DE10357498B4

DE10357498B4 - Ion detector and method for detecting ions

Info

Publication number: DE10357498B4
Application number: DE10357498A
Authority: DE
Inventors: Robert Harold Bateman; Jeff Brown; Daniel James Kenny
Original assignee: Micromass UK Ltd
Current assignee: Micromass UK Ltd
Priority date: 2002-12-12
Filing date: 2003-12-09
Publication date: 2012-05-16
Anticipated expiration: 2023-12-10
Also published as: DE20319080U1; GB0229001D0; GB2397435A; GB0328446D0; CA2452745A1; GB2397435A8; CA2452741A1; DE20319081U1; CA2452741C; DE10357498A1; CA2452745C; DE10357499A1; DE10357499B4; GB2397435B; GB2397436A; GB2397436B; GB0328447D0

Abstract

Ionendetektor für ein Massenspektrometer, welcher aufweist: eine oder mehrere Mikrokanalplatten, wobei Ionen an einer Eingangsfläche der einen oder mehreren Mikrokanalplatten empfangen werden und Elektronen von einer Ausgangsfläche der einen oder mehreren Mikrokanalplatten abgegeben werden, eine Anode mit einer Oberfläche, von der Elektronen empfangen werden, und eine oder mehrere Elektroden und/oder eine oder mehrere magnetische Linsen, welche wenigstens einige der von der Ausgangsfläche der einen oder mehreren Mikrokanalplatten abgegebenen Elektronen auf die Anode lenken, wobei die Ausgangsfläche der einen oder mehreren Mikrokanalplatten eine erste Flächengröße aufweist und die Oberfläche der Anode eine zweite Flächengröße aufweist, wobei die zweite Flächengröße ≥ 5% derjenigen der ersten Flächengröße ist und die zweite Flächengröße kleiner als die erste Flächengröße ist.Ion detector for a mass spectrometer, comprising: one or more microchannel plates, ions being received at an input surface of the one or more microchannel plates and electrons being emitted from an output surface of the one or more microchannel plates, an anode with a surface from which electrons are received, and one or more electrodes and / or one or more magnetic lenses that direct at least some of the electrons emitted from the exit surface of the one or more microchannel plates onto the anode, the exit surface of the one or more microchannel plates having a first area size and the surface of the anode has a second area size, the second area size being ≥ 5% of that of the first area size and the second area size being smaller than the first area size.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ionendetektor zur Verwendung in einem Massenspektrometer, ein Massenspektrometer und ein Verfahren zum Erfassen von Ionen.The present invention relates to an ion detector for use in a mass spectrometer, a mass spectrometer and a method for detecting ions.

Kommerzielle Hochleistungs-Flugzeit-Massenspektrometer verwenden gewöhnlich Ionenerfassungssysteme mit Mikrokanalplatten zum Vorverstärken von Ionenimpulssignalen. Mikrokanalplatten erzeugen ansprechend bzw. in Reaktion darauf, dass ein Ion auf die Eingangsfläche der Mikrokanalplatte trifft, mehrere Elektronen. Die Elektronen, welche von der Mikrokanalplatte erzeugt werden, liefern ein verstärktes Signal, das anschließend unter Verwendung eines schnellen Analog-Digital-Wandlers (”ADC”) oder eines Zeit-Digital-Wandlers (”TDC”) aufgezeichnet werden kann. Ionendetektoren, die zwei Mikrokanalplatten aufweisen, werden vorteilhaft zum Verstärken von Ionenimpulssignalen in Flugzeit-Massenspektrometern verwendet.High performance commercial time-of-flight mass spectrometers commonly use microchannel plate ion acquisition systems to preamplify ion pulse signals. Microchannel plates responsively produce an electron striking the input face of the microchannel plate. The electrons generated by the microchannel plate provide an amplified signal which can then be recorded using a fast analog to digital converter ("ADC") or a time to digital converter ("TDC"). Ion detectors having two microchannel plates are advantageously used for amplifying ion impulse signals in time-of-flight mass spectrometers.

Mikrokanalplatten-Ionendetektoren sind besonders vorteilhaft für die Verwendung in Flugzeit-Massenspektrometern, weil sie eine hohe Verstärkung liefern. Beispielsweise bewirkt ein einziges Ion, das auf die Eingangsfläche eines Mikrokanalplatten-Ionendetektors trifft, typischerweise, dass mehrere Millionen Elektronen von der Ausgangsfläche der Mikrokanalplatte emittiert werden, welche dann aufgezeichnet werden können. Mikrokanalplatten-Ionendetektoren haben auch eine verhältnismäßig kurze Ansprechzeit. Typischerweise erzeugt ein Ion, das auf die Eingangsfläche eines Mikrokanalplatten-Ionendetektors trifft, einen Elektronenimpuls mit einer Breite in der Größenordnung einiger Nanosekunden bei der halben Impulshöhe. Ein weiterer Vorteil der Mikrokanalplatten-Ionendetektoren besteht darin, dass die Eingangsfläche der Mikrokanalplatte verhältnismäßig flach ist und dass Ionen daher eine verhältnismäßig konstante Strecke bis zur Mikrokanalplatte laufen. Daher ist jede Verbreiterung bzw. jeder Spread der Ankunftszeiten der Ionen an der Eingangsfläche der Mikrokanalplatte(n) im Wesentlichen vernachlässigbar.Microchannel plate ion detectors are particularly advantageous for use in time-of-flight mass spectrometers because they provide high gain. For example, a single ion striking the input face of a microchannel plate ion detector typically causes several million electrons to be emitted from the output surface of the microchannel plate, which can then be recorded. Microchannel plate ion detectors also have a relatively short response time. Typically, an ion striking the input face of a microchannel plate ion detector will produce an electron pulse having a width on the order of a few nanoseconds at half the pulse height. Another advantage of the microchannel plate ion detectors is that the input surface of the microchannel plate is relatively flat and therefore ions travel a relatively constant distance to the microchannel plate. Therefore, any spread of ion arrival times at the input face of the microchannel plate (s) is substantially negligible.

Die DE 693 28 818 T2 offenbart einen Ionendetektor mit einer Mikrokanalplatte, die mit einer relativ geringen Verstärkung betrieben wird. Sekundärelektronen, die von der Multikanalplatte emittiert werden, werden auf eine Festkörperdiode beschleunigt und fokussiert. Die Hauptverstärkerstufe ist damit stromabwärtig der Multikanalplatte angeordnet.The DE 693 28 818 T2 discloses an ion detector with a microchannel plate operated at a relatively low gain. Secondary electrons emitted from the multi-channel plate are accelerated and focused onto a solid state diode. The main amplifier stage is thus arranged downstream of the multi-channel plate.

Die WO 02/091425 A2 offenbart eine Anordnung mit Multikanalplatten und einer nachgeschalteten Anode, wobei stromaufwärtig einer Multikanalplatte eine Gatterelektrode vorgesehen ist, um einen Multikanalplattendetektor mit einer schnell veränderbaren Verstärkung zu schaffen.The WO 02/091425 A2 discloses an array with multi-channel plates and a downstream anode, wherein a gate electrode is provided upstream of a multi-channel plate to provide a multi-channel plate detector with a rapidly variable gain.

Aus der US 4,988,867 A ist ein Detektor bekannt, der dafür eingerichtet ist, sowohl positive als auch negative Ionen simultan zu detektieren. Hierzu ist eine Multikanalplatte vorgesehen, die in Segmente aufgeteilt ist, an die Spannungen unterschiedlicher Polarität angeschlossen sind. Stromabwärtig sind kleinere Anoden vorgesehen.From the US 4,988,867 A For example, a detector is known which is adapted to simultaneously detect both positive and negative ions. For this purpose, a multi-channel plate is provided, which is divided into segments, are connected to the voltages of different polarity. Downstream, smaller anodes are provided.

Die JP 04 132 152 A offenbart einer Multikanalplatte vorgeschaltete Vorrichtungen, die den Ionenstrahl vor dem Auftreffen auf die Multikanalplatte modulieren. Dies ermöglicht es, den dynamischen Umfang des Detektors zu erhöhen.The JP 04 132 152 A discloses a multi-channel plate upstream devices that modulate the ion beam before hitting the multi-channel plate. This makes it possible to increase the dynamic range of the detector.

Wenngleich herkömmliche Mikrokanalplatten-Ionendetektoren mehrere Vorteile aufweisen, haben sie auch mehrere Nachteile. Insbesondere leiden herkömmliche Mikrokanalplatten-Ionendetektoren an signalinduziertem Einschwingrauschen und/oder einer verkleinerten Bandbreite, die durch eine Impedanzfehlanpassung zwischen der Sammelanode, welche Elektronen von der Mikrokanalplatte bzw. den Mikrokanalplatten sammelt, und dem 50-Ω-Eingangsverstärker des Analog-Digital-Wandlers oder des Zeit-Digital-Wandlers, der als Teil der Aufnahmeelektronik verwendet wird, hervorgerufen wird. Ein anderer Nachteil herkömmlicher Mikrokanalplatten-Ionendetektoren ergibt sich aus der Anforderung, dass Flugzeit-Massenspektrometer dafür ausgelegt sind, eine Massenanalyse von Ionen mit verhältnismäßig hohen kinetischen Energien von typischerweise einigen keV auszuführen. Zum Erreichen dieser verhältnismäßig hohen kinetischen Ionenenergien werden die Ionen normalerweise durch ein elektrisches Feld beschleunigt, das durch eine hohe Spannungsdifferenz zwischen der Ionenquelle und dem feldfreien Driftrohr des Flugzeit-Massenanalysators erzeugt wird. Das Massenspektrometer kann beispielsweise so konfiguriert werden, dass die Ionenquelle bei einer hohen Spannung treibt und das Flugrohr geerdet ist oder umgekehrt. Normalerweise muss der Eingangsverstärker eines Analog-Digital-Wandlers oder eines Zeit-Digital-Wandlers in dem Ionendetektor jedoch bei dem Erdungspotential betrieben werden. Um eine geeignete Vorspannung zum Beschleunigen der Elektronen von der Mikrokanalplatte bzw. den Mikrokanalplatten an die Sammelanode des Ionendetektors anzulegen, kann es daher erforderlich sein, die Sammelanode kapazitiv von dem Eingang des Analog-Digital-Wandlers oder des Zeit-Digital-Wandlers zu entkoppeln. Herkömmliche Verfahren zum kapazitiven Entkoppeln der Sammelanode vom Analog-Digital-Wandler oder vom Zeit-Digital-Wandler bewirken jedoch eine Impedanzfehlanpassung zwischen der Sammelanode und dem Analog-Digital-Wandler und dem Zeit-Digital-Wandler. Ein weiterer Nachteil herkömmlicher Mikrokanalplatten-Ionendetektoren besteht darin, dass die Sammelanode dazu neigt, kapazitiv hochfrequentes Rauschen von nahegelegenen Schaltungsanordnungen, wie Hochspannungsversorgungen, aufzunehmen, welche zum Versorgen der Mikrokanalplatte bzw. der Mikrokanalplatten oder der Sammelanode mit Energie verwendet werden.Although conventional microchannel plate ion detectors have several advantages, they also have several disadvantages. In particular, conventional microchannel plate ion detectors suffer from signal-induced settling noise and / or reduced bandwidth caused by impedance mismatching between the collecting anode, which collects electrons from the microchannel plate (s), and the 50 Ω input amplifier of the analog-to-digital converter or analogue-to-digital converter Time-to-digital converter, which is used as part of the recording electronics, is caused. Another disadvantage of conventional microchannel plate ion detectors arises from the requirement that time-of-flight mass spectrometers are designed to perform mass analysis of ions having relatively high kinetic energies of typically a few keV. To achieve these relatively high kinetic ion energies, the ions are normally accelerated by an electric field generated by a high voltage difference between the ion source and the field-free drift tube of the Time of Flight mass analyzer. For example, the mass spectrometer may be configured so that the ion source is driven at a high voltage and the flight tube is grounded, or vice versa. Normally, however, the input amplifier of an analog-to-digital converter or a time-to-digital converter in the ion detector must be operated at the ground potential. In order to apply a suitable bias for accelerating the electrons from the microchannel plate or the microchannel plates to the collecting anode of the ion detector, it may therefore be necessary to decouple the collecting anode capacitively from the input of the analog-to-digital converter or the time-to-digital converter. However, conventional methods of capacitive decoupling of the collecting anode from the analog-to-digital converter or the time-to-digital converter cause an impedance mismatch between the collecting anode and the analog-to-digital converter and the time-to-digital converter. Another disadvantage of conventional Microchannel plate ion detectors are such that the collection anode tends to pick up capacitively high frequency noise from nearby circuitry, such as high voltage supplies, which are used to power the microchannel plate (s).

Die kombinierten Effekte des signalinduzierten Einschwingrauschens, der verringerten Bandbreite und der Aufnahme hochfrequenten Rauschens bei herkömmlichen Mikrokanalplatten-Ionendetektoren sind für das Massenauflösungsvermögen und die Erfassungsgrenze des ganzen Flugzeit-Massenspektrometers schädlich. Ein weiterer Nachteil herkömmlicher Mikrokanalplatten-Ionendetektoren besteht darin, dass sich eine Signalsättigung aus einer Elektronenverarmung in der Mikrokanalplatte bzw. den Mikrokanalplatten unmittelbar nach dem Erfassen eines verhältnismäßig großen Ionenimpulses ergeben kann. Diese Signalsättigung führt zu einer Verringerung der Verstärkung des Ionendetektors unmittelbar nach der Erfassung eines relativ großen Ionenimpulses.The combined effects of signal-induced transient noise, reduced bandwidth, and high-frequency noise pick-up in conventional microchannel plate ion detectors are detrimental to the mass resolution and detection limit of the entire time-of-flight mass spectrometer. Another disadvantage of conventional microchannel plate ion detectors is that signal saturation may result from electron depletion in the microchannel plate (s) immediately after sensing a relatively large ion pulse. This signal saturation results in a reduction in the gain of the ion detector immediately after the detection of a relatively large ion pulse.

Es ist daher weiterhin erwünscht, einen verbesserten Mikrokanalplatten-Ionendetektor bereitzustellen.It is therefore further desired to provide an improved microchannel plate ion detector.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Ionendetektor zur Verwendung in einem Massenspektrometer gemäß Patentanspruch 1 vorgesehen.According to one aspect of the present invention, an ion detector for use in a mass spectrometer according to claim 1 is provided.

