(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トラップ容積を間に形成するように配置された複数の細長いトラップ電極を備え、質量分析器へイオンを射出するイオントラップであって、前記トラップ容積が、少なくとも部分的に湾曲した長軸を有して細長く、前記長軸に沿った端部側の前記トラップ容積の断面積が、その端部から離れた位置における前記トラップ容積の断面積とは異なり、
前記複数の細長いトラップ電極の少なくとも１つには、前記イオントラップからイオンを射出するための出口開口が形成される、イオントラップ。
【請求項２】
前記トラップ電極の少なくとも一つが前記長軸に沿って湾曲し、少なくとも２つの対向する前記トラップ電極の間の物理的な間隔が、前記イオントラップの長手方向に沿って異なる、請求項１に記載のイオントラップ。
【請求項３】
前記トラップ電極の少なくとも一つが、その長手方向の少なくとも一部に沿って変化する断面積を有し、前記長手方向に沿った距離に対する断面積の変化率が一定ではない、請求項２に記載のイオントラップ。
【請求項４】
使用時に前記トラップ容積を横切る電場内にイオンをトラップするように、トラップ電圧を前記トラップ電極に供給するように構成された電源をさらに備える、請求項３に記載のイオントラップ。
【請求項５】
トラップ端キャップ電極をさらに備えており、前記電源がさらに、前記トラップ容積を横切る前記電場を変更してその中へのイオンのトラップを手助けするように、電圧を前記トラップ端キャップ電極に供給するように構成されている、請求項４に記載のイオントラップ。
【請求項６】
前記電源がさらに、ＲＦ電位を前記トラップ端キャップ電極に供給するように構成されている、請求項５に記載のイオントラップ。
【請求項７】
前記電源がさらに、可変ＲＦ電位を前記トラップ端キャップ電極に供給するように構成されている、請求項６に記載のイオントラップ。
【請求項８】
前記電源が、前記イオントラップの湾曲した長軸への垂線から偏向する方向に前記出口開口を通ってイオンを射出するように、射出電圧を前記イオントラップに印加する手段をさらに備えている、請求項４から請求項７のいずれか１項に記載のイオントラップ。
【請求項９】
前記形状及び／又は前記トラップ電極に印加される電圧が、射出されたときにイオンを、前記出口開口の下流の焦点に到達させる、請求項８に記載のイオントラップ。
【請求項１０】
前記出口開口とは別個に形成された少なくとも一つのトラップ入口開口をさらに備える、請求項１〜９のいずれか１項に記載のイオントラップ。
【請求項１１】
前記出口開口が前記トラップ電極の長さに沿ったほぼ中間に形成され、前記イオントラップが前記出口開口に対してほぼ対称である、請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載のイオントラップ。
【請求項１２】
少なくとも２つの細長い湾曲した前記トラップ電極があり、それらの湾曲が異なる半径Ｒ１、Ｒ２（Ｒ１≦∞、Ｒ２≦∞、及びＲ１≠Ｒ２）及び異なる湾曲中心を有する、請求項９に記載のイオントラップ。
【請求項１３】
Ｒ２＜｜Ｒ１｜及びＲ２＜ｆであり、ここでｆは前記イオントラップの前記長軸と前記焦点との距離である、請求項１２に記載のトラップ。
【請求項１４】
｜Ｒ２｜＞Ｒ１及びＲ１＜ｆであり、ここでｆは前記イオントラップの前記長軸と前記焦点との距離である、請求項１２に記載のイオントラップ。
【請求項１５】
４つの前記トラップ電極があり、前記トラップ電極の形状及び／又はそれに印加される電圧が、前記トラップ容積における四重極場に非直線性を導入するようなものである、請求項１〜１４のいずれか一つに記載のイオントラップ。
【請求項１６】
少なくとも第３及び第４のさらなる前記トラップ電極をさらに備えており、それらが湾曲半径Ｒ３及びＲ４を有し、｜Ｒ３｜＞Ｒ２及び｜Ｒ４｜＞Ｒ２である、請求項１２、又は請求項１４に記載のイオントラップ。
【請求項１７】
少なくとも２つの前記トラップ電極があり、それらが、それらの端に向かって発散し、前記イオントラップが、その端で、少なくとも前記イオントラップの長軸に垂直な平面において広がっている、請求項１〜１６のいずれか一つに記載のイオントラップ。
【請求項１８】
中央の長軸の周りに配置された少なくとも４つの前記トラップ電極があり、前記トラップ電極の対向する２対はそれぞれ両端に向かって発散し、前記イオントラップが、その端で、前記長軸に垂直な複数の平面において広がっている、請求項１７に記載のイオントラップ。
【請求項１９】
少なくとも２つの前記トラップ電極があり、それらが、その端に向かって小さくなり、前記イオントラップが、その端で、前記イオントラップの長軸に垂直な少なくとも１つの平面において小さくなっている、請求項１から１６のいずれか一つに記載のイオントラップ。
