DE4442348C2 - Verfahren und Vorrichtung zur verbesserten Massenauflösung eines Flugzeit-Massenspektrometers mit Ionenreflektor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Flug­ zeit-Massenspektrometers, bei dem Ionen in einer Ionenquelle erzeugt und beschleunigt werden, in einem Ionenreflektor so reflektiert werden, daß Laufzeitfehler aufgrund unterschied­ licher Anfangsenergien von Ionen gleicher Masse kompensiert werden, sowie in einem Ionendetektor nachgewiesen werden.

Ein solches Flugzeit-Massenspektrometer und das entsprechen­ de Betriebsverfahren sind aus der DE 35 24 536 A1 bekannt.

Bei allen bekannten Ionisationstechniken zur Erzeugung von Ionen in der Massenspektrometrie werden die Ionen in der Io­ nenquelle mit einer erheblichen Zeit- und Energieunschärfe gebildet. Diese Unschärfen sind intrinsischer Bestandteil der Ionisationsprozedur und können selbst mit modernen La­ serverfahren nicht soweit minimiert werden, daß eine Verbes­ serung des Auflösungsvermögens ohne weitere massenspektrome­ trische Techniken möglich ist.

Idealerweise sollte eine Ionenquelle Ionen an einem infini­ tesimal kleinen Ort und gleichzeitig, d. h. innerhalb von 10^-16 s, bilden. Dieses ist aus verschiedenen Gründen, auch technischer Art nicht möglich. Ansatzweise ist dieses Pro­ blem lösbar, wenn man zu gasförmigen Probenmolekülen über­ geht, diese in einen Überschallgasstrahl einbettet und die Multiphotonen Ionisation zur Bildung der Ionen benutzt.

Für große Molekülionen, die mittels der Matrix-unterstützten Laserdesorption gebildet werden, sind diese beiden Voraus­ setzungen in keiner Weise gegeben. Zwar werden, da die Ionen quasi von der Oberfläche starten, sowohl die Zeitunschärfe als auch die Energieunschärfe durch Emission der Ionen in einen definierten Halbraum halbiert, aber ihr Absolutwert gegenüber gasförmigen Proben verdoppelt sich.

Massenspektrometrische Techniken, wie beispielsweise die Verwendung eines Ionenreflektors im Flugzeit-Massenspektro­ meter versuchen nun diese beiden Unschärfen, die das Massen­ auflösungsvermögen des Massenspektrometers verschlechtern, zu korrigieren. Der Ionenreflektor korrigiert dabei alle Energiefehler und solche Laufzeitfehler, die sich in Ener­ giefehler transformieren lassen. Ionen unterschiedlicher An­ fangsenergie und gleicher Masse, die gleichzeitig im selben engen Raumbereich der Ionenquelle erzeugt wurden, werden durch Laufzeitunterschiede im Ionenreflektor derart ent­ zerrt, daß sie zum gleichen Zeitpunkt am Ionendetektor an­ kommen. Reine Zeitfehler, die zum Beispiel durch die endli­ che Länge des Ionisationspulses in der Ionenquelle sowie die zeitliche Dauer der Ionenbildung im Desorptionsprozeß ent­ stehen, können von diesem ionenoptischen Gerät nicht korri­ giert werden. Diese Zeitfehler führen daher zu einer Ver­ breiterung des Massensignals und damit zur Verschlechterung des Auflösungsvermögens.

In der Literatur sind verschiedene andere Techniken disku­ tiert, die das Auflösungsvermögen eines Flugzeit-Massenspek­ trometers erhöhen sollen, so etwa die Post Source Pulse Fo­ cussing (PSPF) Methode, wie sie z. B. aus dem Artikel "High­ resolution mass spectrometry in a linear time-of-flight mass spectrometer" von J. M. Grundwürmer et al. in International Journal of Mass Spectrometry and Ion Processes 131 (1994) 139-148 bekannt ist.