Eine oder mehrere Elektroden und/oder eine oder mehrere magnetische Linsen können zwischen der einen oder den mehreren Mikrokanalplatten und der Anode angeordnet sein. Die eine oder die mehreren Elektroden und/oder die eine oder die mehreren magnetischen Linsen können alternativ bzw. zusätzlich so angeordnet sein, dass sie wenigstens einen Abschnitt der Anode umgeben.One or more electrodes and / or one or more magnetic lenses may be disposed between the one or more microchannel plates and the anode. The one or more electrodes and / or the one or more magnetic lenses may alternatively be arranged so as to surround at least a portion of the anode.

Die eine oder die mehreren magnetischen Linsen weisen vorzugsweise einen oder mehrere Elektromagnete und/oder einen oder mehrere Permanentmagnete auf.The one or more magnetic lenses preferably comprise one or more electromagnets and / or one or more permanent magnets.

Die Anode kann aus einem nichtmagnetischen Material bestehen. Bevorzugter kann die Anode jedoch aus einem weichmagnetischen Material (mit einer niedrigen Koerzitivkraft) bestehen. Es kann davon ausgegangen werden, dass ein weichmagnetisches Material eine Koerzitivkraft (Hc) von weniger als etwa 1000 A/Meter aufweist. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann die Anode aus einem hart- oder permanentmagnetischen Material (mit einer hohen Koerzitivkraft) bestehen. Es kann davon ausgegangen werden, dass ein hartmagnetisches Material eine Koerzitivkraft von wenigstens 3000, 3500 oder 4000 A/Meter aufweist.The anode may be made of a non-magnetic material. However, more preferably, the anode may be made of a soft magnetic material (having a low coercive force). It can be considered that a soft magnetic material has a coercive force (Hc) of less than about 1000 A / meter. In another embodiment, the anode may be made of a hard or permanent magnetic material (having a high coercive force). It can be considered that a hard magnetic material has a coercive force of at least 3000, 3500 or 4000 A / meter.

Die zweite Flächengröße der Anode beträgt vorzugsweise 5–90% der ersten Flächengröße der Ausgangsfläche der einen oder mehreren Mikrokanalplatten.The second area size of the anode is preferably 5-90% of the first area size of the output area of the one or more microchannel plates.

Vorzugsweise weisen die eine oder die mehreren Elektroden eine oder mehrere Ringlinsen auf. Die eine oder die mehreren Elektroden können verhältnismäßig dünn sein und beispielsweise eine Dicke von ≤ 1,5 mm aufweisen.Preferably, the one or more electrodes comprise one or more ringlets. The one or more electrodes may be relatively thin and, for example, have a thickness of ≤ 1.5 mm.

Alternativ bzw. zusätzlich können die eine oder die mehreren Elektroden eine oder mehrere Einzellinsenanordnungen mit drei oder mehr Elektroden, einen oder mehrere segmentierte Stabsätze, eine oder mehrere rohrförmige Elektroden oder einen oder mehrere Quadrupol-Stabsätze aufweisen. Die eine oder die mehreren Elektroden können eine Anzahl von Elektroden mit Öffnungen einschließen, von denen Elektronen bei der Verwendung durchgelassen werden, wobei die Öffnungen im Wesentlichen die gleiche Flächengröße aufweisen. Alternativ können die eine oder die mehreren Elektroden eine Anzahl von Elektroden mit Öffnungen einschließen, von denen Elektronen bei der Verwendung durchgelassen werden, wobei die Öffnungen zur Anode hin zunehmend kleiner oder größer werden.Alternatively, in addition, the one or more electrodes may include one or more single lens arrays having three or more electrodes, one or more segmented rod sets, one or more tubular electrodes, or one or more quadrupole rod sets. The one or more electrodes may include a number of electrodes having openings through which electrons pass in use, the openings having substantially the same area size. Alternatively, the one or more electrodes may include a number of electrodes having openings through which electrons pass in use, with the openings becoming progressively smaller or larger towards the anode.

Die Ausgangsfläche der einen oder der mehreren Mikrokanalplatten wird vorzugsweise auf einem ersten Potential gehalten, die Oberfläche der Anode wird vorzugsweise auf einem zweiten Potential gehalten, und die eine oder die mehreren Elektroden und/oder die eine oder die mehreren magnetischen Linsen werden vorzugsweise auf einem dritten Potential gehalten.The output surface of the one or more microchannel plates is preferably maintained at a first potential, the surface of the anode is preferably maintained at a second potential, and the one or more electrodes and / or the one or more magnetic lenses are preferably mounted on a third one Potential held.

Das zweite Potential kann positiver als das erste Potential sein. Beispielsweise kann die Potentialdifferenz zwischen der Oberfläche der Anode und der Ausgangsfläche der einen oder der mehreren Mikrokanalplatten 0–50 V, 50–100 V, 100–150 V, 150–200 V, 200–250 V, 250–300 V, 300–350 V, 350–400 V, 400–450 V, 450–500 V, 500–550 V, 550–600 V, 600–650 V, 650–700 V, 700–750 V, 750–800 V, 800–850 V, 850–900 V, 900–950 V, 950–1000 V, 110–1,5 kV, 1,5–2,0 kV, 2,0–2,5 kV, > 2,5 kV oder < 10 kV betragen.The second potential can be more positive than the first potential. For example, the potential difference between the surface of the anode and the output surface of the one or more microchannel plates may be 0-50V, 50-100V, 100-150V, 150-200V, 200-250V, 250-300V, 300V. 350 V, 350-400 V, 400-450 V, 450-500 V, 500-550 V, 550-600 V, 600-650 V, 650-700 V, 700-750 V, 750-800 V, 800- 850 V, 850-900 V, 900-950 V, 950-1000 V, 110-1.5 kV, 1.5-2.0 kV, 2.0-2.5 kV,> 2.5 kV or < 10 kV.

Beispielsweise kann die Potentialdifferenz zwischen dem dritten Potential und dem ersten und/oder dem zweiten Potential 0–50 V, 50–100 V, 100–150 V, 150–200 V, 200–250 V, 250–300 V, 300–350 V, 350–400 V, 400–450 V, 450–500 V, 500–550 V, 550–600 V, 600–650 V, 650–700 V, 700–750 V, 750–800 V, 800–850 V, 850–900 V, 900–950 V, 950–1000 V, 1,0–1,5 kV, 1,5–2,0 kV, 2,0–2,5 kV, > 2,5 kV oder < 10 kV betragen. Das dritte Potential kann gemäß einer Ausführungsform zwischen dem ersten und dem zweiten Potential liegen.For example, the potential difference between the third potential and the first and / or the second potential may be 0-50V, 50-100V, 100-150V, 150-200V, 200-250V, 250-300V, 300-350 V, 350-400V, 400-450V, 450-500V, 500-550V, 550-600V, 600-650V, 650-700V, 700-750V, 750-800V, 800-850 V, 850-900 V, 900-950 V, 950-1000 V, 1.0-1.5 kV, 1.5-2.0 kV, 2.0-2.5 kV,> 2.5 kV or < 10 kV. The third potential may lie between the first and the second potential according to an embodiment.

Die Oberfläche der Anode kann in einem Abstand < 5 mm, 5–10 mm, 10–15 mm, 15–20 mm, 20–25 mm, 25–30 mm, 35–40 mm, 40–45 mm, 45–50 mm, 50–55 mm, 55–60 mm, 60–65 mm, 65–70 mm, 70–75 mm oder > 75 mm von der Ausgangsfläche der einen oder der mehreren Mikrokanalplatten angeordnet sein.The surface of the anode may be spaced <5mm, 5-10mm, 10-15mm, 15-20mm, 20-25mm, 25-30mm, 35-40mm, 40-45mm, 45-50 mm, 50-55 mm, 55-60 mm, 60-65 mm, 65-70 mm, 70-75 mm or> 75 mm from the output face of the one or more microchannel plates.

Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Ionendetektor zur Verwendung in einem Massenspektrometer gemäß Anspruch 22 vorgesehen.According to another aspect of the present invention, an ion detector for use in a mass spectrometer according to claim 22 is provided.

Bei diesem kann vorgesehen sein, dass die Ausgangsfläche eine erste Flächengröße aufweist und die Oberfläche der Anode eine zweite Flächengröße aufweist,
wobei die zweite Flächengröße 5–90% der ersten Flächengröße beträgt.In this case, it can be provided that the output surface has a first area size and the surface of the anode has a second area size,
wherein the second area size is 5-90% of the first area size.

Gemäß der bevorzugten Ausführungsform können Elektronen im Wesentlichen über die ganze zweite Flächengröße empfangen werden.According to the preferred embodiment, electrons may be received substantially over the entire second area size.

Die Anode weist vorzugsweise einen ersten Abschnitt, einen zweiten Abschnitt und eine zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt bereitgestellte elektrisch isolierende Schicht auf, wobei der erste Abschnitt eine Oberfläche aufweist, von der Elektronen bei der Verwendung empfangen werden.The anode preferably includes a first portion, a second portion, and an electrically insulating layer provided between the first and second portions, the first portion having a surface from which electrons are received in use.

Die Anode ist vorzugsweise im Wesentlichen konisch. Eine im Wesentlichen konische Abschirmung kann wenigstens einen Abschnitt der Anode umgeben. Die Anode hat vorzugsweise eine Kapazität von 0,01–0,1 pF, 0,1–1 pF, 1–10 pF oder 10–100 pF. Die Oberfläche der Anode, von der Elektronen bei der Verwendung empfangen werden, ist vorzugsweise im Wesentlichen flach.The anode is preferably substantially conical. A substantially conical shield may surround at least a portion of the anode. The anode preferably has a capacity of 0.01-0.1 pF, 0.1-1 pF, 1-10 pF or 10-100 pF. The surface of the anode from which electrons are received in use is preferably substantially flat.

Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Massenspektrometer mit einem vorstehend beschriebenen Ionendetektor vorgesehen.According to another aspect of the present invention, there is provided a mass spectrometer having an ion detector as described above.

Das Massenspektrometer weist vorzugsweise einen Flugzeit-Massenanalysator in der Art eines axialen oder Orthogonal- bzw. Querbeschleunigungs-Flugzeit-Massenanalysators auf.The mass spectrometer preferably comprises a time-of-flight mass analyzer such as an axial or orthogonal time-of-flight mass analyzer.

Gemäß anderen Aspekten der vorliegenden Erfindung sind Verfahren zum Erfassen von Ionen gemäß Patentanspruch 33, 34 und 35 vorgesehen.According to other aspects of the present invention, methods for detecting ions according to claims 33, 34 and 35 are provided.

Der Ionendetektor gemäß der bevorzugten Ausführungsform ist in der Lage, positive oder negative Ionen zu erfassen. Der bevorzugte Ionendetektor kann in ein Flugzeit-Massenspektrometer aufgenommen sein, das eine Ionenquelle und ein feldfreies Flugrohr, die mit einer Hochspannung betrieben werden, aufweist. Der bevorzugte Ionendetektor weist eine Sammelanode auf, die eine verringerte Kapazität aufweist und die vorzugsweise von der Mikrokanalplatte bzw. den Mikrokanalplatten kapazitiv entkoppelt ist. Der bevorzugte Ionendetektor kann auch ein Linsensystem aufweisen, das zwischen der Mikrokanalplatte bzw. den Mikrokanalplatten und der Sammelanode angeordnet ist, um Elektronen zu fokussieren und abzuschirmen, welche die Ausgangsfläche der Mikrokanalplatte bzw. der Mikrokanalplatten verlassen.The ion detector according to the preferred embodiment is capable of detecting positive or negative ions. The preferred ion detector may be incorporated in a time-of-flight mass spectrometer having an ion source and a field-free flight tube operated at a high voltage. The preferred ion detector has a collecting anode which has a reduced capacitance and which is preferably capacitively decoupled from the microchannel plate or the microchannel plates. The preferred ion detector may also include a lens system disposed between the microchannel plate (s) and the collection anode to focus and shield electrons exiting the output surface of the microchannel plate (s).

Die bevorzugte Ausführungsform betrifft eine Mikrokanalplatten-Ionendetektoranordnung, welche in der Lage ist, positive oder negative Ionen zu erfassen, ohne dass den Spannungen Beschränkungen auferlegt werden, die an verschiedene Komponenten des Flugzeit-Massenspektrometers stromaufwärts des Ionendetektors angelegt sind. Der bevorzugte Ionendetektor weist vorzugsweise auch eine verhältnismäßig große Bandbreite auf, wodurch das Einschwingrauschen verringert wird, und er weist eine verringerte kapazitive Aufnahme hochfrequenten elektronischen Rauschens auf.The preferred embodiment relates to a microchannel plate ion detector assembly capable of detecting positive or negative ions without imposing restrictions on voltages applied to various components of the time-of-flight mass spectrometer upstream of the ion detector. The preferred ion detector also preferably has a relatively large bandwidth, thereby reducing transient noise, and has reduced capacitive uptake of high frequency electronic noise.

Die Frequenz des unter Verwendung eines Mikrokanalplatten-Ionendetektors beobachteten Einschwingrauschens kann durch

genähert werden, wobei f die Frequenz des Einschwingrauschens in Hertz ist, L die Streuinduktivität in der Sammelanoden-Schaltungsanordnung in Henry ist und C die Kapazität zwischen der Mikrokanalplatte und der Sammelanode in Farad ist.The frequency of transient noise observed using a microchannel plate ion detector can be determined by

where f is the frequency of the transient noise in Hertz, L is the leakage inductance in the bulk anode circuitry in Henry, and C is the capacitance between the microchannel plate and the common anode in farads.

Die Frequenz f des Einschwingrauschens nimmt zu, wenn die Kapazität C zwischen der Mikrokanalplatte und der Sammelanode abnimmt. Vorausgesetzt, dass die Frequenz des Einschwingrauschens hoch genug ist, schwächt die analoge Bandbreite (typischerweise 500 MHz) des Verstärkers im Zeit-Digital-Wandler oder im Analog-Digital-Wandler die Intensität des Einschwingrauschens erheblich ab. Daher kann das Einschwingrauschen im Ionendetektor durch Verringern der Kapazität zwischen der Sammelanode und der Mikrokanalplatte verringert werden.The frequency f of the transient noise increases as the capacitance C between the microchannel plate and the collecting anode decreases. Provided that the transient noise frequency is high enough, the analog bandwidth (typically 500 MHz) of the amplifier in the time-to-digital converter or in the analog-to-digital converter significantly attenuates the transient noise intensity. Therefore, the settling noise in the ion detector can be reduced by reducing the capacitance between the collecting anode and the microchannel plate.

