrt werden, um Transmissionsverluste zu verhindern. Dadurch sind die beiden Koordinaten bei der bevorzugten zylindrischen Vorrichtung in ihrem Verhalten entkoppelt.
• 6B zeigt eine einfache Ausführungsform mit vier Hauptebenen P1, P2, P3, P4, welche direkt analog zu den Hauptebenen beim in 1 dargestellten Flugzeit-Massenanalysator von Wiley McLaren sind. Die räumliche Fokussierung wird nach dem gleichen Prinzip erreicht. Bei der Geometrie gemäß einer in 6B dargestellten Ausführungsform verhindern die stabilen Umlaufbahnen in radialer Richtung jedoch Verluste infolge der Strahldivergenz und der Gitterstreuung an den Gittergrenzen.
• Ein weiterer Vorteil der Geometrie gemäß einer Ausführungsform besteht darin, dass, wenn gekoppelt mit einem gepulsten Paket in das Spektrometer eintretender Ionen, das gesamte Ionenpaket in einer stabilen Umlaufbahn eingefangen und verwendet werden kann. Falls Ionen in einer vorgeschalteten HF-Vorrichtung zwischen Spektrometererfassungszyklen (Pushes) gespeichert werden, ist möglicherweise im Wesentlichen ein Tastgrad von 100 % mit der bevorzugten Geometrie erreichbar.
• Gemäß der in den 6A und 6B dargestellten Ausführungsform können Ionen noch infolge von Stößen mit Gitterelektroden verloren gehen, eine Ausführungsform hat jedoch vorteilhafterweise eine höhere Transmission als herkömmliche Anordnungen.
• Andere Ausführungsformen werden auch erwogen und nachstehend beschrieben, welche keine Gitterelektroden verwenden und daher gegenüber herkömmlichen Anordnungen sogar noch vorteilhafter sind.
• Es sei bemerkt, dass das Anlegen eines orthogonalen elektrischen Beschleunigungsfelds oder eines pulsierenden elektrischen Felds, nachdem stabile radiale Umlaufbahnen erreicht wurden, eine wichtige Unterscheidung gegenüber anderen bekannten Formen von Massenanalysatoren ist.
• Insbesondere sind elektrostatische Massenanalysatoren bekannt, bei denen ein Ionenpaket von außerhalb der Vorrichtung unter Verwendung von Ablenkvorrichtungen gepulst in den Massenanalysator eingebracht wird, um die Richtung des Strahls zur Achse des Spektrometers zu ändern. Diese Ablenkvorrichtungen bewirken Aberrationen in der Flugzeit und Verzerrungen in der isochronen Ebene. Diese Aberrationen begrenzen die Auflösung solcher Vorrichtungen, so dass sehr lange Flugzeiten erforderlich sind, bevor hohe Auflösungen erreicht werden können.
• Ein besonderer Vorteil einer Ausführungsform besteht darin, dass durch Anlegen des Beschleunigungsfelds, nachdem stabile Umlaufbahnen erreicht wurden, Ablenkvorrichtungen überflüssig werden und das Erreichen von Auflösungsleistungen in Zeitskalen ermöglicht wird, die herkömmlichen Orthogonalbeschleunigungs-Flugzeit-Massenanalysatoren ähneln.
• Ein Vorteil radial beschränkter Koaxialzylinder-Massenanalysatoren gemäß Ausführungsformen besteht darin, dass lange Flugwege ohne Verluste infolge von Strahldivergenzverlusten möglich sind. Daher ist eine solche Ausführungsform ideal für Mehrdurchgangs-Massenanalysatorgeometrien geeignet.
• Es werden verschiedene Mehrdurchgangsgeometrien erwogen, und sie enthalten gemäß bevorzugten Ausführungsformen die minimale Anzahl von Gittern, um Verluste an den Hauptebenen zu verringern. Die 7A und 7B zeigen eine der Erläuterung dienende Geometrie. Gemäß dieser Ausführungsform werden Ionen in eine Seite einer achsensymmetrischen Vorrichtung injiziert und stabilisiert, bevor ein parabolisches Potential entlang dem Massenanalysator angelegt wird. Das parabolische Potential beschleunigt die Ionen zum Zentrum des Massenspektrometers. Die Form der parabolischen Potentialwanne kann es ermöglichen, dass die Ionen hin und her oszillieren, wobei sie eine einfache harmonische Bewegung zeigen. Je mehr Durchläufe die Ionen vor der Detektion erfahren, desto höher ist die Auflösung des Instruments. Gemäß einer Ausführungsform werden Ionen unter Verwendung eines induktiven Ionendetektors detektiert.
• Vorteilhafterweise können Ionen in einer stromaufwärts gelegenen Ionenfalle gespeichert werden. Ionen können massenselektiv aus der Ionenfalle ausgestoßen werden, um sequenziell bekannte Massenbereiche von Ionen an den Analysator abzugeben, während andere in der Population gespeichert werden. Auf diese Weise kann ein Massenspektrum hoher Auflösung, das den gesamten Massenbereich abdeckt, aus Segmenten des kleineren erfassten Massenbereichs zusammengesetzt werden.
• Die in 7B dargestellte Entwicklung des Phasenraums zeigt, dass die isochrone Ebene im Zentrum der Vorrichtung im Wesentlichen am Boden der Potentialwanne vorgefunden wird. Tatsächlich gibt es eine kleine Abweichung vom Boden, welche eine Funktion der Neigung der anfänglichen Phasenraumellipse ist, dies ist jedoch ein kleiner Effekt.
• Gemäß anderen weniger bevorzugten Ausführungsformen kann der Ionendetektor in einem Gebiet des Instruments angeordnet oder lokalisiert werden, wo kein axiales Feld vorhanden ist.
• Gemäß einer Ausführungsform kann der Ionendetektor in einem vom axialen Feld freien Gebiet des Instruments angeordnet werden, wie nun mit Bezug auf die 8A– 8D erörtert wird. Die 8A–8D zeigen eine Ausführungsform mit einer Kombination von Potentialwannenabschnitten nach Wiley McLaren und parabolischen Potentialwannenabschnitten. Die 8A–8D zeigen jeweils eine andere Zeit im Erfassungszyklus des Instruments.