Bei der PSPF-Methode, die bisher ausschließlich in linearen Flugzeit-Massenspektrometern angewendet wird, werden Lauf­ zeitdifferenzen von Ionen gleicher Masse, die am gleichen Ort, aber zu verschiedenen Zeiten in der Ionenquelle erzeugt wurden, durch eine lineare Nachbeschleunigung der Ionen in der Regel unmittelbar hinter der Ionenquelle ausgeglichen. Ein nachfolgender Ionenreflektor würde diesen Effekt jedoch aufheben, da die Zeitkompensation aufgrund der linearen Nachbeschleunigung durch die Energiekompensation im Ionenre­ flektor wieder zunichte gemacht wird.

Dasselbe trifft auch für ein lineares Flugzeit-Massenspek­ trometer zu, wie es in "Int. J. of Mass Spectrom. and Ion Processes" 87 (1989) 313-330 beschrieben ist, bei dem auf die Ionenquelle zunächst eine feldfreie Laufstrecke folgt, dann erst eine "dynamische Feldfokussierung" mittels gepul­ ster Elektrode erfolgt und schließlich die Ionen nach einer weiteren feldfreien Laufstrecke im Detektor nachgewiesen werden.

Aus diesem Grund sind daher bisher keine reflektierenden Flugzeit-Massenspektrometer bekannt, bei denen eine PSPF-Me­ thode Anwendung findet. Man muß sich also bislang entweder für eine Zeitkompensation oder für eine Energiefokussierung entscheiden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demgegenüber, ein Verfahren zum Betrieb eines reflektierenden Flugzeit-Massen­ spektrometers mit Energiefokussierung durch einen Ionenre­ flektor vorzustellen, bei dem zusätzlich eine Zeit- oder Ortskompensation ermöglicht wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe auf ebenso einfache wie wirkungsvolle Art und Weise dadurch gelöst, daß Ionen eines wählbaren engen Massenbereichs nach Reflexion im Ionenre­ flektor zwischen zwei Elektroden einem steil ansteigenden impulsförmigen Beschleunigungsfeld derart ausgesetzt werden, daß für Ionen des gewählten Massenbereichs Laufzeitfehler aufgrund unterschiedlicher Entstehungsorte oder -zeiten in der Ionenquelle am Ionendetektor kompensiert werden, wobei der enge Massenbereich diejenigen Ionen umfaßt, die sich beim Impulsanstieg im Beschleunigungsfeld befinden.

Bei dem vorgeschlagenen Verfahren werden die Ionen zunächst durch den Ionenreflektor geschickt, um Energiefehler zu kor­ rigieren. Nach der Reflexion werden die Ionen durch mindestens zwei Elektroden mit Hilfe einer gepulsten Hoch­ spannung derart nachbeschleunigt, daß die ersten Ionen glei­ cher Masse in einem engen Massenfenster, die durch Laufzeit­ fehler räumlich und zeitlich von den letzten Ionen derselben Masse im Ionenpuls getrennt sind, stärker abgebremst, bzw. geringer nachbeschleunigt, während die nachfolgenden Ionen der gleichen Masse eine geringere Abbremsung bzw. eine stär­ kere Nachbeschleunigung erfahren.

Dadurch werden die zuerst eintreffenden Ionen relativ zu den zuletzt eintreffenden Ionen verlangsamt, so daß Ionen glei­ cher Masse zumindest in einem vorgebbaren engen Massenbe­ reich gleichzeitig am Ionendetektor eintreffen. Auf diese Weise gelingt es, bei Ionen gleicher Masse in einer Ionen­ wolke sowohl eine Energiekompensation also auch eine Kompen­ sation von Laufzeitfehlern zu bewirken.

Bei einer besonders bevorzugten Verfahrensvariante beträgt der Pulsanstieg der gepulsten Hochspannung etwa 1 kV in 10 ns. Dadurch werden alle Ionen gleicher Masse, die sich in diesem Feld befinden, aufgrund ihres unterschiedlichen Ortes unterschiedlich stark be­ schleunigt bzw. abgebremst. Je schärfer der zeitliche An­ stieg des Hochspannungspulses realisiert werden kann, desto genauer kann das relative Timing eingestellt werden, und um­ so besser werden Laufzeitfehler der Ionen gleicher Masse auf der verbleibenden Flugstrecke bis zum Ionendetektor kompen­ siert.

