EP0633601A2 - Large aperture, low flight-time distortion detector for a time-of-flight mass spectrometer - Google Patents

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EP0633601A2
EP0633601A2 EP94110272A EP94110272A EP0633601A2 EP 0633601 A2 EP0633601 A2 EP 0633601A2 EP 94110272 A EP94110272 A EP 94110272A EP 94110272 A EP94110272 A EP 94110272A EP 0633601 A2 EP0633601 A2 EP 0633601A2
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ion
conversion surface
time
detector
electron conversion
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Thorald Dr. Bergmann
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01J49/02—Details
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/26—Mass spectrometers or separator tubes
    • H01J49/34—Dynamic spectrometers
    • H01J49/40—Time-of-flight spectrometers

Definitions

  • the invention relates to detectors for time-of-flight mass spectrometers according to the preambles of claims 1 and 3, respectively.
  • Detectors for time-of-flight mass spectrometers should oppose the incident ion beam to as large an area as possible and still have small time-of-flight errors.
  • Each detector has an ion-electron conversion surface on which, at the time of the impact of an ion, one or more electrons are generated with a certain probability, which are amplified in one or more downstream electron multipliers. This results in an electrical impulse, which is related in time to the impact of the ion on the conversion surface.
  • the ion-optical axis of a detector means a selected path in or near the center of the incident ion beam. If the detector has a cylindrical symmetry, the axis of symmetry is usually chosen.
  • the ion-optical axis can be traced backwards from the ion-electron conversion surface out of the detector to a suitably chosen point, and a reference plane can be defined at this point normal to the ion-optical axis.
  • the flight time along the ion-optical axis from the reference plane to the ion-electron conversion surface can be selected as the reference flight time. If ions are launched into the detector from points other than the axis point of the reference plane, but with the same direction and speed, they may need different flight times than an ion the axis. The difference between these flight times and the reference flight time on the ion-optical axis is called the flight time error.
  • the flight time errors can be specified as a function of the starting location on the reference level. In the most general case, the flight time errors depend on the two variables that parameterize the reference level. If the detector is constructed cylindrically symmetrically, the time-of-flight errors are a function of the distance of the orbit in question from the ion-optical axis in the reference plane.
  • Ions can be focused or scattered on a smaller or larger area within a detector with an inhomogeneous electric field. For this reason, the usable area on the ion-electron conversion surface is not suitable as a measure of the sensitivity of the detector.
  • the content of the area on the reference plane from which ions with acceptably small time-of-flight errors can be launched into the detector offers itself.
  • time-of-flight errors By defining a reference plane and only looking at the orbits from the reference plane to the conversion surface, one can mentally separate the detector and its time-of-flight errors from the rest of the time-of-flight mass spectrometer. However, it is also possible to determine the flight time errors over the entire flight route from the ion source to the conversion area. In addition to the time-of-flight errors directly related to the detector structure, time-of-flight errors often occur on the path through the ion source and reflector, which can be compensated in part by tilting the ion-electron conversion surface. For this reason, the conversion surface is often movably mounted.
  • the probability that electrons are released when an ion impacts the ion-electron conversion surface, i.e. the electron yield depends very much on the speed of the impact. Since the velocity of the ions is inversely proportional to the square root of their mass, the probability of detection with ions of large mass is greatly reduced.
  • a detector If a detector is to detect ions of greater mass, the ions must therefore be post-accelerated before they strike the ion-electron conversion surface in order to release electrons from the conversion surface with a sufficient probability when they strike.
  • the detector must therefore be constructed in such a way that a strong, accelerating electric field is present in front of the conversion surface. Flight time errors can arise from this post-acceleration field.
  • a homogeneous field has a location-independent direction and strength of the electric field, which means that in a detector with homogeneous fields, the flight time from the reference plane to the ion-electron conversion surface is independent of the starting point on the reference plane or independent of the entry point into the post-acceleration field.
  • Such an electric field can only be generated if the post-acceleration field is delimited from the drift path of the time-of-flight mass spectrometer with a grating.
  • An example of such a detector is shown in Fig. 5 of de Heer et al. (Review of Scientific Instruments, Volume 62 (3), page 670-677, 1991).
  • the size of the flight time errors is a function of the distance of the flight path from the ion optical axis.
  • the distance to the ion-optical axis on the reference plane, not on the conversion surface, should be taken as a variable in this function.
  • the size of these time-of-flight errors is proportional to the square of the distance from the ion-optical axis.
  • the detector in order to keep the time-of-flight errors small, the detector should only be charged with ions close to the ion-optical axis. This means that ions from the reference plane can only be launched into the detector near the ion-optical axis. It does not matter whether the ion trajectories are focused or defocused on a smaller or larger area within the detector.
  • the measure of the sensitivity of the detector is the content of that area on the reference plane from which ion trajectories with acceptably small flight time errors can be started into the detector.
  • the invention is accordingly based on the object of specifying a detector for time-of-flight mass spectrometers which equally ensures high sensitivity and high mass resolution.
  • the time-of-flight errors between ions with different trajectories generated by the inhomogeneous electric field prevailing in the detector or occurring before the detector are compensated by the detector itself. This is done by using a curved ion-electron conversion surface in the detector.
  • the curvature causes the flight time occurring in each flight path to vary depending on the lateral position on the ion beam, i.e. is either lengthened or shortened so that the flight time errors caused by the inhomogeneous field or occurring in front of the detector are compensated for or at least minimized.
  • the shape of the conversion surface is also possible to specify the shape of the conversion surface as a power series of finite order. This would mean that one does not adopt the exact shape of the area determined in step 5, but optimally approximates this area with a power series, and then continues with this area in step 3.
  • lanes can also be used which are started from the ion source with initial conditions corresponding to the actual operation of the time-of-flight mass spectrometer.
  • time-of-flight errors such as those which arise in the ion source and in the other parts of the time-of-flight mass spectrometer can also be included in the determination of the curvature of the ion-electron conversion surface.
  • the space of the initial conditions in this case has 6 coordinates, that is, 3 for initial speeds and 3 for initial coordinates. Since the end face is a 2-parameter area in 3-dimensional space, the end face (20) must be adapted to the end points of the tracks (11) in such a way that the average distance between the track end points and the end face (20) is minimal.
  • the method can also be designed in such a way that first a design of the detector electrodes including a specific curvature of the ion-electron conversion surface is determined, and then the voltages are varied until the flight time errors fall below a predetermined limit. This procedure corresponds to procedural claim 10.
  • 3 shows the simplest embodiment of a detector according to the invention.
  • the time-of-flight errors of off-axis paths are compensated for by a curved conversion surface (3).
  • the only ring electrode (1) is at the potential of the drift path.
  • this embodiment also corresponds to claim 7.
  • tilting a movably mounted holder it is possible to detect certain time-of-flight errors of the ion source, the reflector and / or the drift path of the time-of-flight mass spectrometer in the detector to compensate.
  • Fig. 4 shows a detector design in which the field of the post-acceleration path can be adjusted by additional ring electrodes (4). In this way, the necessary curvature of the conversion surface (3) can be kept smaller at a certain voltage than in the design of FIG. 3 . Alternatively, a higher post-acceleration voltage can be set with the same curvature of the ion-electron conversion surface (3).
  • the additional ring electrodes (4) reduce the time-of-flight errors of off-axis orbits by placing the areas of greater field curvature in areas in which the speed of the ions is already greater.
  • the ring electrodes are placed on potentials whose values lie between the drift path potential and the potential of the ion-electron conversion surface (3). Instead of two or more ring electrodes (4), a single additional ring electrode would also be conceivable.
  • the flight time errors of off-axis orbits become greater.
  • the ion orbits also bent more towards the ion-optical axis. Both require that the curvature of the ion-electron conversion surface has to increase with greater post-acceleration potential. If the ion trajectories are bent so strongly towards the ion-optical axis that they all hit one point on the conversion surface, it is no longer possible to compensate for the flight time errors by curvature of the conversion surface. This is only possible with even higher post-acceleration potentials if the ion trajectories cross in front of the conversion surface.
  • a detector is to be operated with a large post-acceleration potential, it is advantageous, as shown in FIG. 5 , to operate it according to method claim 8.
  • arbitrarily high post-acceleration voltages can be achieved with a comparatively small curvature of the ion-electron conversion surface (3) by ensuring that the ion paths (11) cross in front of the conversion surface by means of a suitable arrangement of the electrodes and suitable setting of the voltages. Since a number of possibilities are known for arranging electrodes or adjusting voltages in such a way that an electric field with the required properties results, the electrodes are not shown here.
  • FIG. 6 shows a detector design according to claim 6, in which the electrons generated on the curved ion-electron conversion surface (3) are withdrawn transversely to the detector axis by a field superimposed on the post-acceleration field.
  • the electron tracks (15) are shown in dashed lines.
  • the ion trajectories (11) are shown twice in the middle part of the post-acceleration section, since here, similar to Fig. 5 , it is possible to cause crossing (11a) ion trajectories, or the ion trajectories essentially parallel (11b) to the ion Electron conversion surface (3) to lead.
  • the optimal curvature of the conversion surface may no longer be rotationally symmetrical.
  • the detection of the generated electrons can be done using a multi-channel plate, scintillator or similar. be effected.