Bei einem herkömmlichen Mikrokanalplatten-Ionendetektor ist die Mikrokanalplatte bzw. sind die Mikrokanalplatten kreisförmig und haben den gleichen Durchmesser wie eine kreisförmige Sammelanode, die sich hinter der Mikrokanalplatte bzw. den Mikrokanalplatten befindet. Die Mikrokanalplatte bzw. die Mikrokanalplatten befinden sich auch verhältnismäßig nahe bei der Sammelanode, d. h. sie sind etwa 5–10 mm davon entfernt. Diese herkömmliche Ionendetektoreinrichtung bildet eine Anordnung mit einer verhältnismäßig hohen Kapazität zwischen der Sammelanode und der Mikrokanalplatte bzw. den Mikrokanalplatten.In a conventional microchannel plate ion detector, the microchannel plate (s) are circular and have the same diameter as a circular collecting anode located behind the microchannel plate or plate Micro channel plates is located. The microchannel plate or microchannel plates are also relatively close to the collecting anode, ie they are about 5-10 mm away from it. This conventional ion detector device provides a relatively high capacitance arrangement between the collecting anode and the microchannel plate (s).

Es ist bekannt, die Sammelanode konisch zu formen, um zu versuchen, die 50-Ω-Impedanzanpassung zwischen der Sammelanode und dem Koaxialverstärkerkabel, das entweder zum Zeit-Digital-Wandler oder zum Analog-Digital-Wandler führt, beizubehalten. Bei einem herkömmlichen Mikrokanalplatten-Ionendetektor kann die Kapazität C₁ zwischen der Sammelanode und der Mikrokanalplatte bzw. den Mikrokanalplatten in Farad folgendermaßen genähert werden:

wobei ε die Dielektrizitätskonstante des Vakuums (8,854 × 10^–12 F/m) ist, D₁ der Durchmesser der Oberfläche der kreisförmigen Sammelanode ist und G₁ der Abstand zwischen der Sammelanode und der Ausgangsfläche der hintersten kreisförmigen Mikrokanalplatte bzw. der hintersten kreisförmigen Mikrokanalplatten ist.It is known to conically shape the collecting anode in order to try to maintain the 50Ω impedance match between the collecting anode and the coaxial amplifier cable leading either to the time-to-digital converter or to the analog-to-digital converter. In a conventional microchannel plate ion detector, the capacitance C ₁ between the collecting anode and the microchannel plate or microchannel plates in Farad can be approximated as follows:

where ε is the dielectric constant of the vacuum (8.854 x 10 ^-12 F / m), D _{1 is} the diameter of the surface of the circular collecting anode and G _{1 is} the distance between the collecting anode and the output surface of the rearmost circular microchannel plate and the rearmost circular microchannel plate, respectively ,

Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Kapazität zwischen der Mikrokanalplatte und der Sammelanode erheblich verringert, indem der Abstand zwischen der Mikrokanalplatte bzw. den Mikrokanalplatten und der Sammelanode erhöht wird und/oder die Größe der Oberfläche der Sammelanode verkleinert wird. Die Kapazität C₂ zwischen einer kreisförmigen Sammelanode und einer kreisförmigen Mikrokanalplatte bzw. zwischen kreisförmigen Mikrokanalplatten kann folgendermaßen genähert werden:

wobei D₂ der Durchmesser der kreisförmigen Oberfläche der Sammelanode ist und G₂ der Abstand zwischen der Sammelanode und der Ausgangsfläche der Mikrokanalplatte bzw. der Mikrokanalplatten ist.According to the preferred embodiment of the present invention, the capacitance between the microchannel plate and the collecting anode is significantly reduced by increasing the distance between the microchannel plate (s) and the collecting anode and / or decreasing the size of the surface of the collecting anode. The capacitance C ₂ between a circular collecting anode and a circular microchannel plate or between circular microchannel plates can be approximated as follows:

where D _{2 is} the diameter of the circular surface of the collector anode and G _{2 is} the distance between the collector anode and the output surface of the microchannel plate (s).

Das Verhältnis zwischen der Kapazität C₂ zwischen der Sammelanode und der Mikrokanalplatte bzw. den Mikrokanalplatten gemäß der bevorzugten Ausführungsform und der Kapazität C₁ zwischen der Sammelanode und der Mikrokanalplatte bzw. den Mikrokanalplatten eines herkömmlichen Ionendetektors ist gegeben durch: C₂ / C₁ = G₁ / G₂( D₂ / D₁)² The relationship between the capacitance C ₂ between the collecting anode and the microchannel plate (s) according to the preferred embodiment and the capacitance C ₁ between the collecting anode and the microchannel plate (s) of a conventional ion detector is given by: C₂ / C₁ = G₁ / G₂ (D₂ / D₁) ²

Falls beispielsweise ein herkömmlicher Ionendetektor einen Abstand G₁ von 5 mm zwischen der Sammelanode und der Mikrokanalplatte bzw. den Mikrokanalplatten aufweist und die Sammelanode eine kreisförmige Oberfläche mit einem Durchmesser D₁ von 50 mm aufweist, beträgt die Kapazität zwischen der Sammelanode und der Mikrokanalplatte bzw. den Mikrokanalplatten 3,5 pF. Falls der Durchmesser D₂ der Oberfläche der Sammelanode jedoch auf 25 mm verringert wird und der Abstand G₂ zwischen der Sammelanode und der Mikrokanalplatte bzw. den Mikrokanalplatten auch auf 25 mm erhöht wird, wird die Kapazität C₂ zwischen der Sammelanode und der Mikrokanalplatte bzw. den Mikrokanalplatten auf 0,17 pF erheblich verringert. In diesem Beispiel besteht die Wirkung des Verringerns der Größe der Oberfläche der Sammelanode und des Erhöhens des Abstands zwischen der Sammelanode und der Mikrokanalplatte bzw. den Mikrokanalplatten darin, die Kapazität zwischen der Sammelanode und der Mikrokanalplatte bzw. den Mikrokanalplatten um einen Faktor 20 zu verringern. Dementsprechend nimmt die Frequenz f des Einschwingrauschens um einen Faktor von etwa 4 zu, und der Verstärker des Analog-Digital-Wandlers oder des Zeit-Digital-Wandlers schwächt das Einschwingrauschen daher erheblich ab, sofern die Frequenz des Einschwingrauschens hoch genug ist.For example, if a conventional ion detector has a gap G ₁ of 5 mm between the collecting anode and the microchannel plate or microchannel plates and the collecting anode has a circular surface with a diameter D ₁ of 50 mm, the capacitance between the collecting anode and the microchannel plate or the microchannel plates 3.5 pF. However, if the diameter D _{2 of} the surface of the collecting anode is reduced to 25 mm and the distance G ₂ between the collecting anode and the microchannel plate or the microchannel plates is also increased to 25 mm, the capacitance C ₂ between the collecting anode and the microchannel plate or significantly reduced the microchannel plates to 0.17 pF. In this example, the effect of reducing the size of the surface of the collecting anode and increasing the distance between the collecting anode and the microchannel plate (s) is to reduce the capacitance between the collecting anode and the microchannel plate (s) by a factor of 20. Accordingly, the frequency f of the transient noise increases by a factor of about 4, and therefore the AD converter or the time-to-digital converter significantly attenuates the transient noise, provided that the transient noise frequency is high enough.

Die Verringerung der Kapazität zwischen der bevorzugten Sammelanode und der Mikrokanalplatte bzw. den Mikrokanalplatten bietet vorteilhafterweise auch eine erhebliche Verringerung des Niveaus der elektronischen Rauschaufnahme und der Impedanzfehlanpassung zwischen der Sammelanode und dem zum Analog-Digital-Wandler oder zum Zeit-Digital-Wandler führenden Koaxialkabel.The reduction in capacitance between the preferred collection anode and the microchannel plate (s) also advantageously provides a significant reduction in the level of electronic noise pick-up and impedance mismatch between the collection anode and the coaxial cable leading to the analog-to-digital converter or time-to-digital converter.

Gemäß der bevorzugten Ausführungsform weist der Ionendetektor eine oder mehrere Mikrokanalplatten auf, wobei die Sammelanode stromabwärts der Mikrokanalplatte bzw. der Mikrokanalplatten angeordnet ist. Die Mikrokanalplatte bzw. die Mikrokanalplatten empfangen Ionen an einer Eingangsfläche und erzeugen Elektronen, die von einer Ausgangsfläche abgegeben werden. Die von den Mikrokanalplatten emittierten Elektronen werden von einer Sammelanode gesammelt.According to the preferred embodiment, the ion detector comprises one or more microchannel plates, wherein the collecting anode is arranged downstream of the microchannel plate or the microchannel plates. The microchannel plate (s) receive ions at an input surface and generate electrons that are emitted from an output surface. The electrons emitted by the microchannel plates are collected by a collecting anode.

Ein Linsensystem kann zwischen der Mikrokanalplatte bzw. den Mikrokanalplatten und der Sammelanode angeordnet werden. Gemäß einer Ausführungsform kann das Linsensystem Elektronen von der Ausgangsfläche der Mikrokanalplatte bzw. der Mikrokanalplatten zur Eingangsfläche der Sammelanode lenken oder führen. Dies ermöglicht das Verringern der Spannungsdifferenz zwischen der Mikrokanalplatte bzw. den Mikrokanalplatten und der Sammelanode, während die Elektronen weiter wirksam von der Mikrokanalplatte bzw. den Mikrokanalplatten zur Sammelanode überführt werden. Das Linsensystem ermöglicht auch, dass Elektronen mit einer vernachlässigbaren Verbreiterung der Elektronenflugzeiten durch die Anode zur Sammelanode gelenkt oder geführt werden. Das Linsensystem verringert vorzugsweise auch die nachteilige Wirkung der elektrischen Felder, die in den Bereich zwischen der Mikrokanalplatte bzw. den Mikrokanalplatten und der Sammelelektrode eindringen. Dies ist ein spezielles Problem, wenn ein Mikrokanalplatten-Ionendetektor in einem Flugzeit-Massenspektrometer verwendet wird, bei dem das Flugrohr des Flugzeit-Massenspektrometers bei einer verhältnismäßig hohen Spannung treibt.A lens system can be arranged between the microchannel plate or the microchannel plates and the collecting anode. According to one embodiment, the lens system may receive electrons from the output surface of the microchannel plate (s) to the input surface of the microchannel plate (s) Steer or guide collection anode. This makes it possible to reduce the voltage difference between the microchannel plate (s) and the collecting anode, while still efficiently transferring the electrons from the microchannel plate (s) to the collecting anode. The lens system also allows electrons to be directed or guided through the anode to the collection anode with negligible broadening of electron flight times. The lens system preferably also reduces the adverse effect of the electric fields entering the region between the microchannel plate (s) and the collecting electrode. This is a particular problem when using a microchannel plate ion detector in a time-of-flight mass spectrometer in which the flight tube of the time-of-flight mass spectrometer drives at a relatively high voltage.

Gemäß einer anderen Ausführungsform kann das Linsensystem in einem Defokussierungsmodus betrieben werden, um die Gesamtverstärkung des Ionendetektors zu steuern oder verstärkte Signale auszublenden, welche wahrscheinlich ein Detektionssystem sättigen, das einen Zeit-Digital-Wandler aufweist. Das Linsensystem kann auch in einem Defokussierungsmodus betrieben werden, so dass Elektronen, die von bestimmten Bereichen der Mikrokanalplatte abgegeben werden, selektiv zur Sammelanode gelenkt oder geführt werden. Beispielsweise kann das Linsensystem vom Zentrum der Mikrokanalplatte abgegebene Elektronen zur Sammelanode führen, während es von der Peripherie der Mikrokanalplatte abgegebene Elektronen blockiert. Dies kann in der Hinsicht vorteilhaft sein, dass auf das Zentrum der Eingangsfläche der Mikrokanalplatte fallende Ionen Elektronenimpulse erzeugen können, die, verglichen mit Elektronenimpulsen, die ansprechend darauf, dass Ionen auf die Peripherie der Mikrokanalplatte treffen, erzeugt werden, zeitlich mit größerer Auflösung getrennt sind.According to another embodiment, the lens system may be operated in a defocus mode to control the overall gain of the ion detector or to hide amplified signals that are likely to saturate a detection system having a time-to-digital converter. The lens system may also be operated in a defocusing mode so that electrons emitted from certain areas of the microchannel plate are selectively directed or guided to the collecting anode. For example, the lens system may guide electrons emitted from the center of the microchannel plate to the collection anode while blocking electrons released from the periphery of the microchannel plate. This may be advantageous in that ions falling on the center of the input surface of the microchannel plate may produce electron pulses that are separated in time with greater resolution as compared to electron pulses generated in response to ions striking the periphery of the microchannel plate ,

Gemäß einer Ausführungsform kann das Linsensystem mehrere Ringlinsenelemente aufweisen. Die Ringlinsenelemente sind vorzugsweise leitende Metallringe und haben vorzugsweise verhältnismäßig kleine Oberflächen, so dass die kapazitive Kopplung zwischen der Mikrokanalplatte bzw. den Mikrokanalplatten und der Sammelanode minimiert ist. Die Ringlinsenelemente sind vorzugsweise verhältnismäßig dünn (beispielsweise ≤ 0,5 mm), um dabei zu helfen, die kapazitive Kopplung hochfrequenten Rauschens in die Sammelanode zu verringern. Die Ringlinsenelemente können auch mit getrennten individuellen Spannungsversorgungen verbunden werden, um die Kopplung zwischen den individuellen Ringlinsenelementen und damit zwischen der Mikrokanalplatte bzw. den Mikrokanalplatten und der Sammelanode zu verringern. Alternativ können die Ringlinsenelemente mit einer gemeinsamen Spannungsversorgung verbunden werden, wobei jedes Ringlinsenelement von den anderen Ringlinsenelementen durch hohe Widerstände isoliert ist, so dass die Kopplung zwischen den Ringlinsenelementen verringert ist.According to one embodiment, the lens system may comprise a plurality of ring lens elements. The ring lens elements are preferably conductive metal rings and preferably have relatively small surfaces so that the capacitive coupling between the microchannel plate (s) and the collecting anode is minimized. The ring lens elements are preferably relatively thin (for example, ≤ 0.5 mm) to help reduce the capacitive coupling of high frequency noise into the collecting anode. The ring lens elements may also be connected to separate individual power supplies to reduce the coupling between the individual ring lens elements and thus between the microchannel plate (s) and the collecting anode. Alternatively, the ring lens elements can be connected to a common power supply, wherein each ring lens element is isolated from the other ring lens elements by high resistances, so that the coupling between the ring lens elements is reduced.

