DE2040521A1 - mass spectrometry - Google Patents

mass spectrometry

Info

Publication number
DE2040521A1
DE2040521A1 DE19702040521 DE2040521A DE2040521A1 DE 2040521 A1 DE2040521 A1 DE 2040521A1 DE 19702040521 DE19702040521 DE 19702040521 DE 2040521 A DE2040521 A DE 2040521A DE 2040521 A1 DE2040521 A1 DE 2040521A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
field
dynamic
charged particles
ions
types
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE19702040521
Other languages
German (de)
Inventor
Ferguson Lowell D
Carrico John P
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bendix Corp
Original Assignee
Bendix Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bendix Corp filed Critical Bendix Corp
Publication of DE2040521A1 publication Critical patent/DE2040521A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/26Mass spectrometers or separator tubes
    • H01J49/34Dynamic spectrometers
    • H01J49/40Time-of-flight spectrometers
    • H01J49/405Time-of-flight spectrometers characterised by the reflectron, e.g. curved field, electrode shapes

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)

Description

THE BENDIX CORPORATION, eine Gesellschaft nach den Gesetzen des Staates Delaware,
Southfield, Michigan 480 75 (V. St. A.)
THE BENDIX CORPORATION, a company incorporated under the laws of the State of Delaware,
Southfield, Michigan 480 75 (V. St. A.)

Massenspektrometermass spectrometry

Die Erfindung bezieht sich auf Massenspektrometer und insbesondere auf ein Laufzeit-Massenspektrometer, das ist eine Vorrichtung zum Trennen geladener Teilchen nach ihrem Masäen/Ladungs-Verhältnis durch Messen der Laufzeit jedes Teilchens zwischen einem Injektionspunkt und einem Meß-Bezugspunkt. The invention relates to mass spectrometers and, more particularly, to a time of flight mass spectrometer which is a device for separating charged particles according to their mass / charge ratio by measuring the Travel time of each particle between an injection point and a measurement reference point.

Es sind verschiedene Massenspektrometerausführungen bekannt. Einen Überblick über solche Vorrichtungen gibt das Buch "Dynamic Mass Spectrometers" E. W. Blauth, Elsevier Publishing Company, New York (1966). Im folgenden wird eine kurze Beschreibung derjenigen in der oben genannten Literaturstelle beschriebenen. Spektrometer gegeben, wer ehe der Erfindung am nächsten kommen.There are different mass spectrometer designs known. An overview of such devices is given in the book "Dynamic Mass Spectrometers" E. W. Blauth, Elsevier Publishing Company, New York (1966). The following is a brief description of those in above-mentioned reference described. Spectrometer given who come closest to the invention.

Z/m-hZ / m-h

10 9 8 28/1199 bau ORieiNAl,10 9 8 28/1199 CONSTRUCTION ORIEINAL,

In einer grundlegenden Ausführung eines Laufzeit-Masrenspektrometers werden geladene Teilchen durch ein pulsierendes elektrisches Feld auf eine bestimmte Energie beschleunigt und dadurch von einer Quelle fort durch einen feldfreien Lauf raum bewegt, wo sie entsprechend ihrem Massen/I.ariungs-Verhältnin (m/e) getrennt und einem Jetektor zugeführt werden. Man unterscheidet Ionen unterschiedlicher m/e-Verhältnisse durch Aufzeichnung ihrer Ankunftszeiten am detektor. Ioner, mit kleineren m/e-Verhältnissen werden von lern elektrostatischen Impuls stärker beschleunigt als Ionen mit größeren m/e-Verhältnissen. Der zeitliche Abstand zwischen " aufeinanderfolgenden m/e-Arten sinkt mit zunehmender Masse und steigt mit der Länge des zur Verfugung stehenden Laufraums .In a basic version of a time-of-flight mass spectrometer, charged particles are accelerated to a certain energy by a pulsating electric field and thereby moved away from a source through a field-free space where they are moved according to their mass / variation ratio (m / e) separated and fed to a jet detector. Ions with different m / e ratios are distinguished by recording their arrival times on the detector. Ions with smaller m / e ratios are accelerated by learning electrostatic impulses more strongly than ions with larger m / e ratios. The time interval between "successive m / e species" decreases with increasing mass and increases with the length of the available space.

Eine andere, als Beschleunigungsspektrometer bekannte Vorrichtung wendet das Laufzeitprinzip mittelbar an, um eine Massen/Ladungs-Auflösung zu erzielen. Ionen durchlaufen eine Bahn von abwechselnd angeordneten Räumen mit elektrischen Beschleunigungsfeldern und feldfreien Laufräumen und treffen danach auf einen Jetektor auf. An die Beschleunigungsräume werden Spannungsimpulse mit solcher gegenseitiger Phase angelegt, daß nur diejenigen Ionen Bescnleunigungsimpulse erfc halten und einen Jetektor erreichen, welche /.u genau festgelegten Zeiten in aufeinanderfolgende Beschleunigungsräume gelangen. :)ie m/e-Verhältnisse anderer Ionen sind so, daß sie von einem Beschleunigungsimpuls nicht m der Weise vorangetrieben werden, daß sie eine für die Beschleunigung in Richtung des Detektors von den nachfolgenden Impulsen geeignete Lage einnnnmen. Ein Beispiel einer solchen Verrichtung ist ein Bennett-Massenspektrometer. Jiρ Auflösung bei den zuvor beschriebenen Spektrometerarten ist sowohl zufolge Änderungen in den kinetischen Energien als auch der räumlichen Stellungen der Ionen in dt;r (Juelio begrenzt.Another device known as an acceleration spectrometer uses the transit time principle indirectly in order to achieve a mass / charge resolution. Ions travel through a path of alternately arranged spaces with electrical acceleration fields and field-free running spaces and then hit a jet detector. Voltage pulses are applied with such mutual phase that only those ions Bescnleunigungsimpulse hold erfc and reach a Jetektor, which reach /.u precisely defined times in successive Besc hl eunigungsräume to the acceleration spaces. :) ie m / e ratios of other ions are such that they do not m of an acceleration pulse of the way are driven that they einnnnmen a form suitable for acceleration in the direction of the detector from subsequent pulses location. An example of such a performance is a Bennett mass spectrometer. Jiρ resolution in the previously described types of spectrometers is limited in dt; r (Juelio due to changes in the kinetic energies as well as the spatial positions of the ions.

BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

109828/1 199109828/1 199

Es gibt ferner eine Gruppe von Massenspektrometer^ bei denen die Trennung der Ionen nach ihren m/e-Verhältnissen dadurch erfolgt, daß die Ionen in einem dynamischen elektrischen Feld in Schwingung versetzt werden, wobei nur eine einzige m/e-Art ausgewählt wird, deren Ionen mit einer ausreichend kleinen Amplitude schwingen, um einen Detektor zu erreichen. Die quadrupolaren und monopolaren Massenspektrometer sind Beispiele für solche Vorrichtungen. In das dynamische Feld solcher Spektrometer eingeführte Ionen werden von dem Feld beschleunigt und in Abhängigkeit von den m/e-Verhältnissen der Ionenarten und den Feldparametern entweder einer gleichförmigen oder ungleichförmigen Bewegung unterworfen. Eine gleichförmige Bewegung im Feld ausführende Ionen (stabile Ionen) schwingen mit begrenzter Amplitude. Stabile Ionen, deren Amplituden kleiner als die von den Grenzen des dynamischen Felds bestimmten räumlichen Abmessungen sind, erreichen einen Detektor. Nichtstabile Ionen werden Schwingungen unterworfen, deren Amplitude kontinuierlich anwächst, so daß sie an den Elektroden· des Spektrometers verloren gehen und daher von der Messung ausgeschlossen bleiben. Der Bereich von stabilen m/e-Arten richtet sich nach den Parametern des dynamischen Feldes. Die Auflösung wird erreicht, indem man diese Parameter so einstellt, daß nur Ionen eines einzigen m/e-Verhältnisses stabil sind, die allein den Detektor erreichen. There is also a group of mass spectrometers in which the separation of the ions according to their m / e ratios thereby takes place that the ions are set in a dynamic electric field in oscillation, with only a single m / e species is selected, the ions of which oscillate with a sufficiently small amplitude to reach a detector. The quadrupolar and monopolar mass spectrometers are examples of such devices. In the dynamic field Ions introduced into such spectrometers are accelerated by the field and depending on the m / e ratios the ion species and the field parameters are subjected to either uniform or non-uniform motion. One Ions (stable ions) that carry out uniform movement in the field oscillate with a limited amplitude. Stable ions, whose amplitudes are smaller than the spatial dimensions determined by the limits of the dynamic field a detector. Unstable ions are subjected to vibrations, the amplitude of which increases continuously, so that they are lost at the electrodes of the spectrometer and are therefore excluded from the measurement. The area of stable m / e species depends on the parameters of the dynamic field. The resolution is achieved by adjusts these parameters so that only ions of a single m / e ratio are stable, which alone reach the detector.

Neben der Stabilität besteht ein wesentliches Meßkri-terium darin, daß die von den Anfangsbedingungen abhängige Schwingungsamplitude kleiner als die räumlichen Abmessungen des dynamischen Feldes ist. Ein Streu- bzw. Interferenzfeld, welches 'sich vom Analysator in die Quelle erstreckt, beeinträchtigt bei Einwirkung auf in das dynamische Feld eintretende Ionen die Übertragung der Ionen in das dynamische Feld. Mit Übertragungsverlusten ist außerdem aufgrund der Tatsache zu rechnen, daß die Einstellung der Feldparameter zwecks Stabilisierung auf eine einzige m/e-Art zu einer Beschränkung derIn addition to stability, there is an essential measurement criterion in that the oscillation amplitude dependent on the initial conditions is smaller than the spatial dimensions of the dynamic Field is. A stray or interference field, which 'Extends from the analyzer into the source, impaired when exposed to ions entering the dynamic field the transfer of the ions into the dynamic field. With transmission losses is also to be expected due to the fact that the setting of the field parameters for the purpose of stabilization in a single m / e way to restrict the

109828/1199109828/1199

Anfangsbedingungen, wie der Anfangssteilungen und Energien der Ionen führt. Oie Beschränkungen der Anfangsbedingungen der Ionen bekommen mehr Gewicht, wenn die Auflosung vergrössert wird.Initial conditions, such as the initial divisions and energies which carries ions. The limitations of the initial conditions the ions get more weight when the resolution increases will.

Bei einer Gruppe von Massenspektrometern wird ein hochfrequentes elektrisches Feld zum Beschleunigen der Ionen in einem statischen Potentialloch verwendet. Nur Ionen mit bestimmten m/e-Verhältnissen bekommen ausreichend Energie, um aus dem Potentialloch entweichen und gemessen werden zu können. Ji e Wechselwirkung zwischen dem dynamischen Feld und W den Ionen ist in diesem Spektrometer identisch mit derjenigen in den zuvor beschriebenen dynamischen Feldspektrometern (quadrupolare, monopolare usw.). Der Unterschied liegt darin, daß bei dieser Spektrometerart nichtstabile Ionen gemessen werden.One group of mass spectrometers uses a high frequency electric field to accelerate the ions in a static potential hole. Only ions with certain m / e ratios get enough energy to escape from the potential hole and be measured. Ji e interactions between the dynamic field and W is the ion (quadrupole, monopolar, etc.) in the spectrometer identical to that in the previously described dynamic field spectrometers. The difference is that this type of spectrometer measures unstable ions.

Bei einer anderen Gruppe von Massenspektrometern werden geladene Teilchen in Schwingungen versetzt, um sie nach ihren m/e-Verhältnissen zu trennen. Diese Spektrometer sind als Palletron-Prinzip-Spektrometer bekannt. Ionen schwingen in einem statischen, parabelförmigen elektrischen Potentialloch. Die Ionen stehen in Wechselwirkung mit dem elektrischen * Feld und führen eine periodische Bewegung bei einer charakteristischen Frequenz aus, welche durch ihre m/e-Verhältnisse und das Feld bestimmt wird. iJie das Potentialloch bildenden angelegten Spannungen werden periodisch geändert, damit die ausgewählten m/e-Arten aus dem Potentialloch ausbrechen können. Detektorvorrichtungen sind vorgesehen, welche entweder die Ionengruppe, welche aus dem Loch ausbrechen konnte, oder die im Loch verbleibenden Gruppen bestimmen. Ein Nachteil diener Vorrichtung besteht darin, daß eine m/e-Art nach einer entsprechenden Anzahl von Schwingungen im Loch durch einen Schwingungszyklus von einer anderen verschoben bzw. getrennt wird, wodurch es unmöglich wird, zwischen den beiden Arten zu unterscheiden.In another group of mass spectrometers, charged particles are vibrated in order to separate them according to their m / e ratios. These spectrometers are known as Palletron principle spectrometers. Ions vibrate in a static, parabolic electric potential hole. The ions interact with the electric * field and perform a periodic movement at a characteristic frequency, which is determined by their m / e ratios and the field. The applied voltages forming the potential hole are periodically changed so that the selected m / e species can break out of the potential hole. Detector devices are provided which determine either the ion group which could break out of the hole or the groups remaining in the hole. A disadvantage of this device is that, after a corresponding number of oscillations in the hole, one m / e species is shifted or separated from another by a cycle of oscillation, making it impossible to distinguish between the two species.

109828/1199109828/1199

Das erfindungsgemäße Massenspektrometer weist eine Vorrichtung zum Erzeugen eines dynamischen Feldes auf, welches mit den in das Feld eingeführten Ionen in Wechselwirkung tritt und sie entsprechend ihren m/e-Verhältnissen zeitlich voneinander trennt. Das Spektrometer weist eine Vorrichtung zur Messung der Laufzeit der Ionen in dem dynamischen Feld auf. Dieses Spektrometer bewirkt eine ausgezeichnete Auflösung der geladenen Teilchen nach ihren m/e-Verhältnissen durch direkte Messung der Laufzeiten der Ionen im dynamischen Feld. Dieses Meßprinzip unterscheidet die Erfindung von allen bekannten Massenspektrometer^ Der hier benutzte Begriff "geladenes Teilchen" oder "Ion" bedeutet irgendein.Teilchen mit einer rein elektrischen Ladung. Der Begriff "dynamisches elektrisches Feld" bezieht sich auf ein elektrisches Feld mit sowohl einer statischen als auch einer Schwingungskomponente oder auf ein Feld, welches nur eine Schwingungskomponente aufweist.The mass spectrometer according to the invention has a device for generating a dynamic field, which with the ions introduced into the field interact and they differ in time according to their m / e ratios separates. The spectrometer has a device for measuring the transit time of the ions in the dynamic field. This spectrometer produces an excellent resolution of the charged particles according to their m / e ratios direct measurement of the transit times of the ions in the dynamic field. This measuring principle distinguishes the invention from all known ones Mass Spectrometer ^ The term "charged particle" or "ion" as used herein means any particle with a purely electrical charge. The term "dynamic electric field" refers to an electric field with both a static and a vibration component or on a field that has only one vibration component having.

In der hier beschriebenen bevorzugten Ausführungsform ist das dynamische Feld ein axialsymmetrisches dynamisches elektrisches Feld, welches sowohl eine statische als auch eine sich sinusförmig ändernde Feldkomponente aufweist. Eine Probe von Ionen wird von einer Quelle längs der Symmetrieachse des Feldes in das dynamische Feld beschleunigt. Die statische Feldkomponente πäugt die Ionen in das Feld, Die Schwingungskomponente des Feldes treibt die geladenen Teilchen alternierend in Richtung und entgegen der von der statischen Feldkomponente auf sie ausgeübten Kräfte, so daß die geladenen Teilchen eine komplexe Bewegung ausführen. In Abhängigkeit von den Feldparametern und den Masse/Ladungs-Verhältnissen werden die Ionen als Ergebnis ihrer Wechselwirkung mit dem dynamischen Feld in stabile und nichtstabile Gruppen getrennt. Nichtstabile Teilchen sind durch eine Schwingungsbewegung mit unbegrenzter Amplitude gekennzeichnet. Die stabilen Arten, deren Schwingungsamplituden kleiner als die von den Grenzen den Feldes definierten räumlichen bzw. physikalischen Ab-In the preferred embodiment described here, the dynamic field is an axially symmetric dynamic electric Field which has both a static and a sinusoidally changing field component. A sample of ions is accelerated from a source along the symmetry axis of the field into the dynamic field. The static Field component π eyes the ions in the field, the vibration component of the field drives the charged particles alternately in the direction of and against the forces exerted on them by the static field component, so that the charged Particles perform a complex movement. Depending on the field parameters and the mass / charge ratios the ions are separated into stable and unstable groups as a result of their interaction with the dynamic field. Unstable particles are caused by an oscillatory motion unlimited amplitude. The stable species whose oscillation amplitudes are smaller than those of the limits the spatial or physical distance defined in the field

109828/1199109828/1199

messungen sind, kehren in die Injektions- bzw. Eintrittszone zurück und treffen auf einen Detektor. Für feste Feldparameter hat jede zurückkehrende ra/e-Art eine bestimmte Laufzeit im dynamischen Feld, die im folgenden als charakteristische Laufzeit der jeweiligen Art in dem besonderen dynamischen Feld bezeichnet wird. Die Auflösung verschiedener Arten von stabilen Teilche-n nach ihren m/e-Verhältnissen wird daher durch Ermittlung der stabilen Arten und Aufzeichnung der Unterschiede in ihren Laufzeiten erreicht. Die nicht stabilen Teilchen gohen an den Wänden dec Spektrometer verloren. measurements are returned to the injection or entry zone and hit a detector. For fixed field parameters every returning ra / e-species has a certain running time in the dynamic field, which in the following is called characteristic Term of the respective type in the particular dynamic field is designated. The dissolution of various Types of stable particles according to their m / e ratios is therefore achieved by identifying the stable species and recording the differences in their transit times. They don't stable particles are lost on the walls of the spectrometer.