Landscapes

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

Abstract

If ions transverse inhomogenous fields in the detector of a time-of-flight mass spectrometer, the case can arise that different flight paths (11) require different times from the entry window up to the ion-electron conversion surface (3). These flight-time distortions can be reduced by suitable deformation of the conversion surface (3). <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft Detektoren für Flugzeit-Massenspektrometer nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1 bzw. 3.The invention relates to detectors for time-of-flight mass spectrometers according to the preambles of claims 1 and 3, respectively.

Detektoren für Flugzeit-Massenspektrometer sollen dem einfallenden Ionenstrahl eine möglichst große Fläche entgegenstellen, und dennoch kleine Flugzeitfehler aufweisen.Detectors for time-of-flight mass spectrometers should oppose the incident ion beam to as large an area as possible and still have small time-of-flight errors.

Jeder Detektor verfügt über eine Ionen-Elektronen-Konversionsfläche, an welcher zum Zeitpunkt des Auftreffens eines Ions mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit ein oder mehrere Elektronen erzeugt werden, die in einem oder mehreren nachgeschalteten Elektronenvervielfachern verstärkt werden. Dies ergibt einen elektrischen Impuls, welcher mit dem Auftreffen des Ions auf der Konversionsfläche in zeitlichem Zusammenhang steht.Each detector has an ion-electron conversion surface on which, at the time of the impact of an ion, one or more electrons are generated with a certain probability, which are amplified in one or more downstream electron multipliers. This results in an electrical impulse, which is related in time to the impact of the ion on the conversion surface.

Alternativ zu Elektronenvervielfachern ist es auch möglich, die Elektronen durch Szintillatoren mit Photomultipliern nachzuweisen.As an alternative to electron multipliers, it is also possible to detect the electrons using scintillators with photomultipliers.

Unter der ionenoptischen Achse eines Detektors versteht man eine ausgewählte Bahn in oder nahe der Mitte des einfallenden Ionenstrahls. Falls der Detektor zylindersymmetrisch aufgebaut ist, wählt man üblicherweise die Symmetrieachse.The ion-optical axis of a detector means a selected path in or near the center of the incident ion beam. If the detector has a cylindrical symmetry, the axis of symmetry is usually chosen.

Man kann die ionenoptische Achse rückwärts von der Ionen-Elektronen-Konversionsfläche aus dem Detektor hinaus bis zu einem geeignet gewählten Punkt verfolgen, und an diesem normal zu der ionenoptischen Achse eine Referenzebene definieren. Die Flugzeit entlang der ionenoptischen Achse von der Referenzebene bis zur Ionen-ElektronenKonversionsfläche kann man als Referenz-Flugzeit wählen. Werden Ionen von anderen Punkten als dem Achsenpunkt der Referenzebene, aber mit derselben Richtung und Geschwindigkeit, in den Detektor hinein gestartet, so benötigen sie möglicherweise andere Flugzeiten als ein Ion auf der Achse. Die Differenz dieser Flugzeiten zur Referenz-Flugzeit auf der ionenoptischen Achse bezeichnet man als Flugzeitfehler.The ion-optical axis can be traced backwards from the ion-electron conversion surface out of the detector to a suitably chosen point, and a reference plane can be defined at this point normal to the ion-optical axis. The flight time along the ion-optical axis from the reference plane to the ion-electron conversion surface can be selected as the reference flight time. If ions are launched into the detector from points other than the axis point of the reference plane, but with the same direction and speed, they may need different flight times than an ion the axis. The difference between these flight times and the reference flight time on the ion-optical axis is called the flight time error.

Die Flugzeitfehler kann man angeben als Funktion des Startortes auf der Referenzebene. Im allgemeinsten Fall sind die Flugzeitfehler abhängig von den zwei Variablen, welche die Referenzebene parametrisieren. Ist der Detektor zylindersymmetrisch aufgebaut, so sind die Flugzeitfehler eine Funktion des Abstandes der betreffenden Bahn von der ionenoptischen Achse in der Referenzebene.The flight time errors can be specified as a function of the starting location on the reference level. In the most general case, the flight time errors depend on the two variables that parameterize the reference level. If the detector is constructed cylindrically symmetrically, the time-of-flight errors are a function of the distance of the orbit in question from the ion-optical axis in the reference plane.