Gemäß einer Ausführungsform ist die Sammelanode selbst als ein Kondensator aufgebaut, um die Sammelanode, welche auf einer verhältnismäßig hohen Spannung gehalten werden kann, vom Analog-Digital-Wandler oder vom Zeit-Digital-Wandler, der das durch eine Ionenankunft an der Eingangsfläche einer Doppel-Mikrokanalplattenanordnung erzeugte Signal aufzeichnet, zu entkoppeln.According to one embodiment, the collecting anode itself is constructed as a capacitor to supply the collecting anode, which can be kept at a relatively high voltage, from the analog-to-digital converter or from the time-to-digital converter, which receives an ion arrival at the input surface of a double Microchannel plate assembly generates signal to decouple.

Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun zusammen mit anderen der Veranschaulichung dienenden Anordnungen nur als Beispiel mit Bezug auf die anliegende Zeichnung beschrieben, wobei:Various embodiments of the present invention will now be described, together with other illustrative arrangements, by way of example only, with reference to the accompanying drawings, in which:

1 einen herkömmlichen Mikrokanalplatten-Ionendetektor zeigt, 1 shows a conventional microchannel plate ion detector,

2 einen Mikrokanalplatten-Ionendetektor gemäß einer bevorzugten Ausführungsform zeigt, 2 shows a microchannel plate ion detector according to a preferred embodiment,

3 eine Sammelanode gemäß einer bevorzugten Ausführungsform zeigt, die zwei durch eine elektrisch isolierende Schicht getrennte Abschnitte aufweist, 3 shows a collecting anode according to a preferred embodiment, which has two sections separated by an electrically insulating layer,

4 eine Simulation der elektrischen Potentiale und Elektronenflugbahnen für einen herkömmlichen Ionendetektor zeigt, 4 shows a simulation of the electrical potentials and electron trajectories for a conventional ion detector,

5 eine Simulation der elektrischen Potentiale und Elektronenflugbahnen gemäß einer bevorzugten Ausführungsform zeigt, wobei eine Potentialdifferenz von –13 kV zwischen der hintersten Mikrokanalplatte und der Sammelanode aufrechterhalten wird, 5 FIG. 5 shows a simulation of the electrical potentials and electron trajectories according to a preferred embodiment, wherein a potential difference of -13 kV is maintained between the rearmost microchannel plate and the collecting anode,

6A eine Simulation der elektrischen Potentiale und Elektronenflugbahnen gemäß einer weniger bevorzugten Ausführungsform zeigt, wobei eine Potentialdifferenz von –50 V zwischen der hintersten Mikrokanalplatte und der Sammelanode aufrechterhalten wird, und 6B eine Simulation der elektrischen Potentiale und Elektronenflugbahnen gemäß einer bevorzugten Ausführungsform zeigt, wobei ein zwischenstehendes fokussierendes Linsensystem bereitgestellt ist, 6A a simulation of the electrical potentials and electron trajectories according to a less preferred embodiment, wherein a potential difference of -50 V between the rearmost microchannel plate and the collecting anode is maintained, and 6B a simulation of the electrical potentials and electron trajectories according to a preferred embodiment, wherein an intermediate focusing lens system is provided,

7A eine Simulation der elektrischen Potentiale und Elektronenflugbahnen gemäß einer weniger bevorzugten Ausführungsform zeigt, wobei eine Potentialdifferenz von 58 kV zwischen der hintersten Mikrokanalplatte und dem Frontabschnitt der Sammelanode aufrechterhalten wird, und 7B eine Simulation der elektrischen Potentiale und Elektronenflugbahnen gemäß einer bevorzugten Ausführungsform zeigt, wobei ein zwischenstehendes Linsensystem bereitgestellt ist und eine Potentialdifferenz von 750 V zwischen der hintersten Mikrokanalplatte und dem Frontabschnitt der Sammelanode aufrechterhalten wird, 7A shows a simulation of the electrical potentials and electron trajectories according to a less preferred embodiment, wherein a potential difference of 58 kV between the rearmost microchannel plate and the front portion of the Collecting anode is maintained, and 7B a simulation of the electrical potentials and electron trajectories according to a preferred embodiment, wherein an intermediate lens system is provided and a potential difference of 750 V between the rearmost microchannel plate and the front portion of the collecting anode is maintained,

8A ein Massenspektrum zeigt, das unter Verwendung eines herkömmlichen Ionendetektors erhalten wurde und nachteiliges Einschwingrauschen aufweist, und 8B ein vergleichbares Massenspektrum zeigt, das unter Verwendung eines Ionendetektors gemäß der bevorzugten Ausführungsform erhalten wurde und eine erhebliche Verringerung des Einschwingrauschens zeigt und das Vorhandensein einer weiteren Massenspitze zeigt, die nicht von dem herkömmlichen Massenspektrum unterscheidbar ist, 8A shows a mass spectrum obtained using a conventional ion detector and has disadvantageous transient noise, and 8B shows a comparable mass spectrum obtained using an ion detector according to the preferred embodiment, showing a significant reduction in transient noise and showing the presence of another mass peak that is indistinguishable from the conventional mass spectrum;

9 ein Massenspektrum zeigt, das unter Verwendung eines bevorzugten Ionendetektors erhalten wurde, 9 shows a mass spectrum obtained using a preferred ion detector,

10 eine Ausführungsform eines Ionendetektors zeigt, der eine magnetische Linse mit einem Elektromagneten aufweist, und 10 an embodiment of an ion detector having a magnetic lens with an electromagnet, and

11 eine Ausführungsform eines Ionendetektors zeigt, der eine permanent magnetisierte Anode aufweist. 11 shows an embodiment of an ion detector having a permanently magnetized anode.

Ein herkömmlicher Mikrokanalplatten-Ionendetektor 1 ist in 1 dargestellt und weist zwei Mikrokanalplatten 3a, 3b auf, die eingerichtet sind, um Ionen 7 von einem Flugrohr 2 eines Flugzeit-Massenanalysators zu empfangen. Die zwei Mikrokanalplatten 3a, 3b sind in Kontakt miteinander und mit den Kanälen der beiden Mikrokanalplatten angeordnet, die zur Grenzfläche zwischen den Mikrokanalplatten 3a, 3b geneigt sind. Ionen 7, die an dem Ionendetektor 1 ankommen, treffen auf eine Eingangsfläche der ersten Mikrokanalplatte 3a, wodurch die Erzeugung mehrerer Elektronen durch die Mikrokanalplatte 3a hervorgerufen wird. Diese Elektronen bewirken ein weiteres Kaskadieren von Elektronen von der zweiten Mikrokanalplatte 3b. Die von den Mikrokanalplatten 3a, 3b erzeugten Elektronen treten dann aus der hintersten Mikrokanalplatte 3b aus und werden nachfolgend durch eine konische Sammelanode 4, die etwas stromabwärts der hintersten Mikrokanalplatte 3b (d. h. 5–10 mm davon entfernt) angeordnet ist, gesammelt. Die Ausgangsfläche der hintersten der beiden Mikrokanalplatten 3b und die Eingangsfläche der Sammelanode 4 sind kreisförmig und haben im Wesentlichen den gleichen Durchmesser D₁ und daher im Wesentlichen die gleiche Fläche. Die Ausgangsfläche der hintersten Mikrokanalplatte 3b und die Eingangsfläche der Sammelanode 4 sind in einem Abstand G₁ verhältnismäßig nahe beieinander angeordnet. Die Sammelanode 4 ist mit einem 50-Ω-Koaxialkabel 6 verbunden, das mit einem Analog-Digital-Wandler verbunden ist. Eine geerdete, konische Abschirmung 5 ist radial außerhalb der Sammelanode 4 bereitgestellt.A conventional microchannel plate ion detector 1 is in 1 shown and has two microchannel plates 3a . 3b which are set up to ions 7 from a flight tube 2 of a time-of-flight mass analyzer. The two microchannel plates 3a . 3b are placed in contact with each other and with the channels of the two microchannel plates facing the interface between the microchannel plates 3a . 3b are inclined. ions 7 attached to the ion detector 1 arrive, encounter an input surface of the first microchannel plate 3a , causing the generation of multiple electrons through the microchannel plate 3a is caused. These electrons cause further cascading of electrons from the second microchannel plate 3b , The from the microchannel plates 3a . 3b generated electrons then emerge from the rearmost microchannel plate 3b from and are subsequently by a conical collecting anode 4 , which is slightly downstream of the rearmost microchannel plate 3b (ie, 5-10 mm away) is collected. The output surface of the rearmost of the two microchannel plates 3b and the input surface of the collecting anode 4 are circular and have substantially the same diameter D ₁ and therefore substantially the same area. The exit surface of the rearmost microchannel plate 3b and the input surface of the collecting anode 4 are arranged at a distance G ₁ relatively close to each other. The collecting anode 4 is with a 50 Ω coaxial cable 6 connected to an analog-to-digital converter. A grounded, conical shield 5 is radially outside the collecting anode 4 provided.

2 zeigt einen Ionendetektor 1' gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Ionendetektor 1' weist zwei Mikrokanalplatten 3a, 3b auf, die dafür eingerichtet sind, Ionen 7, beispielsweise vom Flugrohr 2 eines Flugzeit-Massenanalysators, zu empfangen. Der Ionendetektor 1' weist eine Sammelanode 4 auf, die stromabwärts der zwei Mikrokanalplatten 3a, 3b angeordnet ist. Ein Linsensystem 8, 9 ist vorzugsweise zwischen den beiden Mikrokanalplatten 3a, 3b und der Sammelanode 4 bereitgestellt. Die Sammelanode 4 kann beispielsweise durch ein Koaxialkabel 6 mit einem Analog-Digital-Wandler oder einem Zeit-Digital-Wandler verbunden werden. Die Eingangsfläche der Sammelanode 4 ist vorzugsweise erheblich kleiner als die Ausgangsfläche der hintersten Mikrokanalplatte 3b. Die Ausgangsfläche der hintersten Mikrokanalplatte 3b und die Eingangsfläche der Sammelanode 4 sind beide vorzugsweise kreisförmig mit Durchmessern von D₁ bzw. D₂, wobei vorzugsweise D₁ > D₂ gilt. 2 shows an ion detector 1' according to a preferred embodiment of the present invention. The ion detector 1' has two microchannel plates 3a . 3b which are set up for ions 7 , for example, from the flight tube 2 of a time-of-flight mass analyzer. The ion detector 1' has a collecting anode 4 on, the downstream of the two microchannel plates 3a . 3b is arranged. A lens system 8th . 9 is preferably between the two microchannel plates 3a . 3b and the collecting anode 4 provided. The collecting anode 4 For example, by a coaxial cable 6 be connected to an analog-to-digital converter or a time-to-digital converter. The entrance area of the collecting anode 4 is preferably considerably smaller than the output area of the rearmost microchannel plate 3b , The exit surface of the rearmost microchannel plate 3b and the input surface of the collecting anode 4 both are preferably circular with diameters of D ₁ and D ₂ , wherein preferably D ₁ > D ₂ applies.

Die Sammelanode 4 ist in einem Abstand G₂ angeordnet, und sie ist vorzugsweise weiter entfernt von der hintersten Mikrokanalplatte 3b als die entsprechende Anode 4 bei einem herkömmlichen Ionendetektor 1, wie durch Vergleichen der 1 und 2 ersichtlich ist. Die verringerte Oberfläche der Sammelanode 4 gemäß der bevorzugten Ausführungsform und der erhöhte Abstand G₂ der Sammelanode 4 gemäß der bevorzugten Ausführungsform von den beiden Mikrokanalplatten 3a, 3b verringern erheblich die Kapazität zwischen der Sammelanode 4 und den beiden Mikrokanalplatten 3a, 3b. Dies bewirkt das Erhöhen der Frequenz des Einschwingrauschens im Ionendetektor 1'. Die Größe der Sammelanode 4 und der Abstand G₂ der Anode 4 von den beiden Mikrokanalplatten 3a, 3b werden vorzugsweise so ausgewählt, dass die Frequenz des Einschwingrauschens hoch genug ist, damit es durch einen Verstärker, entweder in einem Analog-Digital-Wandler oder einem Zeit-Digital-Wandler, der mit dem Ionendetektor 1' verbunden ist, erheblich gedämpft wird.The collecting anode 4 is located at a distance G ₂ , and is preferably farther away from the rearmost microchannel plate 3b as the corresponding anode 4 in a conventional ion detector 1 as by comparing the 1 and 2 is apparent. The reduced surface of the collecting anode 4 according to the preferred embodiment and the increased distance G _{2 of} the collecting anode 4 according to the preferred embodiment of the two microchannel plates 3a . 3b significantly reduce the capacity between the collecting anode 4 and the two microchannel plates 3a . 3b , This causes the frequency of the transient noise in the ion detector to increase 1' , The size of the collecting anode 4 and the distance G _{2 of} the anode 4 from the two microchannel plates 3a . 3b are preferably selected so that the frequency of the transient noise is high enough for it to pass through an amplifier, either in an analog-to-digital converter or a time-to-digital converter connected to the ion detector 1' is significantly attenuated.

Wie in 2 dargestellt ist, ist gemäß der bevorzugten Ausführungsform ein Linsensystem 8, 9 vorzugsweise zwischen den beiden Mikrokanalplatten 3a, 3b und der Sammelanode 4 angeordnet. Das Linsensystem 8 kann mehrere relativ dünne leitende Ringlinsenelemente aufweisen. Die Ringlinsenelemente können aus Metall bestehen und werden vorzugsweise auf geeigneten Spannungen gehalten, so dass Elektronen elektrostatisch von der Ausgangsfläche der beiden Mikrokanalplatten 3a, 3b zur Eingangsfläche der relativ kleinen Sammelanode 4 geführt werden. Das Linsensystem 8, 9 reduziert vorzugsweise die Potentialdifferenz, die andernfalls zwischen der hintersten Mikrokanalplatte 3b und der Sammelanode 4 aufrechterhalten werden müsste, um Elektronen wirksam von den Mikrokanalplatten 3a, 3b zur Sammelanode 4 zu übertragen. Die jeweiligen Spannungen, die an die Ringlinsenelemente des Linsensystems 8, 9 angelegt werden, hängen vorzugsweise von den an andere Komponenten des Flugzeit-Massenanalysators angelegten Spannungen ab, die stromaufwärts des Ionendetektors 1' angeordnet sind, und sie hängen auch von der Polarität der Ionen 7 ab. Das Linsensystem 8, 9 hat auch vorzugsweise die Wirkung des Verringerns eines Eindringens eines elektrischen Felds in den Bereich zwischen den beiden Mikrokanalplatten 3a, 3b und der Sammelanode 4, was andernfalls schädlich für die wirksame Übertragung von Elektronen von den Mikrokanalplatten 3a, 3b zur Sammelanode 4 wäre. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn der Ionendetektor Teil eines Flugzeit-Massenanalysators ist und die beiden Mikrokanalplatten 3a, 3b bei verhältnismäßig hohen Spannungen treiben.As in 2 is a lens system according to the preferred embodiment 8th . 9 preferably between the two microchannel plates 3a . 3b and the collecting anode 4 arranged. The lens system 8th may comprise a plurality of relatively thin conductive ring lens elements. The ring lens elements may be made of metal and are preferably at appropriate voltages held, making electrons electrostatic from the output surface of the two microchannel plates 3a . 3b to the input surface of the relatively small collector anode 4 be guided. The lens system 8th . 9 preferably reduces the potential difference that would otherwise exist between the rearmost microchannel plate 3b and the collecting anode 4 would need to be maintained in order to effectively transfer electrons from the microchannel plates 3a . 3b to the collecting anode 4 transferred to. The respective voltages applied to the ring lens elements of the lens system 8th . 9 are preferably dependent on the voltages applied to other components of the time-of-flight mass analyzer upstream of the ion detector 1' They are also dependent on the polarity of the ions 7 from. The lens system 8th . 9 also preferably has the effect of reducing penetration of an electric field into the region between the two microchannel plates 3a . 3b and the collecting anode 4 which would otherwise be detrimental to the effective transfer of electrons from the microchannel plates 3a . 3b to the collecting anode 4 would. This is particularly advantageous when the ion detector is part of a time-of-flight mass analyzer and the two microchannel plates 3a . 3b drive at relatively high voltages.