Die dynamischen FeIdparameter umfassen die Frequenz und die SpannungsamplituJe der Schwingungskomponente des Feldes, die Größe ier statischen Feldkomponente und dip charakteristischen Feldabmessungen, welche die Feldgeometrie bestimmen. Jer üblichen Betriebsweise liegt eine Vorrichtung mit konstanter Geometrie zugrunde, so dai; eine Änderung der Pel !parameter die Frequenz ;ler· Sohwi η nngskomponente, die Amplitude der 5chwin(TungsKomponente und die Stärke der statischen Feldkomponente betrifft. Diese Parameter werden zur Änderung der Zahl (aes !Reichs) der m/e - Arten eingestellt, welche einer stabilen Bewegung unterliegen. D.h., daß die Feldparameter bei einer Analyse oder einem Tent no eingestellt werden, dai. eine spezielle m/e-Ar-t eine der leichtesten Arten ist, welche eine stabiJe Bewegung ausführen. Bei einer anderen Analyse werden die Peldparameter so eingestellt, dai.- dieselbe m/ e-Art entweder zu den eine stanile Bewe,rrung ausführenden schwersten Arten gehört oder eine nicht stabile Pewt'.omg ausführt. Änderungen sowohl bezüglich der charakteristischen Laufzeit einer speziellen m/e-Art im dynamischen Pel? als &uc>h bezüglich der relativen Unterschiede in der charakteristischen Laufzeit für unterschiedliche? Arten von lonrn werien durch Einstellung der Feldparameter erreicht.The dynamic FeIdparameter include the frequency and the SpannungsamplituJe the vibration component of the field, the size ier static field component and dip characteristic field dimensions which determine the field geometry. The usual mode of operation is based on a device with constant geometry, so that; A change in the Pel! parameters affects the frequency; ler · Sohwi η nngskomponente, the amplitude of the 5chwin ( T ungsKomponente and the strength of the static field component. These parameters are set to change the number (aes! Reichs) of the m / e species, which are subject to a stable movement, that is, the field parameters are set in an analysis or a tent no, since a special m / e-Ar-t is one of the easiest types that carry out a stable movement Peldparameter set dai.- the same m / e-type, either one of the one stanile BEWE, rr ung exporting serious types, or performing an unstable Pewt'.omg. modifications both in terms of the characteristic term of a particular m / e art in dynamic pel? as &uc> h with regard to the relative differences in the characteristic transit time for different? types of lonrn werien achieved by setting the field parameters.

BAD ORIGINAL 109828/1199BATH ORIGINAL 109828/1199

Zu den Quellenparametern zählt die Zeitdauer, während der Ionen erzeugt werfen, dss Zeitintervall, während dem Ionen in das dynamische Feld eingeführt bzw. injiziert werden, die Phase der iichwingungskomponente des Felles, bei welcher aie Tonen in das dynamische Feld eingeführt werden, und die Energie der injizierten Ionen. Wie/folgenden noch genauer /im erläutert werden wird , ergibt eine geeignete Wahl und Änderung der Feld- und Quellenparameter Messungen, welche die Zusammensetzung einer Ionenprobe bestimmen und gegenüber Änderungen sowohl in den kinetischen Ernergien als auch in den räumlichen Stellungen bzw. Lagen der Ionen in der Quelle relativ unempfindlich sind.The source parameters include the length of time during which ions are generated, the time interval during which ions are introduced or injected into the dynamic field, the phase of the vibration component of the skin at which all the clays are introduced into the dynamic field, and the energy of the injected ions. As will be explained in more detail below, a suitable choice and change in the field and source parameters results in measurements which determine the composition of an ion sample and in relation to changes in both the kinetic energies and in the spatial positions of the ions in are relatively insensitive to the source.

Einige der der Erfindung zugrundeliegende Ausführungsformen weisen unterschiedliche Ausbildungen der Vorrichtungen zum Erzeugen der dynamischen elektrischen Felder und unterschiedliche Anordnungen für die die Ionenquellen bildenden Vorrichtungen, die Ionendetektoren und die Vorrichtungen zum Erzeugen des dynamischen elektrischen Feldes auf. Es werden Techniken zur Feldanpassung von Ionen mit unterschiedlichen kinetischen Energien und räumlichen Stellungen zum Zeitpunkt ihres Einführens in das Feld erörtert. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung können'Teilchen für einen wählbaren Zeitraum gespeichert werden, um so die Empfindlichkeit durch periodischen Einführen identischer Proben in das dynamische Feld zu steigern und die Konzentration einer stabilen Ionenart zu erhöhen, bevor diese Art gemessen wird.Some of the embodiments on which the invention is based have different designs of the devices for Generating the dynamic electric fields and different arrangements for the devices forming the ion sources, the ion detectors and the devices for generating the dynamic electric field. There will be techniques for field adjustment of ions with different kinetic energies and spatial positions at the time of their introduction discussed in the field. According to one embodiment According to the invention, particles can be stored for a selectable period in order to increase the sensitivity through periodic Introduce identical samples into the dynamic field too and increase the concentration of a stable ion species before measuring that species.

Es sind viele unterschiedliche Geometrien für das dynamische Feld, unterschiedliche Ausbildungen der Quelle und des Detek-. tors und unterschiedliche Vorrichtungen zum Steuern der FeId- und Quellenparameter möglich, um unterschiedliche Ergebnisse zu erzielen, üiese Änderungsmöglichkeiten bilden einen wesentlichen Vorteil der vorliegenden Erfindung. Wie nachfolgend noch genauer erläutert wird, ist die Laufzeitmessung bei der Erfindung relativ unempfindlich gegen Änderungen sowohl bezüglich der kinetischen Energie als auch der räumlichenThere are many different geometries for the dynamic field, different configurations of the source and the detector. tors and various devices for controlling the field and source parameters possible in order to achieve different results, these change possibilities form an essential one Advantage of the present invention. As will be explained in more detail below, the runtime measurement is in the Invention relatively insensitive to changes in both kinetic energy and spatial

109828/1199109828/1199

BAD ORiQINAtBAD ORiQINAt

Stellung der Tonen in der Quelle. Ferner ist die 3chwingungsweise bei :ipr T3ewegun,r: der Tonen genuii. der vorliegenden Erfindung derart, da!? die Tonenbahnen räumlich übereinander gefaltet sind. Der Vorteil dieser "FaIinn..-·" liegt .darin, da(r die Länge des benötigten Analysen rauns zur ßrzielunr der mit der bekannten Laufzeit- Spektrometern möglichen Auflösung g-eringer sein kann.Position of the clays in the source. Furthermore, the mode of oscillation at: ipr T3ewegun, r: der Tonen genuii. of the present invention so, there !? the clay tracks folded spatially on top of each other are. The advantage of this "fall ...-" is that (r the length of the analysis required to reach the target area with resolution possible with the known time-of-flight spectrometers g-eringer can be.

Die erfindungsgemaß vorgesehene laufende Wechselwirkung zwischen den Ionen und dem dynamischen Feld schafft eine Trennung zwischen unterschiedlichen Ionenarten, wobei ein Überholen der ψ einen dur<;h die ander-p Ionenart nicht möglich ist. Hierin The inventively provided ongoing interaction between the ions and the dynamic field creates a separation between different kinds of ions, wherein an overtaking of a major ψ <h, the other-p ion species is not possible. Here in

liegt ein beachtlicher Vorteil gegenüber Spektrometern, welche nach dem Pa] 1 eton-Prinzip arbeiten.is a considerable advantage over spectrometers, which work according to the Pa] 1 eton principle.

Wie nachfolgend noch genauer erläutert wird, verbessert die Laufzeitmensung nach der Erfindung die n/e-Messung, im Vergleich zu Geräten, wie den monopolaren, quadropolaren und entsprechenden Geraten, welche dynamische Felder zur Trennung der Tonen benutzen, jedoch nur die räumliche Trennung der Ionen im dynamischen Feld zur E; zielun,^ der Auflösung ausnutzen. Ui e Laufzeitmessung gemäi/ der vorliegenden Erfindung macht es möglich, einen Bereich bzw. eine Gruppe von m/e-Verhiltnissen anstatt einer ^ einzigen Art von Ionen bei einer Analyse zu bestimmen und auf-As will be explained in more detail below, the transit time measurement according to the invention improves the n / e measurement in comparison to devices such as monopolar, quadropolar and corresponding devices, which use dynamic fields to separate the tones, but only the spatial separation of the ions in the dynamic field to the E; aim to take advantage of the resolution. Ui e transit time measurement according to / the present invention makes it possible to use a Area or group of m / e ratios instead of one ^ to determine and record a single type of ion in an analysis

^ zulösen. )ureh geeignete Einstellung ler Quellen-und Feldparameter ist eine groT-ere Ionen-durchläsoi gkeit durch das Feld erzielbar; ferner werden Ionen in das dynamische Feld eingeführt, ohne dem KinfluT; von Stör- bzw. Interferenzfeldern ausgesetzt zu sein.^ to redeem. ) Ureh suitable setting of the source and field parameters is greater ion permeability through the Field achievable; Furthermore, ions are in the dynamic field introduced without the KinfluT; of interference or interference fields to be exposed.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Aupführunrsbeispiel en naher erläutert. In der Zeichnung zeigt:In the following the invention is based on in the drawing illustrated Aupführunrsbeispiel s explained in more detail. In the Drawing shows:

BAD ORIGINAL 109828/1199 BAD ORIGINAL 109828/1199

- ■ 9 - : ■- ■ 9 -: ■

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform des er^indunesgeimißen Massenspektrometers;Fig. 1 is a block diagram of an embodiment of the indune-sized mass spectrometer;

Fig. 2 Pin DLockschaubild der in Fig. 1 verwendeten iJteuerschaltung;Fig. 2 Pin D lock diagram of the one used in Fig. 1 control circuit;

Fir. J) eine Teilansicht des in Pig. 1 ire zeigt en Spektrometer, wobei die Vorrichtung zur PJrzeugung des dynamischen Analysenfeldes fortgelassen und die Bahnverliiufe verschiedener Ionenarten im Φ/η ami rs c he η Feld gezeigt sind;Fir. J ) a partial view of the in Pig. 1 ire shows a spectrometer, the device for generating the dynamic analysis field being omitted and the trajectories of various types of ions in the Φ / η ami rs c he η field being shown;

. 4 eine grafische Darstellung der a„ und q^ -Werte für Ionen, deren Bewegung in den x, y und z-Richtungen im dynamischen Feld.stabil ist;. 4 is a graphical representation of the a1 and q2 values for ions whose movement in the x, y and z directions in the dynamic field is stable;

. ri die Beziehung zwischen der Teilehen-Laufzeit. r i is the relationship between the duration of the participation

im dynamischen Feld und dem m/e-Verhältnis der Teilchen für eine vorgegebene Einstellung der Spektrometer-Betriebsbedingungen;in the dynamic field and the m / e ratio of the Particles for a given setting of the spectrometer operating conditions;

g. eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen der Teilchen-Laufzeit im dynamischen Feld und der Phase des dynamischen Feldes nach Einführung der Teilchen in das Feld;G. L · a graphical representation of the relationship between the particle travel time in the dynamic field and the phase of the dynamic field after the particles have been introduced into the field;

Fii·;· 7 eine grafische Darstellung, in welcher die gestrichelten Bereiche die a, q-Werte zeigen, welche die Grenzlösungen für die Mathieu-Gleichungen liefern und daher die ,stabile Ionenbewegung in der entsprechenden Richtung im dynamischen Feld angeben;Fig. 7 is a graph showing the dashed lines Areas showing a, q values, which are the limit solutions for the Mathieu equations and therefore the stable ion movement in the corresponding direction in the dynamic field indicate;

Fig. 6 ein Blockdiagramm einer zweiten AusführungsformFig. 6 is a block diagram of a second embodiment

gemrifc der Erfindung; ·according to the invention; ·

Fig. y ein Blockdiagramm desjenigen· Teils der Steuerelektronik des in Fig. 8 gezeigten Spektrometer^ welcher von der Steuerelektronik des Spektrometers nach Fig. 1 abweicht;Y shows a block diagram of that part of the control electronics of the spectrometer shown in Fig. 8 ^ which of the control electronics of the spectrometer differs according to Figure 1;

Fig. 10 eine c'.ritte Ausführungsform des erfindungsgemäß ausgebildeten Spektrometers;10 shows a third embodiment of the invention trained spectrometer;

Pi»'*:. 11 eine Einzelansicht der programmierten Optirriierungssehaltung der Ausführungsform nach Fig. 10;Pi"'*:. 11 is a detailed view of the programmed optic circuit the embodiment of FIG. 10;

Fig. 1? eine zweidimensionale Sohemaansicht einer anderen · Vorrichtung zum Erzeugen eines dynamischen Analysenfeldes gemäl? der Erfidung, bei dem die Ein- und Ausgange für stabile Tonenarten an unterschied-. liehen Punkten des Feldes liegen;Fig. 1? a two-dimensional so-themed view of another Device for generating a dynamic analysis field gemäl? of the invention, in which the in and Outputs for stable clays at different. borrowed points of the field lie;

109828/1199109828/1199

Fig. 13 eine zweite Ansicht der A'isführun^nforr.i α ach Fir. 12 gesehen in hichtuii/r der !'feile Ρ,-1] in Fifr. 12;13 shows a second view of the A'isführerun ^ nforr.i α ach Fir. 1 2 seen in hichtuii / r der! 'Feile Ρ, -1] in Fifr. 12;

Fig. 14 eitle ochemaanßicht einer Aiu>führun;-i;form mit; einem lonenspeicher; und14 shows a vain ochema of an aluminum guide ; -i; form with; an ion store; and

Fip. 15 eirif? zweite Ansicht auf die in ^ie-. 14 i'ezeigte Aui-sführun/'oforra in Riohtunr der 1'feile 1er;-1' in ?-■·*. 14 .Fip. 15 eirif? second view on the in ^ i e- . 14 Aui-sführun / i'ezeigte 'oforra in Riohtunr the 1'feile one he - 1' - ■ * *?. 1 4.

A) Beschreibung der Spektrometervorrichtunt!A) Description of the spectrometer device!

Fi#i. 1 zeigt eine Ausführung form 10 des neuen !.!nn^ensper.t,rometers mit einer dnn Analyserifeld definierenden Vorrichtung 12 zur Krzeu^uns: eines dynamischen elektrischen Pe'Jdop, weiches Ionen besohl ev;ni*Tt; und abbremst, wodurch lonenarten mit unterschiedlichen m/ e-VerhüLtnisaen zeitlich getrennt werden. Das Spektrometer 10 v/eiat ferner eine VorriciituncT 1Ί zum Injizieren bzw. Einleiten von Tonen in Jas dynamische L'eJ.d und einen Detektor 16 zum Bestimmen und Anzeigen der Laufzeiten der unterschiedlichen Ionenarten auf. Eine iiteuersichallurii- 18 steuert die Arbeitsweise der das Analysenfeld definierenden Vorrichtuni'· 12, des loneninjektorn 14 und des Detektor? 1< . Kin evakuLerbarer RöhrenLolben 20 um/ribt die das Analysen:.'»"»id definierende Vorrirrhtung 12, den loneninjektor 14 und einen Toii -iiis Detectors U.Fi # i. 1 shows an embodiment form 10 of the new!.! Nn ^ ensper.t, rometer with a thin analysis field defining device 1 2 for the abbreviation: a dynamic electrical Pe'Jdop, soft ions soles ev; ni * Tt; and decelerates, whereby ion types with different m / e ratios are separated in time. The spectrometer 10 also has a device 1Ί for injecting or introducing clays into Jas dynamic elements and a detector 16 for determining and displaying the transit times of the different types of ions. A iiteuersichallurii- 18 controls the operation of the analyzer field defining Vorrichtuni 'x 1 2, the loneninjektorn 14 and the detector? 1 <. Kin evacuable tubular piston 20 encompasses the device 12 defining the analysis:. '»" »Id, the ion injector 14 and a Toii -iiis Detector U.

