DE212021000516U1

DE212021000516U1 - Flexibles Mehrfach-Ionen-Detektorsystem

Info

Publication number: DE212021000516U1
Application number: DE212021000516.0U
Authority: DE
Original assignee: Thermo Fisher Scientific Bremen GmbH
Current assignee: Thermo Fisher Scientific Bremen GmbH
Priority date: 2020-12-04
Filing date: 2021-12-02
Publication date: 2023-09-08
Anticipated expiration: 2031-12-03
Also published as: WO2022117694A3; WO2022117694A2

Abstract

Detektorstützensystem für ein Massenspektrometer, wobei das Detektorstützensystem Folgendes umfasst:
- eine Basis,
- mindestens zwei Detektorstützen, von denen mindestens eine relativ zur Basis beweglich ist,
- eine Antriebseinheit zum Bewegen der mindestens einen beweglichen Detektorstütze,
- eine erste elektrische Verbindungseinheit, die auf jeder Detektorstütze bereitgestellt ist,
- mindestens eine zweite elektrische Verbindungseinheit, die auf der Basis bereitgestellt ist, und
- flexible elektrische Verbindungselemente, die sich zwischen jeder ersten elektrischen Verbindungseinheit und der mindestens einen zweiten elektrischen Verbindungseinheit erstrecken,
wobei die flexiblen elektrischen Verbindungselemente jeweils eine Länge, die sich im Wesentlichen parallel zu einer durch die Basis definierten Ebene erstreckt, und eine Breite aufweisen, die sich im Wesentlichen senkrecht zu der durch die Basis definierten Ebene erstreckt, und
wobei die flexiblen elektrischen Verbindungselemente, die sich von benachbarten ersten elektrischen Verbindungseinheiten erstrecken, in Richtung ihrer Breiten relativ zueinander versetzt sind, um eine Überlappung zu vermeiden.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf flexible elektrische Verbindungen zu beweglichen Ionendetektoren in Massenspektrometern, insbesondere in Magnetsektormassenspektrometern. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf ein Detektorstützensystem für ein Massenspektrometer, in dem solche flexiblen elektrischen Verbindungselemente verwendet werden können, und auf ein Massenspektrometer, das mit mindestens einem solchen flexiblen elektrischen Verbindungselement und/oder Detektorstützensystem versehen ist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Massenspektrometer können eine magnetische oder eine elektrische (auch bekannt als elektrostatische) Sektoreinheit oder eine kombinierte magnetische und elektrische Sektoreinheit aufweisen, um Ionen im Raum zu trennen. Ionen, die durch eine magnetische Sektoreneinheit hindurchgehen, weisen eine gekrümmte Bahn auf, wobei der Radius der Krümmung von ihrem jeweiligen m/z-Verhältnis (Masse-Ladungs-Verhältnis) abhängt. Ein Detektor-Array, das auch als Multikollektor-Array bezeichnet werden kann, wird üblicherweise verwendet, um die Ionen mit unterschiedlichen m/z-Verhältnissen an verschiedenen Positionen in der Fokal-Ebene des Massenanalysators festzustellen, wobei jeder Kollektor eines solchen Arrays einen Detektor für einen bestimmten Typ von Ionen darstellt.
Um Ionen mit unterschiedlichen m/z-Verhältnissen optimal feststellen zu können, können mindestens einige der Kollektoren eines Multikollektor-Arrays beweglich angeordnet sein, sodass ihre Positionen an die jeweiligen Ionen, die festgestellt werden sollen, eingerichtet werden können. Die Positionen der Detektoren hängen mit der Dispersion der Isotope zusammen. Die Massenspektrometer der Thermo Scientific™ Neptune™ Serie umfassen beispielsweise einen Satz von Ionendetektoren, deren Positionen so eingestellt werden können, dass sie mit den Stellen der festzustellenden Ionen übereinstimmen.
Das US-Patent US 10,867,780 (Thermo Fisher Scientific & University of Bristol) offenbart ein Massenspektrometer, das einen Sektorfeld-Massenanalysator und ein IonenMultikollektor-Array mit einer Vielzahl von Ionendetektoren zur parallelen und/oder gleichzeitigen Feststellung einer Vielzahl verschiedener Ionenspezies umfasst. Das offenbarte Massenspektrometer weist eine zentrale stationäre Detektorplattform und acht bewegliche Detektorplattformen auf, wobei jede Detektorplattform einen Faradayschen Becher und mindestens einen Ionenzählungsdetektor trägt. Dies ermöglicht es, die Detektoren sehr präzise auf den Bahnen der Ionenspezies zu positionieren.
In einem Detektor-Array muss jeder Detektor elektrisch mit elektronischen Schaltungen zur Verarbeitung der von den Detektoren erzeugten Signale verbunden sein. Dazu müssen elektrische Leitungen zwischen den beweglichen Detektoren und einer festen elektrischen Verbindung bereitgestellt werden. Solche elektrischen Leitungen können jedoch mehrere Probleme verursachen.
Die elektrischen Leitungen können dazu führen, dass sich die Signale des Detektors aufgrund von Sekundärelektronen und Streuionen verschlechtern. Das heißt, Sekundärelektronen, die durch den Aufprall von Ionen auf die Detektoren freigesetzt werden, können auf eine elektrische Leitung treffen und das Detektorsignal stören. Ionen, die von einem Detektor abprallen, oder Sekundärionen, die durch den Aufprall eines Ions freigesetzt werden, können ebenfalls eine elektrische Leitung erreichen und eine Störung verursachen. Solche Störungen können durch eine Metallabschirmung verhindert werden, aber das würde die elektrischen Leitungen steifer machen. Aufgrund der hohen Präzisions- und Genauigkeitsanforderungen, insbesondere bei der Messung von Isotopenverhältnissen, müssen die durch Sekundärelektronen und Streuionen induzierten Störungen im Bereich von 10^-6 des Hauptionenstrahls (z. B. 1 ppm) oder darunter liegen.
Vibrationen können weitere Störungen des Detektorsignals einführen. Infolge der kleinen Bewegungen der Leitungen durch die Vibrationen variieren die in den elektrischen Leitungen induzierten Störsignale in der Zeit und erzeugen so zusätzliche Artefakte.
Die elektrischen Leitungen können die Bewegungen der Detektoren behindern oder dazu führen, dass ein Detektor von seiner vorgesehenen Position abweicht. Das heißt, die Steifigkeit der elektrischen Leitungen kann dazu führen, dass sie sich der Bewegung der Detektoren widersetzen. Darüber hinaus weisen relativ steife Leitungen einen großen Biegeradius auf und benötigen daher mehr Raum.
Es ist wichtig, dass sich die elektrischen Leitungen, die zu den beweglichen Detektoren führen, nicht verheddern. Dies gilt insbesondere für Detektoren, die sich über einen relativ großen Bereich bewegen können, wie beispielsweise 10 cm oder mehr. Jede Verwicklung der elektrischen Leitungen kann sowohl mechanischen Widerstand als auch elektrische Störungen verursachen.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe, ein Detektorstützensystem für ein Massenspektrometer bereitzustellen, das elektrische Verbindungen mit beweglichen Detektoren aufweist, wobei das System die Menge der Störungen der Detektorsignale minimiert.
