中，存在形成在各離子反射鏡_透鏡組合中的大體兩個(gè)透鏡 區(qū)：通過離子反射鏡的加速電極形成的"內(nèi)部"透鏡和預(yù)聚焦透鏡。這樣，在通向離子反射 鏡的路徑上，離子被加速兩次：首先，被預(yù)聚焦場(chǎng)加速，然后被離子反射鏡加速電極的場(chǎng)加 速。在穿過后一場(chǎng)之后，通過離子反射鏡的減速場(chǎng)反射離子。
[0021] 本領(lǐng)域的技術(shù)人員可預(yù)期，通過在離子反射鏡反射場(chǎng)內(nèi)部提供離子束的Y寬度的 收縮，由于空間離子導(dǎo)致的飛行時(shí)間像差的減小在Y方向上擴(kuò)展。然而，重要的是，強(qiáng)調(diào)預(yù) 聚焦透鏡本身引入額外像差，并且眾多計(jì)算表明，聚焦的正面效應(yīng)是適度的并且如果只使 用任意的預(yù)聚焦透鏡，則不滿足預(yù)期。本發(fā)明的主要的不顯而易見的點(diǎn)在于，只有在預(yù)聚焦 透鏡浸沒（將通向離子反射鏡的路徑上的離子加速）的情況下，出現(xiàn)離子反射鏡-透鏡組 合中的混合三階像差有效減小。盡管發(fā)明人沒有知道其嚴(yán)格的數(shù)學(xué)證明方法，但各種離子 反射鏡-透鏡組合的完全數(shù)值模擬確認(rèn)了這個(gè)結(jié)論。
[0022] 在實(shí)施例中，提供了一種同步飛行時(shí)間或靜電阱分析器，所述分析器包括：
[0023] (a)通過無場(chǎng)區(qū)域分開的兩個(gè)平行對(duì)準(zhǔn)的無柵離子反射鏡，所述離子反射鏡被布 置成將離子在第一X方向上反射，所述離子反射鏡大體在橫向漂移Z方向上伸長(zhǎng)，以形成平 面對(duì)稱或中空柱狀對(duì)稱的二維靜電場(chǎng)，
[0024] (b)所述離子反射鏡帶有相比于無場(chǎng)空間電勢(shì)具有加速電勢(shì)的至少一個(gè)電極，其 被布置成將離子幾何聚焦在Y方向上；
[0025] (c)至少一個(gè)平面靜電透鏡，其被布置成將離子幾何聚焦在Y方向上，所述透鏡在 所述橫向Z方向上伸長(zhǎng)并且布置在所述離子反射鏡之間。
[0026] 優(yōu)選地，所述透鏡是浸沒的。在實(shí)現(xiàn)方式中，所述離子反射鏡優(yōu)選地相對(duì)于分析器 的中間平面X= 0是對(duì)稱的。在實(shí)現(xiàn)方式中，優(yōu)選地存在相同的且相對(duì)于分析器的中間平 面對(duì)稱設(shè)置的兩個(gè)所述平面透鏡，在所述中間平面的每側(cè)，存在一個(gè)。在這種情況下，形成 三個(gè)無場(chǎng)區(qū)域：一個(gè)在所述預(yù)聚焦透鏡之間，兩個(gè)在所述透鏡和所述離子反射鏡之間。在實(shí) 現(xiàn)方式中，在透鏡和離子反射鏡之間的所述兩個(gè)無場(chǎng)區(qū)域具有比所述透鏡之間的無場(chǎng)區(qū)域 更高的加速電勢(shì)。
[0027] 在實(shí)現(xiàn)方式中，單個(gè)預(yù)聚焦透鏡場(chǎng)可與布置在離子反射鏡之間并且被布置用于將 離子限制在漂移Z方向上的周期性透鏡的場(chǎng)疊加。在這種情況下，作為平面透鏡的替代，周 期性透鏡的陣列由具有3D場(chǎng)的透鏡組成，從而將離子聚焦在橫向方向Y和Z二者上。
[0028] 在實(shí)現(xiàn)方式中，平面或中空柱狀對(duì)稱的一個(gè)或兩個(gè)鏡的靜電場(chǎng)可與在鏡伸長(zhǎng)方向 Z上周期性的弱場(chǎng)疊加，以提供Z方向上的離子限制。優(yōu)選地，所述空間調(diào)制靜電場(chǎng)本身或 與周期性透鏡結(jié)合，使得它消除了Z方向上的時(shí)間-空間像差。
