DE112018001812T5

DE112018001812T5 - Mehrfach reflektierendes Flugzeit-Massenspektrometer

Info

Publication number: DE112018001812T5
Application number: DE112018001812.1T
Authority: DE
Inventors: John Brian Hoyes; Anatoly Verenchikov
Original assignee: Micromass UK Ltd; Leco Corp
Current assignee: Micromass UK Ltd; Leco Corp
Priority date: 2017-05-05
Filing date: 2018-05-04
Publication date: 2020-02-20
Also published as: JP2022091970A; GB2567794B; JP7389165B2; JP7092798B2; GB2567794A; US11309175B2; JP2020518979A; US20200083034A1; GB201707208D0; WO2018203082A1

Abstract

Es wird ein mehrfach reflektierender Flugzeit-Massenanalysator offenbart, bei dem der lonenflugweg relativ klein gehalten wird und das Tastverhältnis relativ hoch angelegt ist. Das räumliche Fokussieren der Ionen in der Dimension (Z-Dimension), in der die Spiegel 36 länglich sind, kann entfallen, wobei eine angemessen hohe Empfindlichkeit und Auflösung erhalten bleiben.

Description

KREUZVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
Die vorliegende Anmeldung nimmt die Priorität der Patentanmeldung Nr. 1707208.3 des Vereinigten Königsreichs, die am 5. Mai 2017 eingereicht wurde, in Anspruch. Der gesamte Inhalt dieser Anmeldung wird hiermit zur Bezugnahme übernommen.
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Massenspektrometer und insbesondere mehrfach reflektierende Flugzeit-Massenspektrometer (MR-TOF-MS) und Verfahren zu ihrer Verwendung.
HINTERGRUND
Ein Flugzeit-Massenspektrometer ist ein weit verbreitetes Hilfsmittel in der analytischen Chemie, das durch eine schnelle Analyse von breiten Massenbereichen gekennzeichnet ist. Es hat sich herausgestellt, dass mehrfach reflektierende Flugzeit-Massenspektrometer (MR-TOF-MS) eine wesentliche Steigerung der Auflösungsleistung durch mehrfaches Reflektieren der Ionen, um den Flugweg der Ionen zu verlängern, bereitstellen. Eine derartige Verlängerung der Ionenflugwege wurde durch das Reflektieren von Ionen zwischen Ionenspiegeln erreicht.
Die SU 1725289 offenbart ein MR-TOF-MS-Instrument, das einen Ionenspiegel aufweist, der auf beiden Seiten einer feldfreien Region angeordnet ist. Eine Ionenquelle ist in der feldfreien Region angeordnet, die Ionen in einen der Ionenspiegel ausstößt. Die Ionen werden zwischen den Ionenspiegeln hin und her reflektiert, während sie entlang des Instruments driften, bis die Ionen einen Ionendetektor erreichen. Das Masse-/Ladungsverhältnis eines Ions kann dann bestimmt werden, indem die Zeit detektiert wird, die das Ion benötigte, um sich von der Ionenquelle zum Ionendetektor zu bewegen.
Die WO 2005/001878 offenbart ein ähnliches Instrument, das einen Satz von periodischen Linsen innerhalb der feldfreien Region zwischen den Ionenspiegeln aufweist, um zu verhindern, dass der Ionenstrahl in der Richtung, die zu der Dimension, in der die Ionen durch den Ionenspiegel reflektiert werden, orthogonal ist, erheblich abweicht, wodurch das Tastverhältnis des Spektrometers erhöht wird.
KURZDARSTELLUNG
Gemäß einem ersten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung einen mehrfach reflektierenden Flugzeit-Massenanalysator bereit, umfassend:

einen Ionenbeschleuniger;
zwei Ionenspiegel, die angeordnet sind, um Ionen in einer ersten Dimension (X-Dimension) zu reflektieren, und die in einer zweiten Dimension (Z-Dimension) länglich sind; und
einen Ionendetektor;
wobei der Ionenbeschleuniger angeordnet und konfiguriert ist, um Ionen in einen ersten der Ionenspiegel in einem Winkel zu der ersten Dimension zu beschleunigen, so dass die Ionen zwischen den Ionenspiegeln in der ersten Dimension (X-Dimension) wiederholt reflektiert werden, während sie sich in der zweiten Dimension (Z-Dimension) bewegen;
wobei die Ionen in der zweiten Dimension (Z-Dimension) nicht räumlich fokussiert sind, während sie sich vom Ionenbeschleuniger zum Detektor bewegen; und
wobei der Massenanalysator ein Tastverhältnis von ≥ 5 %, eine Auflösung von ≥ 20000 aufweist, wobei der Entfernung in der ersten Dimension (X-Dimension) zwischen den Reflexionspunkten in den beiden Ionenspiegeln ≤ 1000 mm beträgt; und wobei der Massenanalysator derart konfiguriert ist, dass sich die Ionen über eine Entfernung in der zweiten Dimension (Z-Dimension) vom Ionenbeschleuniger zum Detektor von ≤ 700 mm bewegen.

Es wird keine Fokussierung der Ionen in der zweiten Dimension (Z-Dimension) zwischen den Ionenspiegeln bereitgestellt, z. B. gibt es keine periodischen Linsen, welche die Ionen in der zweiten Dimension (Z-Dimension) fokussieren. Somit expandiert jedes lonenpaket in der zweiten Dimension (Z-Dimension), während es sich vom Ionenbeschleuniger zum Detektor bewegt. MR-TOF-MS-Instrumente waren herkömmlicherweise bemüht, eine sehr hohe Auflösung zu erzielen, und erforderten demnach eine hohe Anzahl von Reflexionen zwischen den Ionenspiegeln. Daher wurde es herkömmlicherweise als notwendig angesehen, eine Fokussierung in der zweiten Dimension (Z-Dimension) zwischen den Ionenspiegeln bereitzustellen, um zu verhindern, dass die Breite des Ionenpakets so weit abweicht, dass es größer als die Detektorbreite wird, wenn es die hohe Anzahl von Spiegelungen beendet und den Detektor erreicht hat. Dies wurde als notwendig angesehen, um eine annehmbare Durchlässigkeit und damit Empfindlichkeit des Instruments zu bewahren. Falls die Ionenpakete in der zweiten Dimension (Z-Dimension) zu sehr abweichen, kann es auch sein, dass einige Ionen, die nur mit einer ersten Häufigkeit reflektiert wurden, den Detektor erreichen, wohingegen andere Ionen, die öfter reflektiert wurden, den Detektor erreichen können. Daher kann es sein, dass die Ionen sehr unterschiedliche Flugweglängen durch die feldfreie Region hindurch auf dem Weg zum Detektor aufweisen, was bei Flugzeit-Massenanalysatoren unerwünscht ist.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben jedoch festgestellt, dass wenn der lonenflugweg innerhalb des Instruments relativ klein gehalten wird und das Tastverhältnis (wie hier nachstehend definiert, d. h. D/L) relativ hoch angelegt wird, dann die Fokussierung in der zweiten Dimension (Z-Dimension) entfallen kann, wobei eine relativ hohe Empfindlichkeit und Auflösung bewahrt werden können. Genauer gesagt expandiert jedes lonenpaket, das aus dem Ionenbeschleuniger heraus gepulst wird, in der zweiten Dimension (Z-Dimension), wenn es sich in Richtung auf den Detektor bewegt, auf Grund der thermischen Geschwindigkeiten der Ionen. Dies ist besonders problematisch bei mehrfach reflektierenden Flugzeit-Massenspektrometern, weil einerseits der Ionendetektor in der zweiten Dimension (Z-Dimension) relativ kurz sein muss, so dass die Ionen nicht damit zusammenstoßen, bis die gewünschte Anzahl von Ionenspiegelungen ausgeführt wurde, jedoch andererseits lang genug sein muss, um das expandierte Ionenpaket zu empfangen. Je mehr das Ionenpaket in der zweiten Dimension (Z-Dimension) mit Bezug auf seine ursprüngliche Länge in dieser Dimension expandiert, desto problematischer wird diese Situation. Die Erfinder haben erkannt, dass dadurch, dass die anfängliche Größe des lonenpakets (d. h. D) relativ groß und die Entfernung zwischen dem Ionenbeschleuniger und dem Detektor (d. h. L) relativ klein gehalten wird (d. h. durch das Bereitstellen eines relativ hohen Tastverhältnisses, D/L), die proportionale Expansion des lonenpakets zwischen dem Ionenbeschleuniger und dem Detektor relativ gering bleibt.
Der erste Aspekt der Erfindung stellt auch ein Verfahren zur Flugzeit-Massenanalyse bereit, das folgende Schritte umfasst: Bereitstellen eines Massenanalysators wie zuvor beschrieben; Steuern des Ionenbeschleunigers, um die Ionen in den ersten Ionenspiegel in einem Winkel zu der ersten Dimension zu beschleunigen, so dass die Ionen zwischen den Ionenspiegeln in der ersten Dimension (X-Dimension) wiederholt reflektiert werden, während sie sich in der zweiten Dimension (Z-Dimension) bewegen, wobei die Entfernung in der ersten Dimension (X-Dimension) zwischen den Reflexionspunkten in den beiden Ionenspiegeln ≤ 1000 mm ist, wobei sich die Ionen über eine Entfernung in der zweiten Dimension (Z-Dimension) vom Ionenbeschleuniger zum Detektor von ≤ 700 mm bewegen, und wobei die Ionen in der zweiten Dimension (Z-Dimension) nicht räumlich fokussiert sind, während sie sich vom Ionenbeschleuniger zum Detektor bewegen; und wobei die Ionen durch den Detektor detektiert werden und eine Flugzeit-Massenanalyse mit einem Tastverhältnis von ≥ 5 % und einer Auflösung von ≥ 20000 erfahren.
Nach einem zweiten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung einen mehrfach reflektierenden Flugzeit-Massenanalysator bereit, umfassend:

einen Ionenbeschleuniger;
zwei Ionenspiegel, die angeordnet sind, um Ionen in einer ersten Dimension (X-Dimension) zu reflektieren, und die in einer zweiten Dimension (Z-Dimension) länglich sind; und
einen Ionendetektor;
wobei der Ionenbeschleuniger angeordnet und konfiguriert ist, um Ionen in einen ersten der Ionenspiegel in einem Winkel zu der ersten Dimension zu beschleunigen, so dass die Ionen zwischen den Ionenspiegeln in der ersten Dimension (X-Dimension) wiederholt reflektiert werden, während sie sich in der zweiten Dimension (Z-Dimension) bewegen; und
wobei die Ionen reflektiert werden, um n-mal von einem der Ionenspiegel zu einem anderen der Ionenspiegel zu gehen, und wobei die Ionen in der zweiten Dimension (Z-Dimension) während ≥ 60 % dieser n Male nicht räumlich fokussiert sind.

Der zweite Aspekt der Erfindung stellt auch ein Verfahren zur Flugzeit-Massenanalyse bereit, das folgende Schritte umfasst: Bereitstellen eines Massenanalysators wie zuvor beschrieben; und Steuern des Ionenbeschleunigers, um die Ionen in den ersten Ionenspiegel in einem Winkel zu der ersten Dimension zu beschleunigen, so dass die Ionen zwischen den Ionenspiegeln in der ersten Dimension (X-Dimension) wiederholt reflektiert werden, während sie sich in der zweiten Dimension (Z-Dimension) bewegen, wobei die Ionen reflektiert werden, um n-mal von einem der Ionenspiegel zu einem anderen der Ionenspiegel zu gehen, und wobei die Ionen in der zweiten Dimension (Z-Dimension) während ≥ 60 % dieser n Male nicht räumlich fokussiert sind.
Nach einem dritten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung einen mehrfach reflektierenden Flugzeit-Massenanalysator bereit, umfassend:

einen Ionenbeschleuniger;
zwei Ionenspiegel, die angeordnet sind, um Ionen in einer ersten Dimension (X-Dimension) zu reflektieren, und die in einer zweiten Dimension (Z-Dimension) länglich sind; und
einen Ionendetektor;
wobei der Ionenbeschleuniger angeordnet und konfiguriert ist, um Ionen in einen ersten der Ionenspiegel in einem Winkel zu der ersten Dimension zu beschleunigen, so dass die Ionen zwischen den Ionenspiegeln in der ersten Dimension (X-Dimension) wiederholt reflektiert werden, während sie sich in der zweiten Dimension (Z-Dimension) bewegen.