• Ionen können gemäß einer Ausführungsform aus einem Massenanalysator mit einer koaxialen Geometrie, der eine Zweifeldquelle vom Wiley-McLaren-Typ aufweist, extrahiert werden. Die Ionen werden orthogonal in ein feldfreies Gebiet beschleunigt und laufen entlang dem feldfreien Gebiet. Die Ionen spüren dann einen parabolischen Potentialgradienten (Hälfte einer Wanne), wie in den 8A und 8B dargestellt ist.
• Während sich die Ionen innerhalb des parabolischen Abschnitts befinden, wie in 8B dargestellt ist, kann die andere Hälfte der Wanne eingeschaltet sein, wie in 8C dargestellt ist, und es kann erlaubt werden, dass die Ionen eine bestimmte Anzahl von Malen oszillieren, um die effektive Flugbahn des Instruments zu vergrößern. Gemäß einer Anordnung können Ionen zu einem Ionendetektor ausgestoßen werden, wie in 8D dargestellt ist. Gemäß einer Ausführungsform werden Ionen jedoch unter Verwendung eines induktiven Ionendetektors detektiert.
• Es lässt sich 8D entnehmen, dass die isochrone Ebene nicht mehr an der Basis der Potentialwanne liegt. Dies liegt daran, dass die Größe des feldfreien Gebiets, die erforderlich ist, um den Ionenstrahl in einen isochronen räumlichen Fokus zu bringen, in diesem Fall genau gleich dem Abstand zwischen P3 und dem Detektor ist. Nur die Hälfte des feldfreien Gebiets wird auf der auswärts gerichteten Bewegung zur rechten Hälfte der parabolischen Potentialwanne eingenommen. Wenn diese Hälfte ausgeschaltet ist, fliegen die interessierenden Ionen durch das verbleibende erforderliche feldfreie Gebiet, um in isochronen räumlichen Fokus gebracht zu werden. Ein solches Mehrdurchgangsinstrument wird durch die Kombination einer Geometrie, die einen Abschnitt eines feldfreien Gebiets ermöglicht, mit einer parabolischen Potentialwanne, die eine einfache harmonische Bewegung ermöglicht, möglich gemacht. Ohne ein solches feldfreies Gebiet könnte der Detektor nirgends ohne eine Verzerrung der elektrischen Felder positioniert werden.
• Falls ein höheres Maß einer räumlichen Fokussierung erforderlich ist, kann die gepulste parabolische Potentialwanne in ein feldfreies Gebiet eines Reflektron-Massenanalysators aufgenommen werden. Diese weitere Ausführungsform wird nun mit Bezug auf die 9A–9F beschrieben.
• Das Arbeitsprinzip gemäß dieser Anordnung ähnelt dem vorstehend mit Bezug auf die 8A–8D beschriebenen, es ist jedoch auch ein Einzeldurchgangsmodus enthalten, wie in den 9A–9C dargestellt ist, welcher nicht das Pulsieren der parabolischen Potentialwanne aufweist. Ein solcher Betriebsmodus ist besonders nützlich, wenn eine schnellere Erfassung bei einer niedrigeren Auflösung erforderlich ist. Der höhere Grad einer räumlichen Fokussierung ermöglicht das Erreichen der höchstmöglichen Auflösung für die geringste Anzahl von Durchgängen durch die Potentialwanne.
• Wie Fachleute verstehen werden, wird der Massenbereich des Massenanalysators mit der Anzahl der Umläufe um die harmonische Potentialwanne verringert. Falls der Analysator mit einer Anzahl N von Malen durchlaufen wird, verringert sich der verfügbare Massenbereich mit diesem Wert in der Beziehung m_max/m_min = (N/(N – 1))² (1)
• Dies könnte als ein Nachteil angesehen werden, der verringerte Massenbereich kann jedoch durch Optimieren der Phasenraumbedingungen des in den Analysator eintretenden Strahls vor der Beschleunigung ausgenutzt werden. Allgemein werden Ionenstrahlen durch eine Kombination von HF-Fokussierungselementen in der Art von Ringstapeln, Quadrupolen oder Multipolen höherer Ordnung und elektrostatischen Elementen in der Art von Linsen und Gittern konditioniert. Die Optimierung von Anfangsbedingungen beinhaltet das Einsperren des Strahls in der Nähe der optischen Achse. Am häufigsten wird der Strahl durch die Verwendung eines Nur-HF-Quadrupols eng an der optischen Achse eingesperrt, diese Vorrichtung hat jedoch in ihrer Fokussierungswirkung eine starke Massenabhängigkeit. Dies bedeutet, dass, wenngleich Ionen mit einer bestimmten Masse wirksam an der optischen Achse konzentriert werden können, Ionen mit einer höheren Masse weniger stark eingeschränkt werden und Ionen mit einer geringeren Masse in der Vorrichtung instabil sein können oder zu viel Energie vom HF-Feld aufnehmen können.
• Demgemäß ermöglicht die Übertragung eines begrenzten Massenbereichs zum Analysator, der durch die Anzahl der Umläufe definiert ist, das Optimieren von Phasenraumeigenschaften für die Massen, die innerhalb des reduzierten Massenbereichs enthalten sind, um die bestmögliche Instrumentenauflösung zu erhalten.
• WO 2011/154731 (Micromass) beschreibt, wie ein Ionenstrahl aufgeweitet werden kann, um Phasenraumbedingungen in einem herkömmlichen zweistufigen Wiley-McLaren-Instrument zu optimieren. WO 2011/154731 offenbart, wie die begrenzende Umlaufzeitaberration in einem geeignet aufgeweiteten Strahl mit der Beschleunigungspotentialdifferenz skaliert, die vom Strahl an Stelle des elektrischen Felds in diesem Gebiet gesehen wird.