【請求項２０】
中央の長軸の周りに配置された少なくとも４つの前記トラップ電極があり、前記トラップ電極の対向する２対はそれぞれその端に向かって小さくなり、前記イオントラップが、その端で、各々が前記長軸に垂直な複数の平面において小さくなっている、請求項１９に記載のイオントラップ。
【請求項２１】
前記トラップ電極の少なくとも１つが実質的に直線状又は平坦である、請求項１〜２０のいずれか一つに記載のイオントラップ。
【請求項２２】
前記イオントラップの前記長軸に沿った任意の点における前記トラップ電極の間隔が、その長軸に沿った前記トラップ電極の長さよりも小さい、請求項１〜２１のいずれか一つに記載のイオントラップ。
【請求項２３】
前記トラップ電極の少なくとも１つが複数の電極部として形成されている、請求項１〜２２のいずれか一つに記載のイオントラップ。
【請求項２４】
複数の電極部として形成されている前記トラップ電極が、前記トラップ電極の中心を形成している中央直線電極部と、前記トラップ電極の端を形成している外側湾曲電極部と、を含む、請求項２３に記載のイオントラップ。
【請求項２５】
請求項１〜２４のいずれか１項に記載のイオントラップと、
前記イオントラップの下流にあって、前記イオントラップの前記出口開口から射出されたイオンを受け取るように構成された静電トラップと、
を備える、質量分光分析器。
【請求項２６】
請求項１〜２４のいずれか１項に記載のイオントラップと、
前記イオントラップの下流にあって、前記イオントラップの前記出口開口から射出されたイオンを受け取るように構成された飛行時間（ＴＯＦ）型質量分光分析器と、
を備える、質量分光分析器。
【請求項２７】
前記静電トラップがオービトラップ質量分光分析器である、請求項２５に記載の質量分光分析器。
【請求項２８】
イオントラップからイオンを質量分析器に向けて射出する方法であって、前記イオントラップが複数の湾曲した細長いトラップ電極を備えており、前記トラップ電極はその長さに沿って形成された出口開口を有しており、前記方法が、
トラップ電圧を前記トラップ電極に、その間にトラップ容積を形成するように印加するステップを包含し、前記トラップ容積は、少なくとも部分的に湾曲した長軸を有して細長く、その端から離れた前記トラップ容積の断面積とは異なる断面積を前記トラップ容積の端の近くに有する、方法。
【請求項２９】
前記トラップ電極の少なくとも２つが異なる湾曲半径及び異なる湾曲中心を有している、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
イオンが前記出口開口の下流の点ｆに空間的にフォーカスされるように、前記イオントラップの長軸に平行でもなく直交もしない方向に、前記出口開口を介して前記イオントラップからイオンを射出するように、前記トラップ電圧の印加に引き続いて射出電圧を前記イオントラップの前記トラップ電極に印加するステップをさらに含む、請求項２８又は請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記イオントラップがトラップ端キャップ電極をさらに備えており、前記方法が、
前記トラップ端キャップ電極にｒｆ電位を印加するステップをさらに含む、請求項２８〜３０のいずれか一つに記載の方法。
【請求項３２】
前記トラップがトラップ端キャップ電極をさらに備えており、前記方法が、
前記トラップ端キャップ電極にｄｃ電位を印加するステップをさらに含む、請求項２８、２９、３０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３３】
前記トラップ容積内でイオンを絞るように、前記印加されたｄｃ電位を可変するステップをさらに含む、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記トラップ容積内の電場に２次より高い項を導入する形状の前記トラップ電極を提供するステップと、前記トラップ容積内のイオンのサブセットをその質量に従って選択するステップと、をさらに含む、請求項２８〜３３のいずれか一つに記載の方法。
【請求項３５】
前記イオントラップから射出されたイオン、又は断片／誘導体を前記イオントラップに再導入して戻すステップをさらに含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３６】
前記再導入するステップが、前記イオン出口開口から空間的に離れたイオン入口開口を介してイオンを前記イオントラップに再導入して戻すステップを含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記イオントラップから射出されたイオンを飛行時間型分光分析器に捕捉するステップをさらに含む、請求項３０、請求項３５、又は請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