Der dritte Aspekt der Erfindung stellt auch ein Verfahren zur Flugzeit-Massenanalyse bereit, das folgende Schritte umfasst: Bereitstellen eines Massenanalysators wie zuvor beschrieben; und Steuern des Ionenbeschleunigers, um die Ionen in den ersten Ionenspiegel in einem Winkel zu der ersten Dimension zu beschleunigen, so dass die Ionen zwischen den Ionenspiegeln in der ersten Dimension (X-Dimension) wiederholt reflektiert werden, während sie sich in der zweiten Dimension (Z-Dimension) bewegen.
Die vorliegenden Spektrometer können eine Ionenquelle umfassen, die aus der Gruppe ausgewählt wird, die besteht aus: (i) einer Elektrospray-Ionisations- („ESI“) Ionenquelle; (ii) einer Ionenquelle mit Photoionisation bei Atmosphärendruck („APPI“); (iii) einer Ionenquelle mit chemischer Ionisation bei Atmosphärendruck („APCI“); (iv) einer Ionenquelle mit matrixunterstützter Laserdesorptionsionisation („MALDI“); (v) einer Laserdesorptionsionisations- („LDI“) Ionenquelle; (vi) einer Ionenquelle mit Ionisation bei Atmosphärendruck („API“); (vii) einer Ionenquelle mit Desorptionsionisation auf Silizium („DIOS“); (viii) einer Elektronenstoß- („EI“) Ionenquelle; (ix) einer Ionenquelle mit chemischer Ionisation („CI“); (x) einer Feldionisations- („FI“) Ionenquelle; (xi) einer Felddesorptions-(„FD“) Ionenquelle; (xii) einer Ionenquelle mit induktiv gekoppeltem Plasma („ICP“); (xiii) einer Ionenquelle mit schnellem Atombeschuss („FAB“); (xiv) einer Ionenquelle mit Flüssig-Sekundärionen-Massenspektrometrie („LSIMS“); (xv) einer Ionenquelle mit Desorptions-Elektrospray-Ionisation („DESI“); (xvi) einer Ionenquelle mit radioaktivem Nickel-63; (xvii) einer Ionenquelle mit matrixunterstützter Laserdesorptionsionisation bei Atmosphärendruck; (xviii) einer Thermospray-Ionenquelle; (xix) einer Ionenquelle mit Glimmentladungsionisation mit Probenahme bei Atmosphärendruck („ASGDI“); (xx) einer Glimmentladungs- („GD“) Ionenquelle; (xxi) einer Impaktor-Ionenquelle; (xxii) einer Ionenquelle mit Direktanalyse in Echtzeit („DART“) Ionenquelle; (xxiii) einer Laserspray-Ionisations- („LSI“) Ionenquelle; (xxiv) einer Sonicspray-Ionisations- („SSI“) Ionenquelle; (xxv) einer Ionenquelle mit matrixunterstützter Einlassionisation („MAII“); (xxvi) einer Ionenquelle mit lösungsmittelunterstützter Einlassionisation („SAII“); (xxvii) einer Ionenquelle mit Desorptions-Elektrospray-Ionisation („DESI“); (xxviii) einer Ionenquelle mit Laserablations-Elektrospray-Ionisation („LAESI“); und (xxix) einer oberflächenunterstützten Laserdesorptionsionisation („SALDI“).
Das Spektrometer kann eine oder mehrere kontinuierliche oder gepulste Ionenquellen umfassen.
Das Spektrometer kann eine oder mehrere Ionenführungen umfassen.
Das Spektrometer kann eine oder mehrere lonenmobilitätstrennvorrichtungen und/oder eine oder mehrere feldasymmetrische lonenmobilitäts-Spektrometervorrichtungen umfassen.
Das Spektrometer kann eine oder mehrere Ionenfallen oder eine oder mehrere Ioneneinfangregionen umfassen.
Das Spektrometer kann eine oder mehrere Kollisions-, Fragmentierungs- oder Reaktionszellen umfassen, die aus der Gruppe ausgewählt werden, die besteht aus: (i) einer Fragmentierungsvorrichtung zur kollisionsinduzierten Dissoziation („CID“); (ii) einer Fragmentierungsvorrichtung zur oberflächeninduzierten Dissoziation („SID“); (iii) einer Fragmentierungsvorrichtung zur Elektronentransfer-Dissoziation („ETD“); (iv) einer Fragmentierungsvorrichtung zur Elektroneneinfangdissoziation („ECD“); (v) einer Fragmentierungsvorrichtung zur Elektronenkollisions- oder Stoßdissoziation; (vi) einer Fragmentierungsvorrichtung zur photoinduzierten Dissoziation („PID“); (vii) einer Fragmentierungsvorrichtung zur laserinduzierten Dissoziation; (viii) einer Vorrichtung zur durch Infrarotstrahlung induzierten Dissoziation; (ix) einer Vorrichtung zur durch Ultraviolettstrahlung induzierten Dissoziation; (x) einer Fragmentierungsvorrichtung mit Düsen-Skimmer-Schnittstelle; (xi) einer quelleninternen Fragmentierungsvorrichtung; (xii) ein Fragmentierungsvorrichtung zur quelleninternen kollisionsinduzierten Dissoziation; (xiii) einer Fragmentierungsvorrichtung mit thermischer oder Temperaturquelle; (xiv) einer Vorrichtung zur durch ein elektrisches Feld induzierten Fragmentierung; (xv) einer Vorrichtung zur durch ein Magnetfeld induzierten Fragmentierung; (xvi) einer Fragmentierungsvorrichtung zum Enzymaufschluss oder zur Enzymzersetzung; (xvii) einer Fragmentierungsvorrichtung zur Ionen-Ionen-Reaktion; (xviii) einer Fragmentierungsvorrichtung zur Ionen-Molekül-Reaktion; (xix) einer Fragmentierungsvorrichtung zur Ionen-Atome-Reaktion; (xx) einer Fragmentierungsvorrichtung zur Ionen-metastabile Ionen-Reaktion; (xxi) einer Fragmentierungsvorrichtung zur Ionen-metastabile Moleküle-Reaktion; (xxii) einer Fragmentierungsvorrichtung zur Ionen-metastabile Atome-Reaktion; (xxiii) einer Fragmentierungsvorrichtung zur Ionen-Ionen-Reaktion zum Reagieren von Ionen zum Bilden von Addukt- oder Produkt-Ionen; (xxiv) einer lonen-Moleküle-Reaktionsvorrichtung zum Reagieren von Ionen zum Bilden von Addukt- oder Produkt-Ionen; (xxv) einer Ionen-Atome-Reaktionsvorrichtung zum Reagieren von Ionen zum Bilden von Addukt- oder Produkt-Ionen; (xxvi) einer Ionen-metastabile lonen-Reaktionsvorrichtung zum Reagieren von Ionen zum Bilden von Addukt- oder Produkt-Ionen; (xxvii) einer Ionen-metastabile Moleküle-Reaktionsvorrichtung zum Reagieren von Ionen zum Bilden von Addukt- oder Produkt-Ionen; (xxviii) einer Ionen-metastabile Atome-Reaktionsvorrichtung zum Reagieren von Ionen zum Bilden von Addukt- oder Produkt-Ionen; und (xxix) einer Fragmentierungsvorrichtung zur Elektronenionisationsdissoziation („EID“).
Die lonen-Moleküle-Reaktionsvorrichtung kann konfiguriert sein, um eine Ozonolyse für die Auffindung von olefinischen (doppelten) Bindungen in Lipiden auszuführen.
Das Spektrometer kann einen Massenanalysator umfassen, der aus der Gruppe ausgewählt wird, die besteht aus: (i) einem Quadrupol-Massenanalysator; (ii) einem 2D- oder Linear-Quadrupol-Massenanalysator; (iii) einem Paul- oder 3D-Quadrupol-Massenanalysator; (iv) einem Penning-Fallen-Massenanalysator; (v) einem Ionenfallen-Massenanalysator; (vi) einem Magnetsektor-Massenanalysator; (vii) einem Ionen-Cyclotronresonanz- („ICR“) Massenanalysator; (viii) einem Ionen-Cyclotronresonanz-(„FHCR») Massenanalysator mit Fourier-Transformation; (ix) einem elektrostatischen Massenanalysator, der angeordnet ist, um ein elektrostatisches Feld zu generieren, das eine quadrologarithmische Potentialverteilung aufweist; (x) einem elektrostatischen Massenanalysator mit Fourier-Transformation; und (xi) einem Massenanalysator mit Fourier-Transformation.
Das Spektrometer kann einen oder mehrere Energieanalysatoren oder elektrostatische Energieanalysatoren umfassen.
Das Spektrometer kann ein oder mehrere Massenfilter umfassen, die aus der Gruppe ausgewählt werden, die besteht aus: (i) einem Quadrupol-Massenfilter; (ii) einer 2D- oder Linear-Quadrupol-Ionenfalle; (iii) einer Paul- oder 3D-Quadrupol-lonenfalle; (iv) einer Penning-Ionenfalle; (v) einer Ionenfalle; (vi) einem Magnetsektor-Massenfilter; (vii) einem Flugzeit-Massenfilter; und (viii) einem Wien-Filter.
Das Spektrometer kann eine Vorrichtung oder ein Ionengatter zum Pulsen von Ionen; und/oder eine Vorrichtung zum Umwandeln eines im Wesentlichen kontinuierlichen lonenstrahls in einen gepulsten Ionenstrahl umfassen.
Das Spektrometer kann eine C-Falle und einen Massenanalysator umfassen, der eine äußere zylinderartige Elektrode und eine koaxiale innere spindelartige Elektrode umfasst, die ein elektrostatisches Feld mit einer quadrologarithmischen Potentialverteilung bilden, wobei in einem ersten Betriebsmodus Ionen zur C-Falle durchgelassen werden und dann in den Massenanalysator eingeschossen werden, und wobei in einem zweiten Betriebsmodus Ionen zur C-Falle und dann zu einer Kollisionszelle oder einer Elektronentransfer-Dissoziationsvorrichtung durchgelassen werden, in der mindestens einige Ionen zu Fragment-Ionen fragmentiert werden, und wobei die Fragment-Ionen dann zur C-Falle durchgelassen werden, bevor sie in den Massenanalysator eingeschossen werden.
Das Spektrometer kann eine Stapelring-Ionenführung umfassen, die eine Vielzahl von Elektroden umfasst, die jeweils eine Blende aufweisen, durch die im Gebrauch Ionen durchgelassen werden, und wobei die Beabstandung der Elektroden entlang der Länge des Ionenwegs zunimmt, und wobei die Blenden in den Elektroden in einem stromaufwärtigen Teilabschnitt der Ionenführung einen ersten Durchmesser aufweisen, und wobei die Blenden in den Elektroden in einem stromabwärtigen Teilabschnitt der Ionenführung einen zweiten Durchmesser aufweisen, der kleiner als der erste Durchmesser ist, und wobei im Gebrauch an aufeinanderfolgende Elektroden entgegengesetzte Phasen einer AC- oder HF-Spannung angelegt werden.
Das Spektrometer kann eine Vorrichtung umfassen, die angeordnet und angepasst ist, um den Elektroden eine AC- oder HF-Spannung zuzuführen. Die AC- oder HF-Spannung weist wahlweise eine Amplitude auf, die aus der Gruppe ausgewählt wird, die besteht aus: (i) etwa < 50 V Spitze-Spitze; (ii) etwa 50 bis 100 V Spitze-Spitze; (iii) etwa 100 bis 150 V Spitze-Spitze; (iv) etwa 150 bis 200 V Spitze-Spitze; (v) etwa 200 bis 250 V Spitze-Spitze; (vi) etwa 250 bis 300 V Spitze-Spitze; (vii) etwa 300 bis 350 V Spitze-Spitze; (viii) etwa 350 bis 400 V Spitze-Spitze; (ix) etwa 400 bis 450 V Spitze-Spitze; (x) etwa 450 bis 500 V Spitze-Spitze; und (xi) mehr als etwa 500 V Spitze-Spitze.
Die AC- oder HF-Spannung kann eine Frequenz aufweisen, die aus der Gruppe ausgewählt wird, die besteht aus: (i) < etwa 100 kHz; (ii) etwa 100 bis 200 kHz; (iii) etwa 200 bis 300 kHz; (iv) etwa 300 bis 400 kHz; (v) etwa 400 bis 500 kHz; (vi) etwa 0,5 bis 1,0 MHz; (vii) etwa 1,0 bis 1,5 MHz; (viii) etwa 1,5 bis 2,0 MHz; (ix) etwa 2,0 bis 2,5 MHz; (x) etwa 2,5 bis 3,0 MHz; (xi) etwa 3,0 bis 3,5 MHz; (xii) etwa 3,5 bis 4,0 MHz; (xiii) etwa 4,0 bis 4,5 MHz; (xiv) etwa 4,5 bis 5,0 MHz; (xv) etwa 5,0 bis 5,5 MHz; (xvi) etwa 5,5 bis 6,0 MHz; (xvii) etwa 6,0 bis 6,5 MHz; (xviii) etwa 6,5 bis 7,0 MHz; (xix) etwa 7,0 bis 7,5 MHz; (xx) etwa 7,5 bis 8,0 MHz; (xxi) etwa 8,0 bis 8,5 MHz; (xxii) etwa 8,5 bis 9,0 MHz; (xxiii) etwa 9,0 bis 9,5 MHz; (xxiv) etwa 9,5 bis 10,0 MHz; und (xxv) mehr als etwa 10,0 MHz.
Das Spektrometer kann eine Chromatographie- oder andere Trennvorrichtung stromaufwärts von einer Ionenquelle umfassen. Die Chromatographie-Trennvorrichtung kann eine Flüssigchromatographie- oder Gaschromatographie-Vorrichtung umfassen. Alternativ kann die Trennvorrichtung umfassen: (i) eine Kapillarelektrophorese- („CE“) Trennvorrichtung; (ii) eine Kapillarelektrochromatographie- („CEC“) Trennvorrichtung; (iii) eine Trennvorrichtung mit einem im Wesentlichen steifen keramikbasierten, mehrschichtigen mikrofluidischen Substrat („Keramikplatte“); oder (iv) eine Chromatographie-Trennvorrichtung mit überkritischen Fluiden.
Die Ionenführung kann auf einem Druck gehalten werden, der aus der Gruppe ausgewählt wird, die besteht aus: (i) < etwa 0,0001 mbar; (ii) etwa 0,0001 bis 0,001 mbar; (iii) etwa 0,001 bis 0,01 mbar; (iv) etwa 0,01 bis 0,1 mbar; (v) etwa 0,1 bis 1 mbar; (vi) etwa 1 bis 10 mbar; (vii) etwa 10 bis 100 mbar; (viii) etwa 100 bis 1000 mbar; und (ix) mehr als etwa 1000 mbar.
Analyt-Ionen können einer Elektronentransferdissoziations- („ETD“) Fragmentierung in einer Elektronentransferdissoziations-Fragmentierungsvorrichtung unterzogen werden. Es kann veranlasst werden, dass Analyt-Ionen mit ETD-Reagens-Ionen innerhalb einer Ionenführung oder Fragmentierungsvorrichtung interagieren.
Das Spektrometer kann in diversen Betriebsmodi betätigt werden, wozu ein Massenspektrometrie- („MS“) Betriebsmodus; ein Tandemmassenspektrometrie- („MS/MS“) Betriebsmodus; ein Betriebsmodus, in dem Stamm- oder Vorläuferionen abwechselnd fragmentiert oder reagiert werden, um Fragment- oder Produktionen zu erzeugen, und nicht fragmentiert oder reagiert oder weniger fragmentiert oder reagiert werden; ein Betriebsmodus mit Überwachung mehrerer Reaktionen („MRM“); ein Betriebsmodus mit datenabhängiger Analyse („DDA“); ein Betriebsmodus mit datenunabhängiger Analyse („DIA“), ein Quantisierungsbetriebsmodus oder ein Betriebsmodus zur lonenmobilitätsspektrometrie („IMS“) gehören.
Figurenliste
Es werden nun diverse Ausführungsformen rein beispielhaft und mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