Die Vorrichtung I4 zum Einführen der Ionen in das dynamische Feld weist eine Vorrichtung zum Ionisieren /on uaateilchen in einem nahe dem dynamischen Feld /^ele^etici Rau:.. 22 auf, Di e°e Vorrichtung zum Ionisieren der Gasteilchen -:;t bekannt; sie umfaßt einen Elektronen emittierenden Giühfadnn ?Λ und ein Steuer-pitter ?.d zum Bestimmen de ^ Tn^l'hnn, :oi denen Elektronen vom Glühfaden 24 in den lonisatiortrsraurn 2? eingeleitet wei'den. Eine elektrostatische Sanunellinse 23 foKusniert den Elektronen-Strom durch die Ioni r.ationskiunn.er 22. B-ne Anoae Ό steuert die Stiirke den Ioni. nut ionselek t r onennt romu. :»«;· jneninjektor 1Λ weist ferner ein zweites Steue-vitter |? iuf, welches den Hinsum dynami nchen Feld ireKeniiner: ie^r*. i -inrnonlnet ist undThe device 14 for introducing the ions into the dynamic field has a device for ionizing among other things in a region close to the dynamic field / ^ ele ^ etici: .. 22 , The device for ionizing the gas particles - :; t known; it comprises an electron-emitting filament and a control pitter for determining the amount of electrons from the filament 24 into the ionization space 2. initiated. An electrostatic Sanunel lens 23 focuses the flow of electrons through the ioni r.ationskiunn.er 22. B-ne anoae Ό controls the strength of the ion. Nut ionselek separates romu. : »«; · Jneninjektor 1Λ also has a second control vitter |? IUF which the Hinsum Dynami nchen field i r eKeniiner: ie ^ r *. i -inrnonlnet is and

BAD 109828/1199 . BATH 109828/1199.

zum Injizieren der Ionen in das Feld dient. Eine zu analysierende Gasprobe wird von einem Probengeber 34 durch ein Ventil 36 in den evakuierten Röhrenkolben 20 und die Kammer 22 eingeleitet. Nachdem die Gasprobe ionisiert worden ist, werden die Ionen mittels eines an das zweite Gitter 32 angelegten Spannungsimpulses in das dynamische Analysenfeld injiziert.serves to inject the ions into the field. One to analyze A gas sample is introduced from a sample dispenser 34 through a valve 36 into the evacuated tubular flask 20 and the chamber 22. After the gas sample has been ionized, the ions are applied to the second grid 32 by means of a Voltage pulse injected into the dynamic analysis field.

Die Vorrichtung 16 zum Bestimmen der verschiedenen getrennten lonenarten und zum Messen der Unterschiede ihrer relativen Laufzeiten ist bekannter Ausführung und umfaßt einen Detektor 37, welcher entweder als Sekundärelektronenvervielfacher oder als Faraday1scher Käfig ausgebildet ist und von das dynamische Analysenfeld verlassenden Ionen getroffen wird. Ferner weist die Vorrichtung 16 ein Anzeigegerät 38 auf, zu dem ein Breitbandverstärker und ein Oszilloskop zum Messen und Anzeigen der Unterschiede der Laufzeiten verschiedenartiger Ionen gehören. Das Anzeigegerät 38 wird von der Steuerschaltung 18 gesteuert.The device 16 for determining the various separated types of ions and for measuring the differences in their relative transit times is of known design and comprises a detector 37, which is designed either as a secondary electron multiplier or as a Faraday 1 shear cage and is struck by ions leaving the dynamic analysis field. The device 16 also has a display device 38, which includes a broadband amplifier and an oscilloscope for measuring and displaying the differences in the transit times of different types of ions. The display device 38 is controlled by the control circuit 18.

Die das Analysenfeld definierende Vorrichtung 12, welche das dynamische elektrische Feld erzeugt, weist eine Reihe von ringförmigen, metallischen Feldelektroden 39 und eine mit einer Öffnung 41 versehene Endelektrode 40 auf, welche den Einlaß bzw. Ausgang der Ionen zum bzw. vom dynamischen Feld bildet und eine konusförmige' Innenwand 42 besitzt, welche auf der z-Achse des Spektrometer 10 angeordnet ist. Jede der ringförmigen Feldelektroden 39 hat einen Innenradius· R, Die Feldelektroden 39 sind über Abstandshalter 43 aus dielektrischem Material hintereinander aufgereiht. Sie bilden mit den Abstandshaltern einen festen Verbund. Zusammengesetzte Wechsel- und Gleichspannungen werden von der Steuerschaltung 18 über einen Spannungsteiler 44 an die Ringelektroden 39 angelegt. Die Elektrode 40 wird auf Erd- bzw. Massenpotential gehalten.The device 12 defining the analysis field, which the dynamic electric field, has a series of ring-shaped, metallic field electrodes 39 and one with a Opening 41 provided end electrode 40, which forms the inlet and outlet of the ions to and from the dynamic field and has a cone-shaped inner wall 42 resting on the z-axis of the spectrometer 10 is arranged. Each of the annular field electrodes 39 has an inner radius · R, the field electrodes 39 are lined up one behind the other via spacers 43 made of dielectric material. They form with the spacers a solid association. Composite AC and DC voltages are from the control circuit 18 via a voltage divider 44 is applied to the ring electrodes 39. The electrode 40 is held at ground or mass potential.

Die Auslegung des Spannungsteilers 44 und die angelegten Spannungen sind so gewählt, daß ein dynamisches elektrisches FeldThe design of the voltage divider 44 and the applied voltages are chosen so that a dynamic electric field

109828/1199109828/1199

entwickelt wird, dessen Potentialverteilung 0(x, y, z, t) von der Formis developed whose potential distribution 0 (x, y, z, t) depends on the form

1 ο X + ""
0(x, y, z, t) - Tj (7. , ) (Vdc + Vac cob wt) (1)
1 ο X + ""
0 (x, y, z, t) - Tj (7.,) (V dc + V ac cob wt) (1)

wobei ζ die Längskoordinate und χ und y die Radialkoordinaten des dynamischen Analysenfelds sind; w = ·*> = 2~f ist die Schwingungsfrequenz des Feldes, t ist die Zeit; V, ist die Gleichspannungskomponente des elektrischen Potentials; ν_η ist die Amplitude der Schwingungskomponente des elektrischen Potentials; und G ist eine geometrische Konstante, welche durch die Gleichungwhere ζ is the longitudinal coordinate and χ and y are the radial coordinates of the dynamic analysis field; w = · *> = 2 ~ f is the oscillation frequency of the field, t is the time; V, is the DC component of the electrical potential; ν_ η is the amplitude of the oscillation component of the electrical potential; and G is a geometric constant represented by the equation

G = L —G = L -

definiert ist, wobei L die Lange der das Analysenfeld definierenden Baueinheit län^s der z-Achse und R der Innenradius der Baueinheit ist.is defined, where L is the length of the structural unit defining the analysis field, length of the z-axis and R is the inner radius of the structural unit.

Die besondere Bauform der Vorrichtung; und die Verteilung des dynamischen elektrischen Feldes, wie sie zuvor beschrieben wurden, sind nur als Beispiele zur Erläuterung des Wesens der Erfindung anzusehen. Die raumliche Anordnung der zur Bildung des Feldes benotigten Bauelemente Kann geändert werden. Selbstverständlich können auch andere dynamische Felder verwendet werden, welche eine oder mehrere der charakteristischen Größen des zuvor beschriebenen dynamische-n Feldes unter Benutzung der ■erfindungsgemäßen Anweisungen verändern. So kann das Spektrometer beispielsweise bei V. = 0 betrieben werden, während man immer noch eine Auflösung der Massenarten erzielt. Eine allgemeinere Konfiguration des elektrischen Feldes, welche bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, ist das durch die folgende Potentialverteilung definierte Feld:The special design of the device; and the distribution of the dynamic electric field, as described above, are only to be regarded as examples to illustrate the essence of the invention. The spatial arrangement of the Field of required components Can be changed. Of course other dynamic fields can also be used, which one or more of the characteristic quantities of the previous described dynamic-n field using the ■ instructions according to the invention. For example, the spectrometer can operated at V. = 0 while still having a Dissolution of the mass types achieved. A more general configuration of the electric field which can be used in the present invention is given by the following potential distribution defined field:

0(x, y, z, t) = f(t) Ux2 +yy2 +7z2) (2) 0 (x, y, z, t) = f (t) Ux 2 + y y 2 + 7z 2 ) (2)

109828/1199 BADORHS.NAL109828/1199 BADORHS.NAL

■ - 13 -■ - 13 -

wobei f(t) eine beliebige periodische Zeitfunktion und J., tf und η Konstanten sind, welche der Bedingung ot + γ +*η = O genügen. Dynamische PotentialVerteilungen größer als quadratische sind ebenfalls verwendbar.'where f (t) is any periodic time function and J. , tf and η are constants which satisfy the condition ot + γ + * η = O. Dynamic potential distributions larger than square ones can also be used. '

Die Steuerschaltung 18 ist so eingerichtet, daß eine Bedienungsperson ein Signal von gewünschter Stärke und Frequenz auf den Spannungsteiler 44 geben kann, um damit die das elektrische Feld bestimmenden Ringelektroden 39 zu speisen. Die Steuerschaltung 18 liefert außerdem zu geeigneten Zeiten während des Betriebs des Spektrometers ein Signal geeigneter Stärke an die beiden Steuergitter 26 und 32.The control circuit 18 is set up so that an operator can give a signal of the desired strength and frequency to the voltage divider 44 in order to feed the ring electrodes 39 which determine the electrical field. The control circuit 18 also provides a signal of appropriate strength to the two control grids 26 and 32 at appropriate times during the operation of the spectrometer.

Figur 2 zeigt in Blockdarstellung die einzelnen Baueinheiten der als Einzelblock in Fig. 1 gezeigten Steuerschaltung 18. Die Steuerschaltung weist einen 1 MHz-Quarzoszillator 46 auf, welcher ein Rechteckwellensignal (Taktsignal) erzeugt und eine hochstabile Zeitbasis für die Schwingungskomponente des dynamischen Feldes und für die Steuerspannung der Gitter 26 und 32 liefert. Das Rechtecksignal vom Oszillator 46 wird zu einer Zähllogik oder eimern mehrstufigen Zähler 48 übertragen. Dieser reduziert die Frequenz des 1 MHz-Signals und liefert einen Mutterimpuls zum Auslösen einer Zeitbasis für den Spektrometerbetrieb. Der Zähler 48 reduziert außerdem das 1 MHz-Signal zum Erzeugen von Triggerimpulsen für die Steuerung der Gitter 26 und 32 und zur Bildung eines Signals der gewünschten Frequenz, aus welcher die Schwingungskomponente des dynamischen Feldes abgeleitet wird. Das dynamische elektrische Fexd wird durch ein Rechtecksignal von der Zähllogik 48 gebildet, welches zuerst einem das Rechtecksignal in ein Sinussignal umwandelnden Tiefpaßfilter 50 zugeführt wird. Ein Vorverstärker 52 und ein Leistungsverstärker 54 ermöglichen eine veränderliche Verstärkungsreglung zur Erzielung der gewünschten Amplitude der Schwingungskomponente . des dynamischen Feldes. Das Ausgangssignal des Leistungsverstärkers 54 wird nicht nur zum Spannungsteiler 44, sondern auch über einen (Konstant-) Regler 56 zurück zum Vorverstärker 52 geleitet. Die Rückkopplung über den Konstantregler ermöglicht die Einstellung der Amplitude der Sinusspannung auf einen ge-FIG. 2 shows in a block diagram the individual structural units of the control circuit 18 shown as an individual block in FIG Control circuit has a 1 MHz crystal oscillator 46, which generates a square wave signal (clock signal) and a highly stable time base for the oscillation component of the dynamic Field and for the control voltage of the grid 26 and 32 supplies. The square wave signal from the oscillator 46 becomes a counting logic or buckets of multistage counter 48. This reduces the frequency of the 1 MHz signal and delivers a mother pulse to trigger a time base for the spectrometer operation. Of the Counter 48 also reduces the 1 MHz signal to generate trigger pulses for controlling grids 26 and 32 and to Formation of a signal of the desired frequency, from which the oscillation component of the dynamic field is derived. The dynamic electrical Fexd is formed by a square-wave signal from the counting logic 48, which is first a square-wave signal into a sine signal converting low-pass filter 50 is supplied. A preamplifier 52 and a power amplifier 54 allow variable gain control to be achieved the desired amplitude of the vibration component. of the dynamic field. The output of the power amplifier 54 not only becomes a voltage divider 44, but also back to the preamplifier 52 via a (constant) regulator 56 directed. The feedback via the constant regulator enables the adjustment of the amplitude of the sinusoidal voltage to a

109828/1199109828/1199

wünschten Wert und die Aufrechterhaltung der Amplitude bei Netζspannungs- und LastSchwankungen. Die statische Komponente des dynamischen elektrischen Feldes wird von einer regelbaren Gleichstromquelle 58 geliefert.the desired value and the maintenance of the amplitude Net voltage and load fluctuations. The static component of the dynamic electric field is supplied by a controllable direct current source 58.

Die Steuerschaltung 18 weist ferner einen Impulsgenerator 60, welcher die Betätigung des Gitters 26 steuert, einen die loneninjektion steuernden Impulsgenerator 62 und einen die Ionenabführung steuernden Impulsgenerator 64 auf. Die Generatoren 62 und 64 steuern das Potential des Gitters 32. Der Impulsgenerator 60, welcher die Stärke der Ionisation einer Probe steuert, ist so aufgebaut, daß er einen positiv verlaufenden Impuls mit veränderlicher Amplitude, Breite, Bezugskoordinate und Phase in Bezug auf den von der Zähllogik 48 abgeleiteten Mutterimpuls liefert. Der die Einführung bzw. Injektion der Ionen in das dynamische Feld steuernde Impulsgenerator 62 erzeugt einen positiven Impuls, dessen Amplitude, Breite und Phase bezüglich dem von der· Zähllogik 48 aufgenommenen Mutterirapuls veränderlich ist. Da sowohl die Arbeitsweise des Generators 62 als auch die Frequenz der Schwingungskomponente des Feldes von der Zähllogik 48 gesteuert werden, kann der Beginn der Ioneninjektion und der Zeitraum, in welchem die Ionen in das dynamische Feld injiziert werden, als Funktion der Phase der Schwingungskomponente des Feldes geändert werden. Der Impulsgenerator 64 erzeugt einen negativ verlaufenden Impuls, dessen Amplitude, Breite und Phase bezüglich des Ionen-Injektionsimpulses geändert werden können, um die zu einem Detektor 37 (Fig. 1) zurückkehrenden Ionen zu beschleunigen. Die Ausgangs signale der Tmpul sgeneratoren (>2 und 64 werden an einen Impulsgenerator 66 übertragen, welcher den Ionen-Injektionsimpuls und den Ionen-Extraktionsimpuls in einem Signal zur Steuerung des Gitters 32 vereinigt.The control circuit 18 furthermore has a pulse generator 60 which controls the actuation of the grid 26, a pulse generator 62 which controls the ion injection and a pulse generator 64 which controls the ion removal. The generators 62 and 64 control the potential of the grid 32. The pulse generator 60, which controls the strength of the ionization of a sample, is designed to generate a positive going pulse of variable amplitude, width, reference coordinate and phase with respect to that of the Counting logic 48 delivers derived mother pulse. The pulse generator 62 controlling the introduction or injection of the ions into the dynamic field generates a positive pulse, the amplitude, width and phase of which can be varied with respect to the mother pulse recorded by the counting logic 48. Since both the operation of the generator 62 and the frequency of the vibrational component of the field are controlled by the counting logic 48, the start of ion injection and the period in which the ions are injected into the dynamic field can be determined as a function of the phase of the vibrational component of the field to be changed. The pulse generator 64 generates a negative going pulse, the amplitude, width and phase of which can be changed with respect to the ion injection pulse to accelerate the ions returning to a detector 37 (FIG. 1). The output signals of the pulse generators (> 2 and 64 are transmitted to a pulse generator 66, which combines the ion injection pulse and the ion extraction pulse in one signal for controlling the grid 32.