Dementsprechend stellt die Erfindung ein Detektorstützensystem für ein Massenspektrometer bereit, wobei das Detektorstützensystem Folgendes umfasst:

- eine Basis,
- mindestens zwei Detektorstützen, von denen mindestens eine relativ zur Basis beweglich ist,
- eine Antriebseinheit zum Bewegen der mindestens einen beweglichen Detektorstütze,
- eine erste elektrische Verbindungseinheit, die auf jeder Detektorstütze bereitgestellt ist,
- mindestens eine zweite elektrische Verbindungseinheit, die auf der Basis bereitgestellt ist, und
- flexible elektrische Verbindungselemente, die sich zwischen jeder ersten elektrischen Verbindungseinheit und der mindestens einen zweiten elektrischen Verbindungseinheit erstrecken,

Durch das Bereitstellen von flexiblen Verbindungselementen, die sich mindestens über einen Teil ihrer Längen etwa parallel zur Ebene der Basis erstrecken und eine Breite aufweisen, die etwa senkrecht zur Ebene der Basis steht, können die Verbindungselemente in der Ebene der Basis flexibel, in der Richtung senkrecht zur Ebene der Basis jedoch relativ steif sein. Die flexiblen elektrischen Verbindungselemente können im Wesentlichen eben sein und eine Ebene definieren, die im Wesentlichen senkrecht zu der Basis ist.
In einigen Ausführungsformen ist die Basis im Wesentlichen eben, aber das ist nicht zwingend erforderlich, und es ist auch eine nicht ebene Basis denkbar, zum Beispiel eine gebogene und/oder abgestufte Basis. Dennoch kann gesagt werden, dass die Basis eine bestimmte Ebene definiert.
In üblichen Ausführungsformen wird die Basis im Gebrauch im Wesentlichen horizontal sein. In solchen Ausführungsformen erstrecken sich die flexiblen elektrischen Verbindungselemente im Wesentlichen horizontal und ihre Breiten erstrecken sich im Wesentlichen vertikal. Diese Anordnung ermöglicht es den flexiblen Verbindungselementen, sich leicht an horizontale Bewegungen der Detektorstützen anzupassen, während sie ihre im Wesentlichen vertikalen Positionen ungefähr beibehalten. Es ist anzumerken, dass der Begriff „im Wesentlichen vertikal“ einen Winkel von mindestens 60° zur Horizontalen einschließt, wie beispielsweise mindestens 70° oder mindestens 80°, zum Beispiel 90°, aber dieser Winkel ist nicht auf 90° zur Horizontalen beschränkt. In ähnlicher Art und Weise schließt der Begriff „im Wesentlichen horizontal“ einen Winkel von höchstens 30° zur Horizontalen ein, wie zum Beispiel höchstens 20° oder höchstens 10°, zum Beispiel 0°, aber dieser Winkel ist nicht auf 0° beschränkt.
Die flexiblen elektrischen Verbindungselemente können flexibel genug sein, so dass sie den beweglichen Detektorstützen keinen nennenswerten mechanischen Widerstand entgegensetzen, aber auch steif genug sind, dass sie sich nicht durch Biegen in senkrechter (üblicherweise vertikaler) Richtung verheddern. Das erfindungsgemäße Detektorstützensystem ist unempfindlich gegen mechanische Vibrationen und benötigt aufgrund der Flexibilität der Verbindungselemente relativ wenig Raum.
In einigen Ausführungsformen verbindet ein einziges flexibles elektrisches Verbindungselement jede erste elektrische Verbindungseinheit, und damit jede Detektorstütze, mit einer zweiten elektrischen Verbindungseinheit. Obwohl zwei oder mehr flexible elektrische Verbindungselemente verwendet werden könnten, um eine einzelne erste elektrische Verbindungseinheit mit einer zweiten elektrischen Verbindungseinheit zu verbinden, minimiert die Verwendung eines einzigen flexiblen elektrischen Verbindungselements pro Detektorstütze jegliche elektrische und/oder mechanische Störung. Aus demselben Grund ist es bevorzugt, dass an jeder Detektorstütze eine einzige erste elektrische Verbindungseinheit montiert und/oder mit ihr verbunden ist.
Um zu vermeiden, dass sich die flexiblen Verbindungselemente benachbarter Detektorstützen berühren oder verheddern, werden nicht alle flexiblen Verbindungselemente an der ähnlichen Position mit ihren jeweiligen Detektorstützen verbunden. Insbesondere erstrecken sich die flexiblen (elektrischen) Verbindungselemente benachbarter Detektorstützen von unterschiedlichen Positionen auf ihrer jeweiligen ersten elektrischen Verbindungseinheit und sind daher relativ zueinander versetzt. Durch das Bereitstellen eines Versatzes der flexiblen elektrischen Verbindungselemente in Richtung ihrer Breiten, die üblicherweise etwa die vertikale Richtung ist, kann eine Überlappung benachbarter flexibler elektrischer Verbindungselemente vermieden werden, wodurch eine Verwicklung der flexiblen elektrischen Verbindungselemente vermieden und Störungen zwischen den flexiblen elektrischen Verbindungselementen reduziert oder beseitigt werden.
Wenn mehr als zwei Detektorstützen bereitgestellt werden, können diese in Gruppen von zwei oder mehr benachbarten Detektorstützen angeordnet werden. Die Detektorstützen eines einzelnen Detektorstützensystems können eine, zwei, drei oder mehr Gruppen von Detektorstützen umfassen, wobei jede Gruppe aus zwei, drei, vier, fünf oder mehr besteht. In einigen Ausführungsformen sind die flexiblen elektrischen Verbindungselemente, die sich von einer Gruppe benachbarter erster elektrischer Verbindungseinheiten erstrecken, in Richtung ihrer Breiten versetzt, um eine stufenartige Anordnung mit anderen flexiblen elektrischen Verbindungselementen der Gruppe bereitzustellen. Das heißt, die flexiblen Verbindungselemente aufeinanderfolgender Detektorstützen einer Gruppe können jeweils einen größeren Abstand zu einer gemeinsamen Linie aufweisen als die vorherige. Der Versatz kann zum Beispiel relativ zu einer Kante oder einer Seite einer Detektorstütze sein.
Dementsprechend können die ersten elektrischen Verbindungseinheiten in einer oder mehreren Gruppen benachbarter erster elektrischer Verbindungseinheiten angeordnet sein, und aufeinanderfolgende flexible elektrische Verbindungselemente, die sich von den jeweiligen ersten elektrischen Verbindungseinheiten einer Gruppe aus erstrecken, können einen zunehmenden Abstand relativ zu einer Seite jeder ersten elektrischen Verbindungseinheit aufweisen, um eine gestufte Anordnung von flexiblen elektrischen Verbindungselementen zu bilden. In der nächsten Gruppe kann der Versatz so beschaffen sein, dass sich die gestufte Anordnung der ersten Gruppe wiederholt, obwohl beispielsweise auch eine gespiegelte gestufte Anordnung möglich wäre. Das Detektorstützensystem kann mindestens zwei Gruppen von ersten elektrischen Verbindungseinheiten umfassen. In einer Ausführungsform umfasst das Detektorstützensystem zwei Gruppen von jeweils fünf Detektorstützen, wobei in jeder Gruppe die ersten elektrischen Verbindungseinheiten in Richtung ihrer Breiten versetzt sind, um eine Überlappung mit anderen flexiblen elektrischen Verbindungselementen dieser Gruppe zu vermeiden, während eine Überlappung mit den flexiblen elektrischen Verbindungselementen der anderen Gruppe ermöglicht wird.