1 ein MR-TOF-MS-Instrument aus dem Stand der Technik;
2 ein anderes MR-TOF-MS-Instrument aus dem Stand der Technik;
3 ein Schema einer Ausführungsform der Erfindung;
4 ein Schema einer anderen Ausführungsform der Erfindung;
5A-5B die Auflösung und das Tastverhältnis, die für MR-TOF-MS-Instrumente unterschiedlicher Größe für Ionen, die eine Energie in der feldfreien Region zwischen den Spiegeln von 9,2 keV aufweisen, modelliert sind;
6A-6B Daten für Parameter, die denjenigen entsprechen, die in 5A-5B gezeigt werden, außer dass die Daten für Ionen, die eine Energie in der feldfreien Region zwischen den Spiegeln von 6 keV aufweisen, modelliert sind;
7 Daten für Parameter, die denjenigen entsprechen, die in 5A-5B gezeigt werden, außer dass die Daten für Ionen, die eine Energie in der feldfreien Region zwischen den Spiegeln von 3 keV, 4 keV und 5 keV aufweisen, modelliert sind;
8 Daten für Parameter, die denjenigen entsprechen, die in 5A-5B gezeigt werden, außer dass die Daten für Ionen, die in den Spiegeln fünfmal reflektiert werden und eine Energie in der feldfreien Region zwischen den Spiegeln von zwischen 4 bis 10 keV aufweisen, modelliert sind;
9 Daten für Parameter, die denjenigen entsprechen, die in 8 gezeigt werden, außer dass die Daten für Ionen, die in den Spiegeln sechsmal reflektiert werden, modelliert sind;
10 Daten für Parameter, die denjenigen entsprechen, die in 5A-5B gezeigt werden, außer dass die Daten modelliert sind, um ein Tastverhältnis von ungefähr 10 % zu erreichen; und
11 Daten für Parameter, die denjenigen entsprechen, die in 5A-5B gezeigt werden, für Instrumente, die eine mittlere Größe aufweisen.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
1 zeigt das MR-TOF-MS-Instrument aus der SU 1725289. Das Instrument umfasst zwei Ionenspiegel 10, die in der X-Dimension durch eine feldfreie Region 12 getrennt sind. Jeder Ionenspiegel 10 umfasst drei Paare von Elektroden 3 bis 8, die in der Z-Dimension länglich sind. Eine Ionenquelle 1 ist in der feldfreien Region 12 an einem Ende des Instruments (in der Z-Dimension) angeordnet, und ein Ionendetektor 2 ist an dem anderen Ende des Instruments (in der Z-Dimension) angeordnet.
Im Gebrauch beschleunigt die Ionenquelle 1 Ionen in einen ersten der Ionenspiegel 10 mit einem Neigungswinkel zu der X-Achse. Die Ionen weisen daher eine Geschwindigkeit in der X-Dimension und auch eine Drift-Geschwindigkeit in der Z-Dimension auf. Die Ionen treten in den ersten Ionenspiegel 10 ein und werden zurück auf den zweiten der Ionenspiegel 10 reflektiert. Die Ionen treten dann in den zweiten Spiegel ein und werden zurück auf den ersten Ionenspiegel reflektiert. Der erste Ionenspiegel reflektiert dann die Ionen zurück auf den zweiten Ionenspiegel. Dies geht weiter, und die Ionen werden kontinuierlich zwischen den beiden Ionenspiegeln reflektiert, während sie entlang der Vorrichtung in der Z-Dimension driften, bis die Ionen auf den Ionendetektor 2 stoßen. Die Ionen folgen daher einer im Wesentlichen sinusförmigen mittleren Trajektorie innerhalb der X-Z-Ebene zwischen der Ionenquelle 1 und der Ionendetektor 2.
2 zeigt ein MR-TOF-MS-Instrument, das in der WO 2005/001878 offenbart wird. Dieses Instrument ist dadurch ähnlich wie das aus der SU 1725289, dass Ionen aus einer Ionenquelle 24 zwischen zwei Ionenspiegeln 21 mehrfach reflektiert werden, während sie in der Z-Dimension in Richtung auf einen Ionendetektor 26 driften. Das Instrument aus der WO 2005/001878 umfasst jedoch auch einen Satz von periodischen Linsen 23 innerhalb der feldfreien Region 27 zwischen den Ionenspiegeln 21. Diese Linsen 23 sind derart angeordnet, dass die Ionenpakete durch sie hindurchgehen, wenn sie zwischen den Ionenspiegeln 21 reflektiert werden. Es werden Spannungen an die Elektroden der Linsen 23 angelegt, um die Ionenpakete in der Z-Dimension räumlich zu fokussieren. Dies verhindert, dass die Ionenpakete zu sehr in der Z-Dimension abweichen und sich überlappen, und dass sie länger als der Detektor 26 in der Z-Dimension werden, wenn sie den Detektor 26 erreichen.
Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen ein MR-TOF-MS-Instrument, das keinen Satz von Linsen 23 innerhalb der feldfreien Region zwischen den Ionenspiegeln aufweist.
Gemäß einem ersten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung einen mehrfach reflektierenden Flugzeit-Massenanalysator bereit, umfassend:

einen Ionenbeschleuniger;
zwei Ionenspiegel, die angeordnet sind, um Ionen in einer ersten Dimension (X-Dimension) zu reflektieren, und die in einer zweiten Dimension (Z-Dimension) länglich sind; und
einen Ionendetektor;
wobei der Ionenbeschleuniger angeordnet und konfiguriert ist, um Ionen in einen ersten der Ionenspiegel in einem Winkel zu der ersten Dimension zu beschleunigen, so dass die Ionen zwischen den Ionenspiegeln in der ersten Dimension (X-Dimension) wiederholt reflektiert werden, während sie sich in der zweiten Dimension (Z-Dimension) bewegen;
wobei die Ionen in der zweiten Dimension (Z-Dimension) nicht räumlich fokussiert sind, während sie sich vom Ionenbeschleuniger zum Detektor bewegen; und
wobei der Massenanalysator ein Tastverhältnis von ≥ 5 % und eine Auflösung von ≥ 20000 aufweist, wobei die Entfernung in der ersten Dimension (X-Dimension) zwischen den Reflexionspunkten in den beiden Ionenspiegeln ≤ 1000 mm ist; und wobei der Massenanalysator derart konfiguriert ist, dass die Ionen eine Entfernung in der zweiten Dimension (Z-Dimension) vom Ionenbeschleuniger zum Detektor von ≤ 700 mm zurücklegen.

