DE4100046A1 - Quadrupol-massenfilter fuer geladene teilchen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Massenfilter für geladene Teilchen, insbesondere Massenfilter vom Typ der Quadrupol-Massenfilter. Es sind verschiedene Arten von Filtern bekannt, mit denen in Massenspektrometern und ähnlichen Geräten Teilchen nach Maßgabe ihrer Masse selektiv gefiltert werden. Quadrupol-Massenfilter stellen einen Typ nicht-magnetischer Filter dar.

Die Erfindung betrifft ein Massenfilter für geladene Teilchen, enthaltend eine symmetrische Anordnung von parallel angeordneten linearen Leitern, die an Spannungen zur Ausbildung eines Quadrupols liegen.

Ein echtes Quadrupolfilter dieser Art ist im USA-Patent Nr. 29 39 952 offenbart. Das Filter enthält vier parallele, symmetrisch angeordnete Stäbe mit einander zugewandten Flächen, die hyperbolische Querschnittprofile haben. Ein Paar gegenüberliegender Stäbe ist mit identischen Potentialen (Spannungen) beaufschlagt, und negative Potentiale gleicher Größe sind an das andere Paar angelegt. Ein Querschnitt durch das Feldprofil innerhalb des Filters hat Äquipotentiallinien von hyperbolischer Form. Das Patent lehrt weiterhin, daß an die Stäbe geeignete zeitveränderliche Potentiale angelegt werden können der Art, daß das Filter für eine bestimmte Ionenteilchenmasse selektiv ist, wenn ein Ionenstrahl axial durch das Filter gerichtet wird.

Hyperbolische Stäbe geeigneter Präzision sind in der Herstellung teuer. Wie weiter in dem vorgenannten Patent offenbart wird, können die hyperbolischen Stäbe durch zylindrische Stäbe ersetzt werden, die mittig innerhalb eines zylindrischen Gehäuses angeordnet sind, das gegenüber dem an den Stäben anliegenden Potential auf Null-Potential gehalten wird. Ein hyperbolisches Feldprofil kann dann angenähert durch geeignete Auswahl der gegenseitigen Abmessungen erhalten werden.

Man hat erkannt, daß eine solche Annäherung eine uneffiziente Filterung ergibt, weshalb verschiedene Anstrengungen unternommen worden sind, andere Elektroden nahe den Stäben anzuordnen, um das Feld zu modifizieren. Beispiele dafür sind in den USA-Patenten 31 29 327 und 37 25 700 beschrieben. Diese Modifikationen haben jedoch nur begrenzten Erfolg hinsichtlich der Annäherung an ein echtes Quadrupolfilter gebracht, und eine genaue Nachbildung eines echten Quadrupolfilters zu niedrigen Kosten ist schwer erreichbar geblieben.

Dementsprechend besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein neuartiges Massenfilter für geladene Teilchen zu schaffen, das zur Nachbildung eines quadrupolartigen elektrischen Feldes zur Filterung geeignet und bei verbesserter Präzision zur relativ niedrigen Kosten herstellbar ist. Ein solches verbessertes quadrupolartiges Massenfilter sollte auch mit einfachen Mitteln feinabstimmbar sein.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Massenfilter für geladene Teilchen gelöst, das allgemein ein zylindrisches leitfähiges Gehäuse mit einer Längsachse und einem Radius R enthält und mit einer Grundspannung beaufschlagbar ist. Eine Anordnung von parallel angeordneten linearen Leitern ist innerhalb des Gehäuses angeordnet und gleichmäßig in vier Unteranordnungen unterteilt. Die Leiter jeder Unteranordnung liegen in einer in Längsrichtung verlaufenden Fläche derart, daß vier solche Flächen identische Form besitzen und eine rohrförmige Anordnung von vierzähliger Symmetrie mit wenigstens einer charakteristischen Dimension bilden. Die Leiter jeder Unteranordnung sind im wesentlichen gleichförmig verteilt und enthalten ein Paar von äußeren Leitern, die alle anderen Leiter der Unteranordnung einschließen und nächstliegend zu entsprechenden äußeren Leitern der benachbarten Unteranordnungen angebracht sind. Eine speziell ausgewählte Spannung wird an jeden Leiter in jeder Unteranordnung angelegt, und die Spannungen sind so ausgewählt, daß sie untereinander zusammenwirken und mit der charakteristischen Dimension in der Weise, daß innerhalb der rohrförmigen Anordnung ein quadrupolartiges elektrisches Feld erzeugbar ist.