Die flexiblen elektrischen Verbindungselemente können eine Dicke aufweisen, die höchstens 1/10 ihrer Breite beträgt, in einigen Ausführungsformen höchstens 1/20 ihrer Breite. Umgekehrt kann die Breite der flexiblen elektrischen Verbindungselemente das 10-fache ihrer Dicke oder mehr betragen, zum Beispiel das 20-fache. Diese relativ große Breite kann eine ausreichende Steifigkeit in vertikaler Richtung bereitstellen, um die im Wesentlichen Längsausdehnung der flexiblen elektrischen Verbindungselemente entlang der Basis beizubehalten.
Die flexiblen elektrischen Verbindungselemente können eine Breite zwischen 2,5 mm und 10 mm, vorzugsweise zwischen 4 mm und 6 mm, aufweisen. Die flexiblen elektrischen Verbindungselemente können eine Dicke zwischen 0,05 mm und 0,5 mm, vorzugsweise zwischen 0,1 mm und 0,3 mm, aufweisen, um eine ausreichende Flexibilität in einer Richtung und eine ausreichende Steifigkeit in der anderen Richtung bereitzustellen.
Ein flexibles elektrisches Verbindungselement kann einen Signalleiter und zwei Abschirmungsleiter umfassen, die sich auf beiden Seiten des Signalleiters über mindestens einen Teil seiner Länge erstrecken. Die Abschirmungsleiter, die parallel zum Signalleiter verlaufen können, dienen dazu, eine Abschirmung gegen Streuelektronen und/oder -ionen bereitzustellen. Um die Auswirkung von Streuelektronen und/oder -ionen, die auf das flexible elektrische Verbindungselement treffen, zu minimieren, ist der Signalleiter vorzugsweise relativ schmal. In einigen Ausführungsformen weist der Signalleiter eine Breite von weniger als 0,5 mm oder sogar weniger als 0,2 mm, zum Beispiel 0,1 mm, auf.
Der Signalleiter und jeder Abschirmungsleiter sind durch einen Abstand getrennt. Um die Wirksamkeit der Abschirmungsleiter zu optimieren, können die Abstände relativ eng sein. Dementsprechend kann der Abstand eine Breite von weniger als 0,25 mm aufweisen, zum Beispiel zwischen 0,1 mm und 0,2 mm.
Ein flexibles Verbindungselement kann mit einer Schutzschicht versehen sein. Die Schutzschicht kann eine Polyimidfolie umfassen, die Kapton™ umfassen kann.
Ein flexibles Verbindungselement kann Kontaktbereiche an beiden Enden umfassen, wobei jeder Kontaktbereich eine leitfähige Oberfläche umfasst. Die leitfähige Oberfläche dient dazu, einen elektrischen Kontakt bereitzustellen. In solchen Ausführungsformen kann sich der Signalleiter zwischen den Kontaktbereichen erstrecken. Mindestens ein Kontaktbereich kann mindestens teilweise eine Kontaktöffnung in der flexiblen Folie umgeben. Die mindestens eine Kontaktöffnung kann ein leitfähiges Befestigungselement aufnehmen, wie beispielsweise eine Metallschraube.
Ein flexibles Verbindungselement kann mit einer Hilfsöffnung zum Befestigen des flexiblen Verbindungselements versehen sein. In einigen Ausführungsformen erstrecken sich die Abschirmungsleiter von der Hilfsöffnung entlang der Länge des flexiblen Verbindungselements in nur einer Richtung. Der Signalleiter kann von seiner Längsbahn abweichen, um die Hilfsöffnung zu umgehen.
Durch Bereitstellen einer länglichen, elektrisch isolierenden, flexiblen Folie, die an jedem Ende einen ersten und einen zweiten Kontaktbereich umfasst, der ferner einen Signalleiter umfasst, der die Kontaktbereiche elektrisch verbindet, kann eine elektrische Verbindung über die Länge des flexiblen elektrischen Verbindungselements hergestellt werden.
Durch Bereitstellen eines ersten Abschirmungsleiters und eines zweiten Abschirmungsleiters, die sich auf beiden Seiten des Signalleiters über mindestens einen Teil seiner Länge in der gleichen Ebene erstrecken, wird ein Schutz gegen jegliche Störung durch Sekundärionen und Sekundärelektronen erreicht. Die Struktur des flexiblen elektrischen Verbindungselements kann als Koaxialkabel in 2D bezeichnet werden, d. h. als zweidimensionales Koaxialkabel, da der Signalleiter in der Ebene des flexiblen elektrischen Verbindungselements abgeschirmt ist. Indem die Breite des Signalleiters kleiner als 0,5 mm ist, wird die Wahrscheinlichkeit, dass Streuionen und/oder -elektronen auf den Signalleiter treffen, weiter reduziert.
Indem eine Breite des flexiblen Verbindungselements bereitgestellt wird, die mindestens das 10-fache der Dicke des flexiblen elektrischen Verbindungselements beträgt, kann eine ausreichende Flexibilität in einer Richtung und eine ausreichende Steifigkeit in einer anderen, orthogonalen Richtung erreicht werden. Insbesondere stellt eine solche Breite eine ausreichende Steifigkeit in der Ebene der Verbindungselemente bereit. In einigen Ausführungsformen beträgt die Breite des flexiblen Verbindungselements mindestens das 20-fache seiner Dicke, zum Beispiel etwa das 30-fache.
Es sei darauf hingewiesen, dass die vorstehend aufgeführte Breite die effektive Breite an der Stelle der Abschirmelemente sein kann. Die tatsächliche Breite des Verbindungselements kann in den Teilen, in denen die Abschirmelemente nicht vorhanden sind, zum Beispiel in der Nähe der Enden des Verbindungselements, geringer sein, um seine Flexibilität lokal zu erhöhen. Die Länge des Verbindungselements kann eine effektive Länge sein, die durch die Kontaktbereiche definiert ist, die tatsächliche Länge kann größer sein, wenn Teile der Folie über einen oder mehrere Kontaktbereiche hinausragen.
Der Signalleiter kann eine Breite aufweisen, die im Wesentlichen kleiner ist als die Breite der einzelnen Abschirmungsleiter. Insbesondere kann der Signalleiter eine Breite aufweisen, die weniger als 50 % der Breite eines Abschirmungsleiters beträgt. In einigen Ausführungsformen kann die Breite des Signalleiters weniger als 25 % betragen, vorzugsweise weniger als etwa 10 %. Eine geeignete Breite des Signalleiters kann weniger als 0,5 mm betragen, zum Beispiel eine Breite zwischen 0,1 mm und 0,2 mm.
Der Abstand zwischen dem Signalleiter und jedem Abschirmungsleiter kann etwa so groß sein wie die Breite des Signalleiters. In einigen Ausführungsformen beträgt der Abstand zwischen dem Signalleiter und jedem Abschirmungsleiter zwischen 0,1 mm und 0,2 mm. In einigen Ausführungsformen weist der Signalleiter eine Breite zwischen 0,1 mm und 0,2 mm auf.
Der Abstand zwischen dem Signalleiter und jedem Abschirmungsleiter kann zwischen 1/15 und 1/100 der Breite der flexiblen elektrischen Verbindungselemente betragen, vorzugsweise zwischen 1/25 und 1/50.
Das Verbindungselement kann an dem Teil, an dem sich die Abschirmungsleiter erstrecken, eine Breite aufweisen, die mindestens das 25-fache seiner Dicke, vorzugsweise mindestens das 50-fache seiner Dicke und mehr bevorzugt mindestens das 100-fache seiner Dicke beträgt.