Obwohl der Begriff „Tastverhältnis“ für den Fachmann wohlbekannt ist, ist das Tastverhältnis, um Zweifel zu vermeiden, die Proportion der Zeit, während der Ionen aus einer kontinuierlichen Ionenquelle in einen Massenanalysator angenommen werden. Für Ionenbeschleuniger mit orthogonaler Beschleunigung, wie etwa die gemäß den Ausführungsformen der Erfindung, ist das Tastverhältnis gegeben durch: $T a s t v e r h ä l t n i s = \frac{D}{L} \sqrt{\frac{\frac{m}{z}}{{(\frac{m}{z})}_{m a x}}},$
wobei D die Länge in der zweiten Dimension (Z-Dimension) des Ionenpakets ist, wenn es durch den Ionenbeschleuniger orthogonal beschleunigt wird (d. h. die Länge in der zweiten Dimension der orthogonalen Beschleunigungsregion des Ionenbeschleunigers); L die Entfernung in der zweiten Dimension vom Mittelpunkt der orthogonalen Beschleunigungsregion des Ionenbeschleunigers zum Mittelpunkt der Detektionsregion des Ionendetektors ist; (m/z) das Masse-/ Ladungsverhältnis eines analysierten Ions ist; und (m/z)_max das betreffende maximale Masse-/Ladungsverhältnis, das analysiert werden soll, ist.
Daher ist ersichtlich, dass das Tastverhältnis des Massenanalysators masseabhängig ist. Dies ist der Fall, weil Ionen mit einem höheren Masse-/Ladungsverhältnis länger brauchen, um durch die Extraktionsregion des Ionenbeschleunigers hindurchzugehen und diese auszufüllen. Wenn der Fachmann jedoch einen Massenanalysator beschreibt, sieht er das Tastverhältnis des Massenanalysators als das Tastverhältnis für das betreffende maximale Masse-/ Ladungsverhältnis an, d. h. das Tastverhältnis, wenn (m/z) = (m/z)_max in der obigen Gleichung. Entsprechend bezieht sich das Tastverhältnis, wenn es hier erwähnt wird, auf das Verhältnis von D/L (prozentual), wobei es sich um einen Wert handelt, der nur durch die geometrischen Parameter D und L des Massenanalysators definiert wird. Dies kann auch als „Probenahmeeffizienz“ bezeichnet werden.
Ebenfalls um Zweifel zu vermeiden, hat der hier verwendete Begriff Auflösung seine normale Bedeutung in der Technik, d. h. m/(Δ m) bei FWHM, wobei m das Masse-/ Ladungsverhältnis ist.
Die folgenden Merkmale werden mit Bezug auf den ersten Aspekt der Erfindung offenbart.
Jeder Spiegel kann mindestens vier Elektroden aufweisen, die derart angeordnet und konfiguriert sind, dass die Flugzeit-Ionenfokussierung erster Ordnung von der Position der Ionen in der Ebene, die zu der ersten Dimension (Y-Z-Ebene) orthogonal ist, im Wesentlichen unabhängig ist.
Daher kann die Flugzeit-Ionenfokussierung erster Ordnung von der Position der Ionen sowohl in der zweiten Dimension (Z-Dimension) als auch in einer dritten Dimension (Y-Dimension), die zu den ersten und zweiten Dimensionen (X- und Z-Dimensionen) orthogonal ist, im Wesentlichen unabhängig sein.
Der Massenanalysator kann Spannungsquellen zum Anlegen von mindestens vier verschiedenen Spannungen an die vier verschiedenen Elektroden in jedem Ionenspiegel zum Reflektieren von Ionen und Erreichen der Flugzeit-Fokussierung umfassen.
Die Ionen sind in der zweiten Dimension (Z-Dimension) nicht räumlich fokussiert, während sie sich vom Ionenbeschleuniger zum Detektor bewegen. Somit werden keine lonenlinsen zwischen den Ionenspiegeln zum räumlichen Fokussieren von Ionen in der zweiten Dimension (Z-Dimension) bereitgestellt. Ähnlich sind die Ionenspiegel nicht konfiguriert, um die Ionen in der zweiten Dimension (Z-Dimension) räumlich zu fokussieren.
Der Ionendetektor kann von dem Ionenbeschleuniger in der zweiten Dimension (Z-Dimension) beabstandet sein. Alternativ können sich die Ionen vom Ionenbeschleuniger aus in einer ersten Richtung in der zweiten Dimension (Z-Dimension) bewegen, und können dann durch eine reflektierende Elektrode reflektiert werden, um sich in einer zweiten, entgegengesetzten Richtung in der zweiten Dimension (Z-Dimension) zum Detektor zu bewegen. Eine oder mehrere weitere Reflexionselektroden können bereitgestellt werden, um eine oder mehrere weitere Z-Dimensionsreflexionen zu bewirken, wobei der Detektor geeignet positioniert ist, um die Ionen nach diesen Z-Dimensionsreflexionen zu detektieren.
Die Ausführungsformen der Erfindung stellen ein Spektrometer bereit, das den hier beschriebenen Massenanalysator umfasst.
Das Spektrometer kann eine Ionenquelle zum Zuführen der Ionen zu dem Ionenbeschleuniger umfassen, wobei die Ionenquelle derart angeordnet ist, dass der Ionenbeschleuniger Ionen aus der Ionenquelle, die sich in der zweiten Dimension (Z-Dimension) bewegen, empfängt.
Diese Anordnung stellt ein relativ hohes Tastverhältnis für den Massenanalysator bereit. Wie zuvor beschrieben, ist das Tastverhältnis das Verhältnis der Länge in der zweiten Dimension (Z-Dimension) des Ionenpakets, wenn es durch den Ionenbeschleuniger beschleunigt wird, zu der Entfernung vom Mittelpunkt des Ionenbeschleunigers zum Mittelpunkt des Detektors. Die Ausführungsformen der Erfindung betreffen einen relativ kleinen Massenanalysator, und daher ist es erwünscht, dass der Ionenbeschleuniger ein relativ längliches Ionenpaket (in der zweiten, Z-Dimension) pulst, um ein relativ hohes Tastverhältnis zu erreichen. Das relativ längliche Ionenpaket in der zweiten Dimension (Z-Dimension) wird dadurch ermöglicht, dass die Ionen, die sich in der zweiten Dimension (Z-Dimension) bewegen, dem Ionenbeschleuniger bereitgestellt werden. Dies ist anders als bei herkömmlichen mehrfach reflektierenden TOF-Spektrometern, bei denen es erwünscht ist, dass das Ionenpaket in der zweiten Dimension (Z-Dimension) sehr klein bleibt, so dass eine hohe Anzahl von Ionenspiegelreflexionen erfolgen kann, bevor die Ionenpakete in der zweiten Dimension (Z-Dimension) so weit abweichen, dass sie sich in der zweiten Dimension (Z-Dimension) überlappen. Um dies zu erreichen, stellen diese herkömmlichen Instrumente die Ionen dem Ionenbeschleuniger in einer Richtung bereit, die einer dritten Dimension entspricht, die zu den hier beschriebenen ersten und zweiten Dimensionen rechtwinklig ist. Folglich leiden diese herkömmlichen Instrumente unter einem relativ niedrigen Tastverhältnis.
Die Ionenquelle kann eine kontinuierliche Ionenquelle sein, um im Wesentlichen kontinuierliche Ionen zu generieren, oder kann eine gepulste Ionenquelle sein.
Der Massenanalysator kann ein Tastverhältnis von ≥ 10 % aufweisen.
Wie zuvor beschrieben, weist der Massenanalysator ein Tastverhältnis von ≥ 5 % auf. Es wird in Betracht gezogen, dass der Massenanalysator ein Tastverhältnis aufweisen kann von: ≥ 6 %, ≥ 7 %, ≥ 8 %, ≥ 9 %, ≥ 10 %, ≥ 11 %, ≥ 12 %, ≥ 13 %, ≥ 14 %, ≥ 15 %, ≥ 16 %, ≥ 17 %, ≥ 18 %, ≥ 19 %, ≥ 20 %, ≥ 25 %, ≥ 30 %. Zusätzlich oder alternativ wird in Betracht gezogen, dass der Massenanalysator ein Tastverhältnis aufweisen kann von: ≤ 30 %, ≤ 25 %, ≤ 20 %, ≤ 19 %, ≤ 18 %, ≤ 17 %, ≤ 16 %, ≤ 15 %, ≤ 14 %, ≤ 13 %, ≤ 12 %, ≤ 11 %, ≤ 10 %, ≤ 9 %, ≤ 8 %, ≤ 7 % oder ≤ 6 %.
Jeder beliebige dieser aufgeführten oberen Endpunkte des Tastverhältnisses kann mit jedem beliebigen der unteren Endpunkte des zuvor aufgeführten Tastverhältnisses kombiniert werden (wobei der obere Endpunkt höher als der untere Endpunkt ist). Jeder beliebige oder eine Kombination dieser Endpunkte kann auch mit einem der Bereiche (oder einer Kombination von Bereichen), die mit Bezug auf einen beliebigen oder eine beliebige Kombination der anderen hier besprochenen Parameter beschrieben werden, kombiniert werden. Beispielsweise kann jeder beliebige oder eine Kombination der Endpunkte oder Bereiche, die mit Bezug auf das Tastverhältnis beschrieben werden, mit jedem beliebigen oder einer beliebigen Kombination von Bereichen kombiniert werden, die beschrieben werden mit Bezug auf: Auflösung; und/oder Entfernung in der zweiten Dimension (Z-Dimension) vom Ionenbeschleuniger zum Detektor; und/oder Entfernung in der ersten Richtung (X-Dimension) zwischen den Reflexionspunkten in den beiden Ionenspiegeln; und/oder Anzahl von Reflexionen; und/oder Ionenenergie in der zweiten Dimension; und/oder elektrische Feldstärke; und/oder kinetische Energie.
Der Massenanalysator kann derart konfiguriert sein, dass die Ionen eine erste Entfernung in der zweiten Dimension (Z-Dimension) vom Ionenbeschleuniger zum Detektor zurücklegen, wobei der Ionenbeschleuniger angeordnet und konfiguriert ist, um Pakete von Ionen zu pulsen, die eine anfängliche Länge in der zweiten Dimension (Z-Dimension) aufweisen, und wobei die erste Entfernung und die anfängliche Länge derart sind, dass das Spektrometer ein Tastverhältnis von ≥ 5 % aufweist.
Die erste Entfernung und die anfängliche Länge können jedoch derart angeordnet sein, dass das Tastverhältnis einer der anderen Bereiche von Tastverhältnissen ist, die hier offenbart werden.
Der Massenanalysator kann eine Auflösung von ≥ 30000 aufweisen.
Es wird jedoch in Betracht gezogen, dass der Massenanalysator eine Auflösung aufweisen kann von: ≥ 22000, ≥ 24000, ≥ 26000, ≥ 28000, ≥ 30000, ≥ 35000, ≥ 40000, ≥ 45000, ≥ 50000, ≥ 60000, ≥ 70000, ≥ 80000, ≥ 90000 oder ≥ 100000. Zusätzlich oder alternativ wird in Betracht gezogen, dass der Massenanalysator eine Auflösung aufweisen kann von: ≤ 100000, ≤ 90000, ≤ 80000, ≤ 70000, ≤ 60000, ≤ 50000, ≤ 45000, ≤ 40000, ≤ 35000, ≤ 30000, ≤ 28000, ≤ 26000, ≤ 24000 oder ≤ 22000.
Jeder beliebige dieser aufgeführten oberen Endpunkte der Auflösung kann mit jedem beliebigen der unteren Endpunkte der zuvor aufgeführten Auflösung kombiniert werden (wobei der obere Endpunkt höher als der untere Endpunkt ist). Jeder beliebige oder eine Kombination dieser Endpunkte kann auch mit jedem beliebigen der Bereiche (oder einer Kombination von Bereichen), die mit Bezug auf einen beliebigen oder eine beliebige Kombination der anderen hier besprochenen Parameter beschrieben werden, kombiniert werden. Beispielsweise kann jeder beliebige oder eine Kombination der Endpunkte oder Bereiche, die mit Bezug auf die Auflösung beschrieben werden, mit jedem beliebigen oder einer beliebigen Kombination von Bereichen kombiniert werden, die beschrieben werden mit Bezug auf: Tastverhältnis; und/oder Entfernung in der zweiten Dimension (Z-Dimension) vom Ionenbeschleuniger zum Detektor; und/oder Entfernung in der ersten Richtung (X-Dimension) zwischen den Reflexionspunkten in den beiden Ionenspiegeln; und/oder Anzahl von Reflexionen; und/oder Ionenenergie in der zweiten Dimension; und/oder elektrische Feldstärke; und/oder kinetische Energie.
Die Entfernung in der zweiten Dimension (Z-Dimension) vom Ionenbeschleuniger zum Detektor kann eine sein von: ≤ 650 mm; ≤ 600 mm; ≤ 550 mm; ≤ 500 mm; ≤ 480 mm; ≤ 460 mm; ≤ 440 mm; ≤ 420 mm; ≤ 400 mm; ≤ 380 mm; ≤ 360 mm; ≤ 340 mm; ≤ 320 mm; ≤ 300 mm; ≤ 280 mm; ≤ 260 mm; ≤ 240 mm; ≤ 220 mm; oder ≤ 200 mm; und/oder die erste Entfernung in der zweiten Dimension (Z-Dimension) vom Ionenbeschleuniger zum Detektor kann eine sein von: ≥ 100 mm; ≥ 120 mm; ≥ 140 mm; ≥ 160 mm; ≥ 180 mm; ≥ 200 mm; ≥ 220 mm; ≥ 240 mm; ≥ 260 mm; ≥ 280 mm; ≥ 300 mm; ≥ 320 mm; ≥ 340 mm; ≥ 360 mm; ≥ 380 mm; oder ≥ 400 mm.
Jeder beliebige dieser aufgeführten oberen Endpunkte der ersten Entfernung in der zweiten Dimension (Z-Dimension) kann mit jedem beliebigen der unteren Endpunkte der ersten Entfernung in der zweiten Dimension (Z-Dimension), die zuvor ausgeführt wurden, kombiniert werden (wobei der obere Endpunkt höher als der untere Endpunkt ist). Jeder beliebige oder eine Kombination dieser Endpunkte kann auch mit jedem beliebigen der Bereiche (oder einer Kombination von Bereichen), die mit Bezug auf einen beliebigen oder eine beliebige Kombination der anderen hier besprochenen Parameter beschrieben werden, kombiniert werden. Beispielsweise kann jeder beliebige oder eine Kombination der Endpunkte oder Bereiche, die mit Bezug auf die Entfernung vom Ionenbeschleuniger zum Detektor beschrieben werden, mit jedem beliebigen oder einer beliebigen Kombination von Bereichen kombiniert werden, die beschrieben werden mit Bezug auf: Tastverhältnis; und/oder Auflösung; und/oder Entfernung in der ersten Richtung (X-Dimension) zwischen den Reflexionspunkten in den beiden Ionenspiegeln; und/oder Anzahl von Reflexionen; und/oder Ionenenergie in der zweiten Dimension; und/oder elektrische Feldstärke; und/oder kinetische Energie.
Die Entfernung in der ersten Richtung (X-Dimension) zwischen den Reflexionspunkten in den beiden Ionenspiegeln kann sein: ≤ 950 mm; ≤ 900 mm; ≤ 850 mm; ≤ 800 mm; ≤ 750 mm; ≤ 700 mm; ≤ 650 mm; ≤ 600 mm; ≤ 550 mm; ≤ 500 mm; ≤ 450 mm; oder ≤ 400 mm; und/oder die Entfernung in der ersten Richtung (X-Dimension) zwischen den Reflexionspunkten in den beiden Ionenspiegeln kann sein: ≥ 350 mm; ≥ 360 mm; ≥ 380 mm; ≥ 400 mm; ≥ 450 mm; ≥ 500 mm; ≥ 550 mm; ≥ 600 mm; ≥ 650 mm; ≥ 700 mm; ≥ 750 mm; ≥ 800 mm; ≥ 850 mm; oder ≥ 900 mm.