収差を最小化するように、及び／又はイオンビームパラメータの空間電荷への独立性を最大化するように、前記トラップ電極の形状及び／又は半径を最適化するステップをさらに含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記イオントラップから射出されたイオンをオービトラップ質量分光分析器に捕捉するステップをさらに含む、請求項３０、請求項３５、又は請求項３６に記載の方法。
【請求項４０】
イオンが前記オービトラップに到着するときにイオンの空間的フォーカスの度合いを最大化するように、且つ／又は、イオン質量に対するイオンエネルギーの所望の依存性を導入するように、前記トラップ電極の形状及び／又は半径を最適化するステップをさらに含む、請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
前記トラップ電極の形状及び／又は湾曲半径及び／又は印加されるｒｆ電位を、前記トラップ容積内の電場の３次又はより高次の成分を強調又は抑制するように選択するステップをさらに含む、請求項２９〜３６のいずれか一つに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、帯電粒子を蓄積し且つ/又は質量分析器に射出するイオントラップに関する。限定するものではないが、特に本発明は、多反射飛行時間型分析器又はオービトラップ（orbitrap）のような静電トラップにイオンを注入するために適したイオントラップに関している。
【背景技術】
【０００２】
ＲＦイオントラップを含むイオントラップは十分に確立された装置であり、イオンの蓄積及びイオンサイクロトロン共鳴（ＩＣＲ）分析器のような質量分析器への蓄積されたイオンの射出を許容する。P.Kofel、M.Allemann、H.P.Kellerhals及びK.P.Wanczekの「イオンサイクロトロン共鳴分光分析法のための外部トラップイオン源」International Journal of Mass Spectrometry and Ion Processes、1989、87、237-247は方形トラップを記述しており、そこでは、全ての辺が等電位に保持されて、ＩＣＲ磁石からの浮遊場がトラップ動作を生成する。加えて、磁場の中又は外におけるイオン蓄積ＲＦトラップの使用が、その文書では示唆されている。
【０００３】
Rev.Sci.Instrum.、1992、63、4277-4284において、US-A-5,569,917において、及びUS-A-5,763,878において、S.Michael、M.Chien、D.Lubmanは、ＴＯＦ質量分析器への蓄積器及び注入器としての3Ｄ四重極イオントラップの使用を記述している。しかし、この従来技術のトラップにおけるイオン雲の限られた容積は、蓄積されたイオンの間に顕著なクーロン相互作用を生じさせる結果となり、これは、結果として得られるイオンビームのパラメータに大きく影響する。
【０００４】
直線状のイオントラップ及び湾曲したイオントラップは、イオン雲の容積の増加を可能にし、これより空間電荷が性能に影響を与え始めるレベルを低減した（通常は、イオンの許容数が1桁又はそれ以上増加される）。それゆえ、それらは、質量分光分析法、ならびに質量分析器へのイオン注入のためにより適していることが証明されている。M.W.Senko et al.、J.Am.Soc.Mass Spectrom.、1997、8、970-976は、ＦＴ−ＩＣＲ分光分析器とともに使用するためのある範囲の異なるトラップの使用を要約し、蓄積器としての八重極イオンガイド、及びその後に注入器としての第２の八重極の使用を記述しており、イオンは、トラップ軸に直交する方向ではなくトラップ軸の方向に、トラップの端から外に転送される。US-A-5,763,878にてFranzenは、平行な直線ロッドを備えてイオン射出がそのロッドに直交したトラップを記述している。Makarov et al.は、US-A-6,872,938において、直交射出を有する湾曲した多極ロッドトラップを記述している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、イオン雲がトラップ軸の実質的な長さに沿って分布されるにつれて、これは、この方向における引き続くフォーカスを困難にする。US-A-6,872,938におけるように、冷却されたイオン雲はＲＦ擬似電位の最小に位置し、この中央線（「軸」）は湾曲し得る。