Das Verbindungselement kann ferner Kontaktbereiche an beiden Enden umfassen, wobei jeder Kontaktbereich eine leitfähige Oberfläche umfasst. Mindestens einer des ersten Kontaktbereichs und des zweiten Kontaktbereichs umgibt mindestens teilweise eine Kontaktöffnung in der flexiblen Folie. Auf diese Art und Weise kann eine in die Kontaktöffnung eingeführte Schraube oder ein Bolzen einen Kontaktbereich und damit den Signalleiter kontaktieren.
Die Schutzschicht kann eine Polyimidfolie umfassen, vorzugsweise Kapton™. Die Folie kann aus einem elektrisch isolierenden Material bestehen und/oder ist mit einer elektrisch isolierenden Schicht versehen.
Die Schutzschicht kann mindestens einen Bereich jedes Abschirmungsleiters freigelegt lassen, wobei der mindestens eine freigelegte Bereich einen weiteren Kontaktbereich bereitstellt. Ein solcher weiterer Kontaktbereich kann für die Verbindung des Abschirmungsleiters mit Masse verwendet werden.
In der Folie kann eine Hilfsöffnung bereitgestellt werden, wobei der erste Abschirmungsleiter und der zweite Abschirmungsleiter sich nur auf einer Seite der Hilfsöffnung erstrecken. Eine solche Hilfsöffnung kann zur Befestigung des Verbindungselements verwendet werden. Eine Hilfsöffnung darf nicht von einem Kontaktbereich umgeben sein.
Die Hilfsöffnung kann in der Bahn des Signalleiters liegen, wobei der Signalleiter auf einer Seite der Öffnung von seiner Bahn abweicht. In solchen Ausführungsformen kann der Signalleiter in Richtung des zweiten Abschirmungsleiters abweichen, wobei sich der erste Abschirmungsleiter vorzugsweise weiter in Richtung der Hilfsöffnung erstreckt als der erste Abschirmungsleiter. Die Hilfsöffnung kann zum Beispiel an einer mittleren Längsachse des Verbindungselements bereitgestellt werden. Befindet sich der Signalleiter ebenfalls auf der Längsachse, kann die Anbringung der Hilfsöffnung auf der Achse ohne Beeinträchtigung des Signalleiters ermöglicht werden, indem der Signalleiter so geformt wird, dass er um die Hilfsöffnung herumgeht. Die Bahn des Signalleiters kann sich nur auf einer Seite der Hilfsöffnung erstrecken, um zu vermeiden, dass eine Schleife entsteht, die anfällig für RF-Störungen (Hochfrequenz-Störungen) ist.
In Ausführungsformen, bei denen der Signalleiter von seiner Bahn um eine Seite der Hilfsöffnung abweicht, kann der Signalleiter in Richtung des ersten Abschirmungsleiters abweichen, wobei sich der zweite Abschirmungsleiter vorzugsweise weiter in Richtung der Hilfsöffnung erstreckt als der erste Abschirmungsleiter. Das Kürzen des ersten Abschirmungsleiters stellt Raum für den Weg des Signalleiters um die Hilfsöffnung bereit.
Mindestens ein Abschirmungsleiter kann sich über mindestens 50 % der Länge des Signalleiters erstrecken, vorzugsweise über mindestens 60 %. Vorzugsweise erstrecken sich die Abschirmungsleiter über den Teil der Länge der flexiblen elektrischen Verbindungselemente, der sich zwischen einer ersten elektrischen Verbindungseinheit, die auf einer beweglichen Detektorstütze basiert, und einer zweiten elektrischen Verbindungseinheit, die auf einer Basis eines Detektorstützensystems bereitgestellt ist, erstreckt. Die Abschirmungsleiter erstrecken sich also über den Teil der Länge der flexiblen elektrischen Verbindungselemente, der nicht durch irgendwelche Verbindungseinheiten abgeschirmt ist und daher Streuionen und -elektronen ausgesetzt ist.
Der Signalleiter eines flexiblen elektrischen Verbindungselements kann vorzugsweise gerade sein, mindestens über den größten Teil seiner Länge. In einer Ausführungsform sind die flexiblen elektrischen Verbindungselemente im Wesentlichen gerade, wenn sie nicht in Gebrauch sind. Es versteht sich, dass sie während des Gebrauchs verbogen werden können.
Ein Massenspektrometer, das ein Detektorstützensystem und/oder mindestens ein flexibles elektrisches Verbindungselement wie vorstehend beschrieben umfasst, ist ebenfalls offenbart. Das Massenspektrometer kann ferner eine magnetische Sektoreinheit, eine elektrostatische Sektoreinheit, eine Ionenquelle und/oder eine Vielzahl von Detektoren umfassen, von denen mindestens einige beweglich angeordnet sind. Mindestens ein Detektor, der auf einer Detektorstütze montiert ist, kann ein Faradayscher Becher sein. Die auf einer Detektorstütze montierten Detektoren können Faradaysche Becher, andere Detektoren oder beides sein.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 zeigt schematisch ein Massenspektrometer, das eine Magnetsektoreinheit umfasst.
2 zeigt in der Perspektive ein Detektorstützensystem für ein Massenspektrometer.
3 zeigt in der Perspektive das Detektorstützensystem von 2 ohne Abdeckplatten.
4 zeigt in der Perspektive einen Teil des Detektorstützensystems von 2 in detaillierterer Form.
5 zeigt in der Perspektive eine erste elektrische Verbindungseinheit ohne Abdeckung.
6 zeigt in der Perspektive einen Teil des Detektorstützensystems von 2 in detaillierterer Form.
7 zeigt in der Perspektive eine zweite elektrische Verbindungseinheit, die mit flexiblen elektrischen Verbindungselementen versehen ist.
8A bis 8C zeigen in der Draufsicht ein flexibles elektrisches Verbindungselement, wie es in dem Detektorstützensystem von 2 verwendet wird.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Ein Massenspektrometer kann eine Ionenquelle, einen oder mehrere Massenfilter und eine Detektoreinheit umfassen. Die Ionenquelle kann eine ICP-Ionenquelle (induktiv gekoppeltes Plasma) sein, obwohl auch andere Ionenquellen verwendet werden können, wie beispielsweise eine Elektronenstoß-Ionenquelle (EI-Ionenquelle ) oder eine Ionenquelle für thermische Ionisierung (TI-Ionenquelle ). Das US-Patent US 10,867,780 , das hierin durch Bezugnahme aufgenommen wird, offenbart ein Beispiel für ein Massenspektrometer, das einen Magnetsektormassenfilter umfasst. Das bekannte Massenspektrometer umfasst eine Ionenquelle zum Erzeugen eines Ionenstrahls aus einer Probe, einen der Ionenquelle nachgelagerten Massenfilter zur Auswahl von Ionen aus dem Strahl nach ihrem Masse-Ladungs-Verhältnis (m/z), eine dem Massenfilter nachgelagerte Kollisionszelle, einen der Kollisionszelle nachgelagerten Sektorfeld-Massenanalysator und einen dem Massenanalysator nachgelagerten Ionenmultikollektor. Der Ionenmultikollektor umfasst mehrere Ionendetektoren zum parallelen und/oder gleichzeitigen Detektieren mehrerer unterschiedlicher Ionenspezies.
Es sind verschiedene Typen von Ionendetektoren bekannt, zum Beispiel Faradaysche Becher, kompakte diskrete Dynoden (CDDs) und Sekundärelektronenvervielfacher (SEMs). In einigen Massenspektrometern wird eine Vielzahl von Faradayschen Bechern mit einem oder zwei anderen Typen von Ionendetektoren kombiniert, wobei die Faradayschen Becher für Ionen verwendet werden, die in größeren Mengen auftreten (was zu einem Ionenstrom führt), und der/die andere(n) Typ(en) von Ionendetektoren (was üblicherweise zu Ionenimpulsen führt) für Ionen verwendet wird/werden, die in kleineren Mengen auftreten.