109828/1199 BADORKäJNAL109828/1199 BADORKäJNAL

B) Beschreibung der Arbeitsweise des SpektrometersB) Description of how the spectrometer works

Die Arbeitsweise des Spektrometers 10 gemäß Fig. 1 geht aus den Figuren 3 bis 7 hervor. Im Betrieb werden die Gasteilchen der Probe durch einen Elektronenstrom beschossen und von den Elektronen in dem Raum 22 nahe des dynamischen elektrischen Feldes ionisiert (Fig. 1), Der Elektronenstrom wird von dem Glühfaden 24 erzeugt. Die Richtung und Intensität des Elektronenstroms durch den lonisationsraum 22 werden von dem Steuergitter 26, der elektrostatischen Linse 28 und der Anode 30 gesteuert. Nach ihrer Ionisierung werden die Gasteilcheii durch einen an das Steuergitter 32 angelegten Spannungsimpuls in das dynamische elektrische Feld injiziert. Die Bewegung der entsprechenden Arten von Ionen im dynamischen Feld ist in der aufgetrennten Ansicht des Spektrometers 10 gemäß Fig. 3 gezeigt. Das dynamische elektrische Feld beschleunigt und bremst Ionenarten bestimmter m/e-Verhältnisse in solcher Weise ab, daß sie eine Schwingung unbegrenzter Amplitude ausführen und an den Elektroden der das Analysenfeld bestimmenden Vorrichtung 12 verloren gehen. Diese Ionen folgen Bahnen ähnlich den Bahnen 68 und 70, wenn sie einer nicht stabilen Bewegung im dynamischen Feld unterliegen. Andere Arten von Ionen folgen Bahnen ähnlich der Bahn 72 und führen Schwingungen mit begrenzter Amplitude aus, so daß sie nicht gegen die Wände der das Analysenfeld bestimmenden Vorrichtung schlagen, und kehren zum Detektor 37 zurück. Diese Ionenarten unterliegen einer stabilen Bewegung im dynamischen Feld. Die graphische Darstellung gemäß Fig. 4 zeigt, daß für jede besondere Einstellung der Betriebsbedingungen eine .Gruppe von Ionen vorhanden ist, welche eine stabile Bewegung im dynamischen Feld ausführt, und daß es andere lonengruppen gibt, welche einer nichtstabilen Bewegung im dynamischen Feld unterworfen sind. In der graphischen Darstellung gemäß Fig. 4 liegen alle Teilchen auf der mit"u1* bezeichneten Linie bei einem festen Verhältnis von Vdc/Va(J. Alle Arten, welche auf der Linie zwischen den.mit (3=0 und ß = 1 bezeichneten Schnittlinien liegen, werden im dynamischen elektrischen Feld Schwingungen von begrenzter ' .- 10 9828/1199 The mode of operation of the spectrometer 10 according to FIG. 1 can be seen from FIGS. 3 to 7. In operation, the gas particles of the sample are bombarded by a stream of electrons and ionized by the electrons in the space 22 near the dynamic electric field (FIG. 1). The stream of electrons is generated by the filament 24. The direction and intensity of the electron flow through the ionization space 22 are controlled by the control grid 26, the electrostatic lens 28 and the anode 30. After their ionization, the gas particles are injected into the dynamic electric field by a voltage pulse applied to the control grid 32. The movement of the respective types of ions in the dynamic field is shown in the split view of the spectrometer 10 according to FIG. 3. The dynamic electric field accelerates and decelerates ion types of certain m / e ratios in such a way that they carry out an oscillation of unlimited amplitude and are lost at the electrodes of the device 12 which determines the analysis field. These ions follow orbits similar to orbits 68 and 70 when under unstable motion in the dynamic field. Other types of ions follow paths similar to path 72 and vibrate with limited amplitude so that they do not strike the walls of the device defining the analysis field and return to detector 37. These types of ions are subject to stable movement in the dynamic field. The graph of FIG. 4 shows that for each particular setting of the operating conditions there is a group of ions which carry out stable movement in the dynamic field, and that there are other ion groups which are subject to unstable movement in the dynamic field. In the graphic representation according to FIG. 4, all the particles lie on the line marked "u 1 *" at a fixed ratio of V dc / V a (J. All species that are on the line between the (3 = 0 and ß = 1, the vibrations in the dynamic electric field are limited by '.- 10 9828/1199

Amplitude unterworfen. Alle anderen Ionenarten unterliegen Schwingungen von unbegrenzter Amplitude bei festen Arbeitebedingu.igen. Jede der in den Bereich 22 zurückkehrenden Tonen^ arten hat eine spezifische Laufzeit im dynamischen elektrischen Feld.Subject to amplitude. All other types of ions are subject to Vibrations of unlimited amplitude with fixed work conditions. Each of the types of tones returning to the area 22 has a specific transit time in the dynamic electrical Field.

Fig. 5 stellt für feste Arbeite- bzw. Betriebsbedingungen die Beziehung zwischen der Ionenlaufzeit und dem m/e-Verhältnis der Ionen für solche Teilchen dar, welche eine stabile Bewegung im dynamischen Feld ausführen. Wie aus Fig. 5 erkennbar ist, kehren leichte Teilchen, d. h. Ionen mit kleinen m/e-Verhältnissen, die in Fig. 4 der Linie ρ =1 näher liegen als derFig. 5 represents the fixed working or operating conditions Relationship between the ion travel time and the m / e ratio of the ions for those particles which have stable motion run in dynamic field. As can be seen from Fig. 5, light particles, i. H. Ions with small m / e ratios, which in Fig. 4 are closer to the line ρ = 1 than the

^ Linie |3 = O, zum Detektor 37 vor den schwereren Teilchen mit größeren m/e-Verhältnissen zurück. Die Unterschiede in den relativen Laufzeiten für leichte Teilchen mit kleinen m/e-Verhältnissen sind, wie aus Fig. 5 zu sehen ist, geringer als die Unterschiede zwischen den Laufzeiten für schwere Teilchen mit eng zusammenliegenden m/e-Verhältnissen. Da durch besondere Wahl der dynamischen Feldparameter eine besondere Ionenart ein solches Verhältnis haben kann, daß sie entweder einer stabilen oder einer nichtstabilen Bewegung unterfällt oder entweder zu den leichtesten oder den schwersten derjenigen Ionen zählt, welche einer stabilen Bewegung im dynamischen Feld unterworfen sind, kann die Auflösung zwischen speziellen lonenarten durch geeignete Änderung der dynamischen Feldparameter vergrößert^ Line | 3 = O, to detector 37 in front of the heavier particles larger m / e ratios. The differences in the relative transit times for light particles with small m / e ratios are, as can be seen from Fig. 5, less than the differences between the transit times for heavy particles with closely spaced m / e ratios. Because of special Choice of dynamic field parameters a particular type of ion can have such a ratio that it is either a stable one or is subject to an unstable movement or is either one of the lightest or the heaviest of those ions which are subject to a stable movement in the dynamic field, the resolution between special ion types by appropriate change in dynamic field parameters increased

^ werden. Die dynamischen Feldparameter werden eingestellt, indem die Betriebsweise der Zähllogik 48 zur Änderung der Frequenz der Schwingungskomponente des Feldes geändert, der Vorverstärker 52 und der Leistungsverstärker 54 zur Steuerung der Amplitude der Schwingungskomponente des Feldes eingestellt und die Gleichstromquelle 58 zur Steuerung der Stärke der statischen Komponente des Feldes eingestellt werden. Wie aus Fig. 4 zu erkennen ist, kann die Laufzeit einer speziellen Ionenart durch Änderung der Betriebsparameter dadurch geändert werden, daf? das Verhältnis von Vdc zu Vac und damit die Steigung der u-Linie geändert wird. Die Feldparameter und die Ionen-Laufzeit können auch bei kon-^ will. The dynamic field parameters are set by changing the operation of the counting logic 48 to change the frequency of the vibrational component of the field, the preamplifier 52 and power amplifier 54 to control the amplitude of the vibrational component of the field and the DC power source 58 to control the strength of the static component of the Field can be set. As can be seen from FIG. 4, the transit time of a specific type of ion can be changed by changing the operating parameters in that? the ratio of V dc to V ac and thus the slope of the u-line is changed. The field parameters and the ion transit time can also be

10 9 8 287119 910 9 8 287119 9

stantera V·. /V -Verhältnis durch Verschieben der Stellung eines besonderen Teilchens auf einer gegebenen u-Linie geändert werden.stantera V ·. / V ratio by moving the position of a particular particle on a given u-line can be changed.

Zusätzlich zu den oben beschriebenen Betriebscharakteristiken des dargestellten Spektroiaeters zeigt Fig. 6, daß der Zeitraum, während dem Teilchen einer besonderen Ionenart den Detektor 3-7 treffen, geringer als das Zeitintervall ist, während dem Teilchen dieser Ionenart in das dynamische Analysenfeld geschossen werden, sofern diese Teilchen während eines geeigneten Zeit- . Intervalls in Bezug auf die Phase der Schwingungskomponente des Feldes injiziert werden« Ein beliebiges Injektionsintervall in Bezug auf die Phase der Schwingungskomponente des Feldes kann ausgewählt werden, und ein besonderer Injektionsimpuls kann hervorgerufen werden, indem die Zähllogik 48 bzw, der Injektionsimpulsgenerator 62 eingestellt wird.In addition to the operating characteristics described above of the spectrometer shown, Fig. 6 shows that the period while the particle of a particular ion type hits the detector 3-7, less than the time interval is during the particle This type of ion can be shot into the dynamic analysis field, provided that these particles occur during a suitable period of time. Interval related to the phase of the vibrational component of the field «Any injection interval In relation to the phase of the vibrational component of the field can be selected, and a particular injection pulse can be caused by the counting logic 48 or the injection pulse generator 62 is set.

C) Genaue Beschreibung der Betriebsprinzipien des MassenspektroraetersC) Detailed description of the principles of operation of the mass spectrometer

1. Mathematische Parameter1. Mathematical parameters

Die bei der Beschreibung der Betriebsprinzipien des Kassenspektrometer verwendeten Symbole werden wie folgt definierttWhich in describing the operating principles of the POS spectrometer The symbols used are defined as follows

0 » elektrische Potentialverteilung x,y,z ~ rechtwinklige Koordinaten t * Zeit0 »electrical potential distribution x, y, z ~ rectangular coordinates t * time

χ β Geschwindigkeit in χ Richtung (erete Ableitung nach der Zeit)χ β Velocity in χ direction (first derivative after the time)

x a Beschleunigung in χ Richtung (zweite Ab-, leitung nach der Zeit)x a acceleration in χ direction (second down, line according to the time)

f β Frequenz des Wechselfeldes in Hz w * 2trf * Frequenz des Wechselfeldes in rad/e * 3jr * unabhängige Zeit variable in den Mathitu-Gleiohungenf β Frequency of the alternating field in Hz w * 2trf * Frequency of the alternating field in rad / e * 3jr * independent time variable in the Mathitu equations

10982171t··10982171t

ORKSlNAL INSPECTEDORKSINAL INSPECTED

atq = kanonische Parameter in den Mathieu-Gleichungen a t q = canonical parameters in the Mathieu equations

V = Amplitude der Wechseistromkomponente des ■a PotentialsV = amplitude of the alternating current component of the ■ a potential

V, = Stärke der Gleichstromkomponente des Potenac ti alsV, = strength of the direct current component of the potential ac ti as

L -- Länge des dynamischen Feldbereichs R - Radius des dynamischen FeldbereichsL - length of the dynamic field area R - radius of the dynamic field area

2 H^- G - L .- x— = geometrischer Paktor2 H ^ - G - L .- x- = geometrical factor

m = Masse des geladenen Teilchens e = elektrische Ladung des geladenen Teilchensm = mass of the charged particle e = electrical charge of the charged particle

u - a/q = Verhältnis der kanonischen Parameter in den Mathieu-Gleichungenu - a / q = ratio of the canonical parameters in the Mathieu equations

f = Ladungsteilchen - Laufzeit in rad t_ _ - Ladungsteilchen - Laufzeit in seef = charged particle - transit time in rad t_ _ - charged particle - transit time in see

Die Bahnen, denen die bei der dynamischen elektrischen Potentialverteilung gemäß Gleichtung (1) schwingenden geladenen Teilchen1 folgen, sind duTh die folgende Komponente der Mathieu-Güeichungen in kanonischer Form definiert: The paths followed by the charged particles 1 oscillating in the dynamic electrical potential distribution according to equation (1) are defined by the following component of the Mathieu equations in canonical form:

a f 2H1 cora f 2H 1 cor

Jy + (n. + Pn1 ooa ?t) y = 0 O) Jy + (n. + Pn 1 ooa ? T) y = 0 O)

rtrt

dz ± (a9 ■♦■ 2qP cos ?t) ζ = 0, dz ± (a 9 ■ ♦ ■ 2q P cos ? t) ζ = 0,

wobei 2 £ ■- wt - ?.trf\< und die Parameter α und q durch die folgen den Ausdrücke gegeben sindwhere 2 £ ■ - wt - ? .trf \ < and the parameters α and q are given by the following expressions

2a, =. -2a, =. -

Grnw (4)Green (4)

4e Vac 0 m wl 4e V ac 0 mw l

1098 28/11991098 28/1199

- 19 2. Stabile und instabile Bewegung der geladenen Teilchen - 19 2. Stable and unstable movement of charged particles

In Abhängigkeit von den Werten der dimensionslosen Parameter a und q ist die durch die Mathieu-GleichungDepending on the values of the dimensionless parameters a and q is that given by the Mathieu equation

,2Y , 2 Y

tt-A + (a + 2q cos 2t) X = O (5) tt - A + (a + 2q cos 2t) X = O (5)

dtGerman

beschriebene Bewegung entweder stabil oder instdibil (begrenzt oder unbegrenzt). Fig. 7 zeigt einen Bereich von a- und q-Werten für stabile Lösungen (gestrichelter Bereich). Die Bewegung der geladenen Teilchen relativ zu diesem Stabilitätsbereich ist in erster Linie beim Betrieb des dynamischen Massenspektrometers von Interesse, obwohl ein Betrieb auch für a- q-Werte möglich ist, welche andere Bereiche definieren. Werte für a und q, bei denen die sich in der x, y-Ebene bewegenden geladenen Teilchen eine stabile Bewegung beschreiben, werden durch den gestrichelten Bereich in den ersten und vierten Quadranten beschrieben, Werte von a und q, bei denen sich in Richtung der z-Koordinate bewegende geladene Teilchen eine stabile Bewegung beschreiben, sind durch den gestrichelten Bereich im zweiten und dritten Quadranten der Fig. 7 definiert. Drei dimensional© Stäbilitätswerte für die Parameter können durch Superposition der gestrichelten Bereiche der zweiten und dritten Quadranten mit den Bereichen der ersten und vierten Quadranten erreicht werden. Da die Größen von a^ und a2, q^ und q2 um einen Faktor 2 differieren, haben die Bereiche im zweiten und dritten Quadranten einen anderen Maßstab als diejenigen im ersten und vierten Quadranten. Der kombinierte Stabilitätsbereich (Fig. 4) definiert Werte von a2, q2, bei denen geladene Teilchen eine dreidimensionale begrenzte Bewegung im dynamischen Feld beschreiben, Der kombinierte Bereich hat die dargestellte Form, da V. entweder positive oder negative Werte annehmen kann. Entsprechende Werte für a.j, q.j können aus den Gleichungen (4) berechnet werden. Obwohl die Auswahl stabiler a, q-Werte gewährleistet, daß die zugehörigen geladenen Teilchen eine begrenzte Bewegung beschrei- described movement either stable or instdibil (limited or unlimited). Fig. 7 shows a range of a and q values for stable solutions (dashed area). The movement of the charged particles relative to this stability range is primarily of interest when operating the dynamic mass spectrometer, although operation is also possible for a-q values which define other ranges. Values for a and q at which the charged particles moving in the x, y-plane describe a stable movement are described by the dashed area in the first and fourth quadrants, values for a and q at which in the direction of the Charged particles moving z-coordinate describe a stable movement are defined by the dashed area in the second and third quadrants of FIG. Three dimensional © stability values for the parameters can be achieved by superposing the dashed areas of the second and third quadrants with the areas of the first and fourth quadrants. Since the sizes of a ^ and a 2 , q ^ and q 2 differ by a factor of 2, the areas in the second and third quadrants have a different scale than those in the first and fourth quadrants. The combined stability range (Fig. 4) defines values of a 2 , q 2 , at which charged particles describe a three-dimensional limited movement in the dynamic field. The combined range has the form shown, since V. can assume either positive or negative values. Corresponding values for aj, qj can be calculated from equations (4). Although the selection of stable a, q values ensures that the associated charged particles describe a limited motion.

109 828/VI9&109 828 / VI9 &

ben, wird die tatsächliche Größe der Hüllkurve der begrenzten Bewegung von den Anfangsbedingungen der Teilchen bei deren Eintritt in das dynamische Feld ebenso bestimmt wie von den Werten von a und q.ben, the actual size of the envelope of the limited motion of the initial conditions of the particles at their Entry into the dynamic field is determined as well as by the values of a and q.

3. Massenbereichsstabilität3. Mass range stability

Der Einfachheit halber wird nur der erste Quadrant der graphischen Darstellung gemäß Fig. 4 betrachtet. Um ein Spektrometer bei fester Raumgeometrie oder geometrischem Faktor G und fester dynamischer Feldfrequenz f zu betreiben, werden Werte für V, und V\ gewählt, welche eine Massenart-Betriebskennlinie uFor the sake of simplicity, only the first quadrant is used as the graphic View according to FIG. 4 viewed. To a spectrometer with fixed spatial geometry or geometric factor G and fixed to operate at a dynamic field frequency f, values for V, and V \ selected, which is a mass type operating characteristic u

W &c W & c

definieren, die durch den kombinierten Stabilitätsbereich der Fig. 4 läuft. Durch die Verwendung der Gleichung (4) ist jeder m/e-Wert eines geladenen Teilchens bestimmten Werten von ag, qp zugeordnet. Da a, q Umkehrfunktionen von m/e sind, liegen die größeren m/e-Verhältnisse näher am a, q-Ursprüng. Die Gruppe von m/e-Teilchen, deren zugeordnete a, q-Werte auf der Betriebskennlinie u im Bereich der kombinierten Stabilität liegen, beschreiben eine stabile Bewegung. Diejenigen m/e-Teilchen, welche auf der Linie u links von der Kurve P=O liegen, führen eine, unbegrenzte Bewegung in Richtung der z-Koordinate aus. Diejenigen m/e-Teilchen, welche rechts von der Kurve (5=1 liegen, führen eine unbegrenzte Bewegung in Richtung :der z-Koordi- W nate aus.which runs through the combined stability region of FIG. 4. Using equation (4), each m / e value of a charged particle is assigned certain values of ag, qp. Since a, q are inverse functions of m / e, the larger m / e ratios are closer to the a, q origin. The group of m / e particles, whose assigned a, q values on the operating characteristic u are in the range of the combined stability, describe a stable movement. Those m / e-particles which lie on the line u to the left of the curve P = O carry out an unlimited movement in the direction of the z-coordinate. Those m / e particles which are to the right of the curve (5 = 1, carry an unlimited movement in the direction: of the z-coordinate W of nate.