Jeder beliebige dieser aufgeführten oberen Endpunkte der Entfernung zwischen den Reflexionspunkten in den beiden Ionenspiegeln kann mit jedem beliebigen der unteren Endpunkte der Entfernung zwischen den Reflexionspunkten in den beiden Ionenspiegeln, die zuvor ausgeführt wurden, kombiniert werden (wobei der obere Endpunkt höher als der untere Endpunkt ist). Jeder beliebige oder eine Kombination dieser Endpunkte kann auch mit jedem beliebigen der Bereiche (oder einer Kombination von Bereichen), die mit Bezug auf einen beliebigen oder eine beliebige Kombination der anderen hier besprochenen Parameter beschrieben werden, kombiniert werden. Beispielsweise kann jeder beliebige oder eine Kombination der Endpunkte oder Bereiche, die mit Bezug auf die Entfernung zwischen den Reflexionspunkten beschrieben werden, mit jedem beliebigen oder einer beliebigen Kombination von Bereichen kombiniert werden, die beschrieben werden mit Bezug auf: Tastverhältnis; und/oder Auflösung; und/oder Entfernung in der zweiten Dimension (Z-Dimension) vom Ionenbeschleuniger zum Detektor; und/oder Anzahl von Reflexionen; und/oder Ionenenergie in der zweiten Dimension; und/oder elektrische Feldstärke; und/oder kinetische Energie.
Der Ionenbeschleuniger, die Ionenspiegel und der Detektor können derart angeordnet und konfiguriert sein, dass die Ionen mindestens x-mal durch die Ionenspiegel reflektiert werden, während sie vom Ionenbeschleuniger zum Detektor gehen; wobei x: ≥ 2, ≥ 3, ≥ 4, ≥ 5, ≥ 6, ≥ 7, ≥ 8, ≥ 9, ≥ 10, ≥ 11, ≥ 12, ≥ 13, ≥ 14 oder ≥ 15; und/oder wobei x: ≤ 15; ≤ 14; ≤ 13; ≤ 12; ≤ 11; ≤ 10; ≤ 9; ≤ 8; ≤ 7; ≤ 6; ≤ 5; ≤ 4; ≤ 3; oder ≤ 2; und/oder wobei x 3 bis 10 ist; wobei x 4 bis 9 ist; wobei x 5 bis 10 ist; wobei x 3 bis 6 ist; wobei x 4 bis 5 ist; oder wobei x 5 bis 6 ist.
Jeder beliebige dieser aufgeführten oberen Endpunkte der Anzahl von Reflexionen kann mit jedem beliebigen der unteren Endpunkte der Anzahl von Reflexionen, die zuvor ausgeführt wurden, kombiniert werden (wobei der obere Endpunkt höher als der untere Endpunkt ist). Jeder beliebige oder eine Kombination dieser Endpunkte kann auch mit jedem beliebigen der Bereiche (oder einer Kombination von Bereichen), die mit Bezug auf jeden beliebigen oder eine beliebige Kombination der anderen hier besprochenen Parameter beschrieben werden, kombiniert werden. Beispielsweise kann jeder beliebige oder eine Kombination der Endpunkte oder Bereiche, die mit Bezug auf die Anzahl von Reflexionen beschrieben werden, mit jedem beliebigen oder einer beliebigen Kombination von Bereichen kombiniert werden, die beschrieben werden mit Bezug auf: Tastverhältnis; und/oder Auflösung; und/oder Entfernung in der zweiten Dimension (Z-Dimension) vom Ionenbeschleuniger zum Detektor; und/oder Entfernung in der ersten Richtung (X-Dimension) zwischen den Reflexionspunkten in den beiden Ionenspiegeln; und/oder Ionenenergie in der zweiten Dimension; und/oder elektrische Feldstärke; und/oder kinetische Energie.
Die Ionen können sich zwischen 100 mm und 450 mm in der zweiten Dimension (Z-Dimension) vom Ionenbeschleuniger zum Detektor bewegen; wobei die Entfernung in der ersten Richtung (X-Dimension) zwischen den Reflexionspunkten in den beiden Ionenspiegeln zwischen 350 und 950 mm liegen kann; und wobei die Ionen zwischen 2- und 15-mal durch die Ionenspiegel reflektiert werden können, während sie vom Ionenbeschleuniger zum Detektor gehen.
Alternativ können sich die Ionen zwischen 150 mm und 400 mm in der zweiten Dimension (Z-Dimension) vom Ionenbeschleuniger zum Detektor bewegen; wobei die Entfernung in der ersten Richtung (X-Dimension) zwischen den Reflexionspunkten in den beiden Ionenspiegeln zwischen 400 und 900 mm betragen kann; und wobei die Ionen zwischen 3- und 10-mal durch die Ionenspiegel reflektiert werden können, während sie sich vom Ionenbeschleuniger zum Detektor bewegen. Alternativ können sich die Ionen zwischen 150 mm und 350 mm in der zweiten Dimension (Z-Dimension) bewegen. Alternativ oder zusätzlich kann die Entfernung in der ersten Richtung (X-Dimension) zwischen den Reflexionspunkten in den beiden Ionenspiegeln zwischen 400 und 600 mm betragen.
Es wird in Betracht gezogen, dass die Ionen zwischen 100 mm und 400 mm in der zweiten Dimension (Z-Dimension) vom Ionenbeschleuniger zum Detektor zurücklegen können; wobei die Entfernung in der ersten Richtung (X-Dimension) zwischen den Reflexionspunkten in den beiden Ionenspiegeln zwischen 300 und 700 mm liegen kann; und wobei die Ionen zwischen 3- und 6-mal durch die Ionenspiegel reflektiert werden können, während sie sich vom Ionenbeschleuniger zum Detektor bewegen. Alternativ können die Ionen zwischen 150 mm und 350 mm in der zweiten Dimension (Z-Dimension) vom Ionenbeschleuniger zum Detektor zurücklegen. Alternativ oder zusätzlich beträgt die Entfernung in der ersten Richtung (X-Dimension) zwischen den Reflexionspunkten in den beiden Ionenspiegeln zwischen 400 und 600 mm. Zusätzlich zu oder anstelle eines oder beider dieser Parameter können die Ionen zwischen 4- und 5-mal oder zwischen 5- und 6-mal durch die Ionenspiegel reflektiert werden, während sie sich vom Ionenbeschleuniger zum Detektor bewegen.
Das Spektrometer kann konfiguriert sein, um zu bewirken, dass sich die Ionen in der zweiten Dimension (Z-Dimension) mit einer Energie bewegen von: ≤ 140 eV; ≤ 120 eV; ≤ 100 eV; ≤ 90 eV; ≤ 80 eV; ≤ 70 eV; ≤ 60 eV; ≤ 50 eV; ≤ 40 eV; ≤ 30 eV; ≤ 20 eV; oder ≤ 10 eV; und/oder das Spektrometer kann konfiguriert sein, um zu bewirken, dass sich die Ionen in der zweiten Dimension (Z-Dimension) mit einer Energie bewegen von: ≥ 120 eV; ≥ 100 eV; ≥ 90 eV; ≥ 80 eV; ≥ 70 eV; ≥ 60 eV; ≥ 50 eV; ≥ 40 eV; ≥ 30 eV; ≥ 20 eV; oder ≥ 10 eV. Das Spektrometer kann konfiguriert sein, um zu bewirken, dass sich die Ionen in der zweiten Dimension (Z-Dimension) mit einer Energie bewegen von zwischen: 15 bis 70 eV; 10 bis 65 eV; 10 bis 60 eV; 20 bis 100 eV; 25 bis 100 eV; 20 bis 90 eV; 40 bis 60 eV; 30 bis 50 eV; 20 bis 30 eV; 20 bis 45 eV; 25 bis 40 eV; 15 bis 40 eV; 10 bis 45 eV; oder 10 bis 25 eV.
Jeder beliebige dieser aufgeführten oberen Endpunkte der Energie kann mit jedem beliebigen der unteren Endpunkte der Energie, die zuvor ausgeführt wurden, kombiniert werden (wobei der obere Endpunkt höher als der untere Endpunkt ist). Jeder beliebige oder eine Kombination dieser Endpunkte kann auch mit jedem beliebigen der Bereiche (oder einer Kombination von Bereichen), die mit Bezug auf einen beliebigen oder eine beliebige Kombination der anderen hier besprochenen Parameter beschrieben werden, kombiniert werden. Beispielsweise kann jeder beliebige oder eine Kombination der Endpunkte oder Bereiche, die mit Bezug auf die Energie in der zweiten Dimension beschrieben werden, mit jedem beliebigen oder einer beliebigen Kombination von Bereichen kombiniert werden, die beschrieben werden mit Bezug auf: Tastverhältnis; und/oder Auflösung; und/oder Entfernung in der zweiten Dimension (Z-Dimension) vom Ionenbeschleuniger zum Detektor; und/oder Entfernung in der ersten Richtung (X-Dimension) zwischen den Reflexionspunkten in den beiden Ionenspiegeln; und/oder Anzahl von Reflexionen; und/oder elektrische Feldstärke; und/oder kinetische Energie.
Die Bereiche von Auflösung, Tastverhältnis und Größe des Massenanalysators (d. h. die Entfernung in der ersten Richtung zwischen den Reflexionspunkten in den beiden Ionenspiegeln, und die Entfernung, die zwischen dem Ionenbeschleuniger und dem Detektor in der zweiten Dimension zurückgelegt wird), die hier beschrieben werden, dienen als praktische Werte von Flugzeitenergien und Spiegelspannungen.
Der Ionenbeschleuniger kann konfiguriert sein, um ein elektrisches Feld von y V/mm zu generieren, um die Ionen zu beschleunigen; wobei y: ≥ 700; ≥ 650; ≥ 600; ≥ 580; ≥ 560; ≥ 540; ≥ 520; ≥ 500; ≥ 480; ≥ 460; ≥ 440; ≥ 420; ≥ 400; ≥ 380; ≥ 360; ≥ 340; ≥ 320; ≥ 300; ≥ 280; ≥ 260; ≥ 240; ≥ 220; oder ≥ 200; und/oder wobei y: ≤ 700; ≤ 650; ≤ 600; ≤ 580; ≤ 560; ≤ 540; ≤ 520; ≤ 500; ≤ 480; ≤ 460; ≤ 440; ≤ 420; ≤ 400; ≤ 380; ≤ 360; ≤ 340; ≤ 320; ≤ 300; ≤ 280; ≤ 260; ≤ 240; ≤ 220; oder ≤ 200.
Jeder beliebige dieser aufgeführten oberen Endpunkte des elektrischen Feldes kann mit jedem beliebigen der unteren Endpunkte des elektrischen Feldes kombiniert werden, die zuvor ausgeführt wurden (wobei der obere Endpunkt höher als der untere Endpunkt ist). Jeder beliebige oder eine Kombination dieser Endpunkte kann auch mit jedem beliebigen der Bereiche (oder einer Kombination von Bereichen) kombiniert werden, die mit Bezug auf einen beliebigen oder eine beliebige Kombination der anderen hier besprochenen Parameter beschrieben werden. Beispielsweise kann jeder beliebige oder eine Kombination der Endpunkte oder Bereiche, die mit Bezug auf die elektrische Feldstärke beschrieben werden, mit jedem beliebigen oder einer beliebigen Kombination von Bereichen kombiniert werden, die beschrieben werden mit Bezug auf: Tastverhältnis; und/oder Auflösung; und/oder Entfernung in der zweiten Dimension (Z-Dimension) vom Ionenbeschleuniger zum Detektor; und/oder Entfernung in der ersten Richtung (X-Dimension) zwischen den Reflexionspunkten in den beiden Ionenspiegeln; und/oder Anzahl von Reflexionen; und/oder Ionenenergie in der zweiten Dimension; und/oder kinetische Energie.
Eine Region, die im Wesentlichen frei von elektrischen Feldern ist, kann zwischen den Ionenspiegeln derart angeordnet sein, dass sich die Ionen, wenn sie zwischen den Ionenspiegeln reflektiert werden, durch diese Region hindurch bewegen.
Die Ionen können eine kinetische Energie E aufweisen, wenn sie sich zwischen den Ionenspiegeln und/oder in der Region befinden, die im Wesentlichen frei von elektrischen Feldern ist; wobei E: ≥ 1 keV; ≥ 2 keV; ≥ 3 keV; ≥ 4 keV; ≥ 5 keV; ≥ 6 keV; ≥ 7 keV; ≥ 8 keV; ≥ 9 keV; ≥ 10 keV; ≥ 11 keV; ≥ 12 keV; ≥ 13 keV; ≥ 14 keV; oder 15 keV; und/oder wobei E < 15 keV; ≤ 14 keV; ≤ 13 keV; ≤ 12 keV; ≤ 11 keV; ≤ 10 keV; < 9 keV; ≤ 8 keV; ≤ 7 keV; ≤ 6 keV; oder ≤ 5 keV; und/oder zwischen 5 und 10 keV.
Jeder beliebige dieser aufgeführten oberen Endpunkte der kinetischen Energie kann mit jedem beliebigen der unteren Endpunkte der kinetischen Energie, die zuvor ausgeführt wurden, kombiniert werden (wobei der obere Endpunkt höher als der untere Endpunkt ist). Jeder beliebige oder eine Kombination dieser Endpunkte kann auch mit jedem beliebigen der Bereiche (oder einer Kombination von Bereichen), die mit Bezug auf einen beliebigen oder eine beliebige Kombination der anderen hier besprochenen Parameter beschrieben werden, kombiniert werden. Beispielsweise kann jeder beliebige oder eine Kombination der Endpunkte oder Bereiche, die mit Bezug auf die kinetische Energie beschrieben werden, mit jedem beliebigen oder einer beliebigen Kombination von Bereichen kombiniert werden, die beschrieben werden mit Bezug auf: Tastverhältnis; und/oder Auflösung; und/oder Entfernung in der zweiten Dimension (Z-Dimension) vom Ionenbeschleuniger zum Detektor; und/oder Entfernung in der ersten Richtung (X-Dimension) zwischen den Reflexionspunkten in den beiden Ionenspiegeln; und/oder Anzahl von Reflexionen; und/oder Ionenenergie in der zweiten Dimension; und/oder elektrische Feldstärke.
Das Spektrometer kann eine Ionenführung zum Führen von Ionen in den Ionenbeschleuniger und ein Heizelement 39 zum Erhitzen der Ionenführung umfassen.
Das Spektrometer kann ein Heizelement zum Erhitzen der Elektroden des Ionenbeschleunigers umfassen.
Das Spektrometer kann ein Heizelement umfassen, das angeordnet und konfiguriert ist, um die Ionenführung und/oder den Beschleuniger auf eine Temperatur zu erhitzen von: ≥ 100 °C, ≥ 110°C, ≥ 120 °C, ≥ 130 °C, ≥ 140 °C, oder ≥ 150 °C. Das Erhitzen der diversen Bestandteile, wie hier beschrieben, kann dazu beitragen, die Schnittstellenladung zu reduzieren.
Der hier offenbarte Ionenbeschleuniger kann ein gitterloser Ionenbeschleuniger sein. Wenn der Ionenbeschleuniger erhitzt wird, dann ist ein gitterloser Ionenbeschleuniger nicht von dem Durchhängen des Gitters betroffen, das ansonsten durch das Erhitzen verursacht würde.
Das Spektrometer kann einen Kollimator zum Kollimieren der Ionen, die in Richtung auf den Ionenbeschleuniger vorbeigehen, umfassen, wobei der Kollimator konfiguriert ist, um Ionen in der ersten Dimension (X-Dimension) und/oder einer Dimension (Y-Dimension), die sowohl zu der ersten als auch der zweiten Dimension orthogonal ist, zu kollimieren.
Das Spektrometer kann eine Ionenoptik 33 umfassen, die angeordnet und konfiguriert ist, um den Ionenstrahl, der in Richtung auf den Ionenbeschleuniger vorbeigeht, in der ersten Dimension (X-Dimension) und/oder einer Dimension (Y-Dimension), die sowohl zu der ersten als auch der zweiten Dimension orthogonal ist, zu expandieren.
Das Spektrometer kann eine Ionentrennwand umfassen, um Ionen räumlich oder gemäß einem Masse-/Ladungsverhältnis oder der lonenmobilität in der zweiten Dimension (Z-Dimension) zu trennen, bevor die Ionen in den Ionenbeschleuniger eintreten.
Gemäß einem zweiten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung einen mehrfach reflektierenden Flugzeit-Massenanalysator bereit, umfassend:

einen Ionenbeschleuniger;
zwei Ionenspiegel, die angeordnet sind, um Ionen in einer ersten Dimension (X-Dimension) zu reflektieren, und die in einer zweiten Dimension (Z-Dimension) länglich sind; und
einen Ionendetektor;
wobei der Ionenbeschleuniger angeordnet und konfiguriert ist, um Ionen in einen ersten der Ionenspiegel in einem Winkel zu der ersten Dimension zu beschleunigen, so dass die Ionen zwischen den Ionenspiegeln in der ersten Dimension (X-Dimension) wiederholt reflektiert werden, während sie sich in der zweiten Dimension (Z-Dimension) bewegen; und
wobei die Ionen reflektiert werden, um n-mal von dem einen der Ionenspiegel zu dem anderen der Ionenspiegel zu gehen, und wobei die Ionen in der zweiten Dimension (Z-Dimension) während ≥ 60 % dieser n Male nicht räumlich fokussiert sind.

Der Massenanalysator gemäß dem zweiten Aspekt kann jedes beliebige der Merkmale aufweisen, die hier mit Bezug auf den ersten Aspekt offenbart wurden, außer dass der Massenanalysator darauf eingeschränkt sein kann oder nicht, dass die Ionen in der zweiten Dimension (Z-Dimension) nicht räumlich fokussiert sind, während sie sich vom Ionenbeschleuniger zum Detektor bewegen (z. B. während des gesamten Flugs vom Ionenbeschleuniger zum Detektor), wie es mit Bezug auf den ersten Aspekt beschrieben wurde. Es wird in Betracht gezogen, dass es eine gewisse räumliche Fokussierung in der zweiten Dimension (Z-Dimension) zwischen einigen der Spiegelungen geben kann. Daher sind gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung die Ionen in der zweiten Dimension (Z-Dimension) während ≥ 60 % der n Male nicht räumlich fokussiert. Wahlweise sind die Ionen in der zweiten Dimension (Z-Dimension) während ≥ 65 %, ≥ 70 %, ≥ 75 %, ≥ 80 %, ≥ 85 %, ≥ 90 %, ≥ oder 95 % der n Male nicht räumlich fokussiert.
Der Massenanalysator gemäß dem zweiten Aspekt kann jedes beliebige der Merkmale aufweisen, die hier mit Bezug auf den ersten Aspekt offenbart wurden, außer dass der Massenanalysator darauf eingeschränkt sein kann oder nicht, dass das Tastverhältnis ≥ 5 % beträgt, wie es mit Bezug auf den ersten Aspekt beschrieben wurde.
Der Massenanalysator gemäß dem zweiten Aspekt kann jedes beliebige der Merkmale aufweisen, die hier mit Bezug auf den ersten Aspekt offenbart wurden, außer dass der Massenanalysator darauf eingeschränkt sein kann oder nicht, dass die Auflösung ≥ 20000 ist, wie es mit Bezug auf den ersten Aspekt beschrieben wurde.
Der Massenanalysator gemäß dem zweiten Aspekt kann jedes beliebige der Merkmale aufweisen, die hier mit Bezug auf den ersten Aspekt offenbart wurden, außer dass der Massenanalysator darauf eingeschränkt sein kann oder nicht, dass die Entfernung in der ersten Dimension (X-Dimension) zwischen den Reflexionspunkten in den beiden Ionenspiegeln ≤ 1000 mm ist, wie es mit Bezug auf den ersten Aspekt beschrieben wurde.
Der Massenanalysator gemäß dem zweiten Aspekt kann jedes beliebige der Merkmale aufweisen, die hier mit Bezug auf den ersten Aspekt offenbart wurden, außer dass der Massenanalysator darauf eingeschränkt sein kann oder nicht, dass die Entfernung, welche die Ionen in der zweiten Dimension (Z-Dimension) vom Ionenbeschleuniger zum Detektor zurücklegen, ≤ 700 mm ist, wie es mit Bezug auf den ersten Aspekt beschrieben wurde.
Der erste Aspekt der Erfindung stellt auch ein Verfahren zur Flugzeit-Massenanalyse bereit, das folgende Schritte umfasst:

Bereitstellen eines Massenanalysators, wie mit Bezug auf den ersten Aspekt der Erfindung beschrieben; und
Steuern des Ionenbeschleunigers, um die Ionen in den ersten Ionenspiegel in einem Winkel zu der ersten Dimension zu beschleunigen, so dass die Ionen zwischen den Ionenspiegeln in der ersten Dimension (X-Dimension) wiederholt reflektiert werden, während sie sich in der zweiten Dimension (Z-Dimension) bewegen, wobei die Entfernung in der ersten Dimension (X-Dimension) zwischen den Reflexionspunkten in den beiden Ionenspiegeln ≤ 1000 mm ist, wobei die Ionen eine Entfernung in der zweiten Dimension (Z-Dimension) vom Ionenbeschleuniger zum Detektor von ≤ 700 mm zurücklegen, und wobei die Ionen in der zweiten Dimension (Z-Dimension) nicht räumlich fokussiert sind, während sie sich vom Ionenbeschleuniger zum Detektor bewegen;
wobei die Ionen durch den Detektor detektiert werden und einer Flugzeit-Massenanalyse mit einem Tastverhältnis von ≥ 5 % und einer Auflösung von ≥ 20000 unterzogen werden.

Der zweite Aspekt der Erfindung stellt auch ein Verfahren zur Flugzeit-Massenanalyse bereit, das folgende Schritte umfasst:

Bereitstellen eines Massenanalysators, wie mit Bezug auf den zweiten Aspekt der Erfindung beschrieben; und
Steuern des Ionenbeschleunigers, um die Ionen in den ersten Ionenspiegel in einem Winkel zu der ersten Dimension zu beschleunigen, so dass die Ionen zwischen den Ionenspiegeln in der ersten Dimension (X-Dimension) wiederholt reflektiert werden, während sie sich in der zweiten Dimension (Z-Dimension) bewegen, wobei die Ionen reflektiert werden, um n-mal von dem einen der Ionenspiegel zu dem anderen der Ionenspiegel zu gehen, und wobei die Ionen in der zweiten Dimension (Z-Dimension) während ≥ 60 % dieser n Male nicht räumlich fokussiert sind.