Ein Massenspektrometer, bei dem die Erfindung angewandt werden kann, ist beispielhaft in 1 schematisch dargestellt. Das Massenspektrometer 100 ist so gezeigt, dass es eine Ionenquelle 110, eine Strahlfokussiereinheit 120, eine Magnetsektoreinheit 130, eine Detektoreinheit 140 und eine Detektorsignalverarbeitungseinheit 150 umfasst. Die Ionenquelle 110 kann eine Plasmaquelle sein, wie beispielsweise eine induktiv gekoppelte Plasma-(Inductively Coupled Plasma - ICP)-Quelle, oder eine Nicht-ICP-Quelle, wie beispielsweise eine Filamentquelle. Die Ionenquelle 110 ist dazu angeordnet, einen ursprünglichen Ionenstrahl 101 zu erzeugen, der durch die Strahlfokussiereinheit 120 fokussiert wird, um ein fokussierter Ionenstrahl 102 zu werden. Die optionale Strahlfokussierungseinheit 120 kann eine geeignete Ionenoptik umfassen, die an sich bekannt sein kann. Ein Massenfilter (nicht dargestellt) kann optional zwischen der Strahlfokussierungseinheit 120 und der magnetischen Sektoreneinheit 130 angeordnet sein. Das Massenspektrometer kann ferner optional eine elektrostatische Sektoreinheit und/oder eine 90° Ablenkungseinheit umfassen.
In der magnetischen Sektoreneinheit 130 können die im Ionenstrahl 102 enthaltenen Ionen nach ihren jeweiligen Massen getrennt werden. Auf diese Art und Weise wird der einzelne fokussierte Ionenstrahl 102, der in die magnetische Sektoreneinheit 130 eintritt, in mehrere Ionenstrahlen 103 aufgeteilt, die verschiedene Detektoren der Detektoreinheit 140 erreichen können, was es ermöglicht, dass Ionen, die unterschiedliche Massen aufweisen, separat festgestellt werden können. Die Detektoreinheit 140 erzeugt Ionendetektionssignale IS, die in der Signalverarbeitungseinheit 150 verstärkt und weiterverarbeitet werden können, was zu Ausgangssignalen (Output signals - OS) führt, die eine durchschnittliche Detektionsfrequenz pro Ionendetektor und somit pro Ionenmassenbereich umfassen können. Anstelle oder zusätzlich zu einer Sektorfeldeinheit, wie beispielsweise der magnetischen Sektoreinheit 130, kann eine Massenfiltereinheit, wie beispielsweise eine Multipoleinheit (beispielsweise eine Quadrupoleinheit) verwendet werden.
Eine beispielhafte Ausführungsform eines Detektorstützensystems für ein Massenspektrometer ist in 2 schematisch veranschaulicht. Das Detektorstützensystem 1 umfasst eine Basis 10, auf der ein Detektorstützenmechanismus montiert ist. Der Detektorstützenmechanismus umfasst Detektorstützen 20, Führungsstangen 21, Führungselemente 22, Endblöcke 23 und Verbindungsstangen 24. Die Endblöcke 23 sind in der gezeigten Ausführungsform auf erhöhten Teilen der Basis 10 montiert. Die Enden der Führungsstangen 21 sind in Öffnungen in den Endblöcken 23 montiert. Die Detektorstützen 20 und die Führungselemente 22 sind mit Öffnungen versehen, durch die die Führungsstangen 21 hindurchgehen können, wie in 4 detaillierter dargestellt ist. Dies ermöglicht, dass die Detektorstützen 20 und die Führungselemente 22 über die Führungselemente 22 gleiten können. Eine Verbindungsstange 24 verbindet jede Detektorstütze 20 mit einem Führungselement 22, um eine Einheit bereitzustellen, die sich gleitend über die Führungsstangen 21 bewegen kann. Es versteht sich, dass die Länge der Verbindungsstangen 24 den Abstand bestimmt, über den die Detektorstützeneinheit über die Führungsstangen 21 gleiten kann. Jede Detektorstütze 20 ist mit einem Montageelement 40 versehen, auf dem ein oder mehrere Detektoren, wie beispielsweise ein Faradayscher Becher und ein anderer Typ von Ionendetektor, montiert werden können.
In der gezeigten Ausführungsform umfasst das Detektorstützensystem 1 zehn Detektorstützen 20, die in zwei Gruppen von je fünf Detektorstützen angeordnet sind. Es kann ein Antriebsmechanismus bereitgestellt werden, der elektrische Motoren umfasst, die auf oder unter der Basis 10 angeordnet sind. Jeder Motor kann ein Antriebsrad aufweisen, das eine Verbindungsstange 24 berührt, um eine Detektorstützeneinheit individuell in seine gewünschte Position schieben zu können. Positionssensoren können bereitgestellt werden, um einem Steuersystem, das die Motoren steuert, eine Positionsrückmeldung bereitzustellen. Nicht alle Detektorstützen können durch den Antriebsmechanismus angetrieben werden. Einige Detektorstützen können passiv sein, da sie von angetriebenen (d. h. aktiven) Detektorstützen bewegt werden können. Zusätzlich oder alternativ können eine oder mehrere Detektorstützen stationär sein.
Die aufrecht stehenden Wände der Basis 10 stellen einen Raum bereit, der in der Ansicht von 2 durch Abdeckplatten 11 geschlossen ist, die mit Montagebolzen 12 montiert sind. In der Ansicht von 3 sind diese Abdeckplatten entfernt worden. Es ist also zu erkennen, dass auf jeder Detektorstütze 20 eine erste elektrische Verbindungseinheit 31 montiert ist, dass auf der Basis 10 zwei zweite erste elektrische Verbindungseinheiten 32 montiert sind und dass jede Gruppe von fünf ersten elektrischen Verbindungseinheiten 31 mit einer jeweiligen zweiten ersten elektrischen Verbindungseinheit 32 durch flexible elektrische Verbindungselemente 30 verbunden ist. So bewegen sich die ersten elektrischen Verbindungseinheiten 31 mit den Detektorstützen, während die zweiten elektrischen Verbindungseinheiten 32 stationär sind, wobei die flexiblen elektrischen Verbindungselemente 30 die elektrischen Verbindungen bereitstellen.
Das in 3 gezeigte Detektorstützensystem 1 ist so konzipiert, dass für alle Verbindungen zwischen den ersten elektrischen Verbindungseinheiten 31 und den zweiten elektrischen Verbindungseinheiten 32 unabhängig von deren Positionen identische flexible elektrische Verbindungselemente verwendet werden können. Dadurch verringert sich die Anzahl der verschiedenen Teile, die für das Detektorstützensystem erforderlich sind.
Eine Detektorstützeneinheit ist in 4 detaillierter dargestellt. Die Detektorstütze 20 ist über eine Verbindungsstange 24 mit einem Führungselement 22 verbunden. Das Führungselement ist mit Öffnungen 41 und 42 zur Aufnahme der Führungsstangen (21 in 3) versehen, während die Detektorstütze mit Öffnungen 43 und 44 für diesen Zweck versehen ist. Eine erste elektrische Verbindungseinheit ist in der gezeigten Ausführungsform unterhalb der Detektorstütze montiert. Ein flexibles elektrisches Verbindungselement 30 erstreckt sich von der ersten elektrischen Verbindungseinheit 31 aus.