In einer bevorzugten Ausführung liegen die Leiter jeder Unteranordnung in einer Ebene, so daß vier solche Ebenen eine rohrförmige Anordnung mit quadratischem Querschnitt auf der Längsachse bilden. Jede Ebene hat eine parallel zu den Leitern verlaufende Mittellinie. Der quadratische Querschnitt hat vier Seiten der jeweiligen Dimension 2r_o. Die Leiter jeder Unteranordnung sind im wesentlichen gleichförmig verteilt und enthalten einen Hauptleiter, der nächstliegend zur Mittellinie plaziert ist, und ferner ein Paar von äußeren Leitern, die alle anderen Leiter der Unteranordnung einschließen und nächstliegend zu entsprechenden äußeren Leitern der benachbarten Unteranordnungen angebracht sind. Jeder Leiter in jeder Unteranordnung hat eine Lage, die durch r_i und a_i definiert ist, worin i eine ganze Zahl ist, die einen Leiter von i=1 für den Hauptleiter bis i=N für jeden äußeren Leiter bezeichnet, wobei N die Anzahl von Leitern in jeder halben Unteranordnung ist. Der Parameter r_i bezeichnet den Radialabstand von der Achse, und a_i ist ein positiver Winkel um die Achse in bezug auf die Mittellinie mit dem Winkel O.

Eine speziell ausgewählte Spannung V_i gegenüber einer an den Hauptleiter angelegten Spannung V₁ ist an jedem Leiter in jeder Unteranordnung angelegt der Art, daß ein elektrisches Feld mit einem Profil ausgebildet wird, das für ein Quadrupolfilter charakteristisch ist. Jede Spannung V_i wird vorzugsweise durch die folgenden Gleichungen bestimmt:

Darin sind die Spannungen in jeder Unteranordnung den Spannungen der benachbarten Unteranordnungen entgegengerichtet, wobei die Grundspannung als 0 angenommen wird. Das Massenfilter bildet so ein elektrisches Feld mit einem für ein Quadrupolfilter charakteristischen Profil.

Vorteilhafterweise liegt die Anzahl der Leiter in jeder Unteranordnung bei Gültigkeit der vorgenannten Gleichungen zwischen 3 und 10. Alternativ kann jedoch die Zahl der Leiter in jeder Unteranordnung auch größer als 20 sein. Im letzteren Fall können die Parameter so definiert sein, daß die Lage jedes Leiters in einer Unteranordnung auf der entsprechenden Seite durch eine Koordinate s_i definiert ist, die den Abstand des Leiters von der entsprechenden Mittellinie bestimmt. Die vorgenannten Gleichungen können dann durch die folgende Formel angenähert werden:

V_i/V_o = {1 - (s_i/r_o)²}/2;

worin V_o eine ausgewählte Bezugsspannung für die Mittellinie ist.

In jedem Fall können die einzelnen Spannungen V_i feinabgestimmt werden, und zwar der Art, daß das Profil des elektrischen Felds gleich dem eines Quadrupolfilters ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Abbildungen dargestellt und wird nachfolgend anhand der Bezugszeichen im einzelnen erläutert und beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen schematischen Querschnitt durch eine Anordnung von elektrischen Leitern für ein Massenfilter für geladene Teilchen nach der Erfindung und ein elektrisches Schaltschema nach der Erfindung für die elektrischen Verbindungen dieser Leiter;

Fig. 2 eine modifizierte Ausbildung der Leiter in der Anordnung nach Fig. 1; und

Fig. 3 einen Querschnitt durch das elektrische Feld, das durch die Leiter in der Anordnung nach Fig. 1 erzeugt wird.