• Eine Ausführungsform ermöglicht eine vollkommene aberrationsfreie Strahlaufweitung, indem ermöglicht wird, dass das Ionenpaket, das in den Analysator injiziert wurde, so lange wie gewünscht vor der Orthogonalbeschleunigung um die zentrale Elektrode umläuft. Der Analysator ist in axialer Richtung ganz feldfrei, bevor der Beschleunigungspuls angewendet wird. Dies ermöglicht eine freie Aufweitung infolge der Anfangsgeschwindigkeit der Ionen. Der Prozess entspricht im Wesentlichen dem Bereitstellen einer veränderlichen Flugstrecke von der Übertragungsoptik zum Massenanalysator. Wenn die Ionen umlaufen und sich ausdehnen, wird die Phasenraumellipse langgestreckter, und der Strahl nimmt einen größeren Teil des Beschleunigungspotentials auf, wenn es angelegt wird. Solange der Analysator eine ausreichend gute räumliche Fokussierungseigenschaft aufweist, wird die Auflösung verbessert, wenn erlaubt wird, dass sich der Strahl ausdehnt. Durch kluges Anordnen einer Blendenplatte (oder einer Strahlblende) innerhalb des Massenanalysator-Beschleunigungsgebiets kann die maximale Größe, bis zu der sich der Strahl axial ausdehnen kann, auf die räumliche Fokussierungseigenschaft des Analysators begrenzt werden. Falls, sobald die Position der Strahlblende erreicht wird, die Ionen vor der Beschleunigung weiter umlaufen dürfen, nimmt der Phasenraum die Form einer abgeschnittenen Ellipse an, die in Geschwindigkeitsrichtung umso dünner wird, je länger das Umlaufen dauert. Dies ist in 10 dargestellt.
• Durch Ändern der Verzögerungszeit können auf Kosten einiger Ionenverluste höhere Auflösungen erreicht werden. Dies kann als analog der Technik der verzögerten Extraktion bei MALDI-Instrumenten angesehen werden, wobei erlaubt wird, dass die Ionen die Zielplatte verlassen und Positionen annehmen, die mit ihrer anfänglichen Geschwindigkeit in der Ionenquelle korreliert sind, bevor sie in den Analysator extrahiert werden. Die Korrelation zwischen der Ionengeschwindigkeit und der Position ist infolge des durch eine Ebene definierten Desorptionsereignisses sehr hoch. Die verzögerte Extraktion gemäß verschiedenen Ausführungsformen hat keine solche vollständige Positions-/Geschwindigkeitskorrelation, es können aber dennoch hohe Grade der Ionenfokussierung erreicht werden, und dies kann für den in den Analysator injizierten interessierenden Massenbereich weiter optimiert werden, d.h. die Verzögerungszeit könnte festgelegt werden, um zu ermöglichen, dass die zentrale Masse im injizierten Bereich gerade die Position der Strahlblende erreicht (d.h. zum Füllen des Niveaus, bevor die räumliche Fokussierung die Auflösung verschlechtert), bevor eine Extraktion stattfindet.
• US-546495 (Cornish) offenbart die Verwendung eines Gekrümmtes-Feld-Reflektrons, um Ionen mit einer breiten kinetischen Energiedifferenz, die durch Nachquellenzerfall ("PSD") erzeugt werden, in MALDI-Flugzeit-Massenanalysatorinstrumente zu bringen. Gemäß einer Ausführungsform kann eine solche Anordnung verwendet werden, um eine erste Beschleunigungsstufe mit einer guten räumlichen Fokussierung und das für eine geeignete Positionierung des Ionendetektors erforderliche feldfreie Gebiet zu erzielen.
• Wie vorstehend erwähnt wurde, werden weitere Ausführungsformen erwogen, wobei keine GItterelektroden verwendet werden. Die radiale Einsperrung, die durch die stabile Umlaufbahn ermöglicht wird, bedeutet, dass die Ionen einen schmalen Bereich radialer Positionen annehmen. Dies bedeutet, dass das gesamte System gitterfrei gemacht werden kann und dabei noch eine gute räumliche Fokussierung aufrechterhalten werden kann, während die Störung der axialen elektrischen Felder und Ionenverluste, die diese Elemente herbeiführen, vermieden werden. Gitterfreie Massenanalysatoren ohne die radiale Stabilität der vorliegenden Ausführungsformen leiden an der defokussierenden Wirkung der elektrischen Felder, die durch Überfüllen der ionenoptischen Elemente hervorgerufen wird, wodurch schließlich die Vorrichtungsempfindlichkeit und die Auflösung begrenzt werden.
• Ein Beispiel einer gitterfreien Elektrodenanordnung gemäß einer Ausführungsform ist in 11 dargestellt. In diesem Fall sind die zu pulsenden elektrischen Potentiale als gepunktete Linien dargestellt, die Reihenfolge und die Natur ihres Pulsens und die Phasenraumentwicklung ähneln jedoch jenen, die mit Bezug auf die 8A–8D beschrieben wurden. Aus dem Beseitigen der Gitter ergibt sich in der Hinsicht ein weiterer Vorteil, dass dadurch das Verfahren zum Aufbau vereinfacht wird, weil die Vorrichtung aus zwei konzentrischen segmentierten Zylindern bestehen kann, die unabhängig zusammengesetzt werden, statt dass gemeinsame mechanische Teile (die Gitter) in Kontakt sowohl mit äußeren als auch inneren Anordnungen innerhalb des Innenraums zwischen den beiden bereitgestellt werden.
• Es wurde eine Modellierung eines koaxialen Massenanalysators gemäß einer Ausführungsform ausgeführt. Ergebnisse von einem analytischen System wurden mit durch SIMION (RTM) berechneten Ergebnissen für eine koaxiale Massenanalysatorgeometrie gemäß einer Ausführungsform verglichen.
• 12 zeigt die für das Modellieren verwendete Massenanalysatorgeometrie, wobei die mittlere Ionenausgangsebene im Zentrum des Pusher-Gebiets mit einer Länge von L1 = 40 mm liegt. Die Spannung V1 beträgt 1000 V.
• Das Beschleunigungsgebiet L2 wurde auf 50 mm gelegt, und die Spannung V2 wurde auf 5000 V gelegt. Die verschiedenen Gebiete sind durch Gitter begrenzt, während die parabolischen Gebiete nicht durch Gitter begrenzt sind. Der Abstand Lp wurde als 99 mm modelliert, und Vp wurde auf 10000 V gesetzt. Die linke Parabel (LHP) muss rampenförmig erhöht werden (nachdem sich Ionen in der rechten Parabel (RHP)) befinden, und die RHP muss rampenförmig verringert werden, während sich die Ionen in der LHP befinden, nachdem die gewünschte Anzahl von Durchgängen aufgetreten ist.
• Beim Python-Modell ist die gesamte feldfreie Strecke eine Variable, die gelöst werden kann, während bei der SIMION-(RTM)-Simulation die Ionen an einem festen Detektorebenenabstand aufgezeichnet werden. Diese Ionen können dann in das Python-Modell importiert werden und können für ein veränderliches feldfreies Gebiet aufgelöst werden, weshalb beide Ansätze in den Fokus gebracht werden können.
