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(11) | EP 0 633 601 B1 |
| (12) | EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT |
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Detektor für Flugzeit-Massenspektrometer mit geringen Flugzeitfehlern bei gleichzeitig grosser Öffnung Large aperture, low flight-time distortion detector for a time-of-flight mass spectrometer Détecteur pour spectromètre de masse à temps de vol présentant des distorsions réduites des temps de vols à ouverture élevée |
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| Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen). |
[0001] Die Erfindung betrifft Detektoren für Flugzeit-Massenspektrometer nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
[0002] Detektoren für Flugzeit-Massenspektrometer sollen dem einfallenden Ionenstrahl eine möglichst große Fläche entgegenstellen, und dennoch kleine Flugzeitfehler aufweisen.
[0003] 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.
[0004] Alternativ zu Elektronenvervielfachern ist es auch möglich, die Elektronen durch Szintillatoren mit Photomultipliern nachzuweisen.
[0005] 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.
[0006] 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-Elektronen-Konversionsfläche 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.
[0007] 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.
[0008] 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.
[0009] 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.
[0010] 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.
[0011] 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.
[0012] 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.
[0013] 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.
[0014] 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.
[0015] 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.
[0016] 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.
[0017] 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.
[0018] 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.
[0019] 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.
[0020] Der Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, einen Detektor für Flugzeit-Massenspektrometer anzugeben, welcher gleichermaßen eine hohe Empfindlichkeit und eine hohe Massenauflösung gewährleistet.
[0021] 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.
[0023] 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.
[0024] 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 Nachbeschleunigungsstrecke 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-Konversionsfläche(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.[0025] 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.
[0026] 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-Konversionsfläche 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.
[0027] 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.
[0028] 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.
[0029] 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.
[0030] 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.
[0031] 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.
[0032] 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-Konversionsfläche 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.
[0033] 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.
[0034] 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.
[0035] 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.
[0036] 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.
- mit einer oder mehreren Elektroden(1,2,4) für die Nachbeschleunigung der Ionen, und
- einer Ionen-Elektronen-Konversionsfläche(3),
wobei die Ionen-Elektronen-Konversionsfläche(3) nicht eben ist, dadurch gekennzeichnet, daß- die Krümmung der Ionen-Elektronen-Konversionsfläche(3) Flugzeit-Fehler reduziert.
- mit einer Mikrokanalplatte als Ionen-Elektronen-Konversionsfläche(3).
- mit einer oder mehreren Elektroden(1,2,4) für die Nachbeschleunigung der Ionen, und
- einer Ionen-Elektronen-Konversionsfläche(3),
wobei die Ionen-Elektronen-Konversionsfläche(3) nicht eben ist, dadurch gekennzeichnet, daß- 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.
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,
wobei für alle Bahnen die gleiche Flugzeit gewählt wird, 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, wobei das Verfahren solange von Schritt d) bis Schritt g) wiederholt werden soll, bis der Unterschied von der in Schritt f) bestimmten Fläche(20) zur tatsächlichen Konversionsfläche(3) eine vorgegebene Grenze unterschreitet; wobei wenn in Schritt g) eine endlich-parametrige Fläche verwendet wird, 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.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,
wobei für alle Bahnen die gleiche Flugzeit gewählt wird, 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.
- with one or several electrodes(1,2,4) for postaccelerating ions, and
- with an ion-electron conversion surface(3),
characterized by- an ion-electron conversion surface(3), which is not flat,
- the curvature of the ion-electron conversion surface(3) reducing flight-time errors of the ions.
- has a number of electrodes(1,2,4) for postaccelerating ions, and
- an ion-electron conversion surface(3) that is not flat,
characterized by- an ion-electron conversion surface(3), which is not flat,
- the curvature of the ion-electron conversion surface(3) reducing flight-time errors of the ions, and
- the fact that the off-axis ion paths(11) are so strongly bent toward the ion optical axis by the electrodes(1,2,4) and their potentials, such that said ions hit the ion-electron conversion surface on the opposite side of the axis.
a) fixing all forms of the electrodes(1,2,4), except the curvature of the ion-electrode conversion surface(3),
b) to start with, fixing the ion-electron conversion surface(3) to some convenient form,
c) fixing the voltages of all electrodes(1,2,4)
d) determining the potential from the given electrode-forms and -voltages,
e) determining a number of paths(11) into the detector, either
- starting from a reference plane(12) normal to the ion optical axis, parallel to the ion optical axis with the same initial velocity, or
- starting from the ion source of the time-of-flight mass spectrometer, choosing paths with initial conditions corresponding to normal operation of the mass spectrometer,
taking for all paths the same flight time, which is the time that an ion needs from the reference plane(12) i.e. the ion source of the time-of-flight mass spectrometer to the conversion surface(3), said ion flying on the ion optical axis,f) the surface(20),
- in case of two dimensional initial conditions for the determined paths, being defined the endpoints of the previously determined paths(11),
- in case of more than two dimensional initial conditions for the determined paths, being defined by a plane most closely approximating all the the endpoints of the previously determined paths(11),
being the necessary form of the ion-electron conversion surface,g) taking the surface(20) determined in step f) either
- exactly as the new form for the conversion surface(3), or
- approximate this surface by an expansion defined by a finite number of parameters,
and continue at step d), repeating step d) through f) until the difference between the surface(20) determined in step f) and the actual conversion surface(3) falls below some predetermined limit, whereas if a finite expansion is used to define the new converion surface in step (g, then at least that number of parameters for the determination of the conversion surface(3) should be used that allows the difference between the surface(20) determined in step f) and the actual conversion surface(3) to fall below some predetermined limit.a) fixing all forms of the electrodes(1,2,4),
b) selecting a set of voltages for the electrodes,
c) determining the potential from the electrode-forms and -voltages given,
d) determining a number of paths(11) into the detector, either
- starting from a reference plane(12 normal to the ion optical axis, parallel to the ion optical axis with the same initial velocity, or
- starting from the ion source of the time-of-flight mass spectrometer, choosing paths with initial conditions corresponding to normal operation of the mass spectrometer,
taking for all paths the same flight time, which is the time that an ion needs from the reference plane(12) i.e. the ion source of the time-of-flight mass spectrometer to the conversion surface(3), said ion flying on the ion optical axis,e) and modifying the electrode voltages such as to minimize the difference between surface defined by the endpoints of the ion paths(11) determined in step d) and the ion-electron conversion surface(3).