Das Linsensystem 8, 9 kann auch die Energie von der hintersten Mikrokanalplatte 3b abgegebener Elektronen erhöhen, so dass sich die von den Mikrokanalplatten 3a, 3b emittierten Elektronen in einer verhältnismäßig kurzen Zeit zur Sammelanode 4 bewegen. Auf diese Weise gewährleistet das Linsensystem 8, 9 vorzugsweise, dass es eine vernachlässigbare Breite der Flugzeiten der Elektronen von den Mikrokanalplatten 3a, 3b zur Sammelanode 4 gibt.The lens system 8th . 9 can also take the energy from the backmost microchannel plate 3b increase emitted electrons, so that from the microchannel plates 3a . 3b emitted electrons in a relatively short time to collecting anode 4 move. In this way the lens system ensures 8th . 9 preferably, that there is a negligible width of the time of flight of the electrons from the microchannel plates 3a . 3b to the collecting anode 4 gives.

Jedes Ringlinsenelement des Linsensystems 8, 9 ist vorzugsweise verhältnismäßig dünn (beispielsweise etwa ≤ 0,5 mm), um die Kopplung des hochfrequenten Rauschens in die Sammelanode 4 zu verringern. Das hinterste Ringlinsenelement 9, das sich am dichtesten bei der Sammelanode 4 befindet, besteht vorzugsweise aus einem ringförmigen Blech mit einer Dicke ≤ 0,5 mm, und es besteht vorzugsweise aus einem elektrischen Leiter mit einem zentralen Loch zum ermöglichen, dass Elektronen durch die Sammelanode 4 hindurchtreten.Each ring lens element of the lens system 8th . 9 is preferably relatively thin (for example, about ≦ 0.5 mm) to couple the high frequency noise into the collecting anode 4 to reduce. The farthest ring lens element 9 , which is closest to the collecting anode 4 is preferably made of an annular sheet with a thickness ≤ 0.5 mm, and it preferably consists of an electrical conductor with a central hole to allow electrons through the collecting anode 4 pass.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann die Sammelanode 4 als ein Kondensator aufgebaut sein, um die Sammelanode 4, die auf einer verhältnismäßig hohen Spannung gehalten werden kann, von einem Analog-Digital-Wandler oder einem Zeit-Digital-Wandler zu entkoppeln, der mit dem Ionendetektor 1' verbunden ist und der das Signal aufzeichnet, das von Ionen erzeugt wird, die an der Eingangsfläche der zwei Mikrokanalplatten 3a, 3b ankommen. 3 zeigt eine Sammelanode 4, die in einem bevorzugten Ionendetektor verwendet werden kann. Die Sammelanode 4 ist vorzugsweise als ein Kondensator mit einer Kapazität < 100 pF aufgebaut, indem die Sammelanode 4 aus zwei Abschnitten 10, 12 gebildet ist, die durch eine elektrische Isolierschicht 11 getrennt sind.According to a particularly preferred embodiment, the collecting anode 4 be constructed as a capacitor to the collecting anode 4 , which can be kept at a relatively high voltage, to decouple from an analog-to-digital converter or a time-to-digital converter connected to the ion detector 1' connected and which records the signal generated by ions at the input surface of the two microchannel plates 3a . 3b Arrive. 3 shows a collecting anode 4 which can be used in a preferred ion detector. The collecting anode 4 is preferably constructed as a capacitor with a capacity <100 pF by the collecting anode 4 from two sections 10 . 12 is formed by an electrical insulating layer 11 are separated.

Der erste Abschnitt 10 der Sammelanode 4 ist vorzugsweise durch die elektrische Isolierschicht 11 kapazitiv von dem zweiten Abschnitt 12 der Sammelanode 4 entkoppelt. Der erste Abschnitt 10 und der zweite Abschnitt 12 der Sammelanode 4 können daher bei der Verwendung auf verschiedenen Potentialen gehalten werden. Beispielsweise ist der zweite Abschnitt 12 der Sammelanode 4, der durch ein Koaxialkabel 6 mit der Aufzeichnungsvorrichtung verbunden ist, vorzugsweise durch ein Koaxialkabel 6 geerdet, während der erste Abschnitt 10 der Sammelanode 4 auf einem verhältnismäßig hohen Potential gehalten werden kann. Das Halten des zweiten Abschnitts 12 der Sammelelektrode 4 auf dem Erdungspotential ermöglicht das Vereinfachen der Ausgabeelektronik und auch das Beseitigen von Rauschen, das andernfalls auftreten würde, wenn eine Spannungsquelle mit dem Ausgangsabschnitt der Sammelanode 4 verbunden wird. Der elektrische Isolator 11, der den ersten Abschnitt 10 und den zweiten Abschnitt 12 der Sammelanode 4 trennt, kann eine dünne Kunststofflage, beispielsweise aus einem Material wie Kapton (RTM), aufweisen. Die Entkopplung des ersten Abschnitts 10 der Sammelanode 4 vom zweiten Abschnitt 12 und damit der Aufzeichnungsvorrichtung ist bei Flugzeit-Massenspektrometern besonders bevorzugt, bei denen verschiedene Komponenten auf verschiedenen Spannungen gehalten werden können. Falls beispielsweise eine negative Ionen erzeugende Ionenquelle geerdet wird und ein feldfreies Flugrohr bei einer verhältnismäßig hohen positiven Spannung treibt, weist das elektrische Feld zwischen der hintersten Mikrokanalplatte 3b und der Eingangsfläche der geerdeten Sammelanode bei einem herkömmlichen Ionendetektor entweder eine inkorrekte Polarität auf, oder seine Größe wäre unzureichend, um die Elektronen wirksam von den Mikrokanalplatten 3a, 3b zur Sammelanode 4 zu übertragen. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform ist der erste Abschnitt 10 der Sammelanode 4 von der Aufzeichnungsvorrichtung entkoppelt, so dass der erste Abschnitt 10 der Sammelanode 4 auf einer Spannung gehalten werden kann, die derart ist, dass Elektronen wirksam von der hintersten Mikrokanalplatte 3b zum ersten Abschnitt 10 der Sammelanode 4 transportiert werden.The first paragraph 10 the collecting anode 4 is preferably through the electrical insulating layer 11 Capacitive of the second section 12 the collecting anode 4 decoupled. The first paragraph 10 and the second section 12 the collecting anode 4 can therefore be kept at different potentials during use. For example, the second section 12 the collecting anode 4 passing through a coaxial cable 6 is connected to the recording device, preferably by a coaxial cable 6 grounded during the first section 10 the collecting anode 4 can be kept at a relatively high potential. Holding the second section 12 the collecting electrode 4 At ground potential, simplifying the output electronics and also eliminating noise that would otherwise occur when a voltage source is connected to the output portion of the collecting anode 4 is connected. The electrical insulator 11 who is the first section 10 and the second section 12 the collecting anode 4 may have a thin plastic layer, for example of a material such as Kapton (RTM). The decoupling of the first section 10 the collecting anode 4 from the second section 12 and thus the recording apparatus is particularly preferred in time-of-flight mass spectrometers in which various components can be maintained at different voltages. For example, if a negative ion producing ion source is grounded and drives a field free flight tube at a relatively high positive voltage, the electric field is between the rearmost microchannel plate 3b In the case of a conventional ion detector, the input surface of the grounded collecting anode either has an incorrect polarity, or its size would be insufficient to effectively separate the electrons from the microchannel plates 3a . 3b to the collecting anode 4 transferred to. According to the preferred embodiment, the first section 10 the collecting anode 4 decoupled from the recording device, so that the first section 10 the collecting anode 4 can be maintained at a voltage such that electrons are effectively from the rearmost microchannel plate 3b to the first section 10 the collecting anode 4 be transported.

Ein Vorteil der bevorzugten Ausführungsform besteht darin, dass sowohl das Einschwingrauschen als auch die Aufnahme von elektronischem Rauschen wirksam verringert werden. Dementsprechend werden Signale von Ionen mit einer verhältnismäßig geringen Häufigkeit nicht mehr durch dieses Rauschen maskiert. Die Verstärkung der beiden Mikrokanalplatten 3a, 3b kann daher auf einen niedrigeren Wert gelegt werden als dies andernfalls bei herkömmlichen Mikrokanalplatten-Ionendetektoren der Fall wäre. Dies ist besonders vorteilhaft bei Anwendungen, bei denen der Dynamikbereich der Quantifizierung durch Mikrokanalplatten-Sättigungseffekte begrenzt ist, die beispielsweise bei Signalen von Ionen höherer Häufigkeit bei Gaschromatographie-Flugzeit-Massenspektrometern auftreten. Weil die Verstärkung der beiden Mikrokanalplatten vorzugsweise auf einen verhältnismäßig niedrigen Wert gelegt werden kann, kann die Anzahl oder die Rate, bei der Ionen am Ionendetektor ankommen, vorzugsweise verhältnismäßig hoch sein, bevor Sättigungseffekte aufzutreten beginnen.An advantage of the preferred embodiment is that both transient noise and electronic noise pickup are effectively reduced. Accordingly, signals from ions at a relatively low frequency are no longer masked by this noise. The reinforcement of two microchannel plates 3a . 3b can therefore be set lower than would otherwise be the case with conventional microchannel plate ion detectors. This is particularly advantageous in applications where the dynamic range of quantification is limited by microchannel plate saturation effects that occur, for example, in signals of higher frequency ions in gas chromatography time-of-flight mass spectrometers. Preferably, because the gain of the two microchannel plates may be set to a relatively low value, the number or rate at which ions arrive at the ion detector may be relatively high before saturation effects begin to occur.

Die 4 bis 7B zeigen Simulationen von Elektronenflugbahnen 13 zwischen den Mikrokanalplatten 3a, 3b und der Sammelanode 4 sowohl beim herkömmlichen Ionendetektor 1 als auch bei bevorzugteren und weniger bevorzugten Ausführungsformen 1' gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Elektronenflugbahnen 13 wurden unter Verwendung des Bahnverfolgungsprogramms SIMION für geladene Teilchen simuliert. Die Konturen des elektrischen Potentials sind in den Simulationen auch dargestellt.The 4 to 7B show simulations of electron trajectories 13 between the microchannel plates 3a . 3b and the collecting anode 4 both in the conventional ion detector 1 as well as more preferred and less preferred embodiments 1' according to the present invention. The electron trajectories 13 were simulated using the charged particle tracking program SIMION. The contours of the electrical potential are also shown in the simulations.

4 zeigt eine Simulation der elektrischen Potentiale und der Elektronenflugbahnen 13 bei einem herkömmlichen Ionendetektor 1. Es ist eine Doppel-Mikrokanalplatten-Anordnung 3a, 3b dargestellt, die eine erste Mikrokanalplatte 3a zum Empfangen von Ionen von einem feldfreien Flugrohr 2 eines Flugzeit-Massenanalysators und eine zweite Mikrokanalplatte 3b, die Elektronen zu einer Sammelanode 4 emittiert, aufweist. Es wurde angenommen, dass positive oder negative Ionen von einer auf plus oder minus 15 kV gehaltenen Ionenquelle erzeugt werden. Die Ionen wurden daher zu dem feldfreien Flugrohr 2 beschleunigt, das bei 0 V gehalten wurde. Die Mikrokanalplatten 3a, 3b weisen wie dargestellt kreisförmige Eingangs- und Ausgangsflächen mit einem Durchmesser von 50 mm auf. Die Eingangsfläche und die Ausgangsfläche der Mikrokanalplatten 3a, 3b wurden in dieser Simulation bei –2 kV bzw. –50 V gehalten. Eine Sammelanode 4 wurde als 10 mm stromabwärts der Ausgangsfläche der Mikrokanalplatten 3a, 3b angeordnet modelliert, welche auch Elektronen über eine Kreisfläche mit einem Durchmesser von 50 mm empfing. Die Sammelanode 4 wurde geerdet. Eine geerdete konische Abschirmung 5 wurde als radial außerhalb der Sammelanode 4 bereitgestellt modelliert. Die Sammelanode 4 und die konische Abschirmung 5 waren mit einem Koaxialkabel verbunden, das mit einer Aufzeichnungsvorrichtung verbunden war. Wenngleich ersichtlich ist, dass Elektronen wirksam von der hintersten Mikrokanalplatte 3b zur Sammelanode 4 übertragen werden können, weil die Sammelanode 4 verhältnismäßig groß ist und relativ dicht bei den Mikrokanalplatten 3a, 3b angeordnet ist, gibt es ein verhältnismäßig hohes Niveau einer kapazitiven Kopplung zwischen den Mikrokanalplatten 3a, 3b und der Sammelanode 4. Dies führt zu einem verhältnismäßig hohen Niveau des Einschwingrauschens im Ionendetektor 1. 4 shows a simulation of the electrical potentials and the electron trajectories 13 in a conventional ion detector 1 , It is a dual microchannel plate arrangement 3a . 3b shown a first microchannel plate 3a for receiving ions from a field-free flight tube 2 a time-of-flight mass analyzer and a second microchannel plate 3b , the electrons to a collecting anode 4 emitted. It was assumed that positive or negative ions are generated by an ion source maintained at plus or minus 15 kV. The ions therefore became the field-free flight tube 2 accelerated, which was kept at 0V. The microchannel plates 3a . 3b have as shown circular input and output surfaces with a diameter of 50 mm. The entrance area and the exit area of the microchannel plates 3a . 3b were kept at -2 kV and -50 V respectively in this simulation. A collecting anode 4 was considered 10 mm downstream of the output surface of the microchannel plates 3a . 3b arranged, which also received electrons over a circular area with a diameter of 50 mm. The collecting anode 4 was grounded. A grounded conical shield 5 was considered to be radially outside the collecting anode 4 provided modeled. The collecting anode 4 and the conical shield 5 were connected to a coaxial cable connected to a recording device. Although it can be seen that electrons are effectively from the most posterior microchannel plate 3b to the collecting anode 4 can be transmitted because the collecting anode 4 is relatively large and relatively close to the microchannel plates 3a . 3b There is a relatively high level of capacitive coupling between the microchannel plates 3a . 3b and the collecting anode 4 , This leads to a relatively high level of transient noise in the ion detector 1 ,