Ee ist ersichtlich, daß die a,q-Stellungen aller m/e-Teilchen längs der Betriebskennlinie u verschoben werden können, indem die Größen V&c und V. unter Konstanthaltung des Verhältnisses V. /V geändert werden. Durch Änderung der Spannungen in der zuvor beschriebenen Weise werden die m/e-Teilchen in den Bereich der kombinierten Stabilität hinein oder aus diesem heraus geschoben. Auf diese Weise kann der Massenbereich der geladenen Teilchen, innerhalb dem eine stabile begrenzte Bewegung der Teilchen erfolgt, geändert werden. Eine wiederholte systematische Änderung der Potentiale V__ und V, bildet eine Basis Ee it can be seen that the a, q positions of all m / e particles can be shifted along the operating characteristic u by changing the quantities V & c and V. while keeping the ratio V. / V constant. By changing the stresses in the manner described above, the m / e particles are pushed into or out of the area of combined stability. In this way, the mass range of the charged particles within which stable limited movement of the particles occurs can be changed. A repeated systematic change of the potentials V__ and V forms a basis

ctC ClCctC ClC

109828/1199109828/1199

zum Abtasten des Massenartenspektrums. Die Neigung der Betriebskennlinie u kann durch Änderung des Verhältnisses v dc/v ac verändert werden. Dies führt zu einer Änderung des Massenbereichs von stabilen geladenen Teilchen.for scanning the mass species spectrum. The slope of the operating characteristic u can be changed by changing the ratio v dc / v ac . This leads to a change in the mass range of stable charged particles.

4. Laufzeit der geladenen Teilchen4. Running time of the charged particles

Die wesentliche Kenngröße der Bewegung von stabilen Teilchen ist das Laufzeitverhalten der Ionen im dynamischen Feld. Für eine feste Einstellung der Betriebsparameter hat jede stabile Ionenart eine bestimmte Laufzeit zwischen dem Zeitpunkt, bei dem das zugehörige Ion bei ζ = O in das Feld eintritt und dem Zeitpunkt, bei dem es zum Punkt ζ = O zurückkehrt. Da die Gleichungen der Ionenbewegung unabhängig voneinander sind, brauchen bloß der Eintrittszeitpunkt und die Laufzeit in der ζ Richtung betrachtet werden. Die allgemeine Lösung der Komponentengleichung für die Koordinate ζ bei stabiler Bewegung ist:The essential parameter of the movement of stable particles is the runtime behavior of the ions in the dynamic field. For a fixed setting of the operating parameters, each has a stable Ion type a certain transit time between the point in time at which the associated ion enters the field at ζ = O and the Point in time at which it returns to the point ζ = O. Because the equations of the ion movement are independent of each other, all that is needed is the entry time and the transit time in the ζ Direction to be considered. The general solution of the component equation for the coordinate ζ with stable motion is:

ζ (£) = a£ c cos (2n + ß) (I +£ )ζ (£) = a £ c cos (2n + ß) (I + £ )

C2n sin <2n +ß) it+I6) (6)C 2n sin <2n + ß) it + I 6 ) (6)

η= — *βη = - * β

wobei der P-Wert für stabile Lösungen im Bereich OSLß ^- 1 liegt, g0 = wt^a die Eintrittszeit der Ionen in das dynamische Feld · bei z = O relativ zur Phase der Schwingungskomponente des FeI- . des, £ die Betriebszeitvariable und A und B die dieAnfangsbedingungen der Ionen bei der Injektion darstellenden Konstanten sind.where the P-value for stable solutions is in the range OSLβ ^ - 1, g 0 = wt ^ a the entry time of the ions into the dynamic field · at z = 0 relative to the phase of the vibration component of the FeI-. des, £ the operating time variable, and A and B the constants representing the initial conditions of the ions in injection.

Zur Vereinfachung der allgemeinen Lösungsgleichung (6) kösnen die Summenprodukte durch C(Z + Z Q) und S(E + t ) ersetst'werden, woraus Bich ergibt?To simplify the general solution equation (6), the sum products can be replaced by C (Z + Z Q ) and S (E + t) , from which Bich results?

= AG(E + I0) + BS(S + Z0) = AG (E + I 0 ) + BS (S + Z 0 )

109828/1199109828/1199

Zur Lösung der Konstanten A und B werden die Anfangsbedingungen ζ, β O, z(o) = 0, z(o) = ζ eingesetzt, und es ergibt sich:The initial conditions are used to solve the constants A and B ζ, β O, z (o) = 0, z (o) = ζ, and we get:

s (E+E0) - S(E0) c &+%)] (8)s (E + E 0 ) - S (E 0 ) c & +%)] (8)

wobei die Anfangsgeschwindigkeit bei E=E ζ = » where the initial speed at E = E ζ = »

OO Cl t'OO Cl t '

ist und W =is and W =

ε= ε,ε = ε,

Um die Laufzeit ETOp der Teilchen zu berechnen, welche bei ζ = ο eintreten und bei ζ = ο aus dem Feld zurückkehren, wird die linke Seite der Gleichung (8) ζ(Ετορ) = ο gesetzt:In order to calculate the transit time E TO p of the particles which enter at ζ = ο and return from the field at ζ = ο, the left side of equation (8) ζ (Ε τορ ) = ο is set:

0 = w 0 = w

Da die Anfangsgeschwindigkeit und die Wronski-Ieterminante W ungleich ο sind, ergibt sichC„,Op aus:Since the initial velocity and the Wronsky determinant W are not equal to ο, C ", O p results from:

c C50) s (tWF +lQ) - s (E0) c (ETOp +E0) = ο (10)c C5 0 ) s (t WF + l Q ) - s (E 0 ) c (E TOp + E 0 ) = ο (10)

ε TOP _.. , TOp = von demε TOP _ .., TO p = of that

m/e-Verhältnis des geladenen Teilchens, den Parametern-des dynamischen Feldes durch ß und die Koeffizienten Cpn' un<^ von Anfangsphase der Injektion?, abhängt. Dagegen ist BmOp unabhängig von der Anfangsgeschwindigkeit oder -energie des Teilchens. Es gibt eine praktische Grenze für die Teilchengeschwindigkeit beim Einführen des Teilchens in ein Analysenfeld mit endlichen Grenzen. Da der Eintritt des Teilchens in das Schwingungsfeld proportional zur Geschwindigkeit ist, ist der Bereich möglicher Eintrittsgeschwindigkeiten begrenzt. Eine typische Be- , Ziehung zwischen der Teilchen-Laufzeit trnOp und m/e ist in Fig. 5 gezeigt, bei der die Potentiale Vac und V, und die Eintrittsbzw. Injektionsphase £ konstant gehalten werden. Die willkür- The m / e ratio of the charged particle, the parameters of the dynamic field through ß and the coefficients Cpn ' un < ^ on the initial phase of the injection? In contrast, Bm O p is independent of the initial velocity or energy of the particle. There is a practical limit to the particle velocity in introducing the particle into an analysis field with finite limits. Since the entry of the particle into the oscillation field is proportional to the velocity, the range of possible entry velocities is limited. A typical relationship between the particle travel time t r n O p and m / e is shown in FIG. Injection phase £ are kept constant. The arbitrary

109828/1199109828/1199

lichen m/e- und tmOp-Koordinaten erhalten spezielle Skalenwerte, wenn VQO, G, V,. und die Frequenz w festgelegt werden. Common m / e and tm O p coordinates are given special scale values if V QO , G, V ,. and the frequency w can be determined.

, SC . Q.C, SC. Q.C

Daraus ergibt sich, daß sich die Skaleneinteilungen für m/e und die Teilchenläufzeit tmOp leicht durch Verwendung entsprechender Parameter V , V, und w ändern lassen, so daßIt follows that the scale divisions for m / e and the particle travel time tm O p can easily be changed by using the appropriate parameters V, V, and w, so that

eic CLCeic CLC

der Stabilitätsbereich der Massen, Laufzeiten und m/e-Auflösung in weiten Grenzen geändert werden können.the stability range of the masses, transit times and m / e resolution can be changed within wide limits.

5. Massenauflösung5. Mass resolution

Die Beziehung zwischen tT0„ und m/e in Pig. 5 zeigt, daß die Laufzeit der geladenen Teilchen mit m/e rasch anwächst. Der Unterschied in der Laufzeit für benachbarte m/e-Werte wächst ebenfalls mit der Masse an. Diese günstige Situation besteht für m/e-Werte, welche auf einer u-Linie liegen, die durch den Stabilitatsbereich läuft und sich der β = 0-K.urve oder der linken Instabilitätskante von ζ des Stabilitätsdiagramms nähert. Da die Massenarten mit anwachsender Masse zeitlich stärker getrennt werden, ergibt sich ein anderes Charakteristikum des Mathieu-Wechselstromfeldes zur Vergrößerung der m/e-Auflösung. Teilchen, welche in das Wechselstromfeld bei z = o über eine Periode Αΐ*0 eintreten, werden während der Wechselwirkung mit dem Wechselfeld zeitlich gebündelt und kehren innerhalb einer Zeitdauer Λέτορ zurück, die. kurzer als ΔΕο ist. Diese zeitliche Bündelung ist in Pig. 6 zum Ausdruck gebracht, wo Εφ0{! als Punktion der Eintrittsphase £0 aus der Gleichung 10 für feste Werte von a und q bestimmt ist.The relationship between t T0 "and m / e in Pig. 5 shows that the running time of the charged particles increases rapidly with m / e. The difference in the transit time for neighboring m / e values also increases with the mass. This favorable situation exists for m / e values that lie on a u-line that runs through the stability range and approaches the β = 0-K curve or the left instability edge of ζ of the stability diagram. Since the mass types are separated more in time with increasing mass, there is another characteristic of the Mathieu alternating current field to increase the m / e resolution. Particles which enter the alternating current field at z = o over a period Αΐ * 0 are bundled in time during the interaction with the alternating field and return within a period of time Λέ τορ , which. is shorter than ΔΕ ο . This time bundling is in Pig. 6 expressed where Εφ 0 {! is determined as the puncture of the entry phase £ 0 from equation 10 for fixed values of a and q.

6. Massenabtastung6. Bulk scanning

Ein Verfahren zum Anzeigen eines aufgelösten Massenspektrums für nicht zu große Massenbereiche setzt voraus, daß alle Arten der geladenen Teilchen durch geeignete Wahl der V „ und V-3 -A method for displaying a resolved mass spectrum for mass ranges that are not too large presupposes that all types of charged particles are determined by a suitable choice of V "and V -3 -

ac dcac dc

Potentiale und der Betriebsfrequenss w gleichzeitig innerhalb des kombinierten Stabilitätsdiagramms liegen. Das Massenspektrum kann für jeden Analysenzyklus auf einem Oszilloskop angezeigt werden,Potentials and the operating frequency w lie simultaneously within the combined stability diagram. The mass spectrum can be displayed on an oscilloscope for each analysis cycle,

109828/1139109828/1139

ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED

Ein zweites Anzeigeverfahren umfaßt die Messung des Eintreffens der Ionen am Detektor 37 zu einer vorgegebenen Zeit und ein programmäßiges Erhöhen oder Senken von V und V,A second display method involves measuring the arrival of the ions at the detector 37 at a predetermined time and a programmatic increase or decrease of V and V,

B-C Gl CB-C Gl C

zur laufenden Änderung der Laufzeiten der m/e-Arten derart, daß jede Art aufeinanderfolgend die vorgegebene Laufzeit erreicht. Ein Beispiel für diese Methode ist in Fig. 4 dar-to continuously change the transit times of the m / e species in such a way, that each type successively the given duration achieved. An example of this method is shown in FIG.

2 Vdc gestellt, wo das Spannungsverhältnis u = — und w konstant 2 V dc placed where the voltage ratio u = - and w constant

Vac V ac

gehalten werden und alle Massenarten auf dieser u-Kennlinie liegen, welche durch das Stabilitätsdiagramm läuft. Tatsächlich ist jedem a2» q2~Punkt im Stabilitätsdiagramm ein be-" stimmtestTOp zugeordnet. Die vorgegebene Laufzeit wird alsand all types of mass are on this u-curve, which runs through the stability diagram. In fact, each a2 "q 2 ~ point in the stability diagram of a loading" voting test TO p assigned. The predetermined delay is as

TOP -4» TOP -4 »

- geschrieben, wobei das bestimmte *'ΤΛρ den - written, wherein the particular * 'Τ Λρ the

Werten af 0 und η·5 zugeordnet ist. Wenn V und V, so einge-Values a f 0 and η · 5 is assigned. If V and V, then

d. ^c. clC QC d. ^ c. clC QC

stellt werden, daß m. bei a'p und q*? (Fig. 4) liegt, so haben nu und πκ kürzere Laufzeiten als t'^™· m.. und m,- sind instabil. Wenn V und V, erhöht werden, verschiebt sichthat m. at a'p and q * ? (Fig. 4), then nu and πκ have shorter transit times than t '^ ™ · m .. and m, - are unstable. As V and V i increase, it shifts

ac QCac QC

in Richtung a'2, q'2» bei denen die zugehörige Laufzeit t'in the direction of a ' 2 , q' 2 »where the associated transit time t '

ist. Wenn V und V, verringert werden, so werden nu, mp und m1 aufeinanderfolgend zu dem Punkt a'or q'o verschobenis. As V and V i are decreased, nu, mp and m 1 are sequentially shifted to point a ' or q' o

2 2.··2 2. ··

und erscheinen aufeinanderfolgend im Massen-Zeit-Spektrum bei fTop.and appear successively in the mass-time spectrum at f Top .

Aufeinanderfolgende Abtastungen aller Massenarten einer Gasprobe können durch eine kurze Toröffnungszeit um τ·'το_ am Ausgang des Detektor-Vervielfachers erreicht werden. Das Auagangssignal dieses kurzzeitig öffnenden Tors liefert eine Anzeige des Massenarten-Spektrums, wenn die Potentiale V_n und Vdc in der einen oder anderen Richtung unter Konstanthaltung des Quotienten 2 V,_/V_„ geändert werden.Successive scans of all types of mass of a gas sample can be achieved by a short gate opening time of τ · ' το _ at the output of the detector multiplier. The output signal of this gate Aua briefly opening provides an indication of the mass spectrum types, if the potentials V_ n and V dc in the one or other direction while keeping constant the ratio V 2, _ / V_ "are changed.

Q CT &CQ CT & C

109828/1199109828/1199

Es gibt andere Techniken zum Abtasten des Massenspektrums. Die Frequenz w des Wechselstromfeldes kann kontinuierlich geändert werden, um jede Massenart durch den Punkt a'2, q'2 zu bewegen.There are other techniques for scanning the mass spectrum. The frequency w of the AC field can be continuously changed to move any type of mass through point a ' 2 , q' 2 .

D) Andere Ausführungsformen des MassenspektrometersD) Other embodiments of the mass spectrometer

Figuren 8 bis 14 veranschaulichen andere Ausführungsforraen. des neuen Massenspektrometers. Die folgende Beschreibung ist auf die baulichen und funktioneilen Unterschiede zwischen diesen Ausführungsformen und dem Spektrometer IO gerichtet. Es wird dabei von einer genauen Erläuterung der bei diesen andersartigen Ausführungsformen verwendeten Bauelemente versichtet, soweit sie bei dem Spektrometer 10 bereits beschrieben worden sind. Solche Elemente sind in den Fig. 8 bis 14 mit denselben Bezugszeichen wie in den Fig. 1 und 3 versehen.Figures 8-14 illustrate other embodiments. of the new mass spectrometer. The following description is based on the structural and functional differences between these embodiments and the spectrometer IO directed. A detailed explanation of the components used in these different types of embodiment is omitted, as far as they have already been described for the spectrometer 10. Such elements are shown in FIGS. 8-14 provided with the same reference numerals as in FIGS.