【附圖說明】
[0029] 現(xiàn)在，將僅僅以舉例的方式并且參照附圖只描述本發(fā)明的各種實(shí)施例連同提供例 證性目的的布置，在附圖中：
[0030] 圖1描繪了具有三階能量聚焦、二階空間聚焦和經(jīng)補(bǔ)償?shù)亩A混合相差的現(xiàn)有技 術(shù)的四電極平面離子反射鏡（MPA-1)。針對(duì)平均離子動(dòng)能與電荷之比心/Q= 4500V，繪制 了中間平面（Y= 0)中的樣本離子軌跡和靜電電勢(shì)U(X)分布。
[0031] 圖2示出了就離子束的有限能量K-和空間Y-擴(kuò)展而言，隨離子能量的變化而變 化的圖1的現(xiàn)有技術(shù)的離子反射鏡MPA-1中的典型飛行時(shí)間展寬。
[0032] 圖3描繪了能夠?qū)崿F(xiàn)五階能量聚焦的現(xiàn)有技術(shù)的離子反射鏡（MPA-2)。針對(duì)與三 階、四階和五階能量聚焦對(duì)應(yīng)的三個(gè)調(diào)諧模式MPA-2-3、MPA-2-4和MPA-2-5,表現(xiàn)了當(dāng)Kq/Q = 4500V時(shí)的靜電電勢(shì)U(X，Y= 0)分布。在調(diào)諧模式之中，較低階的能量聚焦允許空間和 混合項(xiàng)偏差被更好地補(bǔ)償。
[0033] 圖4繪出了在上述三種調(diào)諧模式下、對(duì)于圖3的現(xiàn)有離子反射鏡MPA-2而言Y= 〇時(shí)的離子飛行時(shí)間Vs離子能量。
[0034] 圖5示出在提供三階能量聚焦的MPA-2-3調(diào)諧模式下隨MPA-2鏡中的有限離子Y 空間擴(kuò)展時(shí)的離子能量變化而變化的典型飛行時(shí)間展寬。
[0035] 圖6示出在提供四階能量聚焦的MPA-2-4調(diào)諧模式下隨MPA-2鏡中的有限離子Y 空間擴(kuò)展時(shí)的離子能量變化而變化的典型飛行時(shí)間展寬。
[0036] 圖7示出在提供五階能量聚焦的MPA-2-3調(diào)諧模式下隨MPA-2鏡中的有限離子Y 空間擴(kuò)展時(shí)的離子能量變化而變化的典型飛行時(shí)間展寬。
[0037] 圖8描繪了本發(fā)明的離子反射鏡-透鏡組合（ML-1)。同時(shí)達(dá)到四階能量聚焦與小 得多的（相比于MPA-1和MPA-2)混合的三階相差。樣本離子軌跡和靜電電勢(shì)U(X，Y= 0) 分布對(duì)應(yīng)于Kq/Q= 4500V。
[0038] 圖9示出了被調(diào)諧以補(bǔ)償?shù)谝荒芰繉?dǎo)數(shù)至第四能量導(dǎo)數(shù)（dT/dK=d2T/dK2=d3T/ dK3=d4T/dK4= 0)的、圖8的離子反射鏡-透鏡組合ML-1中的隨有限離子Y空間擴(kuò)展時(shí) 離子能量的變化而變化的典型飛行時(shí)間展寬。
[0039] 圖10示出了在被對(duì)應(yīng)于非零進(jìn)行調(diào)諧但部分相互補(bǔ)償?shù)谝荒芰繉?dǎo)數(shù)和第三能量 導(dǎo)數(shù)（d2T/dK2=d4T/dK4= 0，dT/dK辛0,d3T/dK3辛0)以是整體時(shí)間展寬減至最小的替代 分析器中的、離子反射鏡-透鏡組合ML-1中的隨有限離子Y空間擴(kuò)展時(shí)離子能量的變化而 變化的典型飛行時(shí)間展寬。
[0040] 圖11描繪了提供了五階能量聚焦并且同時(shí)沒有混合的三階像差的本發(fā)明的離子 反射鏡-透鏡組合（ML-2)。繪制當(dāng)Kq/Q= 4500V時(shí)的靜電電勢(shì)U(X，Y= 0)分布。