Ionen können innerhalb eines Detektors mit inhomogenem elektrischen Feld auf eine kleinere oder größere Fläche fokussiert oder zerstreut werden. Aus diesem Grunde eignet sich der nutzbare Flächeninhalt auf der Ionen-Elektronen-Konversionsfläche nicht als Maß für die Empfindlichkeit des Detektors. Als Maß für die Empfindlichkeit des Detektors bietet sich der Inhalt derjenigen Fläche auf der Referenzebene an, von welcher aus Ionen mit akzeptabel kleinen Flugzeitfehlern in den Detektor hinein gestartet werden können.Ions can be focused or scattered on a smaller or larger area within a detector with an inhomogeneous electric field. For this reason, the usable area on the ion-electron conversion surface is not suitable as a measure of the sensitivity of the detector. As a measure of the sensitivity of the detector, the content of the area on the reference plane from which ions with acceptably small time-of-flight errors can be launched into the detector offers itself.

Durch Definition einer Referenzebene und dem ausschließlichen Betrachten der Bahnen von der Referenzebene bis auf die Konversionsfläche kann man gedanklich den Detektor und seine Flugzeitfehler vom Rest des Flugzeit-Massenspektrometers abtrennen. Es ist aber auch möglich, die Flugzeitfehler auf der gesamten Flugstrecke von der Ionenquelle bis auf die Konversionsfläche zu bestimmen. Zusätzlich zu den unmittelbar mit dem Detektoraufbau zusammenhängenden Flugzeitfehlern treten hier oft auf der Bahn durch Ionenquelle und Reflektor Flugzeitfehler auf, welche zum Teil durch Verkippen der Ionen-Elektronen-Konversionsfläche kompensierbar sind. Aus diesem Grunde ist die Konversionsfläche oft beweglich gelagert.By defining a reference plane and only looking at the orbits from the reference plane to the conversion surface, one can mentally separate the detector and its time-of-flight errors from the rest of the time-of-flight mass spectrometer. However, it is also possible to determine the flight time errors over the entire flight route from the ion source to the conversion area. In addition to the time-of-flight errors directly related to the detector structure, time-of-flight errors often occur on the path through the ion source and reflector, which can be compensated in part by tilting the ion-electron conversion surface. For this reason, the conversion surface is often movably mounted.

Zur Zeit sind vor allem zwei Arten von Konversionsflächen gebräuchlich:

  • eine Metalloberfläche auf welcher die Ionen auftreffen, und mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit Elektronen auslösen. Die Metalloberfläche kann auch speziell beschichtet sein, damit die auftreffenden Ionen mit größerer Wahrscheinlichkeit Elektronen auslösen.
  • die Vorderseite einer Mikrokanalplatte. Die Ionen dringen zwar einige 10 µm tief in die Kanälchen der Mikrokanalplatte ein, bevor sie Elektronen auslösen, und so hat die Konversionsfläche eigentlich eine sehr komplexe Form. Für die folgende Diskussion soll dennoch als Konversionsfläche die glatte Vorderseite der Mikrokanalplatte gelten. Das Eindringen der Ionen in die Kanälchen muß im folgenden nicht mehr berücksichtigt werden, da es sich nur um einige 10 µm handelt, was im Vergleich zu den anderen hier zu behandelnden Fehlern als vernachlässigbare Ungenauigkeit erkennbar ist.
Two types of conversion surfaces are currently used:
  • a metal surface on which the ions hit and with a certain probability trigger electrons. The metal surface can also be specially coated so that the impinging ions are more likely to trigger electrons.
  • the front of a microchannel plate. Although the ions penetrate a few 10 µm deep into the microchannel plate before they release electrons, the conversion surface actually has a very complex shape. For the following discussion, however, the smooth front of the microchannel plate should be the conversion surface. The penetration of the ions into the tubules no longer has to be taken into account in the following, since it is only a matter of a few 10 μm, which is recognizable as negligible inaccuracy in comparison with the other errors to be treated here.

Die Wahrscheinlichkeit, mit welcher beim Aufprall eines Ions auf der Ionen-Elektronen-Konversionsfläche Elektronen ausgelöst werden, d.h. die Elektronenausbeute, hängt sehr stark von der Geschwindigkeit beim Aufprall ab. Da die Geschwindigkeit der Ionen umgekehrt proportional zu der Quadratwurzel ihrer Masse ist, nimmt die Nachweiswahrscheinlichkeit bei Ionen großer Masse stark ab.The probability that electrons are released when an ion impacts the ion-electron conversion surface, i.e. the electron yield depends very much on the speed of the impact. Since the velocity of the ions is inversely proportional to the square root of their mass, the probability of detection with ions of large mass is greatly reduced.

Soll ein Detektor Ionen größerer Masse nachweisen, so müssen die Ionen daher nachbeschleunigt werden, bevor sie auf der Ionen-Elektronen-Konversionsfläche auftreffen, um mit ausreichender Wahrscheinlichkeit beim Auftreffen Elektronen aus der Konversionsfläche auszulösen. Der Detektor muß also so aufgebaut sein, daß ein starkes, beschleunigendes elektrisches Feld vor der Konversionsfläche anliegt. Durch dieses Nachbeschleunigungsfeld können Flugzeitfehler entstehen.If a detector is to detect ions of greater mass, the ions must therefore be post-accelerated before they strike the ion-electron conversion surface in order to release electrons from the conversion surface with a sufficient probability when they strike. The detector must therefore be constructed in such a way that a strong, accelerating electric field is present in front of the conversion surface. Flight time errors can arise from this post-acceleration field.

Üblicherweise werden die Flugzeitfehler klein gehalten, indem man das Nachbeschleunigungsfeld homogen hält. Ein homogenes Feld hat eine ortsunabhängige Richtung und Stärke des elektrischen Feldes, wodurch in einem Detektor mit homogenen Feldern die Flugzeit von Referenzebene bis auf die Ionen-Elektronen-Konversionsfläche unabhängig vom Startort auf Referenzebene bzw. unabhängig vom Eintrittsort in das Nachbeschleunigungsfeld ist.Usually the flight time errors are kept small by keeps the post-acceleration field homogeneous. A homogeneous field has a location-independent direction and strength of the electric field, which means that in a detector with homogeneous fields, the flight time from the reference plane to the ion-electron conversion surface is independent of the starting point on the reference plane or independent of the entry point into the post-acceleration field.

Ein solches elektrisches Feld läßt sich nur erzeugen, wenn man das Nachbeschleunigungsfeld gegenüber der Driftstrecke des Flugzeit-Massenspektrometers mit einem Gitter abgrenzt. Ein Beispiel eines solcherart aufgebauten Detektors ist in Fig. 5 der Veröffentlichung von de Heer et al. (Review of Scientific Instruments, Band 62(3), Seite 670-677,1991) zu sehen.Such an electric field can only be generated if the post-acceleration field is delimited from the drift path of the time-of-flight mass spectrometer with a grating. An example of such a detector is shown in Fig. 5 of de Heer et al. (Review of Scientific Instruments, Volume 62 (3), page 670-677, 1991).