【０００６】
最近導入されたオービトラップ質量分析器、及び多反射飛行時間型分析器の両方が、高い空間電荷容量だけではなく、イオン雲を時間的に並びに軸方向を含む全方向でフォーカスする能力を必要とする。イオンをオービトラップ質量分析器の小さな入口スロットを通ってフォーカスする湾曲したイオントラップが、US-A-6,872,938に記述されている。このフォーカスは、湾曲したイオントラップ自身の形状によって、並びにトラップとオービトラップ質量分析器との間に位置する湾曲したフォーカス及び偏向光学系を使用することによって、提供される。偏向光学系（ｚレンズ）はまた、イオンを湾曲した経路上に導き、これによって比較的高圧の蓄積トラップとターゲット質量分析器又はトラップとの間の直接視線（及びそこを通るイオンの飛行）をブロックすることによって、圧力の問題を低減する役割も果たす。
【０００７】
高い性能を提供するが、結果として得られる構造は多くの不利益を有する。第１に、これは製造には複雑である。第２に、これは広いスリット（焦点に近付くと減少する幅を有する）を必要とし、これが差動ポンピングに関する要求の増加をもたらす。第３に、このトラップは、オービトラップ自身よりも低い空間電荷容量を有するという不利益を被る。
【０００８】
さらに、トラップと質量分析器との間のレンズが湾曲しており、製造及び位置合わせには複雑である。加えて、蓄積され且つ質量分析器に射出されることができるイオンの質量範囲が限定される。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この背景に対して、及び本発明の第１の局面にしたがって、トラップ容積を間に形成するように配置された複数の細長いトラップ電極を備えるイオントラップが提供され、トラップ容積が長軸を有して一般的に細長く、長軸方向の両端（extremities）の近傍のトラップ容積の断面積が、その両端から離れた前記トラップ容積の断面積とは異なる。
【００１０】
その最も一般的な意味における発明的な概念は、これより、イオンに対する湾曲した非直線トラップ場を規定する。これは、より高いトラップ容量ならびにより高い質の空間的及び飛行時間的フォーカスが、例えば広範囲に（extensively）（しかし異なって）湾曲した複数の電極を有するイオン蓄積装置によって提供されることができるという驚くべき概念から生じている。新しいトラップは、通常はより低次の多極の拡張（例えば、四重極、八重極、など）を使用するＲＦイオントラップに対する伝統的な視点とは異なる。湾曲した非直線電極は複雑すぎ且つ予測不能すぎて、高くフォーカスされたビームの蓄積及びパルス注入に役立てることができないという広く支持された見解にもかかわらず、本発明者は、イオンの蓄積に関する限りは、ＲＦトラップは蓄積場の歪みに対して優雅に、又は積極的にさえ反応することを認識した。それゆえ、（ストークスの定理を使用して）電極形状に対する多極の拡張及びその変形から生じる形状に対する不必要な束縛の代わりに、射出に対するイオン光学的性能（ion-optical performance）が支配的な設計原則として使用されて、ＲＦ設計は二の次としている。これは、分析器に向かうイオンの射出の間は、ＲＦが典型的には（必然ではないが）オフされるという事実を尊重する。
【００１１】
代替的な局面では、本発明は、長軸を有するトラップ容積を間に形成するように配置された複数の細長いトラップ電極と、トラップ電極にｒｆ電圧を供給する電源と、を備えており、トラップ電極の形状及び／又は印加されるｒｆ電圧の大きさが、トラップ容積内に、その中のイオンに電気力を付与する電場を生成するように選択され、その電気力の大きさがトラップの長軸に平行に引かれた任意の線の少なくとも一部に沿って距離と共に変わる、イオントラップに存在する。
【００１２】
言い換えれば、本トラップは、放物性の非一定係数によく合致する擬似電位を確立するように構成されている。好ましくは、例えば少なくとも一つの平面で湾曲した電極を使用することによって、長軸が少なくとも部分的に湾曲され、電気力の大きさが湾曲した軸に平行な任意の線に沿って（すなわち、湾曲した軸に対して一定の距離を保つ任意の線に沿って）、距離と共に変化する。最も好適な実施形態では、この長軸に平行な電気力成分の導入（これは、トラップ内のイオンに、トラップの長軸に垂直でも平行でもない射出力をもたらす結果となる）が、少なくとも一つの平面で（トラップの断面積が長軸に沿って距離と共に変わるように）異なる湾曲半径を有する複数の電極を、あるいはより好ましくは、１つの湾曲した電極に対向するもう１つの一般的に平坦な平面電極を使用することによって、達成される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の好適な実施形態の効果は、以下の点を含む。