Fig. 8 zeigt ein Spektrometer 74, welches sich von dem Spektrometer 10 dadurch unterscheidet, daß. die zu analysierenden Probengast eileiter Ton dem Probengeber 34 durch ein Bohr 76 direkt in die Ionisationskammer 22 eingeleitet werden. Die Gasteilchen können av-f *? ese Weise unmittelbar ionisiert und danach in das dynamische Analysenfeld bei minimaler Abwanderung von neutralen Gasteilchen in die Umgebung des evakuierten Röhrenkolbens 20 injiziert werden. Das Spektrometer 74 unterscheidet sich ferner dadurch vom Spektrometer ^0f daß die ringförmigen Felde!ektroden 39 und die elektrischen Abstandshalter 43 durch eine einzige rohrförmige, widerstandsbehaftete Elektrodeneinheit 78 ersetzt ist. Der elektrische Widerstand eines besonderen Teils der widerstandsbehafteten Elektrode wird so gewählt, daß bei Anlegen eines Potentials von de? Steuerschaltung 80 über die Leitung 82 an das eine Ende der Elektrode ein Analysenfeld innerhalb des von der Elektrode definierten Raums entsteht, welches durch die in Gleichung (2) definierte Potentialverteilung beschrieben iet. Die Steuer-Fig. 8 shows a spectrometer 74, which differs from the spectrometer 10 in that. The sample gas to be analyzed can be introduced directly into the ionization chamber 22 to the sample dispenser 34 through a drill hole 76. The gas particles can av-f *? This way, ionized immediately and then injected into the dynamic analysis field with minimal migration of neutral gas particles into the vicinity of the evacuated tubular piston 20. The spectrometer 74 further differs from the spectrometer characterized ^ f 0 that the annular field and the electrical standoff 43 is replaced by a single tubular resistive electrode unit 78! Ektroden. 39 The electrical resistance of a particular part of the resistive electrode is chosen so that when a potential of de? Control circuit 80 via line 82 to one end of the electrode creates an analysis field within the space defined by the electrode, which field is described by the potential distribution defined in equation (2). The tax-

109828/1199109828/1199

schaltung 80, von der ein Teil in Fig. 9 als Blockschaltbild gezeigt ist, unterscheidet sich von der Steuerschaltung 18 dadurch, daß sie einen Gleichrichter 84 aufweist, welcher die statische Komponente des dynamischen elektrischen Feldes bildet. Dem Gleichrichter 84 wird vom Leistungsverstärker 54 eine sinusförmige Wechselspannung zugeführt, die im Gleichrichter in eine Gleichspannung umgewandelt wird. Da der Leistungsverstärker 54 das Eingangssignal für den Gleichrichter 84 liefert und auch die Amplitude der Schwingungskomponente des Feldes bestimmt, ändert eine Verstellung der Verstärkung des Leistungsverstärkers 54 die dynamischen Feldparameter in k solcher Weise, daß ein konstantes V, /V -Verhältnis aufrecht erhalten bleibt.circuit 80, part of which is shown in FIG. 9 as a block diagram is different from the control circuit 18 in that it has a rectifier 84, which the static component of the dynamic electric field forms. The rectifier 84 is supplied by the power amplifier 54 A sinusoidal alternating voltage is supplied, which is converted into a direct voltage in the rectifier. As the power amplifier 54 provides the input signal for the rectifier 84 and also the amplitude of the oscillation component of the field, an adjustment of the gain of the power amplifier 54 changes the dynamic field parameters in k in such a way that a constant V, / V ratio is maintained preserved.

Fig. 10 stellt eine andere Ausführungsform 86 des Spektrometers dar, zu dem ein Elektronenvervielfacher-Detektor 88 der unter dem Warenzeichen Spiraltron bekannten Bauart gehört, welcher die von der Spektrometervorrichtung aufgelösten Ionenarten bestimmt. Das Spektrometer 86 weist ferner eine geerdete, konusförmige Elektrode und eine Leitungseicktrode 92 mit einer Oberfläche 93 auf, welche ein Umdrehungshyperboloid zur Erzeugung eines dynamischen Analysenfeldes definiert. Die Elektrodenformen sind so gewählt, dai? sie eine Potentialverteilung der durch die Gleichung (2) beschriebenen Form ergeben. Ein ψ geeignetes elektrisches Signal wird von einer programmierten Optimierungsschaltung 94 an die Leitun^selektrode 92 gegeben, wodurch in dem durch die Leitungselektrode 92 und die konische Elektrode 90 definierten Raum ein dynamisches elektrisches Feld entsteht. Die Optimierungsschaltung steuert ferner die Ionisation und die Ioneneinführung in das dynamische Feld durch Steuerung der Spannungen an den Gittern 26 und ~\2. In dieser Hinsicht entspricht die Schaltung 94 den Steuerschaltungen 18 und 80.Figure 10 illustrates another embodiment 86 of the spectrometer which includes an electron multiplier detector 88 of the type known under the trademark Spiraltron which determines the types of ions resolved by the spectrometer device. The spectrometer 86 also has a grounded, cone-shaped electrode and a cable corner electrode 92 with a surface 93 which defines a revolution hyperboloid for generating a dynamic analysis field. The electrode shapes are chosen so that? they give a potential distribution of the form described by equation (2). A ψ suitable electrical signal is given by a programmed optimization circuit 94 to the conductive electrode 92, whereby a dynamic electric field is created in the space defined by the conductive electrode 92 and the conical electrode 90. The optimization circuit also controls ionization and ion introduction into the dynamic field by controlling the voltages on grids 26 and \ 2. In this regard, circuit 94 corresponds to control circuits 18 and 80.

109828/1 199109828/1 199

Außerdem umfaßt die programmierte Optimierungsschaltung 94 eine Elektronik (Pig. 11) zum Optimieren der die unterschiedlichen Ionenarten darstellenden Signale und zum Messen dieser optimierten Signale. Die programmierte Optimierungsschaltung 94 ist daher so ausgelegt, daß die Auflösung oder Trennung der benachbarten Ionenarten in einer Testreihe optimiert und die Stärke der die unterschiedlichen Arten in anderen Testreihen darstellenden Signale auf den größtmöglichen Wert gebracht wird.The programmed optimization circuit also includes 94 an electronics (Pig. 11) for optimizing the signals representing the different types of ions and for measuring them optimized signals. The programmed optimization circuit 94 is therefore designed so that the resolution or separation of the neighboring ion types in one test series and the strength of the different types in other test series representing signals is brought to the greatest possible value.

Um diese Signaloptimierung zu erreichen, ist die Schaltung mit einer Hauptsteuer- oder Logikschaltung 96, einer Vorrichtung 98 zum Bestimmen des maximalen Signalwerts und einer SignalVerarbeitungsvorrichtung 100 ausgestattet. In der Hauptsteuerschaltung 96 sind die Steuerbefehle für die Ionenquelle und die dynamischen Feldparameter einprogrammiert; sie spricht auf Impulse von anderen Teilen der programmierten Optimierungsschaltung 94 an, um die Betätigung der Schaltung 94 zu steuern. Der Vorrichtung 98 werden die verschiedenen Signale vom Detektor 88 zugeführt und in der Vorrichtung zusammengesetzt, um die Maximalwerte dieser Signale zu bestimmen. Zu der die Maximalwerte bestimmenden Vorrichtung 98 gehört eine Signal-Meßvorrichtung 102, welche die vom Spiraltron-Detektor 88 einlaufenden und durch Auftreffen von Ionen auf den Detektor hervorgerufenen Signale mißt. In einem Schwellwertdiskriminator 104 wird eine untere Signalschwelle eingestellt, so daß die Meßvorrichtung 102 nur Werte oberhalb der Signalschwelle mißt, wodurch eine Messung von Rauschsignalen vermieden wird. Ein oberhalb der voreingestellten Schwellenspannung ermittelter Signalwert wird im Speicher 106 gespeichert. Ist bereits ein Signal im Speicher 106.gespeichert, so wird das zuletzt er-, mittelte Signal mit diesem bereits eingespeicherten Signal 'durch einen Vergleicher 108 verglichen, und nur das größere der beiden Signale wird im Speicher 106 gespeichert. Nachdem alle interessierenden Signale eines Arbeitszyklus aufgenommenIn order to achieve this signal optimization, the circuit is provided with a main control or logic circuit 96, a device 98 for determining the maximum signal value and a signal processing device 100 equipped. In the main control circuit 96 are the control commands for the ion source and programmed in the dynamic field parameters; it is responsive to pulses from other portions of the programmed optimization circuit 94 to control the operation of the circuit 94. The device 98 is supplied with the various signals from the detector 88 and combined in the device in order to determine the maximum values of these signals. The device 98 determining the maximum values includes a signal measuring device 102, which are the incoming from the Spiraltron detector 88 and caused by the impact of ions on the detector Measures signals. In a threshold value discriminator 104, a lower signal threshold is set so that the Measuring device 102 only measures values above the signal threshold, whereby a measurement of noise signals is avoided. One determined above the preset threshold voltage Signal value is stored in memory 106. If a signal is already stored in the memory 106, the last one will be averaged the signal with this already stored signal 'compared by a comparator 108, and only the larger of the two signals is stored in the memory 106. After this all signals of interest of a work cycle recorded

109328/1199109328/1199

und von der Vorrichtung 98 gemessen worden sind, ist das größte der empfangenen Signale im Speicher 106 gespeichert. Dieses Maximal.signal wird über ein UND-Gatter 110 geleitet, welches von der Hauptsteuerschaltung zu geeigneter Zeit zum Anzeigegerät 38 durchgesteuert wird.and measured by the device 98, that is largest of the received signals is stored in memory 106. This maximum signal is passed through an AND gate 110, which from the main control circuit at the appropriate time to Display device 38 is controlled.

Die Signalverarbeitungsvorrichtung 100 dient zum Bestimmen und Einspeichern der Feldparameter entsprechend dem maximalen Signalwert für eine spezielle Ionenart. Ferner wird in der Vorrichtung 100 die maximale Auflösung oder Trennung zwischen den benachbarte Ionenarten darstellenden Signalen bestimmt. Eine optimale Auflösung besteht dann, wenn die Differenz zwischen dem v ac-WQrt, der den größten Ionen-Signal wert für eine erste Ionenart liefert, und dem V -Wert, welcher den größten Ionen-Signalwert für eine zweite Ionenart liefert, am größten ist. Zu diesem Zweck weist die Vorrichtung 100 · eine V /V, -Steuerschaltung 112 zum Ändern der dynamischen Feldparameter auf. Die Steuerschaltung 112 kann ähnlich wie die Steuerschaltung gemäß Fig. 2 oder diejenige gemäß Fig. ausgebildet sein. Die Werte der Amplitude der Schwingungskomponente (V ) des Feldes, welche sich durch Einstellung der Steuerschaltung 112 .ergeben, werden mit Hilfe eines Spannungsmessers 114 gemessen und in einem Schieberegister 116 gespeichert. Sobald ein größter Signalwert von dem Vergleicher 108 ermittelt worden ist, werden sowohl dieser Signalwert als auch die V , welche su diesem Signalwert geführt hat, zu einer Speichereinheit 118 übertragen. Die Speichereinheit 118 kann eine große Informationsmenge speichern, wie sie zur Bestimmung aller in einer zu untersuchenden Probe enthaltenen Ionenarten notwendig ist. Vergleichsmessungen und Differenzmessungen zwischen den verschiedenen im Speicher 118 gespeicherten Signalwerten werden in einer Subtraktionseinheit 120 und einer Vergleichereinheit 122 durchgeführt. Die Differenz zwischen den unterschiedlichen gespeicherten Werten wird einerseits in die Speichereinheit 118 eingespeichert und andererseits zur Hauptsteuorschaltung 96 übertragen,The signal processing device 100 is used to determine and store the field parameters corresponding to the maximum signal value for a special ion species. Furthermore, in the device 100, the maximum resolution or separation between the signals representing neighboring types of ions is determined. An optimal resolution exists when the difference between the v ac -WQrt, which delivers the largest ion signal value for a first ion species, and the V value, which delivers the largest ion signal value for a second ion species, is greatest . For this purpose the device 100 has a V / V, control circuit 112 for changing the dynamic field parameters. The control circuit 112 can be designed similarly to the control circuit according to FIG. 2 or that according to FIG. The values of the amplitude of the oscillation component (V) of the field, which result from setting the control circuit 112, are measured with the aid of a voltmeter 114 and stored in a shift register 116. As soon as a largest signal value has been determined by the comparator 108, both this signal value and the V, which led to this signal value, are transmitted to a memory unit 118. The storage unit 118 can store a large amount of information, such as is necessary for determining all types of ions contained in a sample to be examined. Comparison measurements and difference measurements between the various signal values stored in memory 118 are carried out in a subtraction unit 120 and a comparison unit 122. The difference between the different stored values is stored on the one hand in the memory unit 118 and on the other hand transmitted to the main control circuit 96,

109828/1199109828/1199

welche den Differenzwert zur Steuerung des weiteren Betriebs der programmierten Optimierungsschaltung verwendet.which uses the difference value to control the further operation of the programmed optimization circuit.

Das Spektrometer 86 und die Optimierungsschaltung 94 werden bevorzugt so betrieben, daß'ein Massen-Abtastvorgang vorgenommen wird, bei dem nur die durch auf den Detektor 88 innerhalb einer vorgegebenen Zeit auftreffenden Ionen erzeugten Signale gemessen werden. Identische Ionenproben werden in einer Testreihe in das dynamische Analysenfeld eingeführt. Die dynamischen Feldparameter werden vor jedem Test geändert, um die Ionenlaufzeit zu verändern. Bei Betrieb löst die Hauptsteuerschaltung 36 durch Trigern des Impulsgenerator 60 die Ionisation aus. Sie steuert die Betätigung der Steuerschaltung 112, um die V" und V, -Werte entsprechend einem vorge-The spectrometer 86 and the optimization circuit 94 are preferably operated in such a way that a mass scanning process is carried out in which only the signals generated by the ions impinging on the detector 88 within a predetermined time are measured. Identical ion samples are introduced into the dynamic analysis field in a test series. The dynamic field parameters are changed before each test in order to change the ion transit time. In operation, the main control circuit 36 initiates ionization by triggering the pulse generator 60. It controls the actuation of the control circuit 112 in order to set the V "and V, values according to a predetermined

ac eicac eic

gebenen Programm zu ändern. Perner steuert sie die Meßvorrichtung 102 derart, daß Ausgangssignale vom Detektor 88 nur bei einer vorgegebenen Zeit bezüglich der lonisationszeit gemessen werden. Wenn das Ausgangssignal des Detektors 88 den durch den Schv/ellwert diskriminator 104 gegebenen Schwellwert erreicht, wird das Detektor-Ausgangssignal im Speicher 106 gespeicher--,. In einem nachfolgenden Test wird der nach geringfügiger Änclenmg der V_„ und V, -Werte erhaltene Signalwert im Verglei *;.·??"■ 108 mit dem zuvor im Speicher 106 eingespeicherten Wert verglichen. Wenn der nachfolgende-Wert größer ist, nimmt er im Speicher 106 die Stelle des zuvor eingespeicherten Wertes ein. Dieser Vorgang wird wiederholt, während V&c und V^0 abgetastet oder entsprechend dem vorgegebenen Programm geändert werden, bis das einlaufende Signal vom Detektor 88 kleiner als das im Speicher 106 gespeicherte Signal ist, worauf das gespeicherte Signal zum Speicher 118 übertragen wird. Diesen in der Speichereinheit 118 gespeicherte Signal wird im folgenden als Spitzenwert bessei"-k^t und stellt den maximalen Signalwert für eine vorgegebene Einstellung von Quellonparametern und für in einen vorgegebenen engen Bereich fallende Pßldparameter dar. Gleichzeitig liefertto change the given program. In addition, it controls the measuring device 102 in such a way that output signals from the detector 88 are measured only at a predetermined time with respect to the ionization time. When the output signal of the detector 88 reaches the threshold value given by the threshold value discriminator 104, the detector output signal is stored in the memory 106. In a subsequent test, the signal value obtained after slightly adjusting the V_ "and V, values is compared with the value previously stored in memory 106. If the subsequent value is greater, it takes the position of the previously stored value in memory 106. This process is repeated while V & c and V ^ 0 are scanned or changed according to the predetermined program until the incoming signal from detector 88 is less than the signal stored in memory 106, whereupon the stored signal is transferred to the memory 118. This signal stored in the memory unit 118 is subsequently bettered as the peak value and represents the maximum signal value for a given setting of source parameters and for Pßld parameters falling within a given narrow range. Simultaneously supplies

109820/1199109820/1199

der Vergleicher 108 einen Impuls an das Schieberegister 116, welcher das Register so steuert, daß der gemessene V „-Wertthe comparator 108 sends a pulse to the shift register 116, which controls the register so that the measured V "value

EICEIC

entsprechend dem maximalen Spitzenwert der Speichereinheit zugeteilt wird. Die Vorgänge des Massenab'tastens und des Signalvergleichs werden danach so lange fortgesetzt, bis der Spitzenwert einer zweiten Masse oder Ionenart in ähnlicher Weise verarbeitet worden ist.corresponding to the maximum peak value of the storage unit is allocated. The processes of mass scanning and signal comparison are then continued until the peak value of a second mass or ion type in a similar manner Way has been processed.