Wie in Fig. 1 dargestellt ist, enthält ein Massenfilter 10 ein zylindrisches Gehäuse 12 mit dem Radius R, das aus einem elektrischen Leiter wie Messing, Aluminium oder rostfreiem Stahl gebildet ist. Eine Anordnung 14 von linearen Leitern 16 aus starren Kupferdrähten oder dergleichen ist in Längsrichtung in dem Gehäuse 12 angeordnet. Die Leiter 16 sind mit üblichen Mitteln in ihrer Stellung festgehalten. Die Leiter 16 sind parallel angeordnet und gleichmäßig in vier Unteranordnungen 18, 18′, 18′′, 18′′′ unterteilt, die jeweils eine Mehrzahl von Leitern 16 enthalten. Die Leiter 16 jeder Unteranordnung liegen in jeweiligen Ebenen 20, 20′, 20′′, 20′′′, wobei die vier Ebenen eine rohrförmige Anordnung von quadratischem Querschnitt bilden, die zur Längsachse 22 des Gehäuses 12 zentriert ist. Das Quadrat hat eine Weite oder Seitendimension, die hierin durch 2r_o definiert ist, und jede Seite hat einen Mittelpunkt 28.

Die Länge des Gehäuses 12 und seiner Leiteranordnung (senkrecht zu dem in Fig. 1 dargestellten Querschnitt) ist der Länge eines konventionellen hyperbolischen oder Stab-Quadrupolfilters ähnlich, das heißt, beträgt wenigstens das dreißigfache der Weite oder Seitenlänge 2r_o des quadratischen Querschnitts und liegt vorzugsweise zwischen dem 50- und 100 fachen dieser Größe. Die Enden des Gehäuses 12 sind geschlossen mit Ausnahme der Einlaß- oder Auslaß-Ionenkanäle für einen Einlaß von einer Ionenquelle und einen Auslaß zu einem Detektor. Das Gehäuse 12 mit der Leiteranordnung ist in geeigneter Weise evakuiert, um den ungehinderten Durchlauf der Ionen zu ermöglichen.

Die Leiter 16 sind im Abstand zueinander in jeder Ebene 20, 20′, 20′′ und 20′′′ angeordnet, und zwar im wesentlichen in gleichförmiger Verteilung, d. h. mit allgemein gleichen Abständen zwischen den nächstbenachbarten Leitern 16. Die Leiter 16 sollten so gleichförmige Abstände haben wie praktisch möglich, obwohl dies nicht besonders kritisch ist, wie weiter unten erklärt wird. Es ist jedoch von Bedeutung, daß die Leiter 16 präzise geradlinig und parallel verlaufen; die Leiter 16 sollten auch ähnlich, vorzugsweise identisch, konfiguriert sein.

Die Leiter 16 sind allgemein drahtartig in dem Sinne, daß sie relativ kleine Querschnittsdimensionen in bezug auf die Seitendimension 2r_o der Anordnung 14 haben. Die maximale Querschnittsdimension jedes Leiters 16 sollte so weniger als 10% und vorzugsweise weniger als 5% der Seitendimension 2r_o betragen.

Wenn die Leiter 16 Drähte sind, können sie an Isolierplatten befestigt oder in diese eingebettet sein. Alternativ können die Leiter 16 die Form von schmalen Bahnen 24 aus Kupfer, Gold oder goldplattiertem Kupfer annehmen, die in üblicher Weise an einer gedruckten Leiterplatte 26 ausgebildet sind, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist. In diesem dargestellten Beispiel befinden sich die ersten Leiter i=1 und i=-1 im Abstand von der Mittellinie bzw. dem Mittelpunkt 28. Eine weitere mögliche Form der Anordnung wird dadurch gebildet, daß ein leitfähiger Film zum Beispiel aus Aluminium auf einer Glasplatte geformt wird und die Leiter aus dem Film durch eine Liniermaschine von der Art ausgeschnitten werden, wie sie zur Herstellung von Beugungsgittern in Photospektrometern verwendet wird. In jedem Falle aber sollten die linearen Leiter 16 einen sehr geringen Querschnitt im Verhältnis zu dem der Anordnung 14 haben. Die Tafeln oder Platten mit den vier Unteranordnungen 18, 18′, 18′′ und 18′′′ werden dann unter Ausbildung des quadratischen Querschnitts aneinander befestigt. Wenigstens zwei der Tafeln oder Platten können sich zur Halterung der gesamten Anordnung bis zur Wandung des zylindrischen Gehäuses 12 erstrecken, wobei sich an den Platten außerhalb des quadratischen Querschnitts keine Leiter befinden.