Vorzugsweise liegen die Ionenmassen der zu beobachtenden Ionen in der Größenordnung von 100 bis 10 000 Masseneinheiten und das den vorgegebenen engen Bereich von Ionenmassen definie­ rende Massenfenster ist ungefähr 10% der höchsten Massen­ einheit, vorzugsweise 10 Masseneinheiten oder weniger, breit.

Besonders bevorzugt ist schließlich eine Verfahrensvariante, bei der in einem erfindungsgemäßen Flugzeit-Massenspektrome­ ter, in welchem die Elektroden mit gepulster Hochspannung Bestandteil des Ionenreflektors sind, beim Anlegen der ge­ pulsten Hochspannung die Spannung U_ref an der Endelektrode des Ionenreflektors um die Pulsspannung U_puls angehoben bzw. abgesenkt wird. Es versteht sich, daß die Einwirkung der ge­ pulsten Hochspannung auf die interessierenden Ionen gleicher Masse erst nach der Reflexion durch die Endelektrode des Ionenreflektors erfolgt.

In den Rahmen der Erfindung fällt auch ein Flugzeit-Massen­ spektrometer zur Durchführung des Verfahrens der oben be­ schriebenen Art, bei dem die Elektroden in Laufrichtung der Ionen gesehen zwischen dem Ionenreflektor und dem Ionende­ tektor angeordnet sind.

Wenn der Teil der Ionenlaufstrecke zwischen Ionenquelle und den Elektroden mit gepulster Hochspannung kleiner oder gleich dem Teil der Ionenlaufstrecke zwischen den Elektroden mit gepulster Hochspannung und dem Ionendetektor ist, bleibt den Ionen gleicher Masse für eine Zeitkompensation eine Restflugstrecke von den gepulsten Hochspannungselektroden bis zum Ionendetektor, die länger ist als die Flugstrecke von der Ionenquelle zu den gepulsten Elektroden. Die Kompen­ sation der Laufzeitfehler kann auf diese Weise durch ent­ sprechendes Timing der Hochspannungspulse und nachfolgendes Komprimieren einer Ionenwolke gleicher Masse aufgrund einer durch den Hochspannungsimpuls bewirkten räumlichen und zeit­ lichen Kontraktion der Ionenwolke auf der längeren Restflug­ strecke besonders gut realisiert werden.

Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei der die Elektroden mit gepulster Hochspannung einen erheblich gerin­ geren Abstand zum Ionenreflektor als zum Ionendetektor auf­ weisen. Auch diese Anordnung trägt zu einer besseren Entzer­ rung der Ionen gleicher Masse auf der Restflugstrecke und damit zu einer verbesserten Zeitkompensation bei.

Bei einer besonders kompakten Ausführungsform des erfin­ dungsgemäßen Flugzeit-Massenspektrometers sind die Elektro­ den mit gepulster Hochspannung Bestandteil des Ionenreflek­ tors und schließen sich in Laufrichtung der durch eine Reflek­ torelektrode reflektierten Ionen an eine vordere Bremselek­ trode des Ionenreflektors an. Beispielsweise kann an die von der Endelektrode des Ionenreflektors am weitesten entfernten Elektroden nach der Reflexion der interessierenden Ionen beim Herauslaufen aus dem Ionenreflektor ein entsprechend getim­ ter Hochspannungspuls angelegt werden. Auf diese Weise kön­ nen mit geringen Modifikationen auch herkömmliche, bereits im Handel erhältliche Ionenreflektoren so umgebaut werden, daß mit ihnen sowohl eine Energie- als auch eine Laufzeit­ kompensation durchgeführt werden kann.