Die nachzuweisenden Ionen können dabei auch auf die Gitterstäbe auftreffen. Sofern die betreffenden Ionen dadurch nur aus dem Ionenstrahl entfernt werden, geht damit eine, meist nur geringfügige, Verringerung des Detektor-Signals einher. Es gibt aber auch mehrere Möglichkeiten, wie Ionen, die auf Gitterstäbe auftreffen, ein Detektor-Signal zu falschen Zeiten hervorrufen können:

  • Ionen können an Gitterstäben inelastisch gestreut werden, mit falschen Geschwindigkeiten weiter in Richtung Konversionsfläche fliegen, und so zu falschen Zeiten ankommen,
  • Ionen können an Gitterstäben in großem Winkel gestreut werden, was ebenfalls die Geschwindigkeitskomponente in Richtung der Konversionsfläche ändert,
  • Ionen können auf Gitterstäben auftreffen, zerplatzen, und die Bruchstücke können zu falschen Zeiten auf die Ionen-Elektronen-Konversionsfläche gelangen.
The ions to be detected can also strike the bars. If the ions in question are only removed from the ion beam as a result, the detector signal is reduced, usually only slightly. However, there are also several ways in which ions that strike lattice bars can cause a detector signal at the wrong times:
  • Ions can be inelastically scattered on lattice bars, fly further towards the conversion surface at incorrect speeds, and thus arrive at the wrong times,
  • Ions can be scattered at a large angle on bars, which also changes the velocity component in the direction of the conversion surface,
  • Ions can hit lattice bars, burst, and the fragments can reach the ion-electron conversion surface at wrong times.

Soll auf Gitter wegen der oben genannten Probleme verzichtet werden, so ist das Nachbeschleunigungsfeld notwendigerweise inhomogen, wodurch Ionen auf unterschiedlichen Bahnen mit voneinander verschiedenen Flugzeiten auf die Ionen-Elektronen-Konversionsfläche gelangen.If grids are to be dispensed with because of the problems mentioned above, the post-acceleration field is necessarily inhomogeneous, as a result of which ions on different orbits with different flight times reach the ion-electron conversion surface.

Wie bereits erwähnt, ist die Größe der Flugzeitfehler eine Funktion des Abstandes der Flugbahn von der ionenoptischen Achse. Dabei ist als Variable in dieser Funktion der Abstand zur ionenoptischen Achse auf der Referenzebene, nicht auf der Konversionsfläche zu nehmen. Im günstigsten Fall, d.h. wenn die Konversionsfläche beweglich aufgehängt ist, ist die Größe dieser Flugzeitfehler proportional zum Quadrat des Abstandes von der ionenoptischen Achse.As already mentioned, the size of the flight time errors is a function of the distance of the flight path from the ion optical axis. The distance to the ion-optical axis on the reference plane, not on the conversion surface, should be taken as a variable in this function. In the best case, i.e. if the conversion surface is movably suspended, the size of these time-of-flight errors is proportional to the square of the distance from the ion-optical axis.

Um die Flugzeitfehler klein zu halten, ist es in diesem Fall geboten, den Detektor nur nah der ionenoptischen Achse mit Ionen zu beschicken. Hier bedeutet das, daß Ionen aus der Referenzebene heraus nur nah der ionenoptischen Achse in den Detektor hinein gestartet werden können. Es spielt keine Rolle, ob die Ionenbahnen innerhalb des Detektors auf eine kleinere oder größere Fläche fokussiert bzw. defokussiert werden. Das Maß für die Empfindlichkeit des Detektors ist der Inhalt derjenigen Fläche auf der Referenzebene, von welcher aus Ionenbahnen mit akzeptabel kleinen Flugzeitfehlern in den Detektor hinein gestartet werden können.In this case, in order to keep the time-of-flight errors small, the detector should only be charged with ions close to the ion-optical axis. This means that ions from the reference plane can only be launched into the detector near the ion-optical axis. It does not matter whether the ion trajectories are focused or defocused on a smaller or larger area within the detector. The measure of the sensitivity of the detector is the content of that area on the reference plane from which ion trajectories with acceptably small flight time errors can be started into the detector.

Diese Lösungsmöglichkeit kann man z.B. in Fig. 1 der Veröffentlichung von Steffens et al. (Journal of Vacuum Science and Technology, Band A3(3), Seite 1322-1325,1985) erkennen. Fig. 4 der PCT-Anmeldung WO 92/19367 zeigt diese Lösungsmöglichkeit ebenfalls auf. Der Nachteil dieser Lösungen besteht darin, daß nur ein vergleichsweise kleines Volumen des Detektors nutzbar ist, bzw. nur ein vergleichsweise kleiner Flächeninhalt auf der Referenzebene dem einfallenden Ionenstrahl entgegengestellt werden kann. Dies hat eine verringerte Empfindlichkeit des Detektors zur Folge.This solution can be seen, for example, in Fig. 1 of the publication by Steffens et al. (Journal of Vacuum Science and Technology, Volume A3 (3), pages 1322-1325, 1985). 4 of PCT application WO 92/19367 also shows this possible solution. The disadvantage of these solutions is that only a comparatively small volume of the detector can be used, or only a comparatively small area on the reference plane can be opposed to the incident ion beam. This has a reduced sensitivity of the detector.

Der Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, einen Detektor für Flugzeit-Massenspektrometer anzugeben, welcher gleichermaßen eine hohe Empfindlichkeit und eine hohe Massenauflösung gewährleistet.The invention is accordingly based on the object of specifying a detector for time-of-flight mass spectrometers which equally ensures high sensitivity and high mass resolution.

Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Detektor für Flugzeit-Massenspektrometer anzugeben, bei welchem trotz großem, dem einfallenden Strahl entgegengestellten nutzbaren Flächeninhalt auf der Referenzebene, die Flugzeitfehler klein gehalten werden.In particular, it is an object of the present invention to provide a detector for time-of-flight mass spectrometers in which, despite the large usable area on the reference plane which is opposite to the incident beam, the time-of-flight errors are kept small.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 bzw. 3 gelöst.This object is solved by the characterizing features of claims 1 and 3, respectively.