Entsprechend der hier gegebenen Definition befinden sich in jeder Hälfte jeder Unteranordnung 18, 18′, 18′′ und 18′′′ N Leiter 16. Dementsprechend befinden sich in jeder Unteranordnung 18, 18′, 18′′ und 18′′′ entweder 2N-1 oder 2N Leiter 16 in Abhängigkeit davon, ob sich ein Leiter 16 auf der Längsmittellinie (die durch den Mittelpunkt 28 verläuft) der entsprechenden Ebene befindet oder nicht, so daß dementsprechend eine ungeradzahlige oder geradzahlige Anzahl von Leitern 16 vorhanden ist. In dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel ist N=4, so daß jede Unteranordnung 18, 18′, 18′′ und 18′′′ sieben Leiter 16 enthält, von denen sich einer auf der Mittellinie befindet und beiden Hälften zugerechnet wird.

Die Lage jedes Leiters 16 in einer Unteranordnung wie beispielsweise der Unteranordnung 18 wird in der hier beschriebenen Konstruktion durch die Parameter r_i und a_i bestimmt. Darin ist i eine ganze Zahl, die den Leiter 16 bezeichnet und einen Wert annimmt, der von i=1 für den der Mittellinie 28 in der Ebene 20 der Unteranordnung 18 am nächsten liegenden Leiter 16 bis i=N für den äußeren Leiter 30 reicht. Der Parameter oder die Koordinate r_i stellt den Radialabstand von der Achse der Anordnung 14 dar. Der Parameter a_i stellt einen Winkel um die Achse dar, der einen positiven Wert hat und mit Bezug auf die Mittellinie 28 gemessen wird, welcher der Winkel O zugeordnet ist und die Koordinate r_o. Die äußeren Leiter 30 sind die Paare von Leitern 16 in jeder Unteranordnung 18, 18′, 18′′ und 18′′′, die alle anderen Leiter 16 jeder Unteranordnung einschließen und nächstliegend zu den entsprechenden äußeren Leitern 30 der jeweils benachbarten Unteranordnungen angebracht sind. Benachbarte äußere Leiter 30 sollten nicht signifikant weiter voneinander entfernt sein als die benachbarten Leiter 16 in den Unteranordnungen 18, 18′, 18′′ und 18′′′. Die benachbarten äußeren Leiter 30 sollten jedoch auch nicht zusammenfallen.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 erkennt man weiter, daß jeder Leiter 16 in jedem Quadranten 32 der Anordnung 14 eine eigene elektrische Verbindung zu einer speziell ausgewählten Spannungsquelle oder Anzapfung 33 eines Spannungsteilers 35 hat, der spezifisch diesem Leiter 16 zugeordnet ist. Der Spannungsteiler kann, wie dargestellt, ein Widerstands- Spannungsteiler sein, kann aber auch kapazitiv für Hochfrequenzspannungen ausgelegt sein. Jede speziell ausgewählte Spannung V_i für einen Leiter i wird vorzugsweise von einer zentralen Spannungsquelle 34 mittels eines nicht dargestellten Spannungsteilers oder dergleichen abgeleitet, und zwar gegenüber einer Spannung V_o an der Mittellinie 28. Wenn der Leiter i=1 auf der Mittellinie 28 liegt (wie in Fig. 1 dargestellt), ist V₁=V_o. Eine identische, aber negative Spannung -V_o von einer Spannungsquelle 34′ ist für den Teil der Unteranordnung 18′ vorgesehen, der sich in dem Quadranten 32 befindet. Ein ähnlicher Spannungsteiler 35′ oder dergleichen ist ebenfalls vorgesehen, und die Anordnung nach diesem Muster wiederholt sich für alle übrigen Quadranten.