Bei einem kollinearen Aufbau des erfindungsgemäßen Flugzeit- Massenspektrometers ist der Ionenreflektor koaxial zu der Verbindungsgeraden zwischen Ionenquelle und Ionendetektor und der Ionendetektor auf der Verbindungsgeraden von Ionen­ quelle und Ionenreflektor angeordnet. Im Gegensatz zu den üblichen abgewinkelten Anordnungen ist ein derartiger kolli­ nearer Aufbau des Massenspektrometers räumlich besonders kompakt und platzsparend. Außerdem wird dabei auch nur ein wesentlich kleineres Vakuumsystem erforderlich, da ja die zurückreflektierten Ionen auf der gleichen Laufstrecke, auf der sie aus der Ionenquelle zum Ionenreflektor gelangt sind, auf ihrem Weg zurück zum Ionendetektor laufen. Der zweite, de­ tektorseitige Arm eines abgewinkelten reflektierenden Mas­ senspektrometers entfällt daher und somit auch der entspre­ chende zusätzliche Aufwand zur Evakuierung dieses zweiten Teils der Ionenlaufstrecke.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung dieses Aufbaus ist der Ionendetektor zwischen Ionenquelle und Ionenreflektor mit geringerem Abstand von der Ionenquelle angeordnet und weist auf seiner Achse eine zentrische Ausnehmung auf, vorzugswei­ se ein rundes Durchgangsloch. Besonders kompakt kann eine derartige kollineare Anordnung gestaltet werden, wenn die Elektrode mit gepulster Hochspannung integraler Bestandteil des Ionenreflektors sind.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind zwischen den zwei Elektroden mit gepulster Hochspannung weitere po­ tentialformende Elektroden angeordnet, die über einen Span­ nungsteiler elektrisch miteinander verbunden sind. Dadurch kann auf einfache Weise die gewünschte gepulste Feldvertei­ lung erzeugt werden.

Die Erfindung wird nun anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die schematische Darstellung eines Flugzeit-Mas­ senspektrometers;

Fig. 2 eine schematische perspektivische, teilweise auf­ geschnittene Darstellung eines Ionenreflektors mit integrierten Elektroden für gepulste Hochspannung;

Fig. 3a schematische Darstellung eines kollinearen reflek­ tierenden Flugzeit-Massenspektrometers mit Hoch­ spannungs-Pulselektroden zwischen dem Ionenreflek­ tor und dem Ionendetektor;

Fig. 3b wie Fig. 3a, aber mit in den Ionenreflektor inte­ grierten gepulsten Hochspannungselektroden;

Fig. 4 Massenspektren der Massen 100 und 101 bei unter­ schiedlich gepulsten Hochspannungen; und

Fig. 5 Massenspektren der Massen 1000 und 1001 bei unter­ schiedlichen gepulsten Hochspannungen.

Das in Fig. 1 schematisch dargestellte Flugzeit-Massenspek­ trometer umfaßt eine Ionenquelle 1 und einen Ionendetektor 2, die durch zwei spitzwinklig zueinander verlaufenden Teil­ strecken 3 und 4 einer Ionenlaufstrecke miteinander verbun­ den sind. Im Bereich des Schnittpunktes der beiden Teil­ strecken 3 und 4 ist ein Ionenreflektor 5 angeordnet. Alle Bauelemente befinden sich innerhalb eines evakuierbaren Ge­ häuses 6. Der Ionenreflektor 5 umfaßt zwei Bremselektroden 7, 8, die sich am Eingang des Ionenreflektors 5 befinden, und von denen die vordere Bremselektrode 7 die Abschnitte der Teilstrecken 3, 4 begrenzt, in denen das vom Ionenre­ flektor 5 erzeugte elektrische Feld einen Gradienten auf­ weist. Zwischen den Bremselektroden 7, 8 befindet sich ein elektrisches Feld, durch das die Ionen stark abgebremst wer­ den, bevor sie in die eigentliche Reflexionsstrecke eintre­ ten, die sich zwischen der hinteren Bremselektrode 8 und ei­ ner Reflektorelektrode 9 befindet. Weiter ist zwischen der hinteren Bremselektrode 8 und der Reflektorelektrode 9 eine Fokussierelektrode 10 angeordnet, welche die Ausbildung ei­ nes inhomogenen elektrischen Feldes zur Folge hat, das eine elektrostatische Linse zur geometrischen Fokussierung des Ionenstrahles auf den Detektor 2 bildet.