5 zeigt eine Simulation der elektrischen Potentiale und Elektronenflugbahnen 13 in einem weniger bevorzugten Ionendetektor 1', der kein Linsensystem aufweist. Positive Ionen wurden als von einer bei 0 V gehaltenen Ionenquelle erzeugt modelliert. Die positiven Ionen wurden dann zum feldfreien Flugrohr 2 eines Flugzeit-Massenspektrometers beschleunigt, das bei –15 kV gehalten wurde. Die Mikrokanalplatten 3a, 3b wiesen kreisförmige Eingangs- und Ausgangsflächen mit einem Durchmesser von 50 mm auf. Die Eingangsfläche und die Ausgangsfläche der Mikrokanalplatten 3a, 3b wurden bei –15 kV bzw. –13 kV gehalten. Eine Sammelanode 4 war 50 mm stromabwärts der Ausgangsfläche der hintersten Mikrokanalplatte 3b angeordnet (d. h. bei einem viel größeren Abstand als bei einem herkömmlichen System). Die Sammelanode 4 wies einen ersten Abschnitt 10 auf, der von einem zweiten Abschnitt 12 durch eine Isolierschicht 11 getrennt war. Der erste Abschnitt 10 der Sammelanode 4 empfing Elektronen über eine verkleinerte Kreisfläche mit einem Durchmesser von 25 mm. In diesem bestimmten Beispiel wurden der erste Abschnitt 10 und der zweite Abschnitt 12 der Sammelanode 4 beide bei 0 V gehalten. Eine geerdete konische Abschirmung 5 wurde als radial außerhalb der Sammelanode 4 bereitgestellt modelliert. Gemäß dieser Ausführungsform ermöglichte die verhältnismäßig hohe Potentialdifferenz (–13 kV), die zwischen der hintersten Mikrokanalplatte 3b und dem ersten Abschnitt 10 der Sammelanode 4 aufrechterhalten wurde, dass Elektronen wirksam von der hintersten Mikrokanalplatte 3b zum ersten Abschnitt 10 der Sammelanode 4 transportiert wurden. Infolge der verhältnismäßig kleinen und fernen Sammelanode 4 ist die Kapazität zwischen der Sammelanode 4 und den Mikrokanalplatten 3a, 3b erheblich verkleinert. Dies führt zu einer entsprechenden Verringerung des vom Ionendetektor 1' erfassten Einschwingrauschens und verringert auch die Impedanzfehlanpassung zwischen der Sammelanode 4 und der Aufzeichnungsvorrichtung. 5 shows a simulation of the electrical potentials and electron trajectories 13 in a less preferred ion detector 1' that does not have a lens system. Positive ions were modeled as being generated by an ion source held at 0V. The positive ions then became a field-free tailpipe 2 of a time-of-flight mass spectrometer maintained at -15 kV. The microchannel plates 3a . 3b had circular entrance and exit surfaces with a diameter of 50 mm. The entrance area and the exit area of the microchannel plates 3a . 3b were kept at -15 kV and -13 kV, respectively. A collecting anode 4 was 50 mm downstream of the exit surface of the rearmost microchannel plate 3b arranged (ie at a much greater distance than in a conventional system). The collecting anode 4 had a first section 10 on top of a second section 12 through an insulating layer 11 was disconnected. The first paragraph 10 the collecting anode 4 received electrons over a reduced circular area with a diameter of 25 mm. In this particular example, the first section became 10 and the second section 12 the collecting anode 4 both kept at 0V. A grounded conical shield 5 was considered to be radially outside the collecting anode 4 provided modeled. According to this embodiment, the relatively high potential difference (-13 kV) allowed between the rearmost microchannel plate 3b and the first section 10 the collecting anode 4 was maintained, that electrons are effective from the backmost microchannel plate 3b to the first section 10 the collecting anode 4 were transported. As a result of the relatively small and distant collecting anode 4 is the capacity between the collecting anode 4 and the microchannel plates 3a . 3b considerably reduced. This leads to a corresponding reduction of the ion detector 1' detected transient noise and also reduces the impedance mismatch between the common anode 4 and the recording device.

6A zeigt eine Simulation der elektrischen Potentiale und Elektronenflugbahnen 13 gemäß einer weniger bevorzugten Ausführungsform. Positive oder negative Ionen werden als von einer Ionenquelle erzeugt modelliert, die bei plus oder minus 15 kV gehalten wird. Die Ionen werden zum feldfreien Flugrohr 2 eines bei 0 V gehaltenen Flugzeit-Massenspektrometers beschleunigt. Die Eingangsfläche und die Ausgangsfläche der Mikrokanalplatten 3a, 3b sind vorzugsweise kreisförmig und haben einen Durchmesser von 50 mm. Die Eingangsfläche und die Ausgangsfläche der Mikrokanalplatten 3a, 3b werden als bei –2 kV bzw. –50 V gehalten modelliert. Die Sammelanode 4 wurde als 50 mm stromabwärts der Ausgangsfläche der hintersten Mikrokanalplatte 3b angeordnet modelliert. Die Sammelanode 4 weist einen ersten Abschnitt 10 auf, der von einem zweiten Abschnitt 12 durch eine Isolierschicht 11 getrennt ist. Der erste Abschnitt 10 der Sammelanode 4 empfängt Elektronen über eine verkleinerte Kreisfläche mit einem Durchmesser von 25 mm. Der erste Abschnitt 10 und der zweite Abschnitt 12 der Sammelanode 4 wurden geerdet. Die geerdete konische Abschirmung 5 wurde als radial außerhalb der Sammelanode 4 bereitgestellt modelliert. Gemäß dieser weniger bevorzugten Ausführungsform ist die Sammelanode 4 verhältnismäßig klein und befindet sich verhältnismäßig fern von den Mikrokanalplatten 3a, 3b, es wird jedoch nur eine verhältnismäßig kleine Potentialdifferenz (–50 V) zwischen der hintersten Mikrokanalplatte 3b und dem ersten Abschnitt 10 der Sammelanode 4 aufrechterhalten. Demgemäß wird ein verhältnismäßig großer Bruchteil der von den Mikrokanalplatten 3a, 3b emittierten Elektronen nicht zum ersten Abschnitt 10 der Sammelanode 4 beschleunigt, und Elektronen werden daher nicht wirksam von den Mikrokanalplatten 3a, 3b zur Sammelanode 4 übertragen. 6A shows a simulation of the electrical potentials and electron trajectories 13 according to a less preferred embodiment. Positive or negative ions are modeled as being generated by an ion source maintained at plus or minus 15 kV. The ions become a field-free flight tube 2 accelerated at 0 V held time-of-flight mass spectrometer. The entrance area and the exit area of the microchannel plates 3a . 3b are preferably circular and have a diameter of 50 mm. The entrance area and the exit area of the microchannel plates 3a . 3b be considered modeled at -2 kV and -50 V, respectively. The collecting anode 4 was measured as 50 mm downstream of the exit surface of the rearmost microchannel plate 3b arranged modeled. The collecting anode 4 has a first section 10 on top of a second section 12 through an insulating layer 11 is disconnected. The first paragraph 10 the collecting anode 4 receives electrons over a reduced circular area with a diameter of 25 mm. The first paragraph 10 and the second section 12 the collecting anode 4 were grounded. The grounded conical shield 5 was considered to be radially outside the collecting anode 4 provided modeled. According to this less preferred embodiment, the collecting anode is 4 relatively small and located relatively far from the microchannel plates 3a . 3b However, there is only a relatively small potential difference (-50 V) between the rearmost microchannel plate 3b and the first section 10 the collecting anode 4 maintained. Accordingly, a relatively large fraction of the microchannel plates 3a . 3b emitted electrons do not go to the first section 10 the collecting anode 4 accelerated, and therefore electrons are not effective from the microchannel plates 3a . 3b to the collecting anode 4 transfer.

6B zeigt eine Simulation der elektrischen Potentiale und der Elektronenflugbahnen 13 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform. Der Ionendetektor 1' gleicht abgesehen davon, dass ein zusätzliches Linsensystem 8, 9 zwischen den Mikrokanalplatten 3a, 3b und der Sammelanode 4 bereitgestellt ist, im Wesentlichen dem in 6A dargestellten Ionendetektor 1'. Das Linsensystem 8, 9 weist vorzugsweise drei oder mehr verhältnismäßig dünne Ringlinsenelemente auf, die gemäß einer Ausführungsform bei –50 V gehalten werden können (d. h. dem gleichen Potential wie die hinterste Mikrokanalplatte 3b), wobei das letzte Ringlinsenelement 9 bei 0 V gehalten wird. Gemäß dieser Ausführungsform fokussiert das Linsensystem 8, 9 die von der hintersten Mikrokanalplatte 3b emittierten Elektronen auf den ersten Abschnitt 10 der Sammelanode 4. Das Linsensystem 8, 9 ermöglicht das Verkleinern der Kapazität und der Potentialdifferenz zwischen den Mikrokanalplatten 3a, 3b und der Sammelanode 4, während ein wirksamer Transport von Elektronen von den Mikrokanalplatten 3a, 3b zu der Sammelanode 4 aufrechterhalten wird. 6B shows a simulation of the electrical potentials and the electron trajectories 13 according to a preferred embodiment. The ion detector 1' Aside from being an additional lens system 8th . 9 between the microchannel plates 3a . 3b and the collecting anode 4 is provided substantially in the 6A shown ion detector 1' , The lens system 8th . 9 preferably comprises three or more relatively thin ring lens elements which, according to one embodiment, can be maintained at -50V (ie the same potential as the rearmost microchannel plate 3b ), the last ring lens element 9 is kept at 0V. According to this embodiment, the lens system focuses 8th . 9 from the backmost microchannel plate 3b emitted electrons on the first section 10 the collecting anode 4 , The lens system 8th . 9 enables the reduction of the capacitance and the potential difference between the microchannel plates 3a . 3b and the collecting anode 4 while effectively transporting electrons from the microchannel plates 3a . 3b to the collecting anode 4 is maintained.

7A zeigt eine Simulation der elektrischen Potentiale und Elektronenflugbahnen 13 gemäß einer weniger bevorzugten Ausführungsform. Negative Ionen wurden als von einer bei 0 V gehaltenen Ionenquelle erzeugt modelliert. Die Ionen wurden zum feldfreien Flugrohr 2 eines Flugzeit-Massenanalysators beschleunigt, das bei 15 kV gehalten wurde. Die Eingangs- und Ausgangsflächen der Mikrokanalplatten 3a, 3b waren kreisförmig und hatten einen Durchmesser von 50 mm. Die Eingangsfläche und die Ausgangsfläche der Mikrokanalplatten 3a, 3b wurden bei 15 kV bzw. 17 kV gehalten. Die Sammelanode 4 war 50 mm stromabwärts der Ausgangsfläche der Mikrokanalplatten 3a, 3b angeordnet. Die Sammelanode 4 weist vorzugsweise einen ersten Abschnitt 10 auf, der von einem zweiten Abschnitt 12 durch eine Isolierschicht 11 getrennt ist. Der erste Abschnitt 10 der Sammelanode 4 wurde bei 75 kV gehalten und hatte eine kreisförmige Oberfläche mit einem Durchmesser von 25 mm. Der zweite Abschnitt 12 der Sammelanode 4 war geerdet. Eine geerdete konische Abschirmung 5 wurde als radial außerhalb der Sammelanode 4 bereitgestellt modelliert. Gemäß dieser weniger bevorzugten Ausführungsform bewirken das elektrische Feld zwischen der hintersten Mikrokanalplatte 3b (bei 17 kV gehalten) und dem ersten Abschnitt 10 der Sammelanode 4 (bei einem höheren positiven Potential von 75 kV gehalten) das Beschleunigen von Elektronen zur Sammelanode 4. Das elektrische Feld zwischen der hintersten Mikrokanalplatte 3b und dem zweiten Abschnitt 12 der Sammelanode 4, die auf dem Massepotential gehalten wird, bewirkt auch das Beschleunigen von Elektronen zurück zur hintersten Mikrokanalplatte 3b. Es ist anhand dieser Simulation ersichtlich, dass das elektrische Feld zwischen der hintersten Mikrokanalplatte 3b und dem zweiten Abschnitt 12 der Sammelanode 4 in den Bereich zwischen der hintersten Mikrokanalplatte 3b und dem ersten Abschnitt 10 der Sammelanode 4 eindringt. Dementsprechend werden von der Umgebung der hintersten Mikrokanalplatte 3b abgegebene Elektronen zu ihr zurückbeschleunigt und erreichen die Sammelanode 4 nicht. Wie anhand der Simulation ersichtlich ist, tritt dies auf, wenngleich der erste Abschnitt 10 der Sammelanode 4 auf einem Potential gehalten wird, das 58 kV höher ist als dasjenige der hintersten Mikrokanalplatte 3b. Weiterhin bewirkt das Eindringen des elektrischen Felds in den Bereich zwischen der hintersten Mikrokanalplatte 3b und dem ersten Abschnitt 10 der Sammelanode 4, dass jene Elektronen, die dennoch zur Sammelanode 4 durchgelassen werden, auf eine verhältnismäßig kleine Fläche des ersten Abschnitts 10 der Sammelanode 4 fokussiert werden. Dies kann zu einer Sättigung des Erfassungssystems führen. 7A shows a simulation of the electrical potentials and electron trajectories 13 according to a less preferred embodiment. Negative ions were modeled as being generated by an ion source held at 0V. The ions became a field-free flight tube 2 of a time-of-flight mass analyzer kept at 15 kV. The input and output surfaces of the microchannel plates 3a . 3b were circular and had a diameter of 50 mm. The entrance area and the exit area of the microchannel plates 3a . 3b were kept at 15 kV and 17 kV, respectively. The collecting anode 4 was 50 mm downstream of the output surface of the microchannel plates 3a . 3b arranged. The collecting anode 4 preferably has a first section 10 on top of a second section 12 through an insulating layer 11 is disconnected. The first paragraph 10 the collecting anode 4 was kept at 75 kV and had a circular surface with a diameter of 25 mm. The second section 12 the collecting anode 4 was grounded. A grounded conical shield 5 was considered to be radially outside the collecting anode 4 provided modeled. According to this less preferred embodiment, the effect electric field between the rearmost microchannel plate 3b (kept at 17 kV) and the first section 10 the collecting anode 4 (held at a higher positive potential of 75 kV) accelerating electrons to the collecting anode 4 , The electric field between the rearmost microchannel plate 3b and the second section 12 the collecting anode 4 , which is held at ground potential, also causes the acceleration of electrons back to the rearmost microchannel plate 3b , It can be seen from this simulation that the electric field between the rearmost microchannel plate 3b and the second section 12 the collecting anode 4 in the area between the rearmost microchannel plate 3b and the first section 10 the collecting anode 4 penetrates. Accordingly, from the environment of the rearmost microchannel plate 3b released electrons accelerated back to her and reach the collecting anode 4 Not. As can be seen from the simulation, this occurs, although the first section 10 the collecting anode 4 is maintained at a potential which is 58 kV higher than that of the rearmost microchannel plate 3b , Furthermore, the penetration of the electric field into the area between the rearmost microchannel plate 3b and the first section 10 the collecting anode 4 that those electrons, nevertheless, to the collecting anode 4 be transmitted on a relatively small area of the first section 10 the collecting anode 4 be focused. This can lead to saturation of the detection system.