• 13 zeigt die bei der SIMION-(RTM)-Modellierung verwendete koaxiale Geometrie. Der Radius Rinnen des inneren Zylinders wurde auf 10 mm gelegt, und der Radius Raußen des äußeren Zylinders wurde auf 20 mm gelegt. Dementsprechend ist RZwischenraum gleich 10 mm.
• Die axialen Elektrodensegmente waren 1 mm breit, und es befanden sich dazwischen 1 mm messende Zwischenräume. Gitter wurden als sich zwischen Segmenten befindend modelliert, und Spannungen wurden als angelegt modelliert, um lineare Spannungsabfälle über die ersten beiden Gebiete und quadratische Potentiale in den parabolischen Gebieten zu erhalten.
• Eine Potentialdifferenz wurde zwischen den inneren und den äußeren Zylinder angelegt, um ein radiales Einsperren zu erhalten. Bei den vorgestellten Ergebnissen wurden +650 V an den äußeren Zylinder angelegt, und der innere Zylinder befand sich auf dem gleichen Potential wie die Gitter.
• Für einfach geladene Ionen mit einem Masse-/Ladungsverhältnis von 500 und mit einer radialen KE von 500 eV und bei Anlegen von +650 V an den äußeren Zylinder ergab sich eine gute radiale Beschränkung. Eine erhebliche radiale KE ist erforderlich, um das Einsperren in die parabolischen Gebiete aufrechtzuerhalten, welche zu einer radialen Divergenz führen.
• Für das erste System waren die anfänglichen Ionenbedingungen eine Positionsabweichung von 1 mm (+/–0,5 mm), eine Gaußsche Geschwindigkeitsverbreiterung mit einer Standardabweichung von 5 m/s, keine anfängliche Ionendrift, 8 Durchgänge durch die parabolischen Gebiete (1 Durchgang verläuft in den hinteren Teil und aus einer einzelnen Parabel hinaus) und 10 kV an den Parabeln. Die Ergebnisse sind in 14 dargestellt.
• Das Gesamt-FFR ist für das analytische System mit einer Driftzeit von 70,712 μs 1203 mm. Für den Massenanalysator gemäß einer Ausführungsform ist das FFR 1619 mm bei einer Driftzeit von 79,617 μs. Das Auflösungsvermögen des Massenanalysators gemäß einer Ausführungsform ist mit dem analytischen System vergleichbar.
• Falls der anfängliche Phasenraum kleiner festgelegt wird und mehr Durchgänge durch die Parabeln zugelassen werden, wird die Auflösung gemäß einer Ausführungsform verbessert. Für dieses System waren die anfänglichen Ionenbedingungen eine Positionsabweichung von 0,2 mm (+/–0,1 mm), eine Gaußsche Geschwindigkeitsverbreiterung mit einer Standardabweichung von 1 m/s, keine anfängliche Ionendrift, 32 Durchgänge durch die parabolischen Gebiete (1 Durchgang verläuft in den hinteren Teil und aus einer einzelnen Parabel hinaus) und 10 kV an den Parabeln.
• Das analytische System hatte ein FFR von 1203 mm, während das FFR gemäß dem bevorzugten System 1630 mm betrug. Die Auflösung des analytischen Systems betrug 189000 verglichen mit einer Auflösung von 170000 für das System gemäß einer Ausführungsform.
• Es sei bemerkt, dass ein Massenanalysator mit einer möglichen Auflösung von 170000 einen sehr erheblichen Fortschritt in der Leistungsfähigkeit gegenüber kommerziellen Flugzeit-Massenanalysatoren nach dem aktuellen Stand der Technik repräsentiert.
• Wenngleich das analytische System und das SIMION-(RTM)-System nicht genau übereinstimmen, ist ersichtlich, dass eine Ausführungsform eine analytische Auflösung von etwa 90 % erreichen kann. Die Flugzeit für das analytische System betrug 191 μs, während die Flugzeit für eine Ausführungsform 200 μs betrug, wie in 15 dargestellt ist. In beiden Fällen ist die Flugzeit nicht übermäßig lang (12-GHz-TDC-Detektor).
• Verfahren zur Ioneninjektion in ein Koaxialzylinder-TOF
• Ein weniger erwünschtes Verfahren zum Injizieren von Ionen in das Spektrometer, so dass sie eine stabile Bahnkurve erreichen, wurde vorstehend mit Bezug auf 5 dargestellt und beschrieben. Gemäß dieser weniger erwünschten Ausführungsform können stabile Bahnkurven erreicht werden, indem die Spannung an der inneren Elektrode in Bezug auf die äußere Elektrode verringert wird, wenn die Ionen in die Vorrichtung eintreten. Dieser Ansatz erfordert es, dass ein Ionenpaket mit einer begrenzten zeitlichen Verteilung gepulst in die Vorrichtung eingebracht wird. Auf diese Weise injizierte Ionen nehmen einen Bereich radialer Positionen an, die eine leichte Massenabhängigkeit aufweisen. Dies ist nicht ideal, weil es erforderlich ist, dass alle Ionen die gleichen Gesamtfelder in axialer Richtung spüren, wenn sie den Massenanalysator durchlaufen, um die höchstmögliche Auflösung zu erreichen.
• Falls Ionen einfach durch ein kleines Loch in ein Paar koaxialer Zylinder injiziert werden, ohne das innere Feld zu scannen, werden keine stabilen Bahnkurven erreicht und beschreiben die injizierten Ionen immer eine Bahnkurve, die schließlich außerhalb des Raums zwischen den konzentrischen Zylindern verbleibt. Zwei Beispiele solcher Bahnkurven sind in den 16A und 16B dargestellt.
• In 16A wird ein Ion bei einer solchen Energie injiziert, dass es eine kreisförmige Bahnkurve auf halbem Wege zwischen dem inneren und dem äußeren Zylinder beschreiben würde, falls es an einer solchen Position plötzlich selbst erzeugt werden würde und eine zu beiden Zylindern ausschließlich tangentiale Geschwindigkeitskomponente aufweisen würde. Es ist ersichtlich, dass dieses Ion schnell vollständig instabil werden würde und den inneren Zylinder nach nur etwa einem Viertel eines Umlaufs treffen würde.