Auf der Teilstrecke 4 der Ionenlaufstrecke sind drei Elektroden 11, 12 und 13 angeordnet, mit welchen durch Anlegen geeigneter gepulster Hochspannungen die Ionen gleicher Masse in einem vorgegebenen engen Bereich von Io­ nenmassen derart abgebremst bzw. nachbeschleunigt werden, daß Laufzeitfehler aufgrund unterschiedlicher Entstehungsor­ te oder -zeiten der Ionen in der Ionenquelle 1 am Ionende­ tektor 2 kompensiert werden. Im gezeigten Beispiel liegt die Elektrode 11 auf einem höheren Potential als die Elektrode 12 und die Elektrode 13 wird auf Gehäusepotential, üblicher­ weise auf Erdpotential gehalten. Der Ort der Elektroden 11 bis 13 zwischen dem Ionenreflektor 5 und dem Ionendetektor 2 kann an und für sich beliebig gewählt werden. Um jedoch eine möglichst gute "Zusammenführung" der Ionen gleicher Masse durch den an der Elektroden 11 bis 13 gelegten Hochspan­ nungspuls zu erhalten, sollte eine möglichst lange feldfreie Flugstrecke nach der Region mit der gepulsten Hochspannung bis zum Ionendetektor 2 vorhanden sein. Es empfielt sich da­ her, mit den Elektroden 11 bis 13 bis nahe an den Ionenre­ flektor 5 heranzurücken.

Insbesondere können bei Ausführungsformen der Erfindung die Elektroden mit der gepulsten Hochspannung ein integraler Be­ standteil des Ionenreflektors selbst sein. Der mechanische Aufbau einer solchen Anordnung ist in Fig. 2 veranschau­ licht: Der Ionenreflektor 50 umfaßt bei dieser Ausführungs­ form Elektroden 21, 22 und 23 für die Erzeugung eines gepul­ sten Hochspannungsfeldes, wobei die Elektrode 21 auf ein hö­ heres gepulstes Potential als die Elektrode 22 gelegt wird und die Elektrode 23 auf Gehäusepotential liegt. Die übrigen Elektroden 30 bis 39 dienen zum Aufbau eines Reflexionsfel­ des, wie es bei einem üblichen Ionenreflektor erzeugt wird. Die Elektroden 37, 38 und 30 entsprechen dabei in ihrer Funktion den in Fig. 1 gezeigten Elektroden 7, 8 und 10, während die Reflektorelektrode 39 der Reflektorelektrode 9 entspricht.

Sämtliche Elektroden sind in Form von Ringblenden ausge­ führt, die mittels kurzer Keramikröhrchen 41 auf eine Trä­ gerplatte 42 montiert sind. Die Trägerplatte 42 mit dem Elektrodensystem ist innerhalb eines Vakuumgefäßes 43 ange­ ordnet, das einen Rohrstutzen 44 zum Anschluß einer Vakuum­ pumpe und einen Flansch 45 zum Anschluß des Gehäuses mit den übrigen Komponenten des Flugzeit-Massenspektrometers auf­ weist. Das Vakuumgefäß 43 weist an dem dem Flansch 45 entge­ gengesetzten Ende einen Trägerflansch 46 auf, an dem die Trägerplatte 41 mit dem Elektrodensystem befestigt ist, und der Vakuumdurchführungen 47 aufweist, die es gestatten, de­ finierte Potentiale an die Elektroden anzulegen. Genauer ge­ sagt, dienen die Vakuumdurchführungen 47 dazu, Spannungen an einen Spannungsteiler anzulegen, der von den Widerständen 48 gebildet wird, von denen jeder zwei der jeweils benachbarten Elektroden 30 bis 39 miteinander verbindet. Ebenso sind die Elektroden 21 bis 23, durch die ein pulsförmiges Hochspan­ nungsfeld erzeugt wird, durch Widerstände nach Art eines Spannungsteilers voneinander getrennt, so daß lediglich eine Zuleitung für das gepulste Hochspannungspotential zur Elek­ trode 21 geführt werden muß, während die Elektrode 23 auf dem Potential des Vakuumgefäßes 43 gehalten wird.