Erfindungsgemäß werden die durch das im Detektor herrschende inhomogene elektrische Feld erzeugten bzw. schon vor dem Detektor auftretenden Flugzeitfehler zwischen Ionen mit unterschiedlichen Flugbahnen durch den Detektor selbst kompensiert. Dies geschieht dadurch, daß im Detektor eine gekrümmte Ionen-Elektronen-Konversionsfläche eingesetzt wird. Die Krümmung bewirkt, daß die in jeder Flugbahn auftretende Flugzeit in Abhängigkeit von der lateralen Position auf dem Ionenstrahl derart variiert, d.h. entweder verlängert oder verkürzt wird, daß die durch das inhomogene Feld bewirkten bzw. die vor dem Detektor auftretenden Flugzeitfehler kompensiert oder zumindest minimiert werden. Für eine Flugbahn z.B., deren Flugzeit bei Verwendung einer ebenen Konversionsfläche durch das elektrische Feld gegenüber der der anderen Flugbahnen verlängert worden wäre, bewirkt die Krümmung der Konversionsfläche nunmehr eine entsprechende Verkürzung, so daß im Ergebnis die Flugzeiten aneinander angeglichen werden.According to the invention, the time-of-flight errors between ions with different trajectories generated by the inhomogeneous electric field prevailing in the detector or occurring before the detector are compensated by the detector itself. This is done by using a curved ion-electron conversion surface in the detector. The curvature causes the flight time occurring in each flight path to vary depending on the lateral position on the ion beam, i.e. is either lengthened or shortened so that the flight time errors caused by the inhomogeneous field or occurring in front of the detector are compensated for or at least minimized. For a flight path, for example, the flight time of which would have been lengthened by the electric field compared to the other flight paths if a flat conversion surface had been used, the curvature of the conversion surface now brings about a corresponding shortening, so that the flight times are adjusted to one another as a result.

Um die konkrete Form der Ionen-Elektronen-Konversionsfläche zu ermitteln, kann man nach Verfahrensanspruch 9 beispielsweise folgendermaßen vorgehen:

  • 1. Man lege sich auf einen Entwurf der Nachbeschleunigungsoptik fest: Ein Beispiel dafür zeigt Fig. 1. Dabei nehme man zuerst, wie in Fig. 1 gezeigt, eine ebene Ionen-Elektronen-Konversionsfläche(3) an.
  • 2. Man lege die Spannungen der Elektroden fest: Entlang der Nachbesclueunigungsstrecke befinde sich hier nur eine einzige Ringelektrode(1), welche sich auf dem Potential der Driftstrecke des Flugzeit-Massenspektrometers befinde. Die Halterung(2) für die Ionen-Elektronen-Konversionsfiäche(3) befinde sich auf dem Nachbeschleunigungspotential U, wodurch ein inhomogenes Nachbeschleunigungsfeld vor der Konversionsfläche erzeugt wird.
  • 3. Man bestimme eine Reihe von Ionenbahnen(11) mit folgenden Bedingungen:
    • Alle Bahnen starten von einer Startfläche(12) senkrecht zur Detektorachse.
    • Alle Bahnen starten parallel zur Detektorachse mit der gleichen Geschwindigkeit in den Detektor hinein.
    • Alle Bahnen werden für die gleiche Flugzeit bestimmt. Als Flugzeit soll die Zeit gewählt werden, welche ein Ion auf der Achse benötigt um von der Startfläche(12) bis auf die Konversionsfläche(3) zu gelangen.
  • 4. Der Endpunkt der Achsenbahn liegt dann auf der Mitte der Konversionsfläche. Die Endpunkte der außeraxialen Bahnen beschreiben dann die notwendige Form(20) der Konversionsfläche. Dies ist vergrößert in Fig. 2 gezeigt.
  • 5. Man ändere nun in dem Entwurf entsprechend dem vorherigen Schritt die Form der Konversionsfläche und fahre fort mit Schritt 3.
Da eine Änderung der Form der Konversionsfläche eine Änderung des elektrischen Feldes und damit eine Änderung der Flugzeitfehler mit sich zieht, sollte die obige Prozedur so oft wiederholt werden, bis der verbleibende Flugzeitfehler eine vorher gewählte Grenze unterschreitet.In order to determine the specific shape of the ion-electron conversion surface, one can proceed according to method claim 9 as follows:
  • 1. Commit yourself to a design of the post-acceleration optics: An example of this is shown in FIG. 1. First, as shown in FIG. 1, assume a flat ion-electron conversion surface (3).
  • 2. Determine the voltages of the electrodes: There is only a single ring electrode (1) along the follow-up section, which is at the potential of the drift section of the time-of-flight mass spectrometer. The holder (2) for the ion-electron conversion surface (3) is at the post-acceleration potential U , which creates an inhomogeneous post-acceleration field in front of the conversion surface.
  • 3. Determine a series of ion orbits (11) with the following conditions:
    • All tracks start from a starting surface (12) perpendicular to the detector axis.
    • All tracks start parallel to the detector axis at the same speed in the detector.
    • All lanes are determined for the same flight time. The time that an ion on the axis needs to travel from the start area (12) to the conversion area (3) should be selected as the flight time.
  • 4. The end point of the axis path then lies on the middle of the conversion surface. The end points of the off-axis paths then describe the necessary shape (20) of the conversion surface. This is shown enlarged in FIG. 2 .
  • 5. Now change the shape of the conversion surface in accordance with the previous step and continue with step 3.
Since a change in the shape of the conversion area entails a change in the electrical field and thus a change in the flight time errors, the above procedure should be repeated until the remaining flight time error falls below a previously selected limit.

Es ist auch möglich, die Form der Konversionsfläche als Potenzreihe endlicher Ordnung anzugeben. Dies würde bedeuten, daß man nicht die exakte Form der in Schritt 5 bestimmten Fläche übernimmt, sondern diese Fläche mit einer Potenzreihe optimal annähert, und mit dieser Fläche dann bei Schritt 3 fortfährt.It is also possible to specify the shape of the conversion surface as a power series of finite order. This would mean that one does not adopt the exact shape of the area determined in step 5, but optimally approximates this area with a power series, and then continues with this area in step 3.

Statt der in Schritt 3 bestimmten Bahnen (11) kann man auch Bahnen verwenden, die mit Anfangsbedingungen entsprechend dem tatsächlichen Betrieb des Flugzeit-Massenspektrometers aus der Ionenquelle heraus gestartet werden. Das bedeutet, daß im Prinzip auch solche Flugzeitfehler, wie sie in der Ionenquelle und in den übrigen Teilen des Flugzeit-Massenspektrometers entstehen, in die Bestimmung der Krümmung der Ionen-Elektronen-Konversionsfiäche mit einbezogen werden können. Bei der Bestimmung der Endfläche(20) muß man dabei berücksichtigen, daß der Raum der Anfangsbedingungen in diesem Fall 6 Koordinaten, also 3 für Anfangsgeschwindigkeiten und 3 für Anfangskoordinaten, aufweist. Da die Endfläche eine 2-parametrige Fläche im 3-dimensionalen Raum ist, muß die Endläche(20) den Endpunkten der Bahnen (11) solcherart angepaßt werden, daß der durchschnittliche Abstand der Bahn-Endpunkte zur Endfläche(20) minimal ist.Instead of the lanes (11) determined in step 3, lanes can also be used which are started from the ion source with initial conditions corresponding to the actual operation of the time-of-flight mass spectrometer. This means that, in principle, time-of-flight errors such as those which arise in the ion source and in the other parts of the time-of-flight mass spectrometer can also be included in the determination of the curvature of the ion-electron conversion surface. When determining the end surface (20), one must take into account that the space of the initial conditions in this case has 6 coordinates, that is, 3 for initial speeds and 3 for initial coordinates. Since the end face is a 2-parameter area in 3-dimensional space, the end face (20) must be adapted to the end points of the tracks (11) in such a way that the average distance between the track end points and the end face (20) is minimal.