Sobald die Größe der Spitzenwerte zweier benachbarter Massen identifiziert worden ist, wird der Abtastvorgang unterbrochen, und die gemessenen V -Werte für die beiden Spitzen werden in die Subtraktionseinheit 120 gegeben, in welcher ihre DifferenzAs soon as the size of the peak values of two adjacent masses has been identified, the scanning process is interrupted, and the measured V values for the two peaks are fed into the subtraction unit 120, in which their difference

P bestimmt wird. Diese Differenz wird zusammen mit den zugehörigen Betriebsparariietern im Speicher 118 gespeichert. Die Hauptsteuerschaltung 96 richtet danach die Signalmessungen auf eine neue Meßzeit, wobei die Quellen- und Feldparaaeter auf geeignete neue Werte eingestellt werden. Der Massen-Abtastzyklus wird dann für dieselben beiden Massen erneut durchgeführt. Die sich ergebende V -Differenz wird mit der zuvor in der Speichereinheit 118 eingespeicherten Differenz vom Vergleicher 122 verglichen. Wenn sie gröf?er ist, wird diese Differenz zusammen mit den zugehörigen Betriebsparametern in Ersatz der im Speicher 118 gespeicherten Information im Speicher 11 θ eingespeichert. Die Änderung der Betriebsparameter wird soP is determined. This difference is shown along with the associated Operating savings providers are stored in memory 118. the Main control circuit 96 then directs the signal measurements to a new measurement time, with the source and field parameters be set to suitable new values. The bulk scan cycle is then carried out again for the same two masses. The resulting V difference is compared with the previously in the difference stored in the memory unit 118 from the comparator 122 compared. If it is greater, this difference becomes together with the associated operating parameters in replacement of the information stored in the memory 118 in the memory 11 θ stored. The change in operating parameters will be like this

fe lange fortgesetzt, bis das Programm abgelaufen ist. Danach richtet die Hauptsteuerschaltung die Steuerungen für die Quellen- und Betriebsparameter auf eine Einstellung auf diejenigen Werte ein, welche als die der maximalen V -Differenz entsprechenden Werte identifiziert worden sind. Auf diese Weise wird eine optimale Auflösung für diese Massen erzielt. Das UNTD-ßatter 110 aktiviert danach das Anzeigegerät 38 und steuert die V /V.-Steuernchaltung 112 so, daß die aufgelösten Spitzen abgetastet werden. Diese Abtastung wird am Anzeigegerät 38 angezeigt bzw. geschrieben.fe continued until the program has finished. Thereafter the main control circuit directs the controls for the source and operating parameters to adjust to those Values which have been identified as the values corresponding to the maximum V difference. To this In this way, an optimal resolution is achieved for these masses. The UNTD ßatter 110 then activates the display device 38 and controls the V /V. control circuit 112 so that the resolved Tips are scanned. This scan is displayed or written on the display device 38.

109828/1199109828/1199

Wenn während des Vorgangs der Optimierung der Auflösung eine neue Massenspitze zwischen vorher identifizierten Spitzen auftritt, veranlaßt die Hauptsteuerschaltung 96 die Optimierungsschaltung 94f die erste der vorher identifizierten Spitzen und die neue Spitze aufzulösen« Dieser Vorgang wird fortgesetzt, bis die beiden Spitzen auf die bestmögliche Weise aufgelöst sind. If, during the resolution optimization process, a new mass peak occurs between previously identified peaks occurs, the main control circuit 96 causes the optimization circuit 94f the first of the previously identified peaks and to dissolve the new tip «This process continues, until the two peaks are resolved in the best possible way.

Während des Betriebs wird die Speichereinheit 118 fortlaufend mit den Spitzenwerten jeder der beiden aufgelösten Hassen und der diesen zugeordneten Betriebsparametern versorgt. Nach Erzreichen der optimalen Auflösung kehrt die Hauptsteuerschaltung 96 zu den in der Speichereinheit 118 eingespeicherten Betriebs'-parametern zurück, welche während der Auflösungsoptimierung den größten Spitzenwert für die erste Hasse hervorgerufen haben. Die Quellen- und Feldparameter werden sodann programmäßig mit einem Index versehen, und der gemessene Spitzenwert für jeden Index wird mit demjenigen des vorhergehenden Indexes verglichen. Ist der. Spitzenwert des neuen Index größer als der vorhergehende, so bildet er den neuen Stand der Speichereinheit 118. Nach Beendigung des Programms wird der maximale Spitzenwert zum Auslese- bzw. Anzeigegerät 38 übertragen, und der Optimierungsvorgang wird sodann für den zweiten der beiden aufgelösten Spitzenwerte wiederholt. Diese Vorgänge werden so lange wiederholt, bis eine vollständige Abtastung des Massenspektrums durchgeführt ist.During operation, the memory unit 118 is continuously updated with the peak values of each of the two resolved Hassen and the operating parameters assigned to them. After the ore has reached the optimum resolution, the main control circuit returns 96 relating to the operating parameters stored in the memory unit 118 which produced the greatest peak value for the first hater during the resolution optimization. The source and field parameters are then programmed with an index, and the measured peak value for each index is matched with that of the previous index compared. Is the. If the peak value of the new index is greater than the previous one, it forms the new status of the storage unit 118. After the end of the program, the maximum The peak value is transmitted to the read-out or display device 38, and the optimization process is then carried out for the second of the two resolved peaks repeatedly. These processes are repeated until a complete scan of the mass spectrum is obtained is carried out.

Figuren 12 und 13 zeigen in zwei Ansichten eine weitere Ausführungsform 126 des Spektrometers, welche von den zuvor beschriebenen Spektrometerausführungen durch den das dynamische Analysenfeld erzeugenden Feldgenerator 128 unterschieden ist. «Der Feldgenerator ist eine monopolare Struktur mit einer stabförmigen leitenden Elektrode 130, deren Oberfläche 131 ent» weder zylindrisch oder hyperbolisch ausgeführt sein kann, und zwei geerdeten Platten 132 und 134,' die mit Abstand von derFIGS. 12 and 13 show a further embodiment in two views 126 of the spectrometer, different from those previously described Spectrometer designs are distinguished by the field generator 128 generating the dynamic analysis field. «The field generator is a monopolar structure with a rod-shaped one conductive electrode 130, the surface 131 of which can be either cylindrical or hyperbolic, and two grounded plates 132 and 134, 'spaced from the

109828/1199109828/1199

stabförmig ausgebildeten Elektrode 130 und auch mit gegenseitigem Abstand angeordnet sind und zwischen sich einen Spalt 136 bilden, durch welchen die Ionen in das dynamische Analysenfeld eintreten und aus diesem austreten/Wenn der stabförmigen Elektrode 130 ein geeignetes Signal mit einer V ""Rod-shaped electrode 130 and are also arranged at a mutual distance and a gap between them 136 form, through which the ions enter the dynamic analysis field and exit from it / If the rod-shaped Electrode 130 an appropriate signal with a V ""

EICEIC

oder Schwingungskomponente von der Steuerschaltung 18 zugeführt wird, so entsteht ein dynamisches elektrisches Feldor vibration component is supplied from the control circuit 18 a dynamic electric field is created

von der Form 0(x, y, z, t) = f(t) · i (y2 - z2) (11)of the form 0 (x, y, z, t) = f (t) i (y 2 - z 2 ) (11)

ο wobei x, y, ζ die Rauinkoordinaten in den in den Figuren 12 und 13 gezeigten Richtungen sind und Z die Länge des dynamischen Feldes längs der z-Achse in dem von der stabförmigen Elektrode 130 und den Platten 132 und 134 begrenzten Bereich ist.ο where x, y, ζ are the rough coordinates in the in Figures 12 13 and 13 and Z is the length of the dynamic field along the z-axis in that of the rod-shaped Electrode 130 and plates 132 and 134 is limited area.

Das durch die Gleichung (11) definierte Feld ist ähnlich den zuvor definierten dynamischen Feldern, da es in das Feld injizierte unterschiedliche Ionenarten beschleunigt und abbremst und dadurch entsprechend ihren m/e-Verhältnissen zeitlich voneinander trennt. Das Feld gemäß der Gleichung (11) unterscheidet sich von den zuvor definierten Feldern dadurch, daß es keine Komponente längs der x-Achse aufweist. Wenn daher einer stabilen Bewegung im dynamischen Feld unterliegende Ionen mit einer Bewegungskomponente in Richtung der x-Achse in das Feld injiziert werden, wird ihre Bewegung in Richtung der x-Achse durch das dynamische Feld nicht reversiert. Der Ionen-Injektor 14 ist im Spektrometer 126 so angeordnet, daß er Ionen mit einer Bewegungskomponente in Richtung der x-Achse liefert. Da das dynamische Feld die Ionen bezüglich dieser Bewegungskomponente nicht reversiert, ist der Detektor 37 mit Abstand in Richtung der x-Achse vom Injektor 14 angeordnet. Aus dem dynamischen Feld austretende Ionen brauchen daher nicht den Ioneninjektor 14 durchlaufen, um zum Detektor 37 zu gelangen.The field defined by equation (11) is similar to the dynamic fields previously defined in that it is in the field injected different types of ions accelerated and decelerated and thus in time according to their m / e ratios separates from each other. The field according to equation (11) differs from the previously defined fields in that that it has no component along the x-axis. Therefore, when subject to stable movement in the dynamic field Ions with a component of motion in the direction of the x-axis are injected into the field, their motion becomes in the direction the x-axis is not reversed by the dynamic field. The ion injector 14 is arranged in the spectrometer 126 so that it delivers ions with a component of movement in the direction of the x-axis. Because the dynamic field affects the ions in relation to this If the movement component is not reversed, the detector 37 is arranged at a distance from the injector 14 in the direction of the x-axis. Ions emerging from the dynamic field therefore do not have to pass through the ion injector 14 in order to reach the detector 37 to arrive.

109828/1199109828/1199

Die Figuren 14 und 15 zeigen in zwei Ansichten eine Ausführungsform 138 des Spektrometers mit einem Ionenspeicher. Die Spektrometerausführung 138 unterscheidet sich von dem Spektrometer 10 darin, daß sie zwei identische Strukturen 12 und 140 zur Erzeugung dynamischer Analysenfelder aufweist. Die die Felder erzeugenden Vorrichtungen bzw. Strukturen 12 und HO sind einander entgegengerichtet und axial fluchtend angeordnet. Das durch die Struktur 140 errichtete Feld ist ein Spiegelbild des durch die Struktur 12 geschaffenen Feldes. Stabile Ionen werden daher in einem solchen Feld von einem Feld zum anderen hin- und herschwingen und dadurch im Spektrometer 138 gespeichert werden. Die gespeicherten Ionen werden durch einem Gitter 142 (Fig. 15) zugeführte Spannungsimpulse aus dem dynamischen Feld entfernt und zum Detektor beschleunigt. Das Potential des Gitters 142 wird von einer Steuerschaltung 144 gesteuert, welche ähnlich der Steuerschaltung 18 aufgebaut ist, jedoch eine Zähllogik und einen Impulsgenerator zum Steuern der Betätigung des Gitters 142 aufweist. Diese zusätzliche Vorrichtung ist ähnlich der zur Steuerung der Betätigung der Gitter 26 und 32 dargestellten Vorrichtungen.FIGS. 14 and 15 show an embodiment in two views 138 of the spectrometer with an ion storage device. the Spectrometer style 138 differs from the spectrometer 10 in that it has two identical structures 12 and 140 for generating dynamic analysis fields. the the field-generating devices or structures 12 and HO are arranged opposite one another and axially aligned. The field established by structure 140 is a mirror image of the field created by structure 12. Stable ions will therefore swing back and forth in such a field from one field to the other and thus in the spectrometer 138 can be saved. The stored ions are voltage pulses supplied by a grid 142 (Fig. 15) are removed from the dynamic field and to the detector accelerated. The potential of the grid 142 is controlled by a control circuit 144 which is similar to the control circuit 18 is constructed, but a counting logic and a pulse generator for controlling the actuation of the grille 142 having. This additional device is similar to that shown for controlling the actuation of grids 26 and 32 Devices.

Mit dem Spektrometer 138 sind verschiedene Betriebsweisen möglich. Wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen unterliegen mehrere unterschiedliche Ionenarten im dynamischen Feld gleichzeitig einer stabilen*Bewegung. Wenn erwünscht können alle stabilen oder gespeicherten Ionenarten innerhalb eines Zeitabschnitts aus dem dynamischen Feld herausgezogen und durch Messung der Unterschiede der.Aufschlagszeiten der verschiedenen Ionenarten auf dem Detektor 37 aufgelöst werden. Zu diesem Zweck wird ein Ionen aus dem Bsrsich 22 zum Detektor 37 ziehendes Signal an das Gitter 142 gegeben und aufrecht erhalten, während aufeinanderfolgende Ionen in den Bereich 22 eintreten. Bei einer alternativen Betriebsweise werden Ionenarten mit bestimmten ir/e-Verhältnissen einzeln aus dem dynamischen Feld abgezogen, indem das GitterThere are several modes of operation with the spectrometer 138 possible. As in the previously described embodiments, several different types of ions are subject to dynamic Field at the same time as a stable * movement. Any stable or stored ion species can be used if desired pulled out of the dynamic field within a period of time and resolved by measuring the differences in the impact times of the various types of ions on the detector 37 will. For this purpose an ion is made from the substance 22 to the detector 37 pulling signal to the grid 142 and maintained while successive ions enter area 22. In an alternative mode of operation, ion species with certain ir / e ratios are used individually subtracted from the dynamic field by the grid

1093287119910932871199

nur zu denjenigen Zeiten spannungsbeaufschlngt wird, bei denen sich die ausgewählten Ionenarten im Raum 22 befinden. In ähnlicher Weise kann eine einzelne Ionenart von dem Spektrometer 138 gespeichert werden, indem man das Gitter 142 dauernd zum Abziehen der Ionen aus dem dynamischen Feld beaufschlagt, mit Ausnahme desjenigen Zeitraums, bei dem die zu speichernde, ausgewählte Ionenart durch den Berpich bzw. Raum 22 läuft. Während dieses Zeitraums bleibt das Gitter unbeaufschlagt, so daß die Bewegung dieser Ionenart im danamisehen Feld unbeeinflußt ist. Auf diese Weise werden alle Ionenarten mit Ausnahme der einen ausgewählten Ionenart aus dem auflösenden dynamischen Feld zurückgeworfen. Die Intensität bzw. Stärke dieser Ionenart kann zur Erleichterung der Bestimmung dieser Ionenart dadurch erhöht werden, daß zusätzliche Ionenproben mit vielen Ionenarten periodisch in das dynamische Feld injiziert werden, während sich die zuvor gespeicherten Ionen in dem Bereich 22 befinden. Unerwünschte Arten werden durch erneute Beaufschlagung des Gitters 142 aus dem Feld abgezogen, wobei die Beaufschlagungszeiten so gewählt sind, daß mit Ausnahme der vorgewählten Ionenart alle lonenarten aus dem Feld abgesaugt werden. Wenn eine ausreichende Ionenkonzentration erzielt worden ist, wird das Gitter 142 beaufschlagt, um die ausgewählte, angereicherte Ionenart zum Detektor 37 zu beschleunigen. Die Speicherzeit für Ionen einiger Arten bestimmt sich aus der Zeit, die erforderlich ist, damit die Ionen einer Art die Ionen einer anderen Art aufgrund des Unterschiedes in ihren Laufzeiten, der einer Schwingungsperiode um den Bereich 22 gleich ist, räumlich überholt. voltage is only applied at those times when the selected types of ions are in space 22. In a similar manner, a single ion species can be stored by the spectrometer 138 by continuously acting on the grid 142 to withdraw the ions from the dynamic field, with the exception of the period during which the selected ion species to be stored passes through the area 22 runs. During this period of time, the grid remains unaffected, so that the movement of this type of ion in the adjacent field is unaffected. In this way, all types of ions, with the exception of the one selected type of ion, are thrown back from the resolving dynamic field. The intensity or strength of this type of ion can be increased to facilitate the determination of this type of ion by periodically injecting additional ion samples with many types of ions into the dynamic field while the previously stored ions are in the region 22. Undesired species are withdrawn from the field by renewed exposure to the grid 142, the exposure times being selected so that, with the exception of the preselected ion type, all ion types are sucked out of the field. When a sufficient ion concentration has been achieved, the grid 142 is acted upon in order to accelerate the selected, enriched ion species to the detector 37. The storage time for ions of some species is determined by the time required for the ions of one species to spatially overtake the ions of another species due to the difference in their transit times, which is equal to an oscillation period around the region 22.