Jede Spannung V_i wird gegenüber einer Bezugsspannung ausgewählt, und zwar in der Weise, wie die Spannung V₁ für den Leiter i=1, und auch die Dimensionen R für den Radius des Gehäuses 12 und r_o, für die halbe Weite des quadratischen Querschnitts werden in Abstimmung damit ausgewählt. Dementsprechend wird innerhalb der Anordnung 14 ein elektrisches Feld mit einem hyperbolischen Profil der Art ausgebildet, wie es in Fig. 3 dargestellt ist. Diese Spannungen bestehen gegenüber einer Grundspannung, wobei das Gehäuse auf Null-Potential (gewöhnlich Masse) liegt und die symmetrisch angeordneten Leiter von benachbarten Unteranordnungen 18, 18′, 18′′ und 18′′′ Spannungen von entgegengesetzter Polarität haben. Das Gehäuse 12 kann alternativ auch an einer von Masse verschiedenen erdfreien Grundspannung liegen, die sich an die Spannungen anderer Komponenten in einem System anpaßt.

Nach der Erfindung werden die relativen Spannungen und Dimensionen vorzugsweise durch eine Lösung des folgenden Satzes von Primärgleichungen bestimmt:

Diese Gleichungen haben keine einfache Lösung, können aber durch Anwendung eines Rechners nach einer üblichen Methode wie dem Gauß′schen Eliminationsverfahren zur Inversion von Matrizen gelöst werden. Die nachfolgende Tabelle gibt ein Beispiel für einen Satz von Spannungen und Dimensionen, wie er aus diesen Gleichungen abgeleitet wird.

Tabelle

Das so ausgebildete Feld kommt dem hyperbolischen Feld nach Fig. 3 durchaus nahe, besonders im Bereich nahe der Achse der Anordnung 14, selbst wenn die Anzahl von Leitern 16 relativ klein ist. Beispielsweise für N=4 und einen Abstand von der Längsachse 22, der geringer als r_o/2 ist, liegt die relative Abweichung von einem perfekt ausgebildeten Feld in der Größenordnung von 0,5(2 · 2N)/(2N+1), d. h. bei etwa 2 · 10⁻⁶. Die Anzahl von Leitern 16 in jeder Unteranordnung 18, 18′, 18′′ und 18′′′ sollte wenigstens drei (N=2) betragen, aber braucht nicht mehr als etwa zehn (N=5) für Spannungen zu sein, die durch Lösung der vorgenannten Gleichungen bestimmt werden.

Alternativ kann auch eine große Zahl von Leitern 16 verwendet werden, vorzugsweise mehr als 20, zum Beispiel 50. In diesem Falle können die vorgenannten Primärgleichungen durch die folgende einfache Formel angenähert werden:

V_i/V_o = {1 - (s_i/r_o)²}/2

Darin ist s_i der Abstand des Leiters i in der jeweiligen Ebene von der Mittellinie 28, und V_o ist eine ausgewählte Bezugsspannung, für die V_o=V_i in dem Fall ist, daß der Leiter i=1 auf der Mittellinie 28 der Ebene der Unteranordnung 18 bzw. 18′ bzw. 18′′ bzw. 18′′′ angeordnet ist. Diese Formel enthält nicht den Parameter R für den Radius des Gehäuses 12, da die Dimension des elektrisch leitenden Gehäuses für eine große Zahl von dicht beieinander liegenden Leitern 16 unbedeutend wird. Das Gehäuse 12 (oder sein Äquivalent) stellt lediglich das Null- oder Massepotential für die an der Anordnung 14 anliegenden Spannungen zur Verfügung.