Es werden nun spezifische Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, um zum Verständnis der Erfindung beizutragen.
3 zeigt ein Schema einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Spektrometer umfasst einen Ioneneingang 30 zum Empfangen eines lonenstrahls 32 entlang einer Eingangsachse, einen Ionenbeschleuniger 34 zum gepulsten orthogonalen Beschleunigen der empfangenen Ionen, ein Paar von Ionenspiegeln 36 zum Reflektieren der Ionen, und einen Ionendetektor 38 zum Detektieren der Ionen. Jeder Ionenspiegel 36 umfasst eine Vielzahl von Elektroden (die entlang der X-Dimension angeordnet sind), so dass unterschiedliche Spannungen an die Elektroden angelegt werden können, um zu bewirken, dass die Ionen reflektiert werden. Die Elektroden sind in der Z-Dimension länglich, wodurch die Ionen durch jeden Spiegel mehrmals reflektiert werden können, wie es nachstehend ausführlicher beschrieben wird. Jeder Ionenspiegel kann ein zweidimensionales elektrostatisches Feld in der X-Y-Ebene bilden. Der Drift-Raum 40, der zwischen den Ionenspiegeln 36 angeordnet ist, kann im Wesentlichen elektrisch feldfrei sein, so dass sich die Ionen, wenn sie reflektiert werden und sich in dem Raum zwischen den Ionenspiegeln bewegen, durch eine im Wesentlichen feldfreie Region hindurch bewegen.
Im Gebrauch werden Ionen dem Ioneneingang 30 entweder als ein kontinuierlicher Ionenstrahl oder intermittierend oder gepulst zugeführt. Die Ionen werden wünschenswerterweise in den Ioneneingang entlang einer Achse durchgelassen, die auf die Z-Dimension ausgerichtet ist. Dadurch kann das Tastverhältnis des Instruments hoch bleiben. Es wird jedoch in Betracht gezogen, dass die Ionen entlang einer Eingangsachse eingeführt werden könnten, die auf die Y-Dimension ausgerichtet ist. Die Ionen gehen vom Ioneneingang zum Ionenbeschleuniger 34, der die Ionen (z. B. periodisch) in der X-Dimension pulst, so dass sich Pakete von Ionen 31 in der X-Dimension in Richtung auf und in einen ersten der Ionenspiegel 36 bewegen. Die Ionen behalten eine Geschwindigkeitskomponente in der Z-Dimension von derjenigen, die sie hatten, als sie in den Ionenbeschleuniger 34 gingen, oder erhalten eine derartige Geschwindigkeitskomponente in der Z-Dimension (z. B. falls das Ion in den Ionenbeschleuniger entlang der Y-Dimension eingetreten ist). Somit werden die Ionen in die Flugzeitregion 40 des Instruments mit einem kleinen Neigungswinkel zur X-Dimension mit einer größeren Geschwindigkeitskomponente in der X-Dimension in Richtung auf den Ionenspiegel 36 und einer kleineren Geschwindigkeitskomponente in der Z-Dimension in Richtung auf den Detektor 38 eingeschossen.
Die Ionen gehen in einen ersten der Ionenspiegel und werden zurück in Richtung auf den zweiten der Ionenspiegel reflektiert. Die Ionen gehen durch die feldfreie Region 40 zwischen den Spiegeln 38, während sie sich in Richtung auf den zweiten Ionenspiegel bewegen, und sie trennen sich gemäß ihren Masse-/Ladungsverhältnissen, wie es bei Flugzeit-Massenanalysatoren bekannt ist. Die Ionen treten dann in den zweiten Spiegel ein und werden zurück auf den ersten Ionenspiegel reflektiert, wobei sie wieder durch die feldfreie Region zwischen den Spiegeln hindurchgehen, während sie sich in Richtung auf den ersten Ionenspiegel bewegen. Der erste Ionenspiegel reflektiert dann die Ionen zurück auf den zweiten Ionenspiegel. Dies geht weiter, und die Ionen werden kontinuierlich zwischen den beiden Ionenspiegeln reflektiert, während sie entlang der Vorrichtung in der Z-Dimension driften, bis die Ionen auf den Ionendetektor stoßen. Die Ionen folgen daher einer im Wesentlichen sinusförmigen mittleren Trajektorie innerhalb der X-Z-Ebene zwischen der Ionenquelle und dem Ionendetektor. Obwohl vier Ionenreflexionen in 3 gezeigt sind, werden andere Anzahlen von Ionenreflexionen in Betracht gezogen, wie es hier an anderer Stelle beschrieben wird.
Die Zeit, die zwischen dem Zeitpunkt, zu dem ein gegebenes Ion vom Ionenbeschleuniger gepulst wird, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem das Ion detektiert wird, verstreicht, kann bestimmt und zusammen mit der Kenntnis der Flugweglänge verwendet werden, um das Masse-/Ladungsverhältnis dieses Ions zu berechnen.
Wie zuvor beschrieben, wenn hier auf das Tastverhältnis Bezug genommen wird, bezieht es sich auf das Verhältnis von D/L (prozentual), wobei D die Länge in der Z-Dimension des lonenpakets 31 ist, wenn es durch den Ionenbeschleuniger 34 orthogonal beschleunigt wird (d. h. die Länge in der Z-Dimension der orthogonalen Beschleunigungsregion des Ionenbeschleunigers 31), und L die Entfernung in der Z-Dimension vom Mittelpunkt der orthogonalen Beschleunigungsregion des Ionenbeschleunigers 34 zum Mittelpunkt der Detektionsregion des Ionendetektors 38 ist.
Es wird keine Fokussierung der Ionen in der Z-Dimension zwischen den Ionenspiegeln bereitgestellt, z. B. gibt es keine periodischen Linsen, welche die Ionen in der Z-Dimension fokussieren. Somit expandiert jedes Paket von Ionen in der Z-Dimension, wenn es sich vom Ionenbeschleuniger zum Detektor bewegt. MR-TOF-MS-Instrumente waren herkömmlicherweise bemüht, eine hohe Anzahl von Reflexionen zwischen den Ionenspiegeln. Daher wurde es herkömmlicherweise als notwendig angesehen, eine Fokussierung in der Z-Dimension zwischen den Ionenspiegeln bereitzustellen, um zu verhindern, dass die Breite des Ionenpakets so weit abweicht, dass es größer als die Detektorbreite wird, wenn es die hohe Anzahl von Spiegelungen beendet und den Detektor erreicht hat. Dies wurde als notwendig angesehen, um eine annehmbare Empfindlichkeit und damit Empfindlichkeit des Instruments zu bewahren. Falls die Ionenpakete in der Z-Dimension zu sehr abweichen, kann es auch sein, dass dann einige Ionen, die nur mit einer ersten Häufigkeit reflektiert wurden, den Detektor erreichen, wohingegen andere Ionen, die öfter reflektiert wurden, den Detektor erreichen können. Daher kann es sein, dass die Ionen sehr unterschiedliche Flugweglängen durch die feldfreie Region hindurch auf dem Weg zum Detektor aufweisen, was bei Flugzeit-Massenanalysatoren unerwünscht ist. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben jedoch festgestellt, dass wenn der lonenflugweg innerhalb des Instruments relativ klein gehalten wird und das Tastverhältnis (d. h. D/L) relativ hoch angelegt wird, die Fokussierung in der Z-Dimension dann entfallen kann.
Daher wird die Entfernung S zwischen den Reflexionspunkten in den beiden Ionenspiegeln relativ klein gehalten, und die Entfernung W, welche die Ionen in der Z-Dimension vom Ionenbeschleuniger zum Detektor zurücklegen, wird relativ klein gehalten.
Es wird in Betracht gezogen, dass Kollimatoren bereitgestellt werden können, um die Ionenpakete in der Z-Dimension zu kollimieren, während sie sich vom Ionenbeschleuniger zum Detektor bewegen. Dies stellt sicher, dass alle Ionen die gleiche Anzahl von Reflexionen in den Ionenspiegeln zwischen dem Ionenbeschleuniger und dem Detektor ausführen (d. h. verhindert Einfaltungen am Detektor).
Wahlweise kann jeder Ionenspiegel mindestens vier Elektroden aufweisen, an die vier verschiedene (nicht geerdete) Spannungen angelegt werden. Jeder Ionenspiegel kann zusätzliche Elektroden umfassen, die geerdet sein können oder auf den gleichen Spannungen wie andere Elektroden in dem Spiegel gehalten werden können. Jeder Spiegel weist wahlweise mindestens vier Elektroden auf, die derart angeordnet und konfiguriert sind, dass die Flugzeit-Ionenfokussierung erster Ordnung von der Position der Ionen in der Y-Z-Ebene im Wesentlichen unabhängig ist, d. h. von der Position der Ionen sowohl in der Y-Dimension als auch in der Z-Dimension (für die Näherung erster Ordnung) unabhängig ist. 3 zeigt beispielhafte Spannungen, die an die Elektroden eines der Ionenspiegel angelegt werden können. Obwohl dies nicht abgebildet ist, können die gleichen Spannungen an den anderen Ionenspiegel symmetrisch angelegt werden. Beispielsweise wird die Eingangselektrode jedes Ionenspiegels auf einer Drift-Spannung (z. B. -5 kV) gehalten, wodurch eine feldfreie Region zwischen den Ionenspiegeln bewahrt wird. Ein Elektrode weiter in den Ionenspiegel hinein kann auf einer niedrigeren (oder je nach Ionenpolarität höheren) Spannung (z.B. -10 kV) gehalten werden. Eine Elektrode weiter in den Ionenspiegel hinein kann auf der Drift-Spannung (z. B. -5 kV) gehalten werden. Eine Elektrode weiter in den Ionenspiegel hinein kann auf einer niedrigeren (oder höheren) Spannung (z.B. -10 kV) gehalten werden. Eine oder mehrere Elektroden weiter in den Ionenspiegel hinein können auf einer oder mehreren höheren, wahlweise allmählich höheren, Spannungen (z. B. 11 kV und +2 kV) gehalten werden, um die Ionen zurück aus dem Spiegel zu reflektieren.
Der Ioneneingang kann Ionen von einer Ionenführung 33 empfangen, die beispielsweise die Ionen in der Y-Dimension und/oder X-Dimension, z. B. unter Verwendung eines Schlitzkollimators, kollimieren kann. Die Ionenführung kann z. B. auf ≥ 100 °C, ≥ 110°C, ≥ 120 °C, ≥ 130 °C, ≥ 140°C oder ≥ 150 °C erhitzt werden.
Es wird in Betracht gezogen, dass der Ionenstrahl in der Y-Dimension und/oder X-Dimension expandiert werden kann, bevor er in den Ionenbeschleuniger 34 eintritt. Alternativ oder zusätzlich können die Ionen in der Z-Dimension getrennt werden, bevor sie in den Ionenbeschleuniger 34 eintreten.
Die Elektroden des Ionenbeschleunigers 34 können z. B. auf ≥ 100 °C, ≥ 110 °C, ≥ 120 °C, ≥ 130 °C, ≥ 140 °C oder ≥ 150 °C erhitzt werden. Alternativ oder zusätzlich kann ein gitterloser Ionenbeschleuniger verwendet werden. Wenn der Ionenbeschleuniger erhitzt wird, dann ist ein gitterloser Ionenbeschleuniger nicht von einem Durchhängen des Gitters betroffen, das ansonsten durch das Erhitzen verursacht würde.
Das Erhitzen der diversen Bestandteile, wie hier beschrieben, kann dazu beitragen, eine Schnittstellenladung zu reduzieren.
Obwohl der Ionenbeschleuniger 34 beschrieben wurde, wie er einen Ionenstrahl empfängt, wird in Betracht gezogen, dass der Ionenbeschleuniger alternativ eine gepulste Ionenquelle umfassen kann.
4 zeigt eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Diese Ausführungsform ist im Wesentlichen die gleiche wie die in 3 gezeigte, außer dass sich der Detektor 38 auf der gleichen Seite des Instruments (in der Z-Dimension) wie der Ionenbeschleuniger 34 befindet, und das Instrument eine Reflexionselektrode 42 umfasst, um die Ionen zurück in der Z-Dimension auf den Detektor 38 zu reflektieren. Im Gebrauch gehen die Ionen wie in 3 durch das Instrument und werden zwischen den Ionenspiegeln 36 mehrmals reflektiert, während sie in eine erste Richtung in der Z-Dimension gehen. Nach einer Anzahl von Reflexionen gehen die Ionen zu der Reflexionselektrode 42, die zwischen den Ionenspiegeln angeordnet sein kann. Die Reflexionselektrode 42 reflektiert die Ionen zurück in der Z-Dimension, so dass sie in einer zweiten Richtung driften, die der ersten Richtung entgegengesetzt ist. Wenn die Ionen in der zweiten Richtung driften, werden sie weiter zwischen den Ionenspiegeln 36 reflektiert, bis sie auf den Ionendetektor 38 stoßen. Die vorliegende Ausführungsform ermöglicht es im Vergleich zu der Ausführungsform aus 3, dass eine größere Anzahl von Reflexionen in einem gegebenen physischen Raum vorkommt. Es wird in Betracht gezogen, dass die Ionen in der Z-Dimension ein oder mehrere weitere Male reflektiert werden könnten, und dass der Detektor geeignet platziert wäre, um Ionen nach diesen ein oder mehreren weiteren Z-Reflexionen zu empfangen.
5A-5B zeigen die Auflösung und das Tastverhältnis, die für MR-TOF-MS-Instrumente unterschiedlicher Größe modelliert sind (d. h. die verschiedene W- und S-Entfernungen aufweisen) und keine Fokussierung in der Z-Dimension aufweisen. Die Daten sind für Ionen modelliert, die eine Energie in der feldfreien Region zwischen den Spiegeln von 9,2 keV aufweisen.
6A-6B zeigen Daten für Parameter, die denjenigen entsprechen, die in 5A-5B gezeigt werden, außer dass die Daten für Ionen modelliert sind, die eine Energie in der feldfreien Region zwischen den Spiegeln von 6 keV aufweisen.
7 zeigt Daten für Parameter, die denjenigen entsprechen, die in 5A-5B gezeigt werden, außer dass die Daten für Ionen modelliert sind, die eine Energie in der feldfreien Region zwischen den Spiegeln von 3 keV, 4 keV und 5 keV aufweisen.
8 zeigt Daten für Parameter, die denjenigen entsprechen, die in 5A-5B gezeigt werden, außer dass die Daten für Ionen modelliert sind, die in den Spiegeln fünfmal reflektiert werden und eine Energie in der feldfreien Region zwischen den Spiegeln zwischen 4 bis 10 keV aufweisen.
9 zeigt Daten für Parameter, die denjenigen entsprechen, die in 8 gezeigt werden, außer dass die Daten für Ionen modelliert sind, die in den Spiegeln sechsmal reflektiert werden.
10 zeigt Daten für Parameter, die denjenigen entsprechen, die in 5A-5B gezeigt werden, außer dass die Daten ist modelliert sind, um ein Tastverhältnis von etwa 10 % zu erreichen.
11 zeigt Daten für Parameter, die denjenigen entsprechen, die in 5A-5B gezeigt werden, für Instrumente mittlerer Größe.
Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben wurde, wird der Fachmann verstehen, dass diverse Änderungen von Form und Einzelheiten vorgenommen werden können, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen, wie er in den beiliegenden Ansprüchen dargelegt wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2005/001878 [0005, 0036]