Die elektrische Verbindungseinheit 31 von 4 ist in 5 ohne ihre Abdeckung dargestellt. Ein Ende des flexiblen elektrischen Verbindungselements 30 ist mit einem Stift 45 verbunden, der eine elektrische Verbindung mit einem auf der Detektorstütze (20 in 4) montierten Detektor bereitstellt. In dem Beispiel von 5 ist das flexible elektrische Verbindungselement 30 in der untersten von fünf möglichen Positionen montiert. Das flexible elektrische Verbindungselement 30 kann so dimensioniert sein, dass es mit dem Stift 45 verbunden werden kann, während es sich von dieser Position aus im Wesentlichen gerade erstreckt, während es Durchhang aufweist, wenn es sich von einer der anderen vier Positionen aus erstreckt. Es versteht sich, dass die fünf möglichen Positionen es ermöglichen, für jede Detektorstütze einer Gruppe von fünf Detektorstützen die gleichen Teile zu verwenden (siehe 3). Es versteht sich auch, dass die Anzahl von fünf nur beispielhaft bereitgestellt wird und dass auch andere Anzahlen von Detektorstützen pro Gruppe und damit von möglichen Positionen mit einer ersten elektrischen Verbindungseinheit 31 möglich sind, wie 2, 3, 4, 6, 7, 8 oder mehr. Die erste elektrische Verbindungseinheit 31 kann mindestens teilweise aus Metall hergestellt sein, um eine Abschirmung gegen Streuelektronen und -ionen bereitzustellen.
6 zeigt eine Ausführungsform eines Detektorstützenmechanismus 2 in perspektivischer Ansicht. Der Detektorstützenmechanismus 2 umfasst zwei Gruppen G1 und G2 von Detektorstützeneinheiten mit je einer Detektorstütze 20, einem Führungselement 22, einer Verbindungsstange 24, einer (ersten) elektrischen Verbindungseinheit 31 und einem flexiblen elektrischen Verbindungselement 30. Die flexiblen elektrischen Verbindungselemente 30 sind im Wesentlichen vertikal montiert, das heißt, ihre Breite erstreckt sich in einer vertikalen Ebene.
Wie in 6 zu sehen ist, sind die flexiblen elektrischen Verbindungselemente 30 relativ zueinander versetzt, um eine abgestufte Anordnung bereitzustellen. Die Breite der flexiblen elektrischen Verbindungselemente 30 einer Gruppe weist keine Überlappung, sondern einen Abstand auf. Dies ermöglicht es den flexiblen elektrischen Verbindungselementen 30, sich zu biegen, wenn ihre Detektorstützen 20 bewegt werden, während jegliche mechanische Störung zwischen den flexiblen elektrischen Verbindungselementen, wie beispielsweise ein Verheddern, vermieden wird. Es ist zu erkennen, dass sich pro Gruppe die stufenförmige Anordnung wiederholt, um einen maximalen Abstand zwischen den flexiblen elektrischen Verbindungselementen benachbarter Gruppen bereitzustellen.
In 7 ist ein stationäres zweites elektrisches Verbindungselement 32 dargestellt, bei dem ein Teil des Gehäuses entfernt wurde, um sein Inneres zu zeigen. Wie zu sehen ist, umfasst das zweite elektrische Verbindungselement 32 fünf Stifte 52, um elektrische Verbindungen mit weiteren elektrischen Vorrichtungen unterhalb der Basis (10 in 2) bereitzustellen. Ein flexibles elektrisches Verbindungselement 30 ist mit jedem Stift 52 verbunden. Jedes flexible elektrische Verbindungselement 30 ist am Gehäuse des zweiten elektrischen Verbindungselements unter Verwendung einer Befestigungsleiste 55 montiert, die mit dem Teil des Gehäuses verschraubt ist, während ein Stift 51 sich durch eine Öffnung in jedem flexiblen elektrischen Verbindungselement 30 erstreckt.
In dem gezeigten Beispiel erstreckt sich das oberste flexible elektrische Verbindungselement 30 im Wesentlichen gerade vom Befestigungsstreifen 55 zu seinem Stift 52, während die anderen flexiblen elektrischen Verbindungselemente 30 Durchhang aufweisen. Jedes flexible elektrische Verbindungselement 30 weist eine Verbindungsöffnung 301 zum Befestigen an der entsprechenden ersten elektrischen Verbindungseinheit (31 in 6) auf. Die zweite elektrische Verbindungseinheit 32 kann mindestens teilweise aus Metall hergestellt sein, um eine Abschirmung gegen Streuelektronen und -ionen bereitzustellen. 7 verdeutlicht, dass für alle Verbindungen zwischen den ersten elektrischen Verbindungseinheiten 31 und den zweiten elektrischen Verbindungseinheiten 32, unabhängig von deren Positionen, identische flexible elektrische Verbindungselemente verwendet werden können. So können alle flexiblen elektrischen Verbindungselemente 30 die gleiche Länge aufweisen.
Eine Ausführungsform eines flexiblen elektrischen Verbindungselements 30 ist in 8A-8C detaillierter dargestellt. 8A zeigt das gesamte flexible elektrische Verbindungselement 30, während 8B und 8C dessen Enden detaillierter zeigen.
Das in 8A gezeigte flexible elektrische Verbindungselement 30 umfasst eine flexible Folie, auf der ein Signalleiter angeordnet ist. Der Signalleiter (300 in 8B und 8C) erstreckt sich in der dargestellten Ausführungsform im Wesentlichen über die gesamte Länge des flexiblen elektrischen Verbindungselements und verbindet einen ersten Kontaktbereich C 1 an einem Ende mit einem zweiten Kontaktbereich C2 am gegenüberliegenden Ende. Über einen Teil der Länge des Signalleiters erstrecken sich ein erster Abschirmungsleiter 321 und ein zweiter Abschirmungsleiter 322 auf beiden Seiten des Signalleiters. Die Abschirmungsleiter 321 und 322 sind auf der flexiblen Folie neben dem Signalleiter angeordnet und liegen daher in der gleichen Ebene wie der Signalleiter. Die Abschirmungsleiter 321 und 322 sind vom Signalleiter 300 beabstandet, sodass sie vom Signalleiter elektrisch isoliert sind. Wie zu sehen ist, sind die Abschirmungsleiter 321 und 322 beide breiter als der Signalleiter 300, der relativ schmal ist, um die Gefahr des Eintreffens von Ionen oder Elektronen zu verringern. Durch das Vorhandensein der Abschirmungsleiter 321 und 322 ist der mittlere Teil des flexiblen elektrischen Verbindungselements breiter als die Endteile. Wie in 5 und 7 zu sehen ist, ist der relativ breite Mittelteil der Teil, der sich zwischen den elektrischen Verbindungseinheiten 31 und 32 erstreckt, während die relativ schmalen Endteile die Teile sind, die sich während des Gebrauchs innerhalb der elektrischen Verbindungseinheiten 31 und 32 befinden und daher weniger Abschirmung benötigen. Ausführungsformen des flexiblen elektrischen Verbindungselements können eine einheitliche Breite über im Wesentlichen seine gesamte Länge aufweisen, auch wenn sich die Abschirmungsleiter nicht über im Wesentlichen die gesamte Länge des flexiblen elektrischen Verbindungselements erstrecken. In solchen Ausführungsformen können die Endteile Folienbereiche umfassen, die nicht von der Schutzschicht abgedeckt sind. Relativ schmale Endteile werden jedoch bevorzugt, da sie eine größere Flexibilität aufweisen, die beim Beseitigen des Durchhangs hilft, wie zum Beispiel in 7 gezeigt.