・トラップの低質量カットオフが電極間の可変ギャップによって不鮮明になるために、広い質量範囲のイオンが首尾よくトラップされ且つ射出されることができる。
・同じトラップ長に対して、より高い空間電荷容量。これは、射出の直前に、イオンビームをより良く絞る（squeeze）能力のためである。
・差動ポンピングのためのより狭いスリットが、射出されたイオンビームの低減された幅のために、使用されることができる。これは、例えば異なる湾曲を有する電極の使用によって生成されることができるより強いフォーカス動作のためである。
・射出トラップに引き続くイオン光学系の低コスト製造（ｚレンズは、複雑な湾曲した形状の代わりに、ここではより単純な平面対称性を有する）。
・射出トラップ自身の低コスト製造（表面が加工困難な湾曲した双曲線状のロッドをプレートに置き換える）。
・イオンビームのよりシャープなフォーカス。
・質量対電荷比から独立した方法でイオンを射出する能力。
本発明のさらなる特徴及び効果は、添付の請求項及び以下の記載から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
本発明は多くの方法で実行され得て、いくつかの実施形態がここで、添付の図面を参照しながら、例示のためのみに記述される。
【図１】イオン光学系の下流とともに本発明に従ったイオントラップの好適な実施形態の斜視図である。
【図２】イオン運動の平面における図１のイオントラップの断面図である。
【図３】イオン運動の平面に垂直な図１のイオントラップの断面図である。
【図４】イオン光学系の方向から見た図１のトラップの正面図である。
【図５】図１のイオントラップのイオン引き出しの平面における典型的な電位分布を示す図である。
【図６ａ】平行な射出イオンビームを生成する下流レンズシステムとともに図１のトラップの上面図を示す図である。
【図６ｂ】平行な射出イオンビームを生成する下流レンズシステムとともに図１のトラップの平面図を示す図である。
【図６ｃ】平行な射出イオンビームを生成する下流レンズシステムとともに図１のトラップの側面図を示す図である。
【図７ａ】本発明に従った様々な模式的な代替的電極配置を示す図である。
【図７ｂ】本発明に従った様々な模式的な代替的電極配置を示す図である。
【図７ｃ】本発明に従った様々な模式的な代替的電極配置を示す図である。
【図７ｄ】本発明に従った様々な模式的な代替的電極配置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の好適な実施形態に従ったイオン蓄積トラップが、ここで図面を参照して記述される。平行又は同心円状のトラップ電極表面を有する以前の装置とは対照的に、異なる湾曲の表面を有することが可能且つ有益であることが見出されてきている。いくつかの例が、図１、図２、及び図３に示される。
【００１６】
このトラップは、（３Ｄの四重極イオントラップとは異なり）実質的に細長い電極から形成される。これらの電極の間隔（スペース）は、トラップの中央領域よりも、トラップの両端でお互いから異なっている。電極の端は、端で外側に広がるか、または端で縮まっている。電極の数は３又はそれ以上であることができる。好ましくは、偶数個の電極が使用される。広がった端を有する４電極装置が、ここで特に記述される。電極の端の広がりは図面で、最も明瞭には図２及び図３に見ることができ、電極１０及び２０は、電極３０及び４０の内側表面がそうであるように、トラップの端に向かってお互いに遠ざかる。このタイプの構成のトラップの直接の効果は、より広い質量範囲のイオンが首尾よくトラップされて射出されることを可能にする点である。これは、ＲＦ四重極装置に通常存在する低質量カットオフが、ＲＦ電極１０〜４０の間の可変ギャップによって不明瞭にされるからである。同様の効果は、ロッドが、広がる代わりにその端に向かって小さくなっても得られる。
【００１７】
トラップは、電圧が印加される端プレート６０及び７０を有する。トラップからのイオンの射出に先立って、電極６０及び７０に印加された電位が、イオンをトラップの中心に向かって移動させ、イオン雲を圧縮する。雲の圧縮は、端プレート６０及び７０上の電圧を増やすことによって達成されることができる。同じ効果のために、ＲＦ電極に印加されたＤＣを、逆の方向に変化させる（ＤＣの差を大きくする）ことができる。両方法が電位の井戸の深化をもたらし、一定のエネルギーを有するイオンをその後により小さな空間に収縮する。雲の圧縮は、（断熱的に）傾斜させることにより、又は単に電圧の変化及び引き続く衝突冷却によって、ゆっくりと行われることができる。雲の圧縮は本発明の第２の効果を生成し、これは、トラップが増加した蓄積容量を有する点である。この効果は、電極がその端に向かって広がると、特に得られる。