Fig. 3a zeigt schematisch den Aufbau eines kollinearen Flug­ zeit-Massenspektrometers, bei dem koaxial auf der Verbin­ dungsachse a zwischen einer Ionenquelle 61 und einem Ionen­ reflektor 65 ein Detektor 62 in der Nähe der Ionenquelle 61 angeordnet ist. Außerdem ist ebenfalls auf der Ionenstrahl­ achse a in der Nähe des Ionenreflektors 65 eine Blendenan­ ordnung 71, 72, 72' und 73 vorgesehen, an der analog zur Blendenanordnung 11, 12 und 13 in Fig. 1 ein gepulstes Ab­ brems- bzw. Nachbeschleunigungsfeld erzeugt werden kann.

In der Ionenquelle 61 wird zunächst pulsförmig eine Ionen­ wolke erzeugt, die durch eine zentrale Bohrung des Detektors 62 auf der Ionenstrahlachse a und durch die Blenden 71 bis 73, an denen bis zu diesem Zeitpunkt keine Spannung anliegt, in den Ionenreflektor 65 fliegt, wo sie an einer als End­ platte bzw. Gitter ausgebildeten Reflektorelektrode 69 durch ein Potential U_ref auf der Ionenstrahlachse a in sich re­ flektiert wird. Sie verläßt den Ionenreflektor 65 bei einer Blende 67, die ebenfalls als Gitterelektrode ausgeführt sein kann und auf Gehäusepotential (0 V) liegt. Danach tritt die Ionenwolke in den Bereich der Hochspannungspulselektroden 71 bis 73 ein, wobei an die Elektrode 71 ein pulsförmiges Hoch­ spannungspotential U_puls angelegt wird, während die Elektro­ de 73 auf Erdpotential (umgebendes Gehäuse) liegt. Die da­ zwischen befindlichen Elektroden 72, 72' sind durch entspre­ chende Widerstände mit ihren Nachbarelektroden verbunden und dienen zur Linearisierung bzw. Formung des pulsförmigen Hochspannungsfeldes zwischen den Elektroden 71 und 73.

Durch entsprechendes Pulstiming werden in einem vorgegebenen Massenbereich Ionen gleicher Masse des ankommenden Ionenpul­ ses an der Spitze des Pulses abgebremst und relativ am Ende des Pulses nachgeschleunigt, so daß sich Ionen gleicher Mas­ se in dem engen Massenbereich, die zunächst durch Laufzeit­ fehler räumlich auseinandergezogen waren, im Detektor 62 wieder treffen und daher gleichzeitig nachgewiesen werden. Da eine derartige Zusammenführung bei gleichzeitiger Ener­ giefehlerkompensation mit Hilfe des Ionenreflektors nur in einem Massenbereich von ca. 10 Masseneinheiten, nicht jedoch über das gesamte betrachtbare Massenspektrum möglich ist, kann die erfindungsgemäße Modifikation eines Flugzeit-Mas­ senspektrometers auch als "LUPE" zur verbesserten Auflösung in einem interessierenden Massenbereich bezeichnet werden.

In Fig. 3b ist ebenfalls eine kollineare Anordnung des Flugzeit-Massenspektrometers gezeigt, bei der allerdings die Elektroden 81, 82 und 83, an welche eine gepulste Hochspannung angelegt werden soll, in einem Ionen­ reflektor 75 integriert sind, ähnlich wie bei der Anordnung nach Fig. 2. Dadurch wird die ohnehin schon sehr raumsparen­ de kollineare Anordnung noch kompakter gestaltet. Der Aus­ trittselektrode 67 in Fig. 3a entspricht nunmehr die inner­ halb des Ionenreflektors 75 angeordnete, auf Gehäusepotenti­ al gehaltene Elektrode 77 in Fig. 3b.