Claims

Mehrfach reflektierender Flugzeit-Massenanalysator, umfassend: einen Ionenbeschleuniger; zwei Ionenspiegel, die angeordnet sind, um Ionen in einer ersten Dimension (X-Dimension) zu reflektieren, und die in einer zweiten Dimension (Z-Dimension) länglich sind; und einen Ionendetektor; wobei der Ionenbeschleuniger angeordnet und konfiguriert ist, um Ionen in einen ersten der Ionenspiegel in einem Winkel zu der ersten Dimension zu beschleunigen, so dass die Ionen zwischen den Ionenspiegeln in der ersten Dimension (X-Dimension) wiederholt reflektiert werden, während sie sich in der zweiten Dimension (Z-Dimension) bewegen; wobei die Ionen in der zweiten Dimension (Z-Dimension) nicht räumlich fokussiert sind, während sie sich vom Ionenbeschleuniger zum Detektor bewegen; und wobei der Massenanalysator ein Tastverhältnis von ≥ 5 %, eine Auflösung von ≥ 20000 aufweist, wobei die Entfernung in der ersten Dimension (X-Dimension) zwischen den Reflexionspunkten in den beiden Ionenspiegeln ≤ 1000 mm ist; und wobei der Massenanalysator derart konfiguriert ist, dass die Ionen eine Entfernung in der zweiten Dimension (Z-Dimension) vom Ionenbeschleuniger zum Detektor von ≤ 700 mm zurücklegen.
Massenanalysator nach Anspruch 1, wobei jeder Spiegel mindestens vier Elektroden aufweist, die angeordnet und konfiguriert sind, so dass die Flugzeitlonenfokussierung erster Ordnung von der Position der Ionen in der Ebene, die zu der ersten Dimension (Y-Z-Ebene) orthogonal ist, im Wesentlichen unabhängig ist.
Massenanalysator nach Anspruch 1 oder 2, gekoppelt mit einer Ionenquelle, um dem Ionenbeschleuniger Ionen zuzuführen, wobei die Ionenquelle derart angeordnet ist, dass der Ionenbeschleuniger Ionen aus der Ionenquelle empfängt, die sich in der zweiten Dimension (Z-Dimension) bewegen.
Massenanalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Massenanalysator ein Tastverhältnis von ≥ 10 % aufweist.
Massenanalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Massenanalysator derart konfiguriert ist, dass die Ionen eine erste Entfernung in der zweiten Dimension (Z-Dimension) vom Ionenbeschleuniger zum Detektor zurücklegen, wobei der Ionenbeschleuniger angeordnet und konfiguriert ist, um Ionenpakete zu pulsen, die eine anfängliche Länge in der zweiten Dimension (Z-Dimension) aufweisen, und wobei die erste Entfernung und die anfängliche Länge derart sind, dass das Spektrometer ein Tastverhältnis von ≥ 5 % aufweist.
Massenanalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Massenanalysator eine Auflösung von ≥ 30000 aufweist.
Massenanalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Entfernung in der zweiten Dimension (Z-Dimension) vom Ionenbeschleuniger zum Detektor eine ist von: ≤ 650 mm; ≤ 600 mm; ≤ 550 mm; ≤ 500 mm; ≤ 480 mm; ≤ 460 mm; ≤ 440 mm; ≤ 420 mm; ≤ 400 mm; ≤ 380 mm; ≤ 360 mm; ≤ 340 mm; ≤ 320 mm; ≤ 300 mm; ≤ 280 mm; ≤ 260 mm; ≤ 240 mm; ≤ 220 mm; oder ≤ 200 mm; und/oder wobei die erste Entfernung in der zweiten Dimension (Z-Dimension) vom Ionenbeschleuniger zum Detektor eine ist von: ≥ 100 mm; ≥ 120 mm; ≥ 140 mm; ≥ 160 mm; ≥ 180 mm; ≥ 200 mm; ≥ 220 mm; ≥ 240 mm; ≥ 260 mm; ≥ 280 mm; ≥ 300 mm; ≥ 320 mm; ≥ 340 mm; ≥ 360 mm; ≥ 380 mm; oder ≥ 400 mm.
Massenanalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Entfernung in der ersten Richtung (X-Dimension) zwischen den Reflexionspunkten in den beiden Ionenspiegeln ist: ≤ 950 mm; ≤ 900 mm; ≤ 850 mm; ≤ 800 mm; ≤ 750 mm; ≤ 700 mm; ≤ 650 mm; ≤ 600 mm; ≤ 550 mm; ≤ 500 mm; ≤ 450 mm; oder ≤ 400 mm; und/oder wobei die Entfernung in der ersten Richtung (X-Dimension) zwischen den Reflexionspunkten in den beiden Ionenspiegeln ist: ≥ 350 mm; ≥ 360 mm; ≥ 380 mm; ≥ 400 mm; ≥ 450 mm; ≥ 500 mm; ≥ 550 mm; ≥ 600 mm; ≥ 650 mm; ≥ 700 mm; ≥ 750 mm; ≥ 800 mm; ≥ 850 mm; oder ≥ 900 mm.
Massenanalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Ionenbeschleuniger, die Ionenspiegel und der Detektor angeordnet und konfiguriert sind, so dass die Ionen mindestens x-mal durch die Ionenspiegel reflektiert werden, während sie sich vom Ionenbeschleuniger zum Detektor bewegen; wobei x: ≥ 2, ≥ 3, ≥ 4, ≥ 5, ≥ 6, ≥ 7, ≥ 8, ≥ 9, ≥ 10, ≥ 11, ≥ 12, ≥ 13, ≥ 14, oder ≥ 15; und/oder wobei x: ≤ 15; ≤ 14; ≤ 13; ≤ 12; ≤ 11; ≤ 10; ≤ 9; ≤ 8; ≤ 7; ≤ 6; ≤ 5; ≤ 4; ≤ 3; oder ≤ 2; und/oder wobei x 3 bis 10 ist; wobei x 4 bis 9 ist; wobei x 5 bis 10 ist; wobei x 3 bis 6 ist; wobei x 4 bis 5 ist; oder wobei x 5 bis 6 ist.
Massenanalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ionen zwischen 100 mm und 450 mm in der zweiten Dimension (Z-Dimension) vom Ionenbeschleuniger zum Detektor zurücklegen; wobei die Entfernung in der ersten Richtung (X-Dimension) zwischen den Reflexionspunkten in den beiden Ionenspiegeln zwischen 350 und 950 mm liegt; und wobei die Ionen zwischen 2- und 15-mal durch die Ionenspiegel reflektiert werden, während sie sich vom Ionenbeschleuniger zum Detektor bewegen.
Massenanalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 9: wobei die Ionen zwischen 150 mm und 400 mm in der zweiten Dimension (Z-Dimension) vom Ionenbeschleuniger zum Detektor zurücklegen; wobei die Entfernung in der ersten Richtung (X-Dimension) zwischen den Reflexionspunkten in den beiden Ionenspiegeln zwischen 400 und 900 mm liegt; und wobei die Ionen zwischen 3- und 10-mal durch die Ionenspiegel reflektiert werden, während sie sich vom Ionenbeschleuniger zum Detektor bewegen.
Massenanalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche: wobei die Ionen zwischen 100 mm und 400 mm in der zweiten Dimension (Z-Dimension) vom Ionenbeschleuniger zum Detektor zurücklegen; wobei die Entfernung in der ersten Richtung (X-Dimension) zwischen den Reflexionspunkten in den beiden Ionenspiegeln zwischen 300 und 700 mm liegt; und wobei die Ionen zwischen 3- und 6-mal durch die Ionenspiegel reflektiert werden, während sie sich vom Ionenbeschleuniger zum Detektor bewegen.
Massenanalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich die Ionen in der zweiten Dimension (Z-Dimension) mit einer Energie bewegen von: ≤ 140 eV; ≤ 120 eV; ≤ 100 eV; ≤ 90 eV; ≤ 80 eV; ≤ 70 eV; ≤ 60 eV; ≤ 50 eV; ≤ 40 eV; ≤ 30 eV; ≤ 20 eV; oder ≤ 10 eV; und/oder wobei sich die Ionen in der zweiten Dimension (Z-Dimension) mit einer Energie bewegen von: ≥ 120 eV; ≥ 100 eV; ≥ 90 eV; ≥ 80 eV; ≥ 70 eV; ≥ 60 eV; ≥ 50 eV; ≥ 40 eV; ≥ 30 eV; ≥ 20 eV; oder ≥ 10 eV.
Massenanalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Ionenbeschleuniger konfiguriert ist, um ein elektrisches Feld von y V/mm zum Beschleunigen der Ionen zu generieren; wobei y: ≥ 700; ≥ 650; ≥ 600; ≥ 580; ≥ 560; ≥ 540; ≥ 520; ≥ 500; ≥ 480; ≥ 460; ≥ 440; ≥ 420; ≥ 400; ≥ 380; ≥ 360; ≥ 340; ≥ 320; ≥ 300; ≥ 280; ≥ 260; ≥ 240; ≥ 220; oder ≥ 200; und/oder wobei y: ≤ 700; ≤ 650; ≤ 600; ≤ 580; ≤ 560; ≤ 540; ≤ 520; ≤ 500; ≤ 480; ≤ 460; ≤ 440; ≤ 420; ≤ 400; ≤ 380; ≤ 360; ≤ 340; ≤ 320; ≤ 300; ≤ 280; ≤ 260; ≤ 240; ≤ 220; oder ≤ 200.
Massenanalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Region, die im Wesentlichen frei von elektrischen Feldern ist, zwischen den Ionenspiegeln angeordnet ist, so dass sich die Ionen, wenn sie zwischen den Ionenspiegeln reflektiert werden, durch diese Region hindurch bewegen.
Massenanalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ionen eine kinetische Energie E aufweisen, wenn sie sich zwischen den Ionenspiegeln und/oder in der Region, die im Wesentlichen frei von elektrischen Feldern ist, befinden; wobei E: ≥ 1 keV; ≥ 2 keV; ≥ 3 keV; ≥ 4 keV; ≥ 5 keV; ≥ 6 keV; ≥ 7 keV; ≥ 8 keV; ≥ 9 keV; ≥ 10 keV; ≥ 11 keV; ≥ 12 keV; ≥ 13 keV; ≥ 14 keV; oder 15 keV; und/oder wobei E: ≤ 15 keV; ≤ 14 keV; ≤ 13 keV; ≤ 12 keV; ≤ 11 keV; ≤ 10 keV; ≤ 9 keV; ≤ 8 keV; ≤ 7 keV; ≤ 6 keV; oder ≤ 5 keV; und/oder zwischen 5 und 10 keV ist.
Massenanalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekoppelt mit einer Ionenführung zum Führen von Ionen in den Ionenbeschleuniger und einem Heizelement zum Erhitzen der Ionenführung.
Massenanalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend ein Heizelement zum Erhitzen der Elektroden des Ionenbeschleunigers.
Massenanalysator nach Anspruch 17 oder 18, umfassend ein Heizelement, das angeordnet und konfiguriert ist, um die Ionenführung und/oder den Beschleuniger auf eine Temperatur zu erhitzen von: ≥ 100 °C, ≥ 110 °C, ≥ 120 °C, ≥ 130 °C, ≥ 140 °C, oder ≥ 150 °C.
Massenanalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Ionenbeschleuniger ein gitterloser Ionenbeschleuniger ist.
Massenanalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekoppelt mit einem Kollimator zum Kollimieren der Ionen, die in Richtung auf den Ionenbeschleuniger gehen, wobei der Kollimator konfiguriert ist, um Ionen in der ersten Dimension (X-Dimension) und/oder einer Dimension (Y-Dimension), die sowohl zu der ersten als auch der zweiten Dimension orthogonal ist, zu kollimieren.
Massenanalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekoppelt mit einer Ionenoptik, die angeordnet und konfiguriert ist, um den Ionenstrahl, der in Richtung auf den Ionenbeschleuniger geht, in der ersten Dimension (X-Dimension) und/oder einer Dimension (Y-Dimension), die sowohl zu der ersten als auch der zweiten Dimension orthogonal ist, zu expandieren.
Massenanalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekoppelt mit einer Ionentrennwand, um Ionen räumlich oder gemäß einem Masse-/Ladungsverhältnis oder einer lonenmobilität in der zweiten Dimension (Z-Dimension) zu trennen, bevor die Ionen in den Ionenbeschleuniger eintreten.
Mehrfach reflektierender Flugzeit-Massenanalysator, umfassend: einen Ionenbeschleuniger; zwei Ionenspiegel, die angeordnet sind, um Ionen in einer ersten Dimension (X-Dimension) zu reflektieren, und die in einer zweiten Dimension (Z-Dimension) länglich sind; und einen Ionendetektor; wobei der Ionenbeschleuniger angeordnet und konfiguriert ist, um Ionen in einen ersten der Ionenspiegel in einem Winkel zu der ersten Dimension zu beschleunigen, so dass die Ionen zwischen den Ionenspiegeln in der ersten Dimension (X-Dimension) wiederholt reflektiert werden, während sie sich in der zweiten Dimension (Z-Dimension) bewegen; und wobei die Ionen reflektiert werden, um n-mal von dem einen der Ionenspiegel zu dem anderen der Ionenspiegel zu gehen, und wobei die Ionen in der zweiten Dimension (Z-Dimension) während ≥ 60 % dieser n Male nicht räumlich fokussiert sind.
Massenanalysator nach Anspruch 24, wobei die Ionen in der zweiten Dimension (Z-Dimension) während ≥ 65 %, ≥ 70 %, ≥ 75 %, ≥ 80 %, ≥ 85 %, ≥ 90 % oder ≥ 95 % der n Male nicht räumlich fokussiert sind.
Massenanalysator nach Anspruch 24 oder 25, wobei der Massenanalysator ein Tastverhältnis von ≥ 5 % aufweist.
Massenanalysator nach Anspruch 24, 25 oder 26, wobei der Massenanalysator eine Auflösung von ≥ 20000 aufweist.
Massenanalysator nach einem der Ansprüche 24 bis 27, wobei die Entfernung in der ersten Dimension (X-Dimension) zwischen den Reflexionspunkten in den beiden Ionenspiegeln ≤ 1000 mm ist.
Massenanalysator nach einem der Ansprüche 24 bis 28, wobei der Massenanalysator derart konfiguriert ist, dass die Ionen eine Entfernung in der zweiten Dimension (Z-Dimension) vom Ionenbeschleuniger zum Detektor von ≤ 700 mm zurücklegen.
Mehrfach reflektierender Flugzeit-Massenanalysator, umfassend: einen Ionenbeschleuniger; zwei Ionenspiegel, die angeordnet sind, um Ionen in einer ersten Dimension (X-Dimension) zu reflektieren, und die in einer zweiten Dimension (Z-Dimension) länglich sind; und einen Ionendetektor; wobei der Ionenbeschleuniger angeordnet und konfiguriert ist, um Ionen in einen ersten der Ionenspiegel in einem Winkel zu der ersten Dimension zu beschleunigen so dass die Ionen zwischen den Ionenspiegeln in der ersten Dimension (X-Dimension) wiederholt reflektiert werden, während sie sich in der zweiten Dimension (Z-Dimension) bewegen.
Verfahren zur Flugzeit-Massenanalyse, umfassend folgende Schritte: Bereitstellen eines Massenanalysators nach einem der Ansprüche 1 bis 23; und Steuern des Ionenbeschleunigers, um die Ionen in den ersten Ionenspiegel in einem Winkel zu der ersten Dimension zu beschleunigen, so dass die Ionen zwischen den Ionenspiegeln in der ersten Dimension (X-Dimension) wiederholt reflektiert werden, während sie sich in der zweiten Dimension (Z-Dimension) bewegen, wobei die Entfernung in der ersten Dimension (X-Dimension) zwischen den Reflexionspunkten in den beiden Ionenspiegeln ≤ 1000 mm ist, wobei die Ionen eine Entfernung in der zweiten Dimension (Z-Dimension) vom Ionenbeschleuniger zum Detektor von ≤ 700 mm zurücklegen, und wobei die Ionen in der zweiten Dimension (Z-Dimension) nicht räumlich fokussiert sind, während sie sich vom Ionenbeschleuniger zum Detektor bewegen; wobei die Ionen durch den Detektor detektiert werden und eine Flugzeit-Massenanalyse mit einem Tastverhältnis von ≥ 5 % und einer Auflösung von ≥ 20000 erfahren.
Verfahren zur Flugzeit-Massenanalyse, umfassend folgende Schritte: Bereitstellen eines Massenanalysators nach einem der Ansprüche 24 bis 29; und Steuern des Ionenbeschleunigers, um die Ionen in den ersten Ionenspiegel in einem Winkel zu der ersten Dimension zu beschleunigen, so dass die Ionen zwischen den Ionenspiegeln in der ersten Dimension (X-Dimension) wiederholt reflektiert werden, während sie sich in der zweiten Dimension (Z-Dimension) bewegen, wobei die Ionen reflektiert werden, um n-mal von dem einen der Ionenspiegel zu dem anderen der Ionenspiegel zu gehen, und wobei die Ionen in der zweiten Dimension (Z-Dimension) während ≥ 60 % dieser n Male nicht räumlich fokussiert sind.
Verfahren zur Flugzeit-Massenanalyse, umfassend folgende Schritte: Bereitstellen eines Massenanalysators nach Anspruch 30; und Steuern des Ionenbeschleunigers, um die Ionen in den ersten Ionenspiegel in einem Winkel zu der ersten Dimension zu beschleunigen, so dass die Ionen zwischen den Ionenspiegeln in der ersten Dimension (X-Dimension) wiederholt reflektiert werden, während sie sich in der zweiten Dimension (Z-Dimension) bewegen.