Alternativ kann das Verfahren auch derart gestaltet sein, daß man sich zuerst auf einen Entwurf der Detektorelektroden einschließlich einer bestimmten Krümmung der Ionen-Elektronen-Konversionsfläche festlegt, und anschließend die Spannungen so lange variiert, bis die Flugzeitfehler eine vorgegebene Grenze unterschreiten. Dieses Vorgehen entspricht Verfahrensanspruch 10.Alternatively, the method can also be designed in such a way that first a design of the detector electrodes including a specific curvature of the ion-electron conversion surface is determined, and then the voltages are varied until the flight time errors fall below a predetermined limit. This procedure corresponds to procedural claim 10.

Bezugnehmend auf die Zeichnungen werden nun bevorzugte Ausführungsformen näher erläutert:
   Fig. 3 zeigt die einfachste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Detektors. Bei dieser Ausführungsform werden die Flugzeitfehler außeraxialer Bahnen durch eine gekrümmte Konversionsfläche(3) kompensiert. Wie in Fig. 1 befindet sich hier die einzige Ringelektrode(1) auf dem Potential der Driftstrecke.Preferred embodiments are now explained in more detail with reference to the drawings:
3 shows the simplest embodiment of a detector according to the invention. In this embodiment, the time-of-flight errors of off-axis paths are compensated for by a curved conversion surface (3). As in Fig. 1 , the only ring electrode (1) is at the potential of the drift path.

Ist die Halterung(2) der Konversionsfläche(3) beweglich gelagert, so entspricht diese Ausführungsform auch Anspruch 7. Durch Verkippung einer beweglich gelagerten Halterung ist es möglich, im Detektor gewisse Flugzeitfehler der Ionenquelle, des Reflektors und/oder der Driftstrecke des Flugzeit-Massenspektrometers zu kompensieren.If the holder (2) of the conversion surface (3) is movably mounted, this embodiment also corresponds to claim 7. By tilting a movably mounted holder, it is possible to detect certain time-of-flight errors of the ion source, the reflector and / or the drift path of the time-of-flight mass spectrometer in the detector to compensate.

Fig. 4 zeigt einen Detektorentwurf, bei dem das Feld der Nachbeschleunigungsstrecke durch zusätzliche Ringelektroden(4) eingestellt werden kann. Auf diese Weise kann die notwendige Krümmung der Konversionsfläche(3) bei einer bestimmten Spannung kleiner gehalten werden als bei dem Entwurf von Fig. 3. Alternativ läßt sich eine höhere Nachbeschleunigungsspannung bei gleicher Krümmung der Ionen-Elektronen-Konversionsfläche(3) einstellen. Fig. 4 shows a detector design in which the field of the post-acceleration path can be adjusted by additional ring electrodes (4). In this way, the necessary curvature of the conversion surface (3) can be kept smaller at a certain voltage than in the design of FIG. 3 . Alternatively, a higher post-acceleration voltage can be set with the same curvature of the ion-electron conversion surface (3).

Die zusätzlichen Ringelektroden(4) verringern die Flugzeitfehler außeraxialer Bahnen, indem durch sie die Bereiche größerer Feldkrümmung in Bereiche gelegt werden, in denen die Geschwindigkeit der Ionen schon größer ist. Die Ringelektroden werden auf Potentiale gelegt, deren Werte sich zwischen dem Driftstreckenpotential und dem Potential der Ionen-Elektronen-Konversionsfläche(3) liegen. Anstatt zwei oder auch mehrerer Ringelektroden(4) wäre auch eine einzige zusätzliche Ringelektrode denkbar.The additional ring electrodes (4) reduce the time-of-flight errors of off-axis orbits by placing the areas of greater field curvature in areas in which the speed of the ions is already greater. The ring electrodes are placed on potentials whose values lie between the drift path potential and the potential of the ion-electron conversion surface (3). Instead of two or more ring electrodes (4), a single additional ring electrode would also be conceivable.

Mit größerem Nachbeschleunigungspotential werden die Flugzeitfehler von außeraxialen Bahnen größer. Zusätzlich werden die Ionenbahnen auch stärker zur ionenoptischen Achse hingebogen. Beides erfordert, daß die Krümmung der Ionen-Elektronen-Konversionsfiäche mit größerem Nachbeschleunigungspotential ansteigen muß. Wenn die Ionenbahnen so stark zur ionenoptischen Achse hingebogen werden, daß sie alle auf einem Punkt der Konversionsfläche auftreffen, so ist es nicht mehr möglich, die Flugzeitfehler durch Krümmung der Konversionsfläche zu kompensieren. Dies ist erst wieder bei noch größeren Nachbeschleunigungspotentialen möglich, wenn die Ionenbahnen sich vor der Konversionsfläche kreuzen.With greater post-acceleration potential, the flight time errors of off-axis orbits become greater. In addition, the ion orbits also bent more towards the ion-optical axis. Both require that the curvature of the ion-electron conversion surface has to increase with greater post-acceleration potential. If the ion trajectories are bent so strongly towards the ion-optical axis that they all hit one point on the conversion surface, it is no longer possible to compensate for the flight time errors by curvature of the conversion surface. This is only possible with even higher post-acceleration potentials if the ion trajectories cross in front of the conversion surface.

Soll ein Detektor mit großem Nachbeschleunigungspotential betrieben werden, so ist es günstig, wie in Fig. 5 gezeigt, ihn nach Verfahrensanspruch 8 zu betreiben. Bei dieser Betriebsart lassen sich beliebig hohe Nachbeschleunigungsspannungen bei vergleichsweise kleiner Krümmung der Ionen-Elektronen-Konversionsfläche(3) erzielen, indem man durch geeignete Anordnung der Elektroden und geeignete Einstellung der Spannungen dafür sorgt, daß sich die Ionenbahnen(11) vor der Konversionsfläche kreuzen. Da eine Reihe von Möglichkeiten bekannt sind, Elektroden so anzuordnen bzw. Spannungen so einzustellen, daß sich ein elektrisches Feld mit den geforderten Eigenschaften ergibt, wurde hier auf die Darstellung der Elektroden verzichtet.If a detector is to be operated with a large post-acceleration potential, it is advantageous, as shown in FIG. 5 , to operate it according to method claim 8. In this operating mode, arbitrarily high post-acceleration voltages can be achieved with a comparatively small curvature of the ion-electron conversion surface (3) by ensuring that the ion paths (11) cross in front of the conversion surface by means of a suitable arrangement of the electrodes and suitable setting of the voltages. Since a number of possibilities are known for arranging electrodes or adjusting voltages in such a way that an electric field with the required properties results, the electrodes are not shown here.