【００１８】
これに加えて、トラップ電極１０及び２０の湾曲の差は、軸方向に沿ったイオンビームの強いフォーカスを作り出す合成場を生成するために使用されることができ、従来技術の装置とは異なり、この強いフォーカスは、トラップ内部で生じ始める。これは、増加した空間フォーカス効果を作り出し、これが今度は、従来技術の湾曲した電極の代わりに、平面ｚレンズ電極５１、５２、５３（図１）の使用を許容する。これは、これらの電極がそのような強いフォーカス動作を有する必要が無いからであり、このトラップがより厳しくフォーカスした射出イオンビームを作り出すので、イオンビームはこれらのレンズ要素に到達するときにはより小さい。このビームは、より小さな差動ポンピング開口を通して向きが定められることができ、これは、質量分析器上のガス負荷を低減することによって、器具のコストを減らす手助けをする。これらの効果は、後に示されるように、電極をそれらの端に向かって広げるか又は小さくすることによって、得られる。
【００１９】
電場の特性は、３つの電極表面によって支配される。第１は、トラップ電極１０の内側表面、すなわち、電極２０に面して図１の視点からは隠れている電極１０の表面である。電場を支配する第２の表面は、トラップ電極２０の内側表面（図１で見えていて電極１０に面している電極２０の表面）である。第３の且つ最も支配的な表面は、トラップ電極２０の外側表面（ｚレンズ５１、５２、５３に面していて、再び図１では隠れている）である。これら３つの表面は、それら自身はフォーカスさせないが、それにもかかわらず、それらは、イオンがトラップから射出されるときに、イオンによって主に「見られる」表面である。それゆえ、これらはイオンのフォーカスに支配的な役割を果たし、射出場を決定する表面とみなされる。
【００２０】
一般的に、イオンが射出されるときに通過する第１の電極（すなわち「引き出し」電極２０）又は背面電極（すなわち「押し出し」電極１０）の湾曲中心は、軸方向の焦点位置よりもトラップの近くにあるべきである。電極１０、２０の湾曲中心がイオン焦点と同じ線上にあることは、強制的ではないが好ましい。この線をトラップの対称軸として使用することもまた、好ましい。一般的に、
（Ｒ２＜｜Ｒ１｜及びＲ２＜ｆ）  又は  （｜Ｒ２｜＞Ｒ１及びＲ１＜ｆ）
である。ここで、Ｒ１は電極１０の湾曲半径、Ｒ２は電極２０の湾曲半径、及びｆはイオン焦点から軸までの距離である。｜...｜という記号は絶対値を示し、対応する半径が負の湾曲を有し得ること、すなわち、その中心がイオン焦点に対してトラップの反対側にあり得ることを示している。
【００２１】
それから、引き続く(好ましくは平坦な)レンズ５０は、電極２０及び／又は１０の初期フォーカス動作をわずかに低減するが、完全には補償しない。典型的には、イオンは、レンズ５０を通ってよりも、低エネルギーでスリット２１を通過してくる。所与のイオンビームパラメータに対する配置及び電圧の最適化は、トラップ及びレンズが、湾曲したトラップ及びレンズのシステムのものに匹敵する空間的及び飛行時間的収差を提供することを可能にする。
【００２２】
電極２０及び／又は１０の強い湾曲の結果として、トラップからのイオン射出の方向は、湾曲した軸に直交ではなく、直交から実質的に偏向している。
【００２３】
加えて、より複雑な形状は、より高次の場の強さを高めて、これによりトラップの空間電荷容量を増すことを手助けする。さらに、上述のように、ＲＦ電極１０及び２０の間のギャップはトラップの中心から離れると増加し、そのことが、トラップの端プレート６０、７０からの場がトラップ内により深く貫通し、（他の点では同様の電場及び配置パラメータに対して）イオン雲をより小さい長さに絞ることを可能にする。好ましくは、軸に沿ったＲＦは、上記及び図３で記すように、垂直方向における電極３０及び４０の間のギャップＧを増すことによってもまた、バランスされた状態を維持される。必須ではないが典型的に、Ｇは、電極１０及び２０の間のギャップにほぼ等しい。典型的には、電極３０及び４０の湾曲Ｒ３、Ｒ４は
｜Ｒ３｜＞Ｒ２；  ｜Ｒ４｜＞Ｒ２
であり、それらの湾曲中心はイオンの動きの平面の外側に位置する。電極の湾曲した形状は、通常は、共鳴励起を有するトラップの使用を排除する（トラップが主に、引き続く質量分析器のためのイオンパルスを準備する役割を果たすので、このことは、いずれにしても通常は必要とされない）が、特に、この目的のために非直線性、例えば高次の非直線性を支配する六重極又は八重極の多極構成要素がもたらされるときには、粗い質量選択又は調和関係を有する質量の選択のための使用は、依然として可能である。高次の多極場成分の追加によって、安定領域は単純な四重極の場合よりも複雑になる。これは、より複雑な質量走査機能をもたらし、主にターゲットにされているものとともに、イオンの選択又は非選択を生じさせ得る。イオンの安定性の判定のための解析的な表現が既知である純粋な又はわずかに乱された四重極場とは反対に、質量選択特性又は選択的な質量不安定走査は、イオン安定領域の数値的な決定、ならびに現在の操作慣習からのずれ、又は質量選択操作パラメータの完全な実験的決定さえ、必要とし得る。