7B zeigt eine Simulation der elektrischen Potentiale und Elektronenflugbahnen 13 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform. Der erste Abschnitt 10 der Sammelanode 4 wird bei 17,75 kV gehalten, und es ist vorteilhafterweise ein zusätzliches Linsensystem 8, 9 zwischen den Mikrokanalplatten 3a, 3b und der Sammelanode 4 angeordnet. Das Linsensystem 8, 9 weist vorzugsweise drei dünne Ringlinsenelemente und ein weiteres Kreisringlinsenelement 9 auf. Die Ringlinsenelemente 8, 9 werden vorzugsweise alle bei 17,75 kV gehalten. Gemäß dieser Ausführungsform verhindert das Vorhandensein des Linsensystems 8, 9 im Wesentlichen, dass das elektrische Feld zwischen der hintersten Mikrokanalplatte 3b (die bei 17 kV gehalten wird) und dem zweiten Abschnitt 12 der Sammelanode 4 (die bei 0 V gehalten wird) in den Bereich zwischen der hintersten Mikrokanalplatte 3b und dem ersten Abschnitt 10 der Sammelanode 4 eindringt. Daher werden die von der Umgebung der hintersten Mikrokanalplatte 3b abgegebenen Elektronen nicht auf sie zurückbeschleunigt, so dass im Wesentlichen alle von der hintersten Mikrokanalplatte 3b emittierten Elektronen auf die verhältnismäßig kleine und ferne Sammelanode 4 fokussiert werden. Daher wird die Potentialdifferenz zwischen der hintersten Mikrokanalplatte 3b und dem ersten Abschnitt 10 der Sammelanode 4 erheblich verringert, während eine wirksame Elektronenübertragung beibehalten wird. Zusätzlich verhindert das Linsensystem 8, 9, dass die Elektronen auf eine verhältnismäßig kleine Fläche des ersten Abschnitts 10 der Sammelanode 4 fokussiert werden, so dass die Elektronen vorzugsweise keine Sättigung des Erfassungssystems bewirken. 7B shows a simulation of the electrical potentials and electron trajectories 13 according to a preferred embodiment. The first paragraph 10 the collecting anode 4 is maintained at 17.75 kV, and it is advantageously an additional lens system 8th . 9 between the microchannel plates 3a . 3b and the collecting anode 4 arranged. The lens system 8th . 9 preferably has three thin ring lens elements and another circular ring lens element 9 on. The ring lens elements 8th . 9 Preferably all are held at 17.75 kV. According to this embodiment, the presence of the lens system prevents 8th . 9 essentially that the electric field between the rearmost microchannel plate 3b (which is kept at 17 kV) and the second section 12 the collecting anode 4 (which is kept at 0 V) in the area between the rearmost microchannel plate 3b and the first section 10 the collecting anode 4 penetrates. Therefore, those of the environment of the rearmost microchannel plate 3b delivered electrons do not accelerate back to them, leaving essentially all of the backmost microchannel plate 3b emitted electrons on the relatively small and distant collecting anode 4 be focused. Therefore, the potential difference between the rearmost microchannel plate becomes 3b and the first section 10 the collecting anode 4 significantly reduced while maintaining efficient electron transfer. In addition, the lens system prevents 8th . 9 in that the electrons hit a relatively small area of the first section 10 the collecting anode 4 be focused so that the electrons preferably do not cause saturation of the detection system.

Der Ionendetektor 1' gemäß der bevorzugten Ausführungsform weist eine Sammelanode 4 auf, die verhältnismäßig klein ist und verhältnismäßig fern von den Mikrokanalplatten 3a, 3b angeordnet ist. Die Sammelanode 4 ist von der Aufzeichnungsvorrichtung entkoppelt, und die Verwendung eines Linsensystems 8, 9 ermöglicht, dass der bevorzugte Ionendetektor 1' mit einem geringeren elektronischen und Einschwingrauschen und mit einer höheren Bandbreite als ein herkömmlicher Ionendetektor 1 arbeitet. Der Ionendetektor 1' gemäß der bevorzugten Ausführungsform ist auch in der Lage, entweder positive oder negative Ionen in Massenspektrometern zu erfassen, die Komponenten stromaufwärts des Ionendetektors 1' aufweisen, die auf verschiedenen Spannungskonfigurationen gehalten werden. Vorteilhafterweise erübrigt das Linsensystem 8, 9 das Aufrechterhalten einer übermäßig hohen Potentialdifferenz zwischen den Mikrokanalplatten 3a, 3b und der Sammelanode 4, um die Elektronen wirksam zu transportieren.The ion detector 1' according to the preferred embodiment has a collecting anode 4 which is relatively small and relatively far from the microchannel plates 3a . 3b is arranged. The collecting anode 4 is decoupled from the recording device, and the use of a lens system 8th . 9 allows the preferred ion detector 1' with lower electronic and transient noise and with a higher bandwidth than a conventional ion detector 1 is working. The ion detector 1' According to the preferred embodiment, it is also capable of detecting either positive or negative ions in mass spectrometers, the components upstream of the ion detector 1' which are held in different voltage configurations. Advantageously, the lens system is unnecessary 8th . 9 maintaining an excessively high potential difference between the microchannel plates 3a . 3b and the collecting anode 4 to effectively transport the electrons.

Die Verringerung der kapazitiven Kopplung zwischen der Sammelanode 4 und den Mikrokanalplatten 3a, 3b führt zu einer erheblichen Verringerung des Niveaus der elektronischen Rauschaufnahme und der Impedanzfehlanpassung zwischen der Sammelanode 4 und dem Koaxialkabel 6, das zum Analog-Digital-Wandler oder zum Zeit-Digital-Wandler führt.The reduction of the capacitive coupling between the collecting anode 4 and the microchannel plates 3a . 3b results in a significant reduction in the level of electronic noise pick-up and impedance mismatching between the collecting anode 4 and the coaxial cable 6 leading to the analog-to-digital converter or time-to-digital converter.

Die 8A und 8B zeigen die für Isotope eines Peptids mit einem Molekulargewicht von 2564,2 erhaltenen Massenspektren, die unter Verwendung sowohl eines herkömmlichen Ionendetektors 1 als auch eines Ionendetektors 1' gemäß der bevorzugten Ausführungsform erhalten wurden. 8A zeigt die Signalintensität als Funktion des Masse-Ladungs-Verhältnisses für die Analyse positiver Ionen eines Peptids, das sich aus der tryptischen Digestion von Alpha-Casein im Molekülionenbereich ergibt. Die Daten wurden unter Verwendung eines herkömmlichen axialen Flugzeit-Massenspektrometers mit matrixunterstützter Laserdesorptionsionisation, das ein Reflektron aufweist (”MALDIR”) erfaßt. Das Spektrometer wies einen Mikrokanalplatten-Ionendetektor auf, wobei die Eingangsfläche der Sammelanode 4 14 mm hinter der Ausgangsfläche der Mikrokanalplatte angeordnet war. Wie ersichtlich ist, weist das sich ergebende Massenspektrum drei abgesetzte Massenspitzen auf, wobei auch eine verhältnismäßig große Menge von Einschwingrauschen beobachtbar ist. 8B zeigt ein entsprechendes Massenspektrum, das unter Verwendung eines Ionendetektors 1' gemäß der bevorzugten Ausführungsform erhalten wurde, wobei die Eingangsfläche der Sammelanode 4 32 mm hinter der Ausgangsfläche der hintersten Mikrokanalplatte 3b angeordnet war. Gemäß dieser Ausführungsform war die kapazitive Kopplung zwischen der Sammelanode 4 und den Mikrokanalplatten 3a, 3b erheblich verringert. Entsprechend war das Einschwingrauschen nach der Erfassung der ersten Massenspitze erheblich abgeschwächt, und es wurde daher eine vierte abgesetzte Massenspitze oberhalb des Rauschens beobachtet, das in dem in 8A dargestellten Massenspektrum in erheblichem Maße beobachtet wurde, wobei dieses unter Verwendung eines herkömmlichen Ionendetektors 1 erhalten wurde.The 8A and 8B show the mass spectra obtained for isotopes of a peptide having a molecular weight of 2564.2 using both a conventional ion detector 1 as well as an ion detector 1' were obtained according to the preferred embodiment. 8A Figure 1 shows the signal intensity as a function of mass-to-charge ratio for the analysis of positive ions of a peptide resulting from the tryptic digestion of alpha-casein in the molecular ion region. The data was acquired using a conventional matrix-assisted laser desorption ionization axial time-of-flight mass spectrometer having a reflectron ("MALDIR"). The spectrometer has a microchannel plate ion detector with the input surface of the collecting anode 4 14 mm behind the output surface of the microchannel plate was arranged. As can be seen, the resulting mass spectrum has three stepped mass peaks, and a relatively large amount of transient noise is also observable. 8B shows a corresponding mass spectrum using an ion detector 1' was obtained according to the preferred embodiment, wherein the input surface of the collecting anode 4 32 mm behind the exit surface of the rearmost microchannel plate 3b was arranged. According to this embodiment, the capacitive coupling was between the collecting anode 4 and the microchannel plates 3a . 3b significantly reduced. Accordingly, the transient noise was significantly attenuated after the detection of the first mass peak, and therefore, a fourth settled mass peak above the noise observed in the in 8A mass spectrum observed to a considerable extent, this being done using a conventional ion detector 1 was obtained.

9 zeigt die Signalintensität als Funktion des Masse-Ladungs-Verhältnisses für die Analyse negativer Ionen eines Peptids, das sich aus der tryptischen Digestion von Alpha-Casein im Masse-Ladungs-Verhältnis-Bereich von 1000–3500 ergibt. Die Daten wurden unter Verwendung eines Flugzeit-Massenspektrometers mit matrixunterstützter Laserdesorptionsionisation gewonnen. Das Massenspektrometer wies einen bevorzugten Ionendetektor 1' ähnlich dem in 7B dargestellten auf. 9 Figure 12 shows the signal intensity as a function of mass-to-charge ratio for the analysis of negative ions of a peptide resulting from the tryptic digestion of alpha-casein in the mass-to-charge ratio range of 1000-3500. The data were obtained using a time-of-flight matrix-assisted laser desorption ionization mass spectrometer. The mass spectrometer had a preferred ion detector 1' similar to the one in 7B displayed on.

10 zeigt eine Ausführungsform mit einer Doppel-Mikrokanalplattenanordnung 3a, 3b und einer Linse, die einen Elektromagneten aufweist, der einen Solenoid 14 aufweist, wobei sich ein Teil der Anode 4 innerhalb des Solenoids 14 befindet. Wenn der Solenoid 14 mit Energie versorgt wird, wird ein Magnetfeld erzeugt, wie durch die unterbrochenen Linien angegeben ist. Die unterbrochenen Linien geben die magnetischen Feldlinien an, und das Magnetfeld kann in beide Richtungen verlaufen. Es kann dafür gesorgt werden, dass von der Ausgangsfläche der hintersten Mikrokanalplatte 3b abgegebene Elektronen verhältnismäßig niedrige Energien von typischerweise bis zu etwa 100 eV aufweisen. Von der Ausgangsfläche der Mikrokanalplatte 3b abgegebene niederenergetische Elektronen laufen spiralförmig um die magnetischen Feldlinien. Es kann der Figur entnommen werden, dass die magnetischen Feldlinien im Zentrum des Solenoids 14 konzentrierter werden, so dass Elektronen von einem breiten Bereich außerhalb des Solenoids 14 in einen kleineren Bereich innerhalb des Solenoids 14 überführt werden können. Eine verhältnismäßig kleine Anode 4 kann innerhalb des Solenoids 14 angeordnet werden, um die Elektronen zu sammeln. Die Anode 4 kann aus einem nichtmagnetischen leitenden Material bestehen. Alternativ kann die Anode 4 aus einem weichmagnetischen Material, wie Eisen, weichem unlegiertem Stahl oder verschiedenen Silicium-Eisen-, Nickel-Eisen- oder Kobalt-Eisen-Legierungen bestehen, die vorzugsweise eine verhältnismäßig niedrige Koerzitivkraft von weniger als 1000 A/Meter aufweisen. Das weichmagnetische Material konzentriert das Magnetfeld im Bereich der Anode 4 weiter. 10 shows an embodiment with a dual microchannel plate assembly 3a . 3b and a lens having an electromagnet which is a solenoid 14 having, wherein a part of the anode 4 inside the solenoid 14 located. When the solenoid 14 is energized, a magnetic field is generated as indicated by the broken lines. The broken lines indicate the magnetic field lines and the magnetic field can go in both directions. It can be ensured that from the exit surface of the rearmost microchannel plate 3b emitted electrons have relatively low energies of typically up to about 100 eV. From the exit surface of the microchannel plate 3b emitted low-energy electrons spiral around the magnetic field lines. It can be seen from the figure that the magnetic field lines in the center of the solenoid 14 become more concentrated, allowing electrons from a wide area outside the solenoid 14 into a smaller area inside the solenoid 14 can be transferred. A relatively small anode 4 can be inside the solenoid 14 be arranged to collect the electrons. The anode 4 may consist of a non-magnetic conductive material. Alternatively, the anode 4 of a soft magnetic material such as iron, mild steel or various silicon-iron, nickel-iron or cobalt-iron alloys, preferably having a relatively low coercive force of less than 1000 A / meter. The soft magnetic material concentrates the magnetic field in the region of the anode 4 further.