Fig. 6 zeigt einen Detektorentwurf nach Anspruch 6, bei welchem die an der gekrümmten Ionen-Elektronen-Konversionsfläche(3) erzeugten Elektronen durch ein dem Nachbeschleunigungsfeld überlagertes Feld quer zur Detektorachse abgezogen werden. Die Elektronenbahnen(15) sind gestrichelt gezeigt. FIG. 6 shows a detector design according to claim 6, in which the electrons generated on the curved ion-electron conversion surface (3) are withdrawn transversely to the detector axis by a field superimposed on the post-acceleration field. The electron tracks (15) are shown in dashed lines.

Die Ionenbahnen(11) sind im mittleren Teil der Nachbeschleunigungsstrecke doppelt gezeigt, da es hier, ähnlich wie bei Fig. 5, möglich ist, sich kreuzende( 11a) Ionenbahnen zu bewirken, oder die Ionenbahnen im Wesentlichen parallel (11b) bis zur Ionen-Elektronen-Konversionsfläche(3) zu führen.The ion trajectories (11) are shown twice in the middle part of the post-acceleration section, since here, similar to Fig. 5 , it is possible to cause crossing (11a) ion trajectories, or the ion trajectories essentially parallel (11b) to the ion Electron conversion surface (3) to lead.

Da durch das Abzugsfeld für die Elektronen die Rotationssymmetrie der Anordnung gebrochen wird, ist die optimale Krümmung der Konversionsfläche möglicherweise nicht mehr rotationssymmetrisch. Der Nachweis der erzeugten Elektronen kann mittels Vielkanalplatte, Szintillator o.ä. bewirkt werden.Since the deduction field for the electrons breaks the rotational symmetry of the arrangement, the optimal curvature of the conversion surface may no longer be rotationally symmetrical. The detection of the generated electrons can be done using a multi-channel plate, scintillator or similar. be effected.

Claims (10)