Das flexible elektrische Verbindungselement 30 und damit der flexible Leiter 300 kann über einen Teil seiner Länge mit einer Schutzschicht abgedeckt werden, die mindestens einen Teil des Signalleiters und der Abschirmungsleiter abdeckt, während die Kontaktbereiche frei bleiben. In der gezeigten Ausführungsform wird die Schutzschicht in drei Bereichen aufgetragen: einem ersten Endbereich 304, einem zweiten Endbereich 305 und einem mittleren Bereich 306. Die Schutzschicht schützt die Leiter nicht nur vor mechanischen Beschädigungen, sondern stellt auch eine Abschirmung gegen Elektronen und Ionen sowie eine elektrische Isolierung bereit.
An einigen wenigen Stellen kann die Schutzschicht fehlen, sodass ein oder mehrere Leiter freiliegen: in den Kontaktbereichen C1 und C2 an den Enden des flexiblen elektrischen Verbindungselements, wodurch die Kontaktoberflächen 341 bzw. 342 freigelegt werden; und in den zusätzlichen Kontaktbereichen C3 und C4, in denen der Signalleiter 300 und die Abschirmungsleiter 321 und 322 freigelegt sind. Die zusätzlichen Kontaktbereiche C3 und C4 dienen dazu, die Abschirmungsleiter mit Masse oder einer anderen geeigneten elektrischen Spannung zu verbinden. In den elektrischen Verbindungseinheiten (31 und 32 in 3) können zu diesem Zweck elektrische Kontakte angeordnet werden. Diese elektrischen Kontakte können so geformt sein, dass sie die Abschirmungsleiter 321 und 322 kontaktieren, während sie Kontakt mit dem Signalleiter 300 vermeiden. Es ist also zu erkennen, dass die Kontaktbereiche C1 und C2 Signalkontaktbereiche sind, während die Kontaktbereiche C3 und C4 Massekontaktbereiche sind. Wenn die Abschirmungsleiter mit der (elektrischen) Masse verbunden sind, können sie als Masseleiter bezeichnet werden und dienen dazu, jegliche elektrischen Ladungen, die das flexible elektrische Verbindungselement möglicherweise angesammelt hat, abzuleiten.
Der Massekontaktbereich C4 ist in der gezeigten Ausführungsform mit einer Öffnung 303 zum Befestigen des flexiblen elektrischen Verbindungselements 30 versehen. In der Ansicht von 7 sind Stifte 51 dargestellt, die sich durch die Befestigungsöffnungen 303 der flexiblen elektrischen Verbindungselemente 30 erstrecken können, um deren Positionen relativ zur elektrischen Verbindungseinheit 32 zu definieren und eine Zugentlastung bereitzustellen.
Die Befestigungsöffnung 303 ist in 8B detaillierter dargestellt. In 8B ist zu sehen, dass der Signalleiter 300 um die Befestigungsöffnung 303 herumgeht und somit bei Q von seiner regulären geraden Bahn abweicht. Zu diesem Zweck ist der zweite Abschirmungsleiter 322 gegenüber dem ersten Abschirmungsleiter 312 verkürzt, der sich ferner in Richtung der Öffnung 303 erstreckt, wodurch die Abschirmung maximiert wird.
Die Schutzschicht 306 erstreckt sich nicht über die gesamte Länge der Abschirmungsleiter 321 und 322, sodass die Enden der Abschirmungsleiter 321 und 322 frei liegen und den Kontaktbereich C4 bereitstellen. Dadurch wird auch der Signalleiter 300 freigelegt. In der gezeigten Ausführungsform ist die Kante des Schutzschichtteils 306 in Richtung der Öffnung 303 gerichtet, um den Signalleiter 300 über einen größeren Teil seiner Länge zu schützen. In ähnlicher Weise ist auch der Schutzschichtteil 305 in Richtung der Öffnung 303 gerichtet, um den Signalleiter optimal zu schützen.
Der Kontaktbereich C2 ist nicht von dem Schutzschichtteil 305 abgedeckt und ermöglicht so die Kontaktierung der elektrischen Kontaktoberfläche 342. Die elektrische Kontaktoberfläche 342, die integral mit dem Signalleiter 300 ist, erstreckt sich um die Befestigungsöffnung 302. Eine Klappe 332, bestehend aus Folie 330, erstreckt sich über den Kontaktbereich 342 hinaus, um die Handhabung des flexiblen elektrischen Verbindungselements zu erleichtern. Das Schutzschichtteil 305 weist eine spitze Kante auf, die auf die Befestigungsöffnung 302 gerichtet ist.
Wie in 8C dargestellt, weist der erste Kontaktbereich C1 eine ähnliche Struktur auf und umfasst eine Kontaktoberfläche 341, die eine Befestigungsöffnung 301 umgibt. Eine Klappe 332 ist an diesem Ende des flexiblen elektrischen Verbindungselements nicht vorhanden, kann aber bereitgestellt werden. Der Kontaktbereich C3 umfasst den freiliegenden Signalleiter 300 und die Abschirmungsleiter 321 und 322. Da es in diesem Kontaktbereich keine Öffnung gibt, weist der Signalleiter 300 eine gerade Bahn auf. In dem Beispiel von 8C ist der Kontaktbereich C3 größer als der Kontaktbereich C4, wodurch größere Bereiche der Leiter freigelegt werden. Die Abmessungen des Kontaktbereichs C3 können durch das Design der ersten elektrischen Verbindungseinheit bestimmt werden, die in 5 gezeigt wird.
In der gezeigten Ausführungsform erstreckt sich das mittlere Schutzschichtteil 306 über mehr als 50 % der Länge des flexiblen elektrischen Verbindungselements, und zwar über mehr als 60 %. Die Schutzschichtteile 304, 305 und 306 decken den größten Teil der Oberfläche des flexiblen elektrischen Verbindungselements ab, wobei nur die Kontaktbereiche C1 bis C4 frei bleiben. Die Schutzschicht kann ein Polyimid umfassen, zum Beispiel Kapton™, gegebenenfalls in Kombination mit Acryl. Die Leiter können zum Beispiel aus Kupfer hergestellt sein.
Die Breite des Signalleiters 300 kann zwischen 0,05 mm und 1,0 mm liegen, vorzugsweise zwischen 0,05 mm und 0,5 mm, mehr bevorzugt zwischen 0,1 mm und 0,2 mm, zum Beispiel etwa 0,15 mm. Es ist bevorzugt, dass der Signalleiter eine gleichmäßige Breite aufweist und über den größten Teil seiner Länge gerade ist, obwohl in einigen Ausführungsformen auch gebogene Signalleiter verwendet werden können. Die Breite eines Abschirmungsleiters kann mindestens 1 mm, vorzugsweise mindestens 1,5 mm, betragen.
Der Abstand zwischen dem Signalleiter und jedem Abschirmungsleiter kann mindestens 0,1 mm betragen, zum Beispiel zwischen 0,1 mm und 0,2 mm, ist aber vorzugsweise klein im Verhältnis zur Breite des flexiblen elektrischen Verbindungselements. Ein Abstand von etwa 0,2 mm ist bevorzugt. Die Dicke des Signalleiters und der Abschirmungsleiter kann zum Beispiel weniger als 0,1 mm, vorzugsweise weniger als 0,05 mm, zum Beispiel zwischen 0,03 mm und 0,04 mm betragen.