Aus der obigen Boschreibung: der in den Figuren dargestellten Ausführungsformen ergeben sich für den Fachmann viele entsprechende Modifikationnmöglichkeiton für das neue Spektrometer. Es liegt auf der Hand, daß bekannte Bauelemente, wie die lonisations- und Injektionsvorrichtung 14 gemäß Fig. 1, durch andere bekannte und die ^Leiche Funktion erfüllende Bau-From the Bosch description above: that shown in the figures Many corresponding embodiments result for the person skilled in the art Modification option for the new spectrometer. It is obvious that known components, such as the ionization and injection device 14 according to FIG. 1, by other known structures that fulfill the function of the corpse

109828/ 1 199109828/1 199

elemente ersetzt werden können. Ferner kann auch ein in dem einen Ausführungsbeispiel gezeigtes Element in die Spektrometer nach anderen Ausführungsformen eingesetzt werden. So ist beispielsweise die programmierte Optimierungsschaltung nicht an die in diesem Zusammenhang gezeigte Feldelektrodenstruktur mit einer geerdeten konusförmigen Elektrode und einer Leitungselektrode mit hyperbolischer Oberfläche (Fig. 10) gegunden, sondern kann zusammen mit dem beispielsweise in Fig. gezeigten, ein dynamisches Analysenfeld erzeugenden Feldgenerator 12 verwendet werden. Die Elektroden 132 und 134 (Fig. 12 und 13) können als Einzelelektrode mit geeigneten Schlitzen für den Eintritt und Auslaß von Ionen ausgebildet sein. Ferner kann der Detektor 37 in der Ausführungsform nach den Figuren 14 und 15 auch auf der z-Achse am äußeren Ende einer der Strukturen 12 oder 140 angeordnet sein. Bei einer solchen Bauweise werden die Ionen nach einer vorgegebenen Schwingungszeit durch Anlegung einer Spannung an das Gitter 32 zum Detektor 37 beschleunigt. Zur Unterstützung des Ionenlaufs zum Detektor 37 kann das Signal zu den Ringelektroden 39 abgetrennt werden.elements can be replaced. Furthermore, a in the an embodiment shown element in the spectrometer can be used according to other embodiments. Such is the programmed optimization circuit, for example not to the field electrode structure shown in this context with a grounded cone-shaped electrode and a Line electrode with hyperbolic surface (Fig. 10) gunden, but can be used together with the field generator, which is shown for example in FIG. 1, and which generates a dynamic analysis field 12 can be used. The electrodes 132 and 134 (Fig. 12 and 13) can be used as a single electrode with suitable slots be designed for the entry and exit of ions. Furthermore, the detector 37 in the embodiment according to the figures 14 and 15 also on the z-axis at the outer end of one of the structures 12 or 140 be arranged. With such a design, the ions are passed through after a specified period of oscillation Application of a voltage to the grid 32 to the detector 37 is accelerated. To support the ion flow to the detector 37, the signal to the ring electrodes 39 can be separated.

109 828/1199109 828/1199

Claims (13)

AnsprücheExpectations Vorrichtung zum Trennen geladener Teilchen nach ihrem Massen/ Ladungs-Verhältnis durch Messen der Laufzeit jedes Teilchens zwischen einem Injektionspunkt und einem Meß-Bezugspunkt, dadurch gekennzeichnet, daß die geladenen Teilchen wenigstens über einen Teil ihres Weges zwischen dem Injektionspunkt (14, 41) und dem Meß-Bezugspunkt (37; 88) einem dynamischen elektrischen Pe]d mit den Koordinaten x, y und ζ ausgesetzt sind, wobei die geladenen Teilchen derart in Schwingungen versetzt werden, daß ein Teil von ihnen den Meß-Bezugspunkt nicht erreichen.Device for separating charged particles according to their mass / charge ratio by measuring the transit time of each particle between an injection point and a measurement reference point, thereby characterized in that the charged particles at least over part of their path between the injection point (14, 41) and the Measurement reference point (37; 88) are exposed to a dynamic electrical Pe] d with the coordinates x, y and ζ, the charged Particles are set in vibrations in such a way that some of them do not reach the measurement reference point. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldstärke des dynamischen elektrischen Feldes längs der z-Achse mit der Entfernung von dem Injektionspunkt (14, 41) zunimmt, so daß die in das elektrische Feld eintretenden geladenen Teilchen das elektrische Feld an dem Eintrittsende verlassen.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the field strength of the dynamic electric field along the z-axis increases with distance from the injection point (14, 41), so that the charged particles entering the electric field leave the electric field at the entrance end. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Injektionspunkt (14, 41) und der Meß-Bezugspunkt (37; 88) an demselben Ende des dynamischen elektrischen Feldes angeordnet sind,3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the injection point (14, 41) and the measuring reference point (37; 88) are located at the same end of the dynamic electric field, 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das dynamische Feld eine elektrische Potentialverteilung der allgemein quadratischen Form 0(st y, z, t) =4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the dynamic field has an electrical potential distribution of the generally square form 0 (s t y, z, t) = 2 2?2 2? f(t) (<A/X +Ty + Vz ) na"t» wobei x, y, ζ rechtwinklige Raumkoordinaten, t die Zeit, A,, Tf, η, der Gleichung ei/ + JT+ m - O genügende Konstanten und f(t) eine zeitvariable Funktion sind.f (t) (<A / X + Ty + V z ) na "t» where x, y, ζ are right-angled spatial coordinates, t is time, A ,, Tf, η, constants satisfying the equation ei / + JT + m - O and f (t) is a time-varying function. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (14) zum Einleiten bzw. Inji zieren der geladenen Teilchen in das dynamische Feld vorgesehen 5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that a device (14) for introducing or Inji decorating the charged particles is provided in the dynamic field 109828/1 199109828/1 199 ist, welche eine Ionisationsvorrichtung (22 bis 30) zum Ionisieren der Gasprobenarten und einen Ioneninjektor (32) zum impulsweisen Einleiten geladener Teilchen in das dynamische Feld aufweist.is, which an ionization device (22 to 30) for Ionizing the types of gas samples and an ion injector (32) for introducing charged particles into the dynamic pulse-wise Field. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine die Laufzeit der im dynamischen Feld zeitlich getrennten geladenen Teilchenarten messende Vorrichtung (94), welche eine Schaltung (18; 80;*96) zum Einleiten der Zeitnahme bei einem vorgegebenem Punkt der Bahn der geladenen Teilchen und einen Detektor (16; 88) aufweist, dessen Ausgangssignal die Einlaufzeit der zeitlich getrennten Teilchen an einem bestimmten Punkt darstellt. 6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized by the runtime of the time in the dynamic field device (94) measuring separated types of charged particles, which a circuit (18; 80; * 96) for initiating the timing at a given point in the orbit of the charged particles and a detector (16; 88) whose output signal represents the run-in time of the temporally separated particles at a certain point. 7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (48, 52, 54, 56, 58; 96, 112; 144) zum Ändern der Feldparameter des dynamischen Feldes.7. Device according to one of the preceding claims, characterized by means (48, 52, 54, 56, 58; 96, 112; 144) for changing the field parameters of the dynamic field. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das dynamische elektrische PeId sowohl eine Schwingungskomponente (Vac) als auch eir»e statische Komponente (V^0) hat; und daß mit der Vorrichtung (4δ, 52 - 58; 96, 112; 144) zur Änderung der Feldparameter des dynamischen Feldes die Amplitude der Schwingungskoraponente und die Größe der statischen Komponente unabhängig voneinander und in solcher Weise veränderlich sind, daß ein festes Verhältnis (v ac/v^-c) zwischen der" Amplitude der Schwingungskomponente und der Stärke der statischen Komponente aufre-cht erhalten wird.8. The device according to claim 7, characterized in that the dynamic electrical PeId has both a vibration component (V ac ) and a static component (V ^ 0 ); and that with the device (4δ, 52-58; 96, 112; 144) for changing the field parameters of the dynamic field, the amplitude of the oscillation coraponent and the size of the static component can be changed independently of one another and in such a way that a fixed ratio ( v ac / v ^ - c ) between the "amplitude of the vibration component and the strength of the static component" is maintained. 9. Vorrichtung nach Anspruch 7r dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (94) zum Ändern der Feldparameter des dynamischen Feldes so aufgebaut ist, daß unterschiedliche Esr-eicne bzw. Gruppen von eine stabile Bewegung im dynamischen Feld beschreibenden Massen/Ladungs-Arten ausgewählt, die zeitliche Auflösung zwischen den Ladungs/Massen-Arten geändert und die charakteristischen Laufzeiten von stabilen Massen/Ladungs-Arten geändert werden.9. The device according to claim 7 r, characterized in that the device (94) for changing the field parameters of the dynamic field is constructed so that different Esr-eicne or groups of a stable movement in the dynamic field descriptive masses / charge types selected, the temporal resolution between the charge / mass types is changed and the characteristic transit times of stable mass / charge types are changed. 1088287119810882871198 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung (16) einen Detektor (88) mit einem Sekundärelektronenvervielfacher und einer elektronischen Vorrichtung (96) zum Erzeugen von die Einlaufzeiten der verschiedenen zeitlich getrennten Teilchenarten darstellenden Ausgangssignalen; ferner eine elektronische Vorrichtung zum Messen der Zeit zwischen dem Eintritt der geladenen Teilchen in das dynamische Feld und dem Eintreffen unterschiedlicher, zeitlich getrennter Arten von geladenen Teilchen am Detektor (88); und eine elektronische Vorrichtung (39) aufweist, die alle Ausgangssignale im wesentlichen gleichzeitig anzeigt, wobei ein Massen/Ladungs-Spektrum10. The device according to claim 9, characterized in that the measuring device (16) has a detector (88) with a secondary electron multiplier and an electronic device (96) for generating the run-in times of the various temporal output signals representing separate types of particles; also an electronic device for measuring the time between the entry of the charged particles into the dynamic field and the arrival of different, temporally separated types of charged particles on the detector (88); and an electronic device (39) having substantially all of the output signals simultaneously indicating a mass / charge spectrum ^ von zeitlich getrennt am Detektor einlaufenden Teilchenarten^ of types of particles arriving at the detector at different times " angezeigt wird." is shown. 11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilcheninjektor (14) so aufgebaut ist, daß er zur Durchführung einer Testreihe geladene Teilchen periodisch in das dynamische Feld einleitet, und daß eine von den gleichzeitigen Signalen abhängige Steuervorrichtung (96) zum Steuern des Teilcheninjektors, der Einrichtung (112) zum Ändern der Feldparameter und der Meßvorrichtung (16, 10?) vorgesehen ist, um die gleichzeitigen Signale in einer Anzeige einer optimierten Folge ausgewählter einzelner Ausgangssignale umzuwandeln.11. The device according to claim 10, characterized in that the particle injector (14) is constructed so that it can carry out a test series introduced charged particles periodically into the dynamic field, and that one of the simultaneous Signal-dependent control device (96) for controlling the particle injector, the means (112) for changing the field parameters and the measuring device (16, 10?) is provided to the simultaneous signals in a display of an optimized To convert a sequence of selected individual output signals. h H 12. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilcheninjektor (14) eine Vorrichtung (94, 12) aufweist, die zur Durchführung einer Testreihe geladene Teilchen periodisch in das dynamische Fold einleitet; daß dip MePvorrichtung (98) so aufgebaut ist, daß sie nur solche geladene Teilchen auswertet, deren Laufzeit innerhalb eines vorgegebenen Laufzeitbereiehs liegt; und daß die Vorrichtung zur Änderung der Feldparameter so gesteuert ist, daß die Feldpanimeter für jede in das dynamische Feld eingeführte Mansen/Ladun^s-Art, deren Laufzeit in den vorgegebenen Laufzeitbereich fallt, geändert werden, um eine Massenabtastun^ der geladenen Teilchen zu erreichen.12. Apparatus according to claim 7, characterized in that the particle injector (14) comprises a device (94, 12) which periodically injects charged particles in order to carry out a series of tests introduces the dynamic fold; that dip MeP device (98) is structured in such a way that it only evaluates such charged particles, their runtime within a specified runtime range lies; and that the device for changing the field parameters is controlled so that the field panimeter for each in the dynamic Field introduced Mansen / Ladun ^ s species, the term of which is in falls within the specified runtime range, can be changed to to achieve a mass scan of the charged particles. 108828/1 199108828/1 199 13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung mit der Vorrichtung (96» 112) zur Änderung der Feldparameter und mit der Injektorvorrichtung (14) gekoppelt ist, um eine optimierte Anzeige einer Folge von Ausgangssignalen zu bilden, die unterschiedliche, in das Feld eingeführte Massen/Ladungs-Arten darstellen.13. The device according to claim 12, characterized in that that the measuring device with the device (96 »112) for Changing the field parameters and using the injector device (14) is coupled to form an optimized display of a sequence of output signals, the different in the Represent the masses / types of charges introduced in the field. 109828/1199109828/1199 HOHO LeerseiteBlank page
DE19702040521 1969-12-31 1970-08-14 mass spectrometry Pending DE2040521A1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US88943669A 1969-12-31 1969-12-31

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE2040521A1 true DE2040521A1 (en) 1971-07-08

Family

ID=25395086

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19702040521 Pending DE2040521A1 (en) 1969-12-31 1970-08-14 mass spectrometry

Country Status (4)

Country Link
US (1) US3621242A (en)
DE (1) DE2040521A1 (en)
FR (1) FR2071637A5 (en)
GB (1) GB1326279A (en)

Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4072862A (en) * 1975-07-22 1978-02-07 Mamyrin Boris Alexandrovich Time-of-flight mass spectrometer
US4855595A (en) * 1986-07-03 1989-08-08 Allied-Signal Inc. Electric field control in ion mobility spectrometry
GB8915972D0 (en) * 1989-07-12 1989-08-31 Kratos Analytical Ltd An ion mirror for a time-of-flight mass spectrometer
US5180914A (en) * 1990-05-11 1993-01-19 Kratos Analytical Limited Mass spectrometry systems
GB9010619D0 (en) * 1990-05-11 1990-07-04 Kratos Analytical Ltd Ion storage device
US5206506A (en) * 1991-02-12 1993-04-27 Kirchner Nicholas J Ion processing: control and analysis
DE4130810C1 (en) * 1991-09-17 1992-12-03 Bruker Saxonia Analytik Gmbh, O-7050 Leipzig, De
US5245192A (en) * 1991-10-07 1993-09-14 Houseman Barton L Selective ionization apparatus and methods
GB2274197B (en) * 1993-01-11 1996-08-21 Kratos Analytical Ltd Time-of-flight mass spectrometer
EP0704879A1 (en) * 1994-09-30 1996-04-03 Hewlett-Packard Company Charged particle mirror
US5654543A (en) * 1995-11-02 1997-08-05 Hewlett-Packard Company Mass spectrometer and related method
CA2391140C (en) * 2001-06-25 2008-10-07 Micromass Limited Mass spectrometer
US6924480B2 (en) * 2002-02-26 2005-08-02 The Regents Of The University Of California Apparatus and method for using a volume conductive electrode with ion optical elements for a time-of-flight mass spectrometer
US6888130B1 (en) * 2002-05-30 2005-05-03 Marc Gonin Electrostatic ion trap mass spectrometers
US9673034B2 (en) 2006-12-08 2017-06-06 Micromass Uk Limited Mass spectrometer
WO2008068515A2 (en) 2006-12-08 2008-06-12 Micromass Uk Limited Mass spectrometer
GB0624535D0 (en) 2006-12-08 2007-01-17 Micromass Ltd Mass spectrometer
GB2488745B (en) 2010-12-14 2016-12-07 Thermo Fisher Scient (Bremen) Gmbh Ion Detection
GB201212878D0 (en) 2012-07-20 2012-09-05 Pike Justin Authentication method and system
GB201408392D0 (en) * 2014-05-12 2014-06-25 Shimadzu Corp Mass Analyser
GB201520760D0 (en) 2015-05-27 2016-01-06 Mypinpad Ltd And Licentia Group Ltd Encoding methods and systems

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1230714A (en) * 1958-06-07 1960-09-19 Atlas Werke Ag Method and device for ion separation, in particular for mass spectrometry
US3342993A (en) * 1964-09-21 1967-09-19 Bendix Corp Time-of-flight mass spectrometer having an accelerating tube with a continuous resistive coating
US3527939A (en) * 1968-08-29 1970-09-08 Gen Electric Three-dimensional quadrupole mass spectrometer and gauge

Also Published As

Publication number Publication date
GB1326279A (en) 1973-08-08
US3621242A (en) 1971-11-16
FR2071637A5 (en) 1971-09-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE2040521A1 (en) mass spectrometry
DE3750928T2 (en) Runtime mass spectrometry.
DE3650304T2 (en) Operating method for an ion trap.
DE944900C (en) Method for the separation or the separate detection of ions with different specific charges
DE4430240B4 (en) Method and apparatus for analyzing ions
DE60319029T2 (en) mass spectrometry
DE882769C (en) Method and device for the separation of charged particles with different e / m ratios
DE102015224917B4 (en) ion source
DE112011104377T5 (en) ion detection
DE4134905A1 (en) TANDEM MASS SPECTROMETER BASED ON FLIGHT TIME ANALYSIS
DE102017012306B3 (en) Ion injection into an electrostatic trap
DE10244736A1 (en) Mass analyzer with ion trap
DE19650542A1 (en) Three dimensional quadrupole pole mass spectrometer
DE1043666B (en) Separation method and device for ions of different masses as well as mass spectrometers which represent an application thereof
DE2701606A1 (en) SYSTEM FOR PROCESSING POSITIVE AND NEGATIVE IONS IN THE MASS SPECTROMETER
DE19635645C2 (en) Method for the high-resolution spectral recording of analyte ions in a linear time-of-flight mass spectrometer
DE102013015046B4 (en) Imaging mass spectrometer and method for controlling same
DE2458025A1 (en) DEVICE FOR MASS ANALYSIS AND STRUCTURAL ANALYSIS OF A SURFACE LAYER BY ION SCATTERING
EP0708976B1 (en) Process for operating a time-of-flight secondary ion mass spectrometer
DE1498983B2 (en) Device for the separation of ions with different specific electrical charges
DE1062455B (en) Method and device for generating successive monoenergetic ion shocks, in particular for transit time mass spectrometry
DE1034884B (en) Device for separating ions of different charge-mass ratios
DE1225897B (en) High frequency mass spectrometer
DE102005021836A1 (en) Method and apparatus for mass-selective ion transport
DE2542362A1 (en) ION SCREENING SPECTROMETERS USING CHARGE EXCHANGE PROCEDURES