【００２４】
動作時には、（正の）イオンは開口６０又は７０を介してトラップに入り（図２）、電極１０及び２０に印加されたＲＦ電位（位相１）、ならびに３０及び３０に印加されたＲＦ電位（逆位相、図３）によって発散を防がる。開口６０及び７０は、典型的には電極１０〜４０上のＤＣ電位に対してＤＣオフセットを有している（これは、通常は全てのロッドに対して同じであるが、オプションとして、電極１０のＤＣ電位は、トラップ内のイオンフォーカスを改善するために、電極２０のものよりも正であることができる）。あるいは、ＲＦ電位が、蓄積のために開口電極６０及び７０に印加されることができる。これは、独立した周波数及び振幅を有することができる。単一の電荷極性の粒子の蓄積のための使用のほかにも、開口電極上のこのＲＦは、正及び負のイオンの同時蓄積又は閉じ込めのために使用されることができる。正及び負のイオンが同じ空間に閉じ込められるとき、それらは様々な処理のために使用されることができ、これらは、電子転送分離（ＥＴＤ）を含む電子転送反応、電荷状態低減を含む電荷転送反応、電荷交換反応又は共鳴冷却を含むが、これらに限定されるものではない。これらの方法のいくつかはまた、トラップを通した逆電荷のビームの伝送によっても可能であるが、蓄積は、特に冷却又は運動的に制約された反応が望まれるならば、より長い反応時間を許容する。
【００２５】
トラップ内での残存ガスとの衝突は、イオンの運動エネルギーを、それらがその中にトラップされるまで低減する。オプションとして、WO-A-2006/103445に記載されているように、イオンは、軸８０に沿って冷却される前にトラップを複数回通過する。
【００２６】
開口６０、７０は、好ましくは、両側及び開口の内側にメタライゼーションを有するプリント回路ボード（ＰＣＢ）として作製される。これらのボードは、トラップ容積を内包して真空システムへのガス流を低減するために使用されることができる。しかし、そのような囲いは、表面に沿った絶縁破壊の可能性を導入する。後者は、ガス流を実質的に増加することなくメタライズされた領域を絶縁領域から分離する非常に薄い（厚さ１ｍｍのＰＣＢに対しては0.1〜0.2ｍｍ）の溝を設けることによって、避けられ得る。ある領域（例えば開口６０又は７０が電極２０又は１０に近付く点の近傍）では、電極１０又は２０は小さなくぼみ（やはり0.1〜0.2ｍｍ）を有し得て、これは、ガス流を顕著に増加させること無く、付加的なギャップを提供する。図４に示されているように、セラミックプレートはまた、頂部及び底部からトラップ容積を囲むためにも使用されることができる。
【００２７】
トラップに続いて、イオンは付加的に、（上述のように）それらに対する電圧を増すことによって、開口６０〜７０から離れるように絞られ得る。その後、WO-A-05/124,821に記述されているように電極１０〜４０上のＲＦ電位がシャントされ、ＤＣ電圧がこれらの電極に印加されて引き出し場を生成し、これが、（この場が、図５の等電位によって例示されるように実質的な軸方向成分を有するので）イオンを電極２０に向かって加速し且つ同時にそれらをトラップの軸に向かって押し出す。よりよい飛行時間的又は空間的フォーカスが達成されるように、ＲＦのシャントとＤＣ電圧の印加との間には遅れがあり得る。オプションとして、時間的に可変な電圧が、ＤＣ電位の代わりに印加され得る。この場は、イオンを、電極２０のスロット２１（図２及び図４）を介してトラップから出させてレンズアセンブリ５０に入れさせて、これがそれらを、好ましくはオービトラップ又は飛行時間型質量分析器である質量分析器内に、オプションの差動ポンピングを通してガイドする。前者に対しては、イオンビームを一点にフォーカスすることが好ましく、飛行時間型分析器に対しては、より大きなサイズの平行ビームを提供することが好ましい。後者は、好ましくは一対の円筒状レンズ９１、９２を含む図６ａ、６ｂ、６ｃに示されるレンズアセンブリ９０によって達成される。トラップから質量分析器へのガスのキャリーオーバーは、図６に又はWO-A-02/078046に示されるように、イオンビームの単一の又は二重の偏向を使用することによって、避けられる。レンズアセンブリは好ましくは、絶縁性又は抵抗性のスペーサによって隔てられたプレートのセットである。