11 zeigt eine andere Ausführungsform mit einer Dual-Mikrokanalplattenanordnung 3a, 3b und einer Anode 4 aus einem Permanentmagneten, der vorzugsweise eine verhältnismäßig hohe Koerzitivkraft von wenigstens 3000, 3500 oder 4000 A/Meter aufweist. Die Figur zeigt den Nordpol der magnetisierten Anode 4, die der Mikrokanalplattenanordnung 3a, 3b gegenübersteht. Alternativ kann der Detektor 1' so eingerichtet werden, dass der Südpol des Magneten der Mikrokanalplattenanordnung 3a, 3b gegenübersteht. Die unterbrochenen Linien geben die Richtung der magnetischen Feldlinien an. Es wird dafür gesorgt, dass von der Ausgangsfläche der hintersten Mikrokanalplatte 3b abgegebene Elektronen verhältnismäßig niedrige Energien, von typischerweise bis zu etwa 100 eV, aufweisen. Von der Ausgangsfläche der Mikrokanalplatte 3b abgegebene niederenergetische Elektronen laufen vorzugsweise spiralförmig um die magnetischen Feldlinien. Weil alle magnetischen Feldlinien durch die permanent magnetisierte Anode 4 laufen, werden alle niederenergetischen Elektronen zur magnetisierten Anode 4 gerichtet. Die Anode 4 besteht vorzugsweise aus einem hart- oder permanentmagnetischen Material (mit einer hohen Koerzitivkraft), wie Kohlenstoffstahl, Kobaltstahl, Chromstahl und Wolframstahl. Alternativ kann die Anode 4 aus verschiedenen Legierungen, wie Legierungen von Eisen mit Aluminium, Nickel und Kobalt oder mit Aluminium, Nickel, Kobalt und Kupfer, bestehen. Alternativ kann die Anode 4 aus verschiedenen Legierungen von Seltenerdelementen, einschließlich Legierungen von Seltenerdelementen mit Kobalt, bestehen. Beispielsweise kann die Anode 4 aus einer Legierung von Kobalt und Praseodym oder einer Legierung von Kobalt, Zer, Kupfer und Eisen bestehen. 11 shows another embodiment with a dual microchannel plate assembly 3a . 3b and an anode 4 of a permanent magnet, preferably having a relatively high coercive force of at least 3000, 3500 or 4000 A / meter. The figure shows the north pole of the magnetized anode 4 that of the microchannel plate assembly 3a . 3b faces. Alternatively, the detector can 1' be set up so that the south pole of the magnet of the microchannel plate assembly 3a . 3b faces. The broken lines indicate the direction of the magnetic field lines. It is ensured that from the exit surface of the rearmost microchannel plate 3b emitted electrons have relatively low energies, typically up to about 100 eV. From the exit surface of the microchannel plate 3b emitted low-energy electrons preferably run in a spiral around the magnetic field lines. Because all magnetic field lines through the permanently magnetized anode 4 Run, all low-energy electrons to the magnetized anode 4 directed. The anode 4 is preferably made of a hard or permanent magnetic material (with a high coercive force), such as carbon steel, cobalt steel, chrome steel and tungsten steel. Alternatively, the anode 4 made of various alloys, such as alloys of iron with aluminum, nickel and cobalt or with aluminum, nickel, cobalt and copper. Alternatively, the anode 4 consist of various alloys of rare earth elements, including alloys of rare earth elements with cobalt. For example, the anode 4 consist of an alloy of cobalt and praseodymium or an alloy of cobalt, cerium, copper and iron.

Es werden weitere Ausführungsformen erwogen, bei denen die Anode 4 gemäß der in 10 dargestellten Ausführungsform auch permanent magnetisiert sein kann und eine oder mehrere Elektroden und/oder weitere magnetische Linsen bereitgestellt werden können, um Elektronen auf die Anode 4 zu lenken. In ähnlicher Weise können eine oder mehrere Elektroden und/oder magnetische Linsen bereitgestellt werden, um dabei zu helfen, Elektronen auf die permanent magnetisierte Anode 4 gemäß der in 11 dargestellten Ausführungsform zu lenken.Other embodiments are contemplated in which the anode 4 according to the in 10 can also be permanently magnetized and one or more electrodes and / or other magnetic lenses can be provided to drive electrons to the anode 4 to steer. Similarly, one or more electrodes and / or magnetic lenses may be provided to help drive electrons to the permanently magnetized anode 4 according to the in 11 To direct directed embodiment.

Wenngleich die verschiedenen Ausführungsformen in bezug auf die Verwendung von zwei Mikrokanalplatten 3a, 3b beschrieben wurden, ist auch vorgesehen, dass entweder eine einzige oder alternativ mehr als zwei Mikrokanalplatten bereitgestellt werden können. In ähnlicher Weise ist auch vorgesehen, dass der Ionendetektor 1' in andere Massenspektrometer als Flugzeit-Massenspektrometer aufgenommen werden kann.Although the various embodiments relate to the use of two microchannel plates 3a . 3b It is also contemplated that either a single or, alternatively, more than two microchannel plates may be provided. Similarly, it is also contemplated that the ion detector 1' can be recorded in mass spectrometers other than time-of-flight mass spectrometers.

Wenngleich die vorliegende Erfindung mit Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben worden ist, werden Fachleute verstehen, dass verschiedene Änderungen an der Form und den Einzelheiten vorgenommen werden können, ohne von dem in den anliegenden Ansprüchen dargelegten Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.Although the present invention has been described with reference to preferred embodiments, it will be understood by those skilled in the art that various changes in form and detail may be made without departing from the scope of the invention as set forth in the appended claims.

Claims

Ion detector for a mass spectrometer, comprising: one or more microchannel plates, wherein ions are received at an input surface of the one or more microchannel plates and electrons are emitted from an output surface of the one or more microchannel plates, an anode having a surface from which electrons are received, and one or more electrodes and / or one or more magnetic lenses which direct at least some of the electrons emitted by the output surface of the one or more microchannel plates to the anode; wherein the output surface of the one or more microchannel plates has a first area size and the surface of the anode has a second area size, wherein the second area size is ≥ 5% of that of the first area size and the second area size is smaller than the first area size.

The ion detector of claim 1, wherein the one or more electrodes and / or the one or more magnetic lenses are disposed between the one or more microchannel plates and the anode.

The ion detector of claim 1 or 2, wherein the one or more electrodes and / or the one or more magnetic lenses are arranged to surround at least a portion of the anode.

An ion detector according to claim 1, 2 or 3, wherein the one or more magnetic lenses comprise one or more electromagnets and / or one or more permanent magnets.

Ion detector according to one of the preceding claims, wherein the anode consists of a non-magnetic material.

An ion detector according to any one of claims 1 to 4, wherein the anode is made of a soft magnetic material having a low coercive force.

An ion detector according to any one of claims 1 to 4, wherein the anode is made of a hard magnetic or permanent magnetic material having a high coercive force.

An ion detector according to any one of the preceding claims, wherein the second area size is 5-90% of the first area size.

An ion detector according to any one of the preceding claims, wherein the one or more electrodes comprise one or more ringlets.

The ion detector of claim 9, wherein the one or more electrodes have a thickness ≤ 1.5 mm.

An ion detector according to any one of claims 1 to 8, wherein the one or more electrodes comprise one or more single lens arrays having three or more electrodes.

The ion detector of any one of claims 1 to 8, wherein the one or more electrodes comprise one or more segmented sets of rods.

An ion detector according to any one of claims 1 to 8, wherein the one or more electrodes include one or more tubular electrodes.

An ion detector according to any one of claims 1 to 8, wherein the one or more electrodes comprise one or more quadrupole rod sets.

An ion detector according to any one of claims 1 to 8, wherein the one or more electrodes comprise a plurality of electrodes having openings through which electrons are transmitted, the openings having substantially the same area size or becoming progressively smaller or larger towards the anode.

Ion detector according to one of the preceding claims, wherein the output surface of the one or more microchannel plates is maintained at a first potential, the surface of the anode is held at a second potential and the one or more electrodes and / or the one or more magnetic lenses held at a third potential.

The ion detector of claim 16, wherein the second potential is more positive than the first potential.

The ion detector of claim 17, wherein the potential difference between the surface of the anode and the output surface of the one or more microchannel plates is selected from the group consisting of: (i) 0-50V, (ii) 50-100V, (iii) 100- 150V, (iv) 150-200V, (v) 200-250V, (vi) 250-300V, (vii) 300-350V, (viii) 350-400V, (ix) 400-450V , (x) 450-500V, (xi) 500-550V, (xii) 550-600V, (xiii) 600-650V, (xiv) 650-700V, (xv) 700-750V, ( xvi) 750-800V, (xvii) 800-850V, (xviii) 850-900V, (xix) 900-950V, (xx) 950-1000V, (xxi) 1.0-1.5kV , (xxii) 1.5-2.0 kV, (xxiii) 2.0-2.5 kV, (xxiv)> 2.5 kV and (xxv) <10 kV.

Ion detector according to claim 16, 17 or 18, wherein the potential difference between the third potential and the first and / or the second potential is selected from the following group: (i) 0-50 V, (ii) 50-100 V, (iii ) 100-150V, (iv) 150-200V, (v) 200-250V, (vi) 250-300V, (vii) 300-350V, (viii) 350-400V, (ix) 400 -450 V, (x) 450-500 V, (xi) 500-550 V, (xii) 550-600 V, (xiii) 600-650 V, (xiv) 650-700 V, (xv) 700-750 V, (xvi) 750-800V, (xvii) 800-850V, (xviii) 850-900V, (xix) 900-950V, (xx) 950-1000V, (xxi) 1.0-1 , 5 kV, (xxii) 1.5-2.0 kV, (xxiii) 2.0-2.5 kV, (xxiv)> 2.5 kV and (xxv) <10 kV.

The ion detector of claim 16, 17 or 18, wherein the third potential is between the first and second potentials.

Ion detector according to one of the preceding claims, wherein the surface of the anode is arranged at a distance x from the output surface of the one or more microchannel plates and wherein x is selected from the following group: (i) 5-10 mm, (ii) 15mm, (iii) 15-20mm, (iv) 20-25mm, (v) 25-30mm, (vi) 35-40mm, (vii) 40-45mm, (viii) 45-50mm , (ix) 50-55 mm, (x) 55-60 mm, (xi) 60-65 mm, (xii) 65-70 mm, (xiii) 70-75 mm and (xiv)> 75 mm.

An ion detector for a mass spectrometer, comprising: one or more microchannel plates, wherein ions are received at an input surface of the one or more microchannel plates and electrons are emitted from an output surface of the one or more microchannel plates, an anode having a surface from which electrons are received; and one or more electrodes and / or one or more magnetic lenses, which at least some of the output surface of the one or more directing electrons emitted to a plurality of microchannel plates to the anode, wherein the surface of the anode is arranged at a distance x from the output surface and wherein x is selected from the following group: (i) 35-40 mm, (ii) 40-45 mm, ( iii) 45-50 mm, (iv) 50-55 mm, (v) 55-60 mm, (vi) 60-65 mm, (vii) 65-70 mm, (viii) 70-75 mm and (ix) > 75 mm.

The ion detector of claim 22, wherein the output surface has a first area size and the surface of the anode has a second area size and wherein the second area size is 5-90% of the first area size.

An ion detector according to any one of claims 1 to 21 or 23, wherein electrons can be received substantially over the whole second area size.

An ion detector according to any one of claims 1 to 21 or 23, wherein the anode has a first portion, a second portion, and an electrically insulating layer provided between the first and second portions, the first portion having a surface from which electrons are received.

Ion detector according to one of the preceding claims, wherein the anode is substantially conical.

The ion detector of claim 26, further comprising a substantially conical shield surrounding at least a portion of the anode.

Ion detector according to one of the preceding claims, wherein the anode has a capacity selected from the following group: (i) 0.01-0.1 pF, (ii) 0.1-1 pF, (iii) 1-10 pF and ( iv) 10-100 pF.

Ion detector according to one of the preceding claims, wherein the surface of the anode is substantially flat.

Mass spectrometer with an ion detector according to one of the preceding claims.

The mass spectrometer of claim 30, wherein the ion detector is configured in a Time of Flight mass analyzer.

The mass spectrometer of claim 31, wherein the time of flight mass analyzer comprises an axial time of flight mass analyzer or a lateral acceleration time of flight mass analyzer.

Method for detecting ions, comprising the following steps: Receiving ions at an input surface of one or more microchannel plates, Discharging electrons from an output surface of the one or more microchannel plates, and Directing at least some of the electrons released from the one or more microchannel plates to a surface of an anode through one or more electrodes and / or one or more magnetic lenses, wherein the size of the surface of the anode is ≥ 5 the size of the output surface of the one or more microchannel plates and the size of the surface of the anode is smaller than the output area of the one or more microchannel plates.

Method for detecting ions, comprising the following steps: Receiving ions at an input surface of one or more microchannel plates, Discharging electrons from an output surface of the one or more microchannel plates and Directing at least some of the electrons released from the one or more microchannel plates to a surface of an anode, wherein the surface of the anode is arranged at a distance x from the starting surface and wherein x is selected from the following group: (i) 35-40 mm, (ii) 40-45 mm, (iii) 45-50 mm, (iv) 50-55 mm, (v) 55-60 mm, (vi) 60 65 mm, (vii) 65-70 mm, (viii) 70-75 mm and (ix)> 75 mm, and wherein the potential difference between the surface of the anode and the output surface of the one or more microchannel plates is at least 2.5 kV.

Method for detecting ions, comprising the following steps: Receiving ions at an input surface of one or more microchannel plates, Discharging electrons from an output surface of the one or more microchannel plates, and Directing at least some of the electrons released from the one or more microchannel plates to a surface of an anode, wherein the surface area of the surface of the anode is 5-25% of the area size of the output surface of the one or more microchannel plates, and wherein the potential difference between the surface of the anode and the output surface of the one or more microchannel plates is at least 2.5 kV.