- une ou plusieurs électrodes (1, 2, 4) pour la post-accéleration des ions, et
- une surface de conversion (3) ions-électrons,
la surface de conversion (3) ions-électrons n'etant pas plan et la courbure de la surface de conversion (3) ions-électrons servant à réduir les erreurs de la durée de vol.- une ou plusieurs électrodes (1, 2, 4) pour la post-accéleration des ions, et
- une surface de conversion (3) ions-électrons,
- la surface de conversion (3) ions-électrons n'etant pas plan
- la courbure de la surface de conversion (3) ions-élections servant à réduir les erreurs de durée de vol, et
- les électrodes (1, 2, 4) et les tensions appliquées à ceux-ci ayant l'effect de courber des trajectoires extraaxiales (11) à un tel degrée qu'ils sont incidentes sur le côté opposé de l'axe.
a) on destine toutes les formes des électrodes (1, 2, 4) à l'avance, à l'exception de la courbure de la surface de conversion (3) ions-électrons,
b) on choisit une forme arbitraire pour la surface de conversion (3) ions-électrons.
c) on détermine les tensions de toutes les électrodes (1, 2, 4),
d) on détermine le potentiel des formes et des tensions données des électrodes,
e) on détermine une groupe de trajectoires (11), soit
- à partir d'une surface (12) verticale à l'axe optique des ions du détecteur, étant orientées vers l'intérieur du détecteur, parallèles à l'axe optique des ions et possédant la même vitesse initiale, ou soit
- à partir de la source des ions du spectromètre de masse à durée de vol, les trajéctoires étant choisies tel qu'elles possedent des lieux, des vitesses et des directions initials qui correspondent aux conditions normales d'utilisation du spectromètre de masse à durée de vol,
la même durée de vol étant choisi pour toutes les trajectoires, c'est à dire le temps necessaire pour un ion de parvenir, longeant une trajectoire sur l'axe optique des ions et venant respectivement de la surface verticale (12) ou de la source de ions, à la surface de conversion (3) ions-électrons,f) la surface (20), laquelle
- en cas de conditions initiales à deux dimensions, est definie par les points d'extremité des trajectoires ainsi déterminées, ou respectivement
- en cas de conditions initiales à plus de deux dimensions, est une approximation optimalisée des points d'extremité des trajectoires ainsi déterminées
fournit la forme necessaire de la surface de conversion ions-électrons,g) la surface détermine au pas f) est. soit
- prise directement comme nouvelle forme de la surface de conversion (3) ions-électrons, ou soit
- adaptée optimal par une surface à nombre fini de paramètres,
et on continue avec pas d) le procédé etant répété de pas d) à pas g) jusqu'à ce que l'écart entre la surface (20) déterminée au pas f) et la surface de conversion (3) réelle descend au-dessous d'une limite prédéfinie, étant necessaire, si l'on utilise une surface à nombre fini de paramètres au pas g), d'utiliser au moins ce nombre minimale de paramètres pour la détermination de la surface de conversion (3) ions-électrons lequelle rend justement posssible que l'ecart entre la surface (20) détermine au pas f) et la surface de conversion (3) réelle descend au-dessous d'une limite prédéfinie.a) on détermine toutes les formes des électrodes (1, 2, 3, 4) à l'avance,
b) on choisit un jeu de tensions pour toutes les électrodes,
c) on calcule le potentiel à partir des formes et tensions données des électrodes,
d) on détermine une groupe de trajectoires (11), soit
- à partir d'une surface (12) verticale à l'axe optique des ions du détecteur, étant orientées vers l'intérieur du étecteur, parallèles à l'axe optique des ions et possédant la même vitesse initiale, ou soit
- à partir de la source des ions du spectromètre de masse à durée de vol, les trajéctoires étant choisies tel qu'elles possedent des lieux, des vitesses et des directions initials qui correspondent aux conditions normales d'utilisation du spectromètre de masse à durée de vol,
la même durée de vol étant choisi pour toutes les trajectoires, c'est à dire le temps necessaire pour un ion de parvenir, longeant une trajectoire sur l'axe optique des ions et venant respectivement de la surface verticale (12) ou de la source de ions, à la surface de conversion (3) ions-électrons.e) on varie les tensions de toutes les électrodes jusqu'à ce que l'écart moyen entre les points d'extremité déterminés des trajectoires (1 1) des ions au pas d) et la surface de conversion (3) ions-électrons atteint un minimum.