Die Spannungen V_i sind tatsächlich zeitveränderlich in der üblichen oder gewünschten Weise für Spannungen, wie sie beispielsweise nach der Lehre des vorgenannten USA-Patents Nr. 29 39 952 an Quadrupolfilter angelegt werden. Diese Spannungen haben allgemein eine Gleichspannungskomponente und eine sinusförmige (Hochfrequenz-) Komponente und werden durch oder über die zentrale Spannungsquelle erzeugt. Die Bezugsspannung V_o oder V₁ nach der vorliegenden Erfindung korreliert mit der Spannung, die (mit alternierenden Polaritäten) an die vier Stäbe nach diesem Patent angelegt wird, wobei die Spannungen an den anderen Leitern 16 entsprechend den hier angegebenen Gleichungen oder der vorstehenden Formel gemessen und in der jeweils gewünschten Weise feinabgestimmt werden.

In der Praxis ist es wegen konstruktionsbedingter Beschränkungen möglich, daß die Leiter 16 nicht perfekt montiert sind und ihre Orte von denen abweichen, die zur Lösung der vorgenannten Primärgleichungen oder Formel verwendet werden. Die Spannungsverhältnisse werden daher nominell nach diesen Gleichungen oder der Formel angelegt und können dann abweichend von den berechneten Werten in dem Maße feinabgestimmt werden, wie es zur Kompensation von Dimensionsänderungen oder -ungenauigkeiten notwendig oder erwünscht ist. Das Ziel dabei ist, die Empfindlichkeit und/oder Auflösung des Filters zu maximieren oder eine bestimmte Feldstörung zu verringern. Solche Abstimmung wird gewöhnlich nur bei der Herstellung vorgenommen, kann aber alternativ bei speziellen Anforderungen auch dem Benutzer überlassen bleiben, so zur Wahl zwischen maximaler Empfindlichkeit und Auflösung oder zur Verbesserung in speziellen Teilchenmassebereichen. Die Feinabstimmung kann mit konventionellen Einstellmitteln bewirkt werden, zum Beispiel durch Herstellung des Spannungsteilersystems aus Potentiometern mit veränderlichem Widerstand (Fig. 1).

Obwohl vorstehend im einzelnen beschrieben worden ist, daß die Leiter 16 in einer Anordnung von quadratischem Querschnitt angebracht sind, können auch andere Konfigurationen für die linearen Leiter 16 zweckmäßig sein. Beispielsweise kann die rohrförmige Anordnung der Leiter 16 kreisförmigen Querschnitt haben. In diesem Fall bildet jede Unteranordnung den Quadranten eines Kreiszylinders, und die Spannungen werden im Zusammenwirken mit dem Radius des Zylinders ausgewählt. Allgemein formuliert, liegen die Leiter jeder Unteranordnung in einer längsverlaufenden Fläche (d. h. einer Ebene oder eines Zylinderquadranten) in der Weise, daß vier solche Flächen identische Form haben. Die Flächen von identischer Form befinden sich in einer rohrförmigen Anordnung von vierzähliger Symmetrie mit wenigstens einer charakteristischen Dimension, beispielsweise der Seitendimension eines quadratischen Querschnitts oder dem Radius eines Zylinders. Ein Schnitt höherer Komplexizität kann eine weitere charakteristische Dimension erfordern. In jedem Falle wird eine speziell ausgewählte Spannung entsprechend den vorstehend dargelegten Prinzipien an jeden Leiter angelegt. Gleichungen für die Spannungen können aus der allgemeineren Gleichung für das Potential V eines Quadrupolfeldes abgeleitet werden: 1/2 V_o (X²-Y²)/r_o², in der X und Y die horizontalen und vertikalen Koordinaten eines Querschnitts sind.