• In 16B wird das Ion bei einer höheren Energie injiziert, wobei es noch instabil ist, wenngleich es etwa eineinhalb Umläufe überlebt, bevor es auf den äußeren Zylinder trifft.
• Daher ist es wünschenswert, einen Weg zu finden, Ionen in das Instrument zu injizieren, so dass der Füllfaktor minimiert wird, und bei einer geringen oder keinen Massenabhängigkeit von der radialen Position innerhalb der Vorrichtung, sobald die Ionen in stabilen Umlaufbahnen sind.
• Die segmentierte Koaxialzylindergeometrie, die gemäß einer Ausführungsform verwendet wird, ermöglicht es, unterschiedliche Spannungen an verschiedene Segmente und verschiedene Abschnitte dieser Segmente, wie es erforderlich ist, anzulegen. Gemäß einer Ausführungsform wird das Beschleunigungsgebiet des Flugzeitanalysators in zwei Sektoren unterteilt. Dies ermöglicht das Steuern des radialen Einsperrfelds in Bezug auf den Sektorwinkel und die Zeit. Durch Pulsen der Spannung zu einem Winkelabschnitt entweder des inneren oder des äußeren Zylinders kann das einsperrende radiale Feld gepulst eingeschaltet oder ausgeschaltet werden.
• 17A zeigt, wie gemäß einer Ausführungsform die Vorrichtung in zwei Gebiete oder Sektoren unterteilt wird. Mit Bezug auf die Zifferblätter einer Uhrseite wird das erste Gebiet oder der erste Sektor (das oder der sich von 12:00 Uhr bis etwa 3:00 Uhr erstreckt) vom Rest der Elektroden getrennt (die sich von 3:00 Uhr im Uhrzeigersinn bis 12:00 Uhr erstrecken).
• 17A zeigt Äquipotentiallinien, und es ist darin dargestellt, wie Ionen, die oben an der Vorrichtung von rechts injiziert werden, einen im Wesentlichen feldfreien Flug im ersten Sektor erfahren, bevor sie entgegen dem Uhrzeigersinn in den radialen Hauptsektor abgelenkt werden. Weil das Feld an diesem Punkt im Wesentlichen statisch ist, nehmen monoenergetische Ionen unterschiedlicher Massen die gleiche Bahnkurve. Fachleute werden dies verstehen, weil dies ein Grundprinzip der Elektrostatik ist.
• Während die Ionen um den Hauptsektor umlaufen, kann der kleine Sektor zur gleichen Spannung wie der Hauptsektor hochgeschaltet werden, so dass zu der Zeit, zu der die Ionen den Umlauf abschließen, ein kontinuierliches radiales Einsperrfeld erzeugt wird (siehe 17B). Ein solches Schema ermöglicht es, dass Ionenpakete, die zeitlich verhältnismäßig lang sind, in die Vorrichtung injiziert werden, wodurch dem Massenanalysator ein hohes Betriebstastverhältnis gegeben wird.
• Eine Ausführungsform ist daher in der Hinsicht besonders vorteilhaft, dass sie es ermöglicht, dass Ionen in das Instrument injiziert werden, so dass der Füllfaktor minimiert wird, und bei einer effektiv verschwindenden Massenabhängigkeit von der radialen Position innerhalb der Vorrichtung, sobald die Ionen auf stabilen Umlaufbahnen sind.
• Eines der Probleme bei bekannten Mehrdurchgangs-Flugzeit-Massenanalysatoren besteht darin, dass es schwierig ist, die Anzahl der Durchgänge zu bestimmen, die eine bestimmte Ionenspezies durchgemacht hat, wenn sie detektiert wird. Es ist bekannt, dieses Problem dadurch zu adressieren zu versuchen, dass ein begrenzter Massenbereich in den Massenanalysator injiziert wird, so dass eine solche Verfälschung unmöglich ist. Falls ein kürzeres zeitliches Ionenpaket in den Analysator injiziert wird, kann es möglich sein, die Masse zu bestimmen, indem die Winkelposition des Ionenpakets beibehalten wird, wenn es auf den Detektor trifft.
• Mit Bezug auf die 18A–B sei bemerkt, dass drei Ionen M1, M2 und M3 (wobei M1 > M2 > M3 ist) in einem kompakten zeitlichen Paket in den Massenanalysator injiziert werden können. In 18A ist ersichtlich, dass die verschiedenen Massen unmittelbar nach der Injektion damit begonnen haben, sich rotationell zu trennen. Mit einem Detektor, der Winkelinformationen beibehält, kann die Änderung des Winkels vorhergesagt werden, wenn jedes der Ionen den Analysator durchläuft. Die Kombination aus der Flugzeit und der Winkelposition reicht aus, um das Masse-/Ladungsverhältnis (und damit die Anzahl der Umläufe des Analysators) in bestimmten Fällen eindeutig zu bestimmen. Diese zusätzliche Winkelinformation ermöglicht das Injizeren größerer Massenbereiche in den Analysator zu einer gegebenen Zeit, so dass sich die Anzahl der für das Abdecken des gesamten Massenbereichs zu verbindenden verschiedenen Spektren verringert.
• Induktiver Ionendetektor
• Gemäß einer Ausführungsform wird ein induktives Detektionsverfahren für das Detektieren des Ionenstrahls (an Stelle eines destruktiven Detektionsverfahrens) verwendet, um ein Signal zu erfassen.
• Im Fall bekannter elektrostatischer Ionenfallen ergibt sich durch das Fehlen einer wahren isochronen Ebene und das Unterteilen der äußeren Elektroden der Vorrichtung ein Signal, das für jede Masse im Wesentlichen dreieckig ist.
• 19 zeigt einen induktiven Ionendetektor gemäß einer Ausführungsform. Ionen können veranlasst werden, axial vor und zurück zu oszillieren, und gemäß einer Ausführungsform können Ionen eine einfache harmonische Bewegung durchmachen. Das Gleichspannungspotentialprofil entlang der axialen Richtung des Ionendetektionsgebiets kann ein parabolisches Profil aufweisen.
• Eine oder mehrere zentrale äußere Elektroden können dafür eingerichtet und ausgelegt werden, als eine oder mehrere Erfassungselektroden zu arbeiten. Demgemäß kann eine der felddefinierenden Elektroden als eine Erfassungselektrode wirken und an einem Verstärker angebracht werden, um das in der einen oder den mehreren Erfassungselektroden induzierte Signal zu verstärken.