[0041] 圖12示出了隨圖11的離子反射鏡-透鏡組合ML-2中的有限離子Y空間擴(kuò)展時(shí) 的離子能量變化而變化的典型飛行時(shí)間展寬。
[0042] 圖13表現(xiàn)了質(zhì)量分析器的峰形狀與不同離子反射鏡的比較。
[0043] A-沒有飛行時(shí)間像差的"理想"分析器；
[0044] B-具有咼子反射鏡MPA-1的質(zhì)量分析器；
[0045] C-具有處于三階聚焦模式MPA-2-3的離子反射鏡MPA-1的質(zhì)量分析器；
[0046] D-具有處于五階聚焦模式MPA-2-5的離子反射鏡MPA-2的質(zhì)量分析器；
[0047] E-具有離子反射鏡-透鏡組合ML-2的質(zhì)量分析器。
[0048] 在時(shí)間聚焦位置計(jì)算峰形狀。確定分析器的比例，使得保持同一飛行時(shí)間T。。在 所有情況下，離子包具有相同的相對(duì)初始擴(kuò)展：高斯能量分布是〇 K= 〇. 011K。，全高度下的 均一Y分布是2￥。= 0. 133H，并且在FWHM下與質(zhì)量分辨力對(duì)應(yīng)的離子開始時(shí)間的高斯分布 是Rm=T?/(2AI) = 300 000。
[0049] 圖14代表了本發(fā)明的離子反射鏡-透鏡組合的示意框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0050] 如以引用方式并入本文中的GB2403063和US7385187中公開的，現(xiàn)有技術(shù)的多反 射飛行時(shí)間包括兩個(gè)離子反射鏡，這兩個(gè)離子反射鏡在漂移Z方向上伸長(zhǎng)，轉(zhuǎn)為面對(duì)面并 且通過漂移空間分開。離子包沿著Z字形軌跡移動(dòng)，從而在離子反射鏡之間被在X方向上 周期性反射。通過以與X軸成小角度地注入離子并且通過周期透鏡中的空間離子限制來布 置Z字形軌跡。
[0051] 參照?qǐng)D1，US7385187(MPA-1)的平面鏡在與鏡伸長(zhǎng)的Z方向正交的XY平面上示 出。通過向四個(gè)電極（#1 _#4)施加電壓，形成靜電場(chǎng)。外覆電極（電極#1)之間的距離是 2X。。表1代表被歸一化成鏡窗口的Y-高度H的電極X-寬度L，也代表歸一化成心/Q的電 極電勢(shì)，其中，Q是離子電荷并且K。是無場(chǎng)空間中的平均離子動(dòng)能。靜電電勢(shì)在電極#1和 #2處減速，在電極#3處接近漂移電勢(shì)，并且在電極#4處加速（參見表1)。盡管現(xiàn)有技術(shù) 的分析器在懸浮漂移空間中操作，但出于模擬目的，漂移電勢(shì)被設(shè)置成零（圖1中的U= 0) 并且鏡電勢(shì)漂移心/Q，S卩，實(shí)驗(yàn)上使用的歸一化電勢(shì)比模擬的歸一化電勢(shì)小1。
[0052] 表1 :現(xiàn)有技術(shù)的鏡MPA-1的幾何形狀和電極電勢(shì)
[0053]

[0054] 再參照?qǐng)D1，MPA-1的軸向靜電電勢(shì)分布U(X，Y= 0)表明，對(duì)于XQ= 308mm和H =30mm的特定離子反射鏡，鏡場(chǎng)由兩個(gè)區(qū)域即加速場(chǎng)（對(duì)于正離子，U〈0)的區(qū)域和反射 場(chǎng)的區(qū)域（對(duì)于正離子，U>0)組成。加速場(chǎng)的區(qū)域執(zhí)行在Y方向上的幾何聚焦，如從樣本 離子軌跡中看出的。通過調(diào)節(jié)電勢(shì)#4來調(diào)諧聚焦長(zhǎng)度，使得進(jìn)入離子反射鏡的平行離子 束被聚焦，以致它返回到分析器中間平面上的點(diǎn)（旁軸近似法）。