Claims (12)

1. Massenfilter für geladene Teilchen, enthaltend eine symmetrische Anordnung von parallel angeordneten linearen Leitern, die an Spannungen zur Ausbildung eines Quadrupols liegen, dadurch gekennzeichnet,
daß die Anordnung der parallel angeordneten linearen Leiter (16, 24) gleichmäßig in vier Unteranordnungen aufgeteilt ist, in denen die Leiter (16, 24) jeweils in längs verlaufenden Flächen angeordnet sind,
daß die so gebildeten vier Flächen identische Form haben und eine rohrförmige Anordnung mit vierzähliger Symmetrie mit wenigstens einer charakteristischen Dimension bestimmen,
daß die Leiter (16, 24) in jeder Unteranordnung im wesentlichen gleichförmig verteilt sind und ein Paar von äußeren Leitern (30) enthalten, die alle anderen Leiter (16, 24) der Unteranordnung einschließen und nächstliegend zu den entsprechenden äußeren Leitern (30) der benachbarten Unteranordnungen angeordnet sind, und
daß spannungserzeugende Mittel (33, 34, 35) vorgesehen sind, durch die an die Leiter (16, 24) in jeder Unteranordnung speziell ausgewählte Spannungen (V_i) anlegbar sind, die im gegenseitigen Zusammenwirken und im Zusammenwirken mit der wenigstens einen charakteristischen Dimension ausgewählt sind derart, daß innerhalb der rohrförmigen Anordnung ein quadrupolartiges elektrisches Feld erzeugbar ist.

2. Massenfilter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein zylindrisches leitfähiges Gehäuse (12) mit einem ausgewählten Radius, das mit einer Grundspannung beaufschlagbar ist und in dem die rohrförmige Anordnung der Leiter (16, 24) auf einer dieser und dem Gehäuse (12) gemeinsamen Längsachsen (22) angeordnet ist, wobei die speziell ausgewählten Spannungen in bezug auf die Grundspannung und im Zusammenwirken mit dem Radius des Gehäuses unter Ausbildung des quadrupolartigen Feldes ausgewählt sind.

3. Massenfilter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter von Drähten (16) gebildet sind.

4. Massenfilter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter von Leiterbahnen (24) auf einer Leiterplatte (26) gebildet sind.

5. Massenfilter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung kreisförmigen Querschnitt hat, dessen Radius die charakteristische Dimension ist.

6. Massenfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter in den vier Unteranordnungen (18, 18′, 18′′, 18′′′) jeweils in Ebenen angeordnet sind, die eine rohrförmige Anordnung von quadratischem Querschnitt mit einer ausgewählten Seitendimension bilden, und daß die speziell ausgewählten, an jeden Leiter (16) anlegbaren Spannungen (V_i) im gegenseitigen Zusammenwirken und im Zusammenwirken mit der charakteristischen Seitendimension ausgewählt sind.

7. Massenfilter für geladene Teilchen, enthaltend eine symmetrische Anordnung von parallel angeordneten linearen Leitern, die an Spannungen zur Ausbildung eines Quadrupols liegen, gekennzeichnet durch
ein zylindrisches leitfähiges Gehäuse (12) mit einer Längsachse (22) und einem Radius (R), an das eine Grundspannung anlegbar ist,
eine innerhalb des Gehäuses (12) angeordnete, gleichmäßig in vier Unteranordnungen (18, 18′, 18′′, 18′′′) unterteilte Anordnung von parallel angeordneten linearen Leitern (16, 24), bei der die Leiter in den Unteranordnungen jeweils in Ebenen angeordnet sind und die vier Ebenen eine rohrförmige Anordnung von quadratischem Querschnitt bilden, der senkrecht zur Längsachse (22) des Gehäuses (12) zentriert ist und vier Seiten einer Seitendimension 2r_o bestimmt,
eine zu den Leitern (16, 24) parallel verlaufende Mittellinie (28) jeder Ebene,
eine im wesentlichen gleichförmige Verteilung der Leiter (16, 24) in jeder Unteranordnung (18, 18′, 18′′, 18′′′) mit einem Hauptleiter, welcher der Mittellinie (28) der Ebene am nächsten oder auf dieser Mittellinie (28) liegt, und einem Paar äußerer Leiter (30), welche alle anderen Leiter der Unteranordnung einschließen und nächstliegend zu entsprechenden äußeren Leitern benachbarter Unteranordnungen angeordnet sind, wobei die Lage jedes Leiters in jeder Unteranordnung durch Größen r_i und a_i definiert ist, worin i eine ganze Zahl ist, die mit i=1 den Hauptleiter und mit i=N einen äußeren Leiter bezeichnet, wobei N die Anzahl der Leiter in jeder halben Unteranordnung angibt, r_i den radialen Abstand von der Längsachse (22) des Gehäuses (12) und a_i einen positiven Winkel um die Längsachse (22) in bezug auf einen Winkel O für die Mittellinie (28) der jeweiligen Ebene bezeichnet,
spannungserzeugende Mittel zum Anlegen einer speziell ausgewählten Spannung (V_i) an die jeweiligen Leiter (16, 24) jeder Unteranordnung (18, 18′, 18′′, 18′′′) in bezug auf eine an dem Hauptleiter anliegende Spannung (V₁), entsprechend den nachfolgenden Gleichungen worin die Spannungen in jeder Unteranordnung (18, 18′, 18′′, 18′′′) denen der benachbarten Unteranordnungen entgegengerichtet sind und gegenüber der Grundspannung 0 bestehen, und
ein elektrisches Feld mit einem allgemein für ein Quadrupolfilter charakteristischen Profil.