Detektor für Flugzeit-Massenspektrometer, - mit einer oder mehreren Elektroden(1,2,4) für die Nachbeschleunigung der Ionen, und - einer Ionen-Elektronen-Konversionsfläche(3), dadurch gekennzeichnet, daß - die Ionen-Elektronen-Konversionsfläche(3) nicht eben ist, und - die Krümmung der Ionen-Elektronen-Konversionsfläche(3) Flugzeit-Fehler reduziert. Time-of-flight mass spectrometer detector, - With one or more electrodes (1,2,4) for the post-acceleration of the ions, and - an ion-electron conversion surface (3), characterized in that - The ion-electron conversion surface (3) is not flat, and - The curvature of the ion-electron conversion surface (3) reduces flight time errors. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionen-Elektronen-Konversionsfläche(3) aus Metall geformt ist.Detector according to claim 1, characterized in that the ion-electron conversion surface (3) is formed from metal. Detektor für Flugzeit-Massenspektrometer, - mit einer oder mehreren Elektroden(1,2,4) für die Nachbeschleunigung der Ionen, und - einer Mikrokanalplatte als Ionen-Elektronen-Konversionsfläche(3), dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrokanalplatte nicht eben ist.Time-of-flight mass spectrometer detector, - With one or more electrodes (1,2,4) for the post-acceleration of the ions, and a microchannel plate as an ion-electron conversion surface (3), characterized in that the microchannel plate is not flat. Detektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden(1,2,4) für die Nachbeschleunigung der Ionen und die Ionen-Elektronen-Konversionsfläche(3) zylindersymmetrisch aufgebaut sind.Detector according to one of the preceding claims, characterized in that the electrodes (1, 2, 4) for the post-acceleration of the ions and the ion-electron conversion surface (3) are constructed in a cylinder-symmetrical manner. Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden(1,2,4) für die Nachbeschleunigung der Ionen und/oder die Ionen-Elektronen-Konversionsfläche(3) nicht zylindersymmetrisch aufgebaut sind.Detector according to one of claims 1 to 3, characterized in that the electrodes (1,2,4) for the post-acceleration the ions and / or the ion-electron conversion surface (3) are not cylindrical symmetrical. Detektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Nachbeschleunigungsfeld für die Ionen ein Abzugsfeld für die an der Ionen-Elektronen-Konversionsfläche(3) erzeugten Elektronen überlagert ist.Detector according to one of the preceding claims, characterized in that a withdrawal field for the electrons generated on the ion-electron conversion surface (3) is superimposed on the post-acceleration field for the ions. Detektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionen-Elektronen-Konversionsfläche(3) um eine oder mehrere Achsen verkippt werden kann.Detector according to one of the preceding claims, characterized in that the ion-electron conversion surface (3) can be tilted about one or more axes. Verfahren zum Betrieb eines Detektors für Flugzeit-Massenspektrometer, - mit einer oder mehreren Elektroden(1,2,4) für die Nachbeschleunigung der Ionen, und - einer Ionen-Elektronen-Konversionsfläche(3), dadurch gekennzeichnet, daß - die Ionen Elektronen-Konversionsfläche(3) nicht eben ist, und - die Krümmung der Ionen-Elektronen-Konversionsfläche(3) Flugzeit-Fehler reduziert, und - mittels der Elektroden(1,2,4) und der an ihnen angelegten Spannungen außeraxiale Ionenbahnen(11) so stark zur ionenoptischen Achse hingebogen werden, daß sie auf der gegenüberliegenden Seite der Achse auf die Konversionsfläche(3) treffen. Method for operating a detector for time-of-flight mass spectrometers, - With one or more electrodes (1,2,4) for the post-acceleration of the ions, and - an ion-electron conversion surface (3), characterized in that - The ion electron conversion surface (3) is not flat, and - The curvature of the ion-electron conversion surface (3) reduces flight time errors, and - By means of the electrodes (1, 2, 4) and the voltages applied to them, off-axis ion tracks (11) are bent so strongly towards the ion-optical axis that they meet the conversion surface (3) on the opposite side of the axis. Verfahren zur Bestimmung der Krümmung der Ionen-Elektronen-Konversionsfiäche(3) eines Detektors, der eine Anzahl von Elektroden(1,2,4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß a) mit Ausnahme der Oberflächenkrümmung der Ionen-Elektronen-Konversionsfläche(3), sämtliche Formen der Elektroden(1,2,4) vorher festgelegt werden, b) eine beliebige Form der Ionen-Elektronen-Konversionsfläche(3) angenommen wird, c) die Spannungen sämtlicher Elektroden(1,2,4) festgelegt werden, d) das Potential aus den gegebenen Elektrodenformen und Elektrodenspannungen bestimmt wird, e) eine Gruppe von Bahnen(11) bestimmt wird, entweder - ausgehend von einer Normalfläche(12) zur ionenoptischen Achse des Detektors in den Detektor hinein, parallel zur ionenoptischen Achse mit gleicher Anfangsgeschwindigkeit, oder - ausgehend von der Ionenquelle des Flugzeit-Massenspektrometers, wobei Bahnen mit Anfangsorten, -geschwindigkeiten und -richtungen entsprechend dem normalen Gebrauch des Flugzeit-Massenspektrometers gewählt werden. Für alle Bahnen wird die gleiche Flugzeit gewählt, welche eine Bahn auf der ionenoptischen Achse von der Normalfläche(12) bzw. der Ionenquelle des Flugzeit-Massenspektrometers bis zur Ionen-Elektronen-Konversionsfläche(3) benötigt, f) die Fläche(20), welche - im Falle zweidimensionaler Anfangsbedingungen durch die Endpunkte der so bestimmten Bahnen(11) definiert wird, bzw. - im Falle höherdimensionaler Anfangsbedingungen die Endpunkte der so bestimmten Bahnen(11) optimal annähert die notwendige Form der Ionen-Elektronen-Konversionsfläche ergibt, g) die in Schritt f) bestimmte Fläche entweder - unmittelbar als neue Form der Konversionsfläche(3) übernommen wird, oder - durch eine endlich-parametrige Fläche optimal angepaßt wird, und mit Schritt d) fortgefahren wird. Das Verfahren soll solange von Schritt d) bis Schritt g) wiederholt werden, bis der Unterschied von der in Schritt f) bestimmten Fläche(20) zur tatsächlichen Konversionsfläche(3) eine vorgegebene Grenze unterschreitet. Wird in Schritt g) eine endlich-parametrige Fläche verwendet, so muß wenigstens diejenige minimale Anzahl der Parameter für die Festlegung der Konversionsfläche(3) gewählt wird, welche es noch erlaubt, daß der Unterschied von der in f) bestimmten Fläche(20) zur tatsächlichen Konversionsfläche(3) eine vorher gewählte Grenze unterschreitet.Method for determining the curvature of the ion-electron conversion surface (3) of a detector which has a number of electrodes (1, 2, 4), characterized in that a) with the exception of the surface curvature of the ion-electron conversion surface (3), all shapes of the electrodes (1, 2, 4) are determined beforehand, b) any shape of the ion-electron conversion surface (3) is assumed, c) the voltages of all electrodes (1, 2, 4) are determined, d) the potential is determined from the given electrode shapes and electrode voltages, e) a group of tracks (11) is determined, either - Starting from a normal surface (12) to the ion-optical axis of the detector into the detector, parallel to the ion-optical axis with the same initial speed, or - Starting from the ion source of the time-of-flight mass spectrometer, lanes with starting locations, speeds and directions being selected in accordance with the normal use of the time-of-flight mass spectrometer. The same time of flight is selected for all orbits, which a path requires on the ion-optical axis from the normal surface (12) or the ion source of the time-of-flight mass spectrometer to the ion-electron conversion surface (3), f) the area (20) which - In the case of two-dimensional initial conditions, it is defined by the end points of the webs (11) thus determined, or - In the case of higher-dimensional initial conditions, the end points of the tracks (11) thus determined optimally approximated gives the necessary shape of the ion-electron conversion surface, g) the area determined in step f) either - is immediately adopted as a new form of the conversion surface (3), or - is optimally adjusted by a finite-parametric surface, and proceeding to step d). The process should be repeated from step d) to step g) until the difference between the area (20) determined in step f) and the actual conversion area (3) falls below a predetermined limit. If a finite-parametric surface is used in step g), at least the minimum number of parameters for the definition of the conversion surface (3) must be selected which still allows the difference from the surface (20) determined in f) to actual conversion area (3) falls below a previously selected limit. Verfahren zur Bestimmung der Elektrodenspannungen eines Detektors, dadurch gekennzeichnet, daß a) sämtliche Formen der Elektroden(1,2,3,4) vorher festgelegt werden, b) ein Satz von Spannungen für sämtliche Elektroden gewählt wird, c) das Potential aus den gegebenen Elektrodenformen und Elektrodenspannungen berechnet wird, d) eine Gruppe von Bahnen(11) bestimmt wird, entweder - ausgehend von einer Normalfläche(12) zur ionenoptischen Achse des Detektors in den Detektor hinein, parallel zur ionenoptischen Achse mit gleicher Anfangsgeschwindigkeit, oder - ausgehend von der Ionenquelle des Flugzeit-Massenspektrometers, wobei Bahnen mit Anfangsorten, -geschwindigkeiten und -richtungen entsprechend dem normalen Gebrauch des Flugzeit-Massenspektrometers gewählt werden. Für alle Bahnen wird die gleiche Flugzeit gewählt, welche eine Bahn auf der ionenoptischen Achse von der Normalfläche(12) bzw. der Ionenquelle des Flugzeit-Massenspektrometers bis zur Ionen-Elektronen-Konversionsfläche(3) benötigt, e) die Spannungen sämtlicher Elektroden solange variiert werden, bis eine minimale durchschnittliche Abweichung der in Schritt d) bestimmten Endpunkte der Ionenbahnen(11) zur Oberfläche der Ionen-Elektronen Konversionsfläche(3) erzielt worden ist. Method for determining the electrode voltages of a detector, characterized in that a) all forms of the electrodes (1, 2, 3, 4) are determined beforehand, b) a set of voltages is selected for all electrodes, c) the potential is calculated from the given electrode shapes and electrode voltages, d) a group of tracks (11) is determined, either - Starting from a normal surface (12) to the ion-optical axis of the detector into the detector, parallel to the ion-optical axis with the same initial speed, or - Starting from the ion source of the time-of-flight mass spectrometer, lanes with starting locations, speeds and directions being selected in accordance with the normal use of the time-of-flight mass spectrometer. The same time of flight is selected for all orbits, which a path requires on the ion-optical axis from the normal surface (12) or the ion source of the time-of-flight mass spectrometer to the ion-electron conversion surface (3), e) the voltages of all electrodes are varied until a minimal average deviation of the end points of the ion tracks (11) determined in step d) from the surface of the ion-electron conversion surface (3) has been achieved.
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