In Fig. 4 ist ein erstes Beispiel für die wesentlich verbes­ serte Auflösung beim erfindungsgemäßen Flugzeit-Massenspek­ trometer gezeigt, wobei in der Darstellung nach oben die re­ lativen Intensitäten der am Ionendetektor gemessenen Ionen­ ströme, nach rechts die gemessenen Flugzeiten t und in der Zeichenebene im rechten Winkel dazu die jeweiligen gepulsten Potentiale U_puls aufgetragen sind. Der jeweils linke Peak entspricht einer Masse von 100 Masseneinheiten, während der jeweils rechte Peak einer Ionenmasse von 101 Masseneinheiten entspricht. Wie man sieht, wird mit zunehmendem Potential U_puls die Intensität der gemessenen Signale größer, während die entsprechenden Flugzeiten der beiden Massen nur relativ wenig aufeinander zu rücken, so daß insgesamt die Massenauf­ lösung wesentlich verbessert wird.

Eine ähnliche Darstellung wie in Fig. 4 ist in Fig. 5 am Beispiel der Massen 1000 (links) und 1001 (rechts) gezeigt. Hier dürfte allerdings ein Optimum der Auflösung bei einem Potential U_puls von ungefähr 500 V erreicht sein, während bei höheren Pulsspannungen die beiden Massenpeaks soweit aufeinander zu wandern, daß am Ende möglicherweise nur noch ein Peak erscheint, so daß die Auflösung der Spektrometers sich bei weiterer Erhöhung des Hochspannungspotentials U_puls wieder verschlechtern würde.

Claims (7)

1. Verfahren zum Betrieb eines Flugzeit-Massenspektrome­ ters, bei dem Ionen in einer Ionenquelle (1; 61) er­ zeugt und beschleunigt werden, in einem Ionenreflektor (5; 50; 65; 75) so reflektiert werden, daß Laufzeit­ fehler aufgrund unterschiedlicher Anfangsenergien von Ionen gleicher Masse kompensiert werden, sowie in einem Ionendetektor (2; 62) nachgewiesen werden, dadurch gekennzeichnet, daß Ionen eines wählbaren engen Massenbereichs nach Reflexion im Ionenreflektor (5; 50; 65; 75) zwischen zwei Elektroden (11, 13; 21, 23; 71, 73; 81, 83) einem steil ansteigenden impulsförmigen Beschleunigungsfeld derart ausgesetzt werden, daß für Ionen des gewählten Massenbereichs Laufzeitfehler aufgrund unterschiedli­ cher Entstehungsorte oder -zeiten in der Ionenquelle (1; 61) am Ionendetektor (2; 62) kompensiert werden, wobei der enge Massenbereich diejenigen Ionen umfaßt, die sich beim Impulsanstieg im Beschleunigungsfeld be­ finden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Pulsanstieg der gepulsten Hochspannung etwa 1 kV in 10 ns beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Ionenmassen der zu beobachtenden Ionen in der Größenordnung von 100 bis 10000 Masseneinheiten liegen und daß das den vorgegebenen engen Bereich von Ionenmassen definierende Massenfenster ungefähr 10% der höchsten Masseneinheit, vorzugsweise 10 Massenein­ heiten oder weniger, breit ist.

4. Flugzeit-Massenspektrometer zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (11, 13; 71, 73) in Laufrichtung der Ionen gesehen zwischen dem Ionenreflektor (5; 65) und dem Ionendetektor (2; 62) angeordnet sind.

5. Flugzeit-Massenspektrometer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (11, 13; 71, 73) mit gepulster Hochspannung einen erheblich geringeren Abstand zum Ionenreflektor (5; 65) als zum Ionendetek­ tor (2; 62) aufweisen.

6. Flugzeit-Massenspektrometer zur Durchführung des Ver­ fahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Elektroden (21, 23; 81, 83) mit gepulster Hochspannung Bestandteil des Ionenreflektors (50; 75) sind und sich in Laufrichtung der durch eine Reflektorelektrode (39; 69) reflektierten Ionen an eine vordere Bremselektrode (37; 77) des Ionenreflek­ tors (50; 75) anschließen.

7. Flugzeit-Massenspektrometer nach einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den zwei Elektroden (11, 13; 21, 23; 71, 73; 81, 83) mit gepulster Hochspannung weitere potentialformende Elektroden (12; 22; 72, 72'; 82) angeordnet sind, die über einen Spannungsteiler elektrisch miteinander ver­ bunden sind.