8. Massenfilter nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch Einstellmittel zur Feinabstimmung jeder speziell ausgewählten Spannung (V_i) und ein elektrisches Feld mit einem Profil gleich dem eines Quadrupolfilters.

9. Massenfilter nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der Leiter (16, 24) in jeder Unteranordnung (18, 18′, 18′′, 18′′′) zwischen 3 und 10 beträgt.

10. Massenfilter nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der Leiter (16, 24) in jeder Unteranordnung (18, 18′, 18′′, 18′′′) größer als 20 ist.

11. Massenfilter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage jedes Leiters (16, 24) der Unteranordnung (18, 18′, 18′′, 18′′′) in der zugehörigen Ebene durch eine Koordinate s_i, die den Abstand des Leiters von der Mittellinie dieser Ebene angibt, bestimmt ist und die Gleichungen durch die Formel V_i/V_o = {1 - (s_i/r_o)²}/2angenähert sind, in der V_o eine ausgewählte Bezugsspannung für die Mittellinie ist.

12. Massenfilter für geladene Teilchen, enthaltend eine symmetrische Anordnung von parallel angeordneten linearen Leitern, die an Spannungen zur Ausbildung eines Quadrupols liegen, gekennzeichnet durch
eine gleichmäßig in vier Unteranordnungen (18, 18′, 18′′, 18′′′) aufgeteilte Anordnung von parallel angeordneten linearen Leitern (16, 24), die in den Unteranordnungen jeweils in Ebenen angeordnet sind, die eine den Leitern parallele Mittellinie (28) enthalten, wobei die vier Ebenen eine rohrförmige Anordnung von quadratischem Querschnitt mit vier Seiten der Seitendimension 2r_o bilden,
eine im wesentlichen gleichförmige Verteilung der Leiter (16, 24) in jeder Unteranordnung (18, 18′, 18′′, 18′′′) mit einem Paar äußerer Leiter (30), welche alle anderen Leiter der Unteranordnung einschließen und nächstliegend zu entsprechenden äußeren Leitern benachbarter Unteranordnungen angeordnet sind,
jeder Leiter in jeder Unteranordnung eine Koordinatenlage (s_i) auf der entsprechenden Querschnittsseite hat, die durch den Abstand des Leiters von der jeweiligen Mittellinie der Ebene bestimmt ist,
spannungserzeugende Mittel zum Anlegen einer speziell ausgewählten Spannung (V_i) an die jeweiligen Leiter (16, 24) jeder Unteranordnung (18, 18′, 18′′, 18′′′) gegenüber einer ausgewählten Bezugsspannung (V_o) entsprechend der Formel V_i/V_o = {1 - (s_i/r_o)²}/2worin die Spannungen in jeder Unteranordnung denen der benachbarten Unteranordnungen entgegengerichtet sind, und
ein elektrisches Feld mit einem allgemein für ein Quadrupolfilter charakteristischen Profil.