Die Basisschicht des flexiblen elektrischen Verbindungselements ist vorzugsweise eine elektrisch isolierende Folie 330, die aus einem Polyimid hergestellt sein kann. Ein geeignetes Polyimid ist Kapton™, obwohl auch viele andere Polyimide geeignet sein können. Die Folie kann eine Dicke von weniger als 0,5 mm aufweisen, vorzugsweise weniger als 0,1 mm. Eine Dicke von 0,05 mm hat sich zum Beispiel als geeignet erwiesen.
Es wurde festgestellt, dass das flexible elektrische Verbindungselement sowohl eine ausreichende Steifigkeit in Richtung seiner Breite aufweisen sollte, wenn es vertikal montiert ist, als auch eine ausreichende Flexibilität in der Richtung senkrecht zu seiner Ebene. Zu diesem Zweck hilft ein geeignetes Verhältnis zwischen seiner Dicke und seiner Breite dabei, diese Ziele zu erreichen. Die Breite kann mindestens das 25-fache der Dicke betragen, zum Beispiel das 30-fache, vorzugsweise aber nicht mehr als das 1 00-fache.
Die Gesamtdicke des flexiblen elektrischen Verbindungselements kann weniger als 0,5 mm betragen, vorzugsweise weniger als 0,2 mm, noch mehr bevorzugt zwischen 0,1 mm und 0,15 mm, zum Beispiel etwa 0,14 mm. Die Gesamtbreite kann zum Beispiel etwa 5 mm betragen, obwohl auch kleinere (zum Beispiel 3 oder 4 mm) oder größere (zum Beispiel 6, 7, 8 oder 10 mm) geeignet sind. Die geringe Dicke reduziert das Risiko von Luftblasen in dem flexiblen elektrischen Verbindungselement, die dessen elektrische Eigenschaften beeinträchtigen würden.
Das flexible elektrische Verbindungselement eignet sich sehr gut für den Einsatz in einem Ionendetektorsystem eines Spektrometers und schneidet wesentlich besser ab als beispielsweise ein herkömmliches Flachbandkabel. Das Detektorstützensystem der Erfindung kann so gestaltet werden, dass flexible elektrische Verbindungselemente mit identischen Abmessungen verwendet werden können.
Fachleute werden verstehen, dass die Erfindung nicht auf die vorstehend gezeigten Ausführungsformen beschränkt ist und dass zahlreiche Ergänzungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 10867780 [0004, 0044]

Claims

Detektorstützensystem für ein Massenspektrometer, wobei das Detektorstützensystem Folgendes umfasst: - eine Basis, - mindestens zwei Detektorstützen, von denen mindestens eine relativ zur Basis beweglich ist, - eine Antriebseinheit zum Bewegen der mindestens einen beweglichen Detektorstütze, - eine erste elektrische Verbindungseinheit, die auf jeder Detektorstütze bereitgestellt ist, - mindestens eine zweite elektrische Verbindungseinheit, die auf der Basis bereitgestellt ist, und - flexible elektrische Verbindungselemente, die sich zwischen jeder ersten elektrischen Verbindungseinheit und der mindestens einen zweiten elektrischen Verbindungseinheit erstrecken, wobei die flexiblen elektrischen Verbindungselemente jeweils eine Länge, die sich im Wesentlichen parallel zu einer durch die Basis definierten Ebene erstreckt, und eine Breite aufweisen, die sich im Wesentlichen senkrecht zu der durch die Basis definierten Ebene erstreckt, und wobei die flexiblen elektrischen Verbindungselemente, die sich von benachbarten ersten elektrischen Verbindungseinheiten erstrecken, in Richtung ihrer Breiten relativ zueinander versetzt sind, um eine Überlappung zu vermeiden.
Detektorstützensystem nach Anspruch 1, wobei die ersten elektrischen Verbindungseinheiten in einer oder mehreren Gruppen benachbarter erster elektrischer Verbindungseinheiten angeordnet sind, und wobei aufeinanderfolgende flexible elektrische Verbindungselemente, die sich von den jeweiligen ersten elektrischen Verbindungseinheiten einer Gruppe aus erstrecken, einen zunehmenden Abstand relativ zu einer Seite jeder ersten elektrischen Verbindungseinheit aufweisen, um eine gestufte Anordnung flexibler elektrischer Verbindungselemente zu bilden.
Detektorstützensystem nach Anspruch 2, wobei eine Gruppe mindestens zwei erste elektrische Verbindungseinheiten umfasst, vorzugsweise fünf erste elektrische Verbindungseinheiten.
Detektorstützensystem nach Anspruch 2 oder 3, wobei das Detektorstützensystem mindestens zwei Gruppen von ersten elektrischen Verbindungseinheiten umfasst.
Detektorstützensystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein einzelnes flexibles elektrisches Verbindungselement mit jeder ersten elektrischen Verbindungseinheit verbunden ist.
Detektorstützensystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die flexiblen elektrischen Verbindungselemente eine Dicke aufweisen, die höchstens 1/10 ihrer Breite, vorzugsweise höchstens 1/20 ihrer Breite, beträgt.
Detektorstützensystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die flexiblen elektrischen Verbindungselemente eine Breite zwischen 2,5 mm und 10 mm, vorzugsweise zwischen 4 mm und 6 mm, aufweisen.
Detektorstützensystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die flexiblen elektrischen Verbindungselemente eine Dicke zwischen 0,05 mm und 0,5 mm, vorzugsweise zwischen 0,1 mm und 0,3 mm, aufweisen.
Detektorstützensystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein flexibles elektrisches Verbindungselement einen Signalleiter und zwei Abschirmungsleiter umfasst, die sich auf beiden Seiten des Signalleiters über mindestens einen Teil seiner Länge erstrecken.
Detektorstützensystem nach Anspruch 9, wobei der Signalleiter eine Breite von weniger als 0,5 mm, vorzugsweise weniger als 0,2 mm, aufweist.
Detektorstützensystem nach Anspruch 9 oder 10, wobei der Signalleiter und jeder Abschirmungsleiter durch einen Abstand getrennt sind, der vorzugsweise zwischen 0,1 mm und 0,2 mm liegt.
Detektorstützensystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein flexibles Verbindungselement mit einer Schutzschicht versehen ist.
Detektorstützensystem nach Anspruch 12, wobei die Schutzschicht eine Polyimidfolie umfasst, die vorzugsweise Kapton™ umfasst.
Detektorstützensystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein flexibles Verbindungselement einen Kontaktbereich an beiden Enden umfasst, wobei jeder Kontaktbereich eine leitfähige Oberfläche umfasst.
Detektorstützensystem nach Anspruch 14, wobei mindestens ein Kontaktbereich mindestens teilweise eine Kontaktöffnung in der flexiblen Folie umgibt.
Detektorstützensystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein flexibles Verbindungselement mit einer Hilfsöffnung zum Befestigen des flexiblen Verbindungselements versehen ist, wobei sich die Abschirmungsleiter von der Hilfsöffnung entlang der Länge des flexiblen Verbindungselements in nur einer Richtung erstrecken.
Detektorstützensystem nach Anspruch 16, wobei der Signalleiter von seiner Längsbahn abweicht, um die Hilfsöffnung zu umgehen.
Massenspektrometer, umfassend ein Detektorstützensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 17.
Massenspektrometer nach Anspruch 18, ferner umfassend eine Ionenquelle und/oder eine magnetische Sektoreinheit und/oder eine elektrostatische Sektoreinheit.
Massenspektrometer nach Anspruch 18 oder 19, ferner umfassend einen Faradayschen Becher, der auf einer Detektorstütze montiert ist.