• Die Erfassungselektrode detektiert eine darin induzierte Spannung, wenn sich ein Ionenstrahl der Erfassungselektrode nähert und an ihr vorbei läuft. Wenn sich der Ionenstrahl von der Erfassungselektrode fort bewegt, ist das induzierte Signal sehr klein.
• Das induzierte Signal wächst schnell an, wenn sich der Ionenstrahl der Erfassungselektrode nähert, und es fällt ebenso schnell ab, wenn sich der Ionenstrahl von der Erfassungselektrode fort bewegt, was dazu führt, dass eine Reihe von Impulsen in Zusammenhang mit jedem Vorbeilaufen von Ionen an der Erfassungselektrode detektiert werden kann, wie in 20 dargestellt ist.
• Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann eine zusätzliche Erfassungselektrode verwendet werden und kann dann ein Differenzverstärker verwendet werden, der vorteilhaft beim Beseitigen von Gleichtaktrauschen hilft.
• Gemäß einer Ausführungsform kann eine schmalere zentrale Erfassungselektrode verwendet werden (oder können schmalere zentrale Erfassungselektroden verwendet werden), wodurch die isochrone Ebene ausgenutzt werden kann.
• Das transiente Signal, das in der einen oder den mehreren Erfassungselektroden induziert werden kann, kann spärlicher sein, jedoch konzentrierterer Natur sein als im Fall entsprechender transienter Signale, die mit anderen bekannten Anordnungen erzeugt werden. Das induzierte Signal ist infolge der Natur des induzierten Signals und auch infolge der Tatsache, dass mehrere Messungen vorgenommen werden können, wenn das Ionendetektionsverfahren nicht destruktiv ist, breiter als es durch einen destruktiven Flugzeit-Ionendetektor erreicht werden würde, der genau in der isochronen Ebene angeordnet ist.
• Eine geeignete Signalverarbeitung der Transienten ergibt einen Wert der Auflösung pro Zeiteinheit, der erheblich größer ist als gegenwärtig mit bekannten elektrostatischen Analysatoren erreicht wird. Es ist daher offensichtlich, dass das nicht destruktive Induktions- oder induktive Ionendetektionsverfahren gemäß einer Ausführungsform verglichen mit bekannten Anordnungen besonders vorteilhaft ist. Es wird verglichen mit anderen bekannten Anordnungen eine erhebliche Verbesserung der Auflösung pro Zeiteinheit erreicht, weil das transiente Signal an einer isochronen Ebene detektiert wird und eine höhere Frequenz (und daher einen höheren Informationsgehalt) hat als ein verteiltes Signal.
• Die Verbesserung der Auflösung (pro Zeiteinheit), die gemäß einer Ausführungsform erreichbar ist, ist umgekehrt proportional zum zeitlichen Füllfaktor des Signals, d.h. ein Signal, das 10 % der Oszillationsperiode belegt, verbessert die Auflösung pro Zeiteinheit um einen Faktor zehn.
• Der Massenanalysator, der einen induktiven Ionendetektor gemäß einer Ausführungsform verwendet, repräsentiert daher einen erheblichen Fortschritt auf dem Gebiet der Massenspektrometrie.
• 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.

Claims (41)

1. Massenanalysator, der Folgendes umfasst: eine ringförmige Ionenführung mit einer Längsachse und einem ersten ringförmigen Ionenführungsabschnitt und einem zweiten ringförmigen Ionenführungsabschnitt, wobei die ringförmige Ionenführung Folgendes umfasst: (i) eine innere zylindrische Elektrodenanordnung, die axial segmentiert ist und eine Anzahl erster Elektroden umfasst, und (ii) eine äußere zylindrische Elektrodenanordnung, die axial segmentiert ist und eine Anzahl zweiter Elektroden umfasst, eine erste Vorrichtung, die dafür eingerichtet und ausgelegt ist, Ionen in den ersten ringförmigen Ionenführungsabschnitt einzubringen, so dass die Ionen innerhalb des ersten ringförmigen Ionenführungsabschnitts um die Längsachse im Wesentlichen stabile kreisförmige Umlaufbahnen bilden, eine zweite Vorrichtung, die dafür eingerichtet und ausgelegt ist, Ionen aus dem ersten ringförmigen Ionenführungsabschnitt orthogonal in den zweiten ringförmigen Ionenführungsabschnitt zu beschleunigen, eine Vorrichtung, die dafür eingerichtet und ausgelegt ist, ein oder mehrere parabolische Gleichspannungspotentiale entlang einem Abschnitt des zweiten ringförmigen Ionenführungsabschnitts aufrechtzuerhalten, so dass Ionen eine einfache harmonische Bewegung durchmachen, und einen induktiven Ionendetektor, der dafür eingerichtet und ausgelegt ist, Ionen innerhalb des zweiten ringförmigen Ionenführungsabschnitts zu detektieren.
2. Massenanalysator nach Anspruch 1, wobei der Ionendetektor dafür eingerichtet und ausgelegt ist, Ionen nicht destruktiv innerhalb des zweiten ringförmigen Ionenführungsabschnitts zu detektieren.
3. Massenanalysator nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Ionendetektor ferner eine oder mehrere erste Erfassungselektroden umfasst.
4. Massenanalysator nach Anspruch 3, wobei die eine oder die mehreren ersten Erfassungselektroden eine oder mehrere zylindrische, Ring- oder ringförmige Elektroden umfassen.
5. Massenanalysator nach Anspruch 4, wobei die eine oder die mehreren ersten Erfassungselektroden entlang einem äußeren Abschnitt des zweiten ringförmigen Ionenführungsabschnitts angeordnet sind.
6. Massenanalysator nach Anspruch 3, 4 oder 5, wobei die eine oder die mehreren ersten Erfassungselektroden mit einem Verstärker oder einem Differenzverstärker verbunden sind, der dafür eingerichtet und ausgelegt ist, ein in der einen oder den mehreren ersten Erfassungselektroden induziertes Signal zu verstärken.
7. Massenanalysator nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei die eine oder die mehreren ersten Erfassungselektroden im Wesentlichen zentral innerhalb des zweiten ringförmigen Ionenführungsabschnitts angeordnet sind.
8. Massenanalysator nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei die eine oder die mehreren ersten Erfassungselektroden gegenüber dem Zentrum des zweiten ringförmigen Ionenführungsabschnitts versetzt oder verschoben sind.
9. Massenanalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite ringförmige Ionenführungsabschnitt ferner eine oder mehrere zweite Erfassungselektroden umfasst.
10. Massenanalysator nach Anspruch 9, wobei die eine oder die mehreren zweiten Erfassungselektroden eine oder mehrere zylindrische, Ring- oder ringförmige Elektroden umfassen.
11. Massenanalysator nach Anspruch 10, wobei die eine oder die mehreren zweiten Erfassungselektroden entlang einem inneren Abschnitt des zweiten ringförmigen Ionenführungsabschnitts angeordnet sind.
12. Massenanalysator nach Anspruch 9, 10 oder 11, wobei die eine oder die mehreren zweiten Erfassungselektroden mit einem Verstärker oder einem Differenzverstärker verbunden sind, der dafür eingerichtet und ausgelegt ist, ein in dem Ionendetektor induziertes Signal zu verstärken.
13. Massenanalysator nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei die eine oder die mehreren zweiten Erfassungselektroden im Wesentlichen zentral innerhalb des zweiten ringförmigen Ionenführungsabschnitts angeordnet sind.
14. Massenanalysator nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei die eine oder die mehreren zweiten Erfassungselektroden gegenüber dem Zentrum des zweiten ringförmigen Ionenführungsabschnitts versetzt oder verschoben sind.
15. Massenanalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ionen, die orthogonal beschleunigt werden, räumlich auf eine isochrone Ebene fokussiert werden, die im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse verläuft.
16. Massenanalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Ionendetektor dafür eingerichtet und ausgelegt ist, Ionen zu detektieren, wenn sie mehrere axiale Durchläufe durch den zweiten ringförmigen Ionenführungsabschnitt ausführen.
17. Massenanalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Ionendetektor dafür eingerichtet und ausgelegt ist, Ionen zu detektieren, wenn die Ionen den zweiten ringförmigen Ionenführungsabschnitt einmal oder mehrere Male in einer ersten axialen Richtung durchlaufen und den zweiten ringförmigen Ionenführungsabschnitt einmal oder mehrere Male in einer zweiten axialen Richtung, die zur ersten axialen Richtung entgegengesetzt ist, durchlaufen.
18. Massenanalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Ionen veranlasst werden, innerhalb des zweiten ringförmigen Ionenführungsabschnitts zu oszillieren, und wobei der Ionendetektor dafür eingerichtet ist, eine Reihe von Pulsen zu detektieren, wobei jeder Puls einem Durchgang von Ionen durch den zweiten ringförmigen Ionenführungsabschnitt zugeordnet ist.
19. Massenanalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Ionendetektor dafür eingerichtet ist, ein induziertes Signal zu detektieren, wobei die Intensität des induzierten Signals zunimmt, wenn sich der Ionenstrahl zum Ionendetektor bewegt, und seine Intensität abnimmt, wenn sich der Ionenstrahl vom Ionendetektor fort bewegt.
20. Massenanalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Vorrichtung dafür eingerichtet und ausgelegt ist, ein gepulstes axiales elektrisches Feld anzulegen.
21. Massenanalysator nach Anspruch 20, wobei die zweite Vorrichtung ferner dafür eingerichtet und ausgelegt ist, ein gepulstes radiales elektrisches Feld im Wesentlichen gleichzeitig mit dem gepulsten axialen elektrischen Feld anzulegen.
22. Massenanalysator nach Anspruch 21, wobei die zweite Vorrichtung dafür eingerichtet und ausgelegt ist, ein gepulstes radiales elektrisches Feld im Wesentlichen gleichzeitig mit dem gepulsten axialen elektrischen Feld anzulegen, so dass die Ionen in einer zur Längsachse senkrechten Ebene nicht kreisförmige oder elliptische Umlaufbahnen annehmen.
23. Massenanalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Vorrichtung dafür eingerichtet und ausgelegt ist, die Ionen orthogonal in den zweiten ringförmigen Ionenführungsabschnitt zu beschleunigen, so dass die Ionen entsprechend ihrem Masse-/Ladungsverhältnis zeitlich getrennt werden.
24. Massenanalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Vorrichtung dafür eingerichtet und ausgelegt ist, die Ionen orthogonal zu beschleunigen, so dass die Flugzeitdispersion nur in Längsrichtung auftritt.
25. Massenanalysator nach Anspruch 23 oder 24, wobei ein ringförmiges Flugzeit-Ionenführungsgebiet zwischen der inneren zylindrischen Elektrodenanordnung und der äußeren zylindrischen Elektrodenanordnung ausgebildet ist.
26. Massenanalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welcher ferner eine Vorrichtung umfasst, die dafür eingerichtet und ausgelegt ist, Gleichspannungspotentiale an die innere zylindrische Elektrodenanordnung und/oder die äußere zylindrische Elektrodenanordnung anzulegen, um ein radiales Gleichspannungspotential zu erhalten, das bewirkt, dass Ionen radial innerhalb der ringförmigen Ionenführung beschränkt werden.
27. Massenanalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welcher ferner ein Steuersystem umfasst, das dafür eingerichtet und ausgelegt ist, Folgendes auszuführen: (i) Anlegen einer oder mehrerer erster Spannungen an eine oder mehrere der ersten Elektroden, so dass Ionen, die sich im ersten ringförmigen Ionenführungsabschnitt befinden, in Umlaufbahnen um die innere zylindrische Elektrodenanordnung präzedieren oder sich bewegen, und dann (ii) Anlegen einer oder mehrerer zweiter Spannungen an eine oder mehrere der ersten Elektroden und/oder der zweiten Elektroden, so dass Ionen orthogonal in den zweiten ringförmigen Ionenführungsabschnitt beschleunigt werden, so dass Ionen in einer ersten axialen Richtung entlang Spiralwegen durch den zweiten ringförmigen Ionenführungsabschnitt laufen, (iii) Anlegen einer oder mehrerer dritter Spannungen an eine oder mehrere der zweiten Elektroden, so dass Ionen in einer zweiten axialen Richtung, die der ersten axialen Richtung entgegengesetzt ist, zurück reflektiert werden, wobei die Ionen optional veranlasst werden, axial zu oszillieren, und (iv) Bestimmen des Masse-/Ladungsverhältnisses durch den zweiten ringförmigen Ionenführungsabschnitt hindurchlaufender oder axial darin oszillierender Ionen.
28. Massenanalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Vorrichtung dafür eingerichtet und ausgelegt ist, eine Potentialdifferenz an den ersten ringförmigen Ionenführungsabschnitt anzulegen, so dass Ionen orthogonal aus dem ersten ringförmigen Ionenführungsabschnitt heraus beschleunigt werden und in den zweiten ringförmigen Ionenführungsabschnitt laufen.
29. Massenanalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Ionen im Wesentlichen Spiralwegen folgen, wenn sie durch den zweiten ringförmigen Ionenführungsabschnitt laufen.
30. Massenanalysator nach Anspruch 29, wobei die Spiralbahnen entlang zumindest einem Teil der ringförmigen Ionenführung oder des zweiten ringförmigen Ionenführungsabschnitts nicht helikal sind, so dass sich das Verhältnis zwischen der Krümmung und der Torsion der Spiralbahnen ändert oder nicht konstant ist.
31. Massenanalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Vorrichtung dafür eingerichtet ist, Ionen zu einer Zeit T₁ orthogonal zu beschleunigen, und wobei die Ionen durch den Ionendetektor zu einer anschließenden Zeit T₂ detektiert werden, und wobei veranlasst wird, dass Ionen mit einem Masse-/Ladungsverhältnis im Bereich < 100, 100–200, 200–300, 300–400, 400–500, 500–600, 600–700, 700–800, 800–900 oder 900–1000 eine Gesamtflugzeit T₂–T₁ durch die ringförmige Ionenführung oder den zweiten ringförmigen Ionenführungsabschnitt aufweisen, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus (i) < 50 μs, (ii) 50–100 μs, (iii) 100–150 μs, (iv) 150–200 μs, (v) 200–250 μs, (vi) 250–300 μs, (vii) 300–350 μs, (viii) 350–400 μs, (ix) 400–450 μs, (x) 450–500 μs und (xi) > 500 μs besteht.
32. Massenanalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Ionen mit unterschiedlichen Masse-/Ladungsverhältnissen erheblich verschiedenen Spiralbahnen durch die ringförmige Ionenführung oder den zweiten ringförmigen Ionenführungsabschnitt folgen.
33. Massenanalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Elektroden im ersten ringförmigen Ionenführungsabschnitt segmentiert sind, so dass zumindest ein erster elektrischer Feldsektor und ein zweiter elektrischer Feldsektor bei der Verwendung gebildet sind.
34. Massenanalysator nach Anspruch 33, welcher ferner ein Steuersystem umfasst, das dafür eingerichtet und ausgelegt ist, zu einer ersten Zeit T1 Ionen im Wesentlichen tangential in den ersten elektrischen Feldsektor zu injizieren, während ein im Wesentlichen bei Null liegendes radiales elektrisches Feld im ersten elektrischen Feldsektor aufrechterhalten wird, so dass die Ionen ein im Wesentlichen feldfreies Gebiet spüren, während sie in den ersten ringförmigen Ionenführungsabschnitt injiziert werden.
35. Massenanalysator nach Anspruch 34, wobei das Steuersystem ferner dafür eingerichtet und ausgelegt ist, ein radiales elektrisches Feld im zweiten elektrischen Feldsektor aufrechtzuerhalten, so dass zu einer zweiten späteren Zeit T2 Ionen aus dem ersten elektrischen Feldsektor in den zweiten elektrischen Feldsektor laufen und radial beschränkt werden.
36. Massenanalysator nach Anspruch 35, wobei das Steuersystem ferner dafür eingerichtet und ausgelegt ist, zu einer dritten Zeit T3, wobei T3 > T1 ist, zu veranlassen, dass ein radiales elektrisches Feld im ersten elektrischen Feldsektor aufrechterhalten wird, so dass, wenn Ionen aus dem zweiten elektrischen Feldsektor in den ersten elektrischen Feldsektor laufen, die Ionen innerhalb des ersten ringförmigen Ionenführungsabschnitts weiter radial beschränkt bleiben und im Wesentlichen stabile kreisförmige Umlaufbahnen bilden.
37. Massenanalysator nach Anspruch 36, wobei die zweite Vorrichtung dafür eingerichtet und ausgelegt ist, Ionen zu einer vierten Zeit T4, wobei T4 > T3 ist, orthogonal aus dem ersten ringförmigen Ionenführungsabschnitt in den zweiten ringförmigen Ionenführungsabschnitt zu beschleunigen.
38. Massenanalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welcher ferner ein Steuersystem umfasst, das dafür eingerichtet und ausgelegt ist, das Masse-/Ladungsverhältnis der aus dem ersten ringförmigen Ionenführungsabschnitt in den zweiten ringförmigen Ionenführungsabschnitt orthogonal beschleunigten Ionen zu bestimmen.
39. Massenspektrometer mit einem Massenanalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
40. Verfahren zum Massenanalysieren von Ionen, welches Folgendes umfasst: Bereitstellen einer ringförmigen Ionenführung mit einer Längsachse und einem ersten ringförmigen Ionenführungsabschnitt und einem zweiten ringförmigen Ionenführungsabschnitt, wobei die ringförmige Ionenführung Folgendes umfasst: (i) eine innere zylindrische Elektrodenanordnung, die axial segmentiert ist und eine Anzahl erster Elektroden umfasst, und (ii) eine äußere zylindrische Elektrodenanordnung, die axial segmentiert ist und eine Anzahl zweiter Elektroden umfasst, Einbringen von Ionen in den ersten ringförmigen Ionenführungsabschnitt, so dass die Ionen innerhalb des ersten ringförmigen Ionenführungsabschnitts um die Längsachse im Wesentlichen stabile kreisförmige Umlaufbahnen bilden, orthogonales Beschleunigen von Ionen aus dem ersten ringförmigen Ionenführungsabschnitt in den zweiten ringförmigen Ionenführungsabschnitt, Aufrechterhalten eines oder mehrerer parabolischer Gleichspannungspotentiale entlang einem Abschnitt des zweiten ringförmigen Ionenführungsabschnitts, so dass Ionen eine einfache harmonische Bewegung durchmachen, und induktives Detektieren von Ionen innerhalb des zweiten ringförmigen Ionenführungsabschnitts.
41. Verfahren zur Massenspektrometrie, welches ein Verfahren zum Massenanalysieren von Ionen nach Anspruch 40 umfasst.

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