【００２８】
可能な変形が図７ａ〜７ｄに示されている。最初に図７ａを参照すると、イオンビーム平面上に、本発明を具現化するイオントラップの全体的な外観が示されている。電極１０の半径＞電極２０の半径である。図７ｂは、イオンビーム平面上に、本発明の代替的な実施形態に従ったイオントラップの全体的な外観を示す。電極１０の半径は、ここでは負である。図７ａ及び７ｂの両方において、両電極１０及び２０は湾曲しているが、内側表面は平行ではなく、それらの表面の間のギャップは、トラップの中心においてよりも電極の端においてのほうが大きい。
【００２９】
あるいは、電極が端で広がる代わりに、それらは代わりに小さくすることができる。ここでは、両電極１０及び２０は湾曲しているが、内側表面は平行ではなく、それらの表面の間のギャップは、トラップの中心においてよりも電極の端においてのほうが小さい。この例は、図７ｃ及び７ｄに示されている。図７ｃにおいて、第１のそのような実施形態が示されており、電極２０の半径＞電極１０の半径である。
【００３０】
依然として更なる実施形態が図７ｄに示されており、ここでは、電極２０の半径は０よりも小さい。
【００３１】
飛行時間型質量分析器とともに使用されるとき、湾曲Ｒ１及びＲ２は、最低の収差、及び／又はイオンビームパラメータの空間電荷に対する最高の独立性を、好ましくはトラップからのイオンの出口で提供するように最適化されることができる。さらに下流では、これらのパラメータを最適化することは、より挑戦的になる。飛行時間型質量分光分析器の入口は、好ましくは、イオンビームをフォーカスされたビームからより平行なビームに変換する修正レンズ（図示されず）の後ろに置かれる。この修正レンズは、トラップの焦点に近くてもよく、又はそのいずれかの側にあってもよい。修正レンズの下流で、最初の焦点でＴＯＦ  ＭＳに入ることが便利であり得る。ＴＯＦ  ＭＳ装置を使用する際に、一つの特に適した配置は、我々が2007年12月21日付けで英国特許庁に出願した「多反射飛行時間型質量分光分析器」という名称の我々の出願に記載した多反射ＴＯＦ  ＭＳ装置であり、その内容は参照によってここに援用される。我々の同時係属出願番号GB0620963.9の多反射検出システムは、その又は任意の他のＴＯＦ  ＭＳ装置を通過するイオンの検出に特に好適であり得て、その内容は参照によってここに援用される。
【００３２】
オービトラップ質量分析器について、主な基準は、大きな空間電荷に対する厳しい空間的なフォーカス、及びときおりはイオンエネルギーの質量に対する適切な依存性である。再び、オービトラップへの入口が、湾曲した非直線イオントラップを出るイオンビームの焦点にできるだけ近くに位置することが望ましい。
【００３３】
正面及び背面電極の他の形状の変形が考えられ得て、例えば、
押し出し電極１０が平坦で、引き出し電極２０が湾曲している（トラップの外側正面から見たときに凹である）
電極２０が平坦で、電極１０が湾曲している（トラップの外側正面から見たときに凸である）
押し出し１０が平坦で、引き出し２０は、外側は双曲線的で内側は湾曲している
電極１０が平坦で、電極２０が円筒状である
電極１０及び２０が双曲線的である
両電極が円筒状である。
【００３４】
電極１０及び２０の形状は、特定のタスクのために最適化されるべきである。例えば、オービトラップへの注入のために最適な形状は、最低の飛行時間的収差のための最適形状とは異なることができる。
【００３５】
頂部及び底部電極３０及び４０の特別な形状の変形はまた、以下のように企図され得るが、これらに限定されるものではない：
双曲線状、
円筒状、
対称的、水平方向の分離と同様に垂直方向の電極の分離を維持するように湾曲されている（図３）、
非対称的（通常は射出の間に偏向を助けるために使用される）、
軸方向の場ができるだけ四重極に近くなるような頂部及び底部電極の湾曲（又は例えば特定の高次項を最大化するため）、
ＲＦ電位の最小線に沿って効果的な電位勾配が生成される（又は避けられる）ような頂部及び底部電極の湾曲。
【００３６】
トラップのフォーカス特性は、電極２０の外側形状を考慮することによって最適化されることができる。この電極面はまた、射出されたイオンビームの形状決定にも関与する。
・電極２０の外側の形状の変形（垂直方向における最良のフォーカスを提供するように最適化される）
・図４に示されるような、ベースとしての三角形又は円を有する回転の図（トロイド）。スリット２１は比較的狭いべきである（好ましくは、その高さよりは厚くない）
・トラップの内側からのガスの流れを最小化するための重量感のある電極内部での長いチャンネル。
【００３７】
本発明の特定の実施形態が記述されてきているが、当業者によって様々な改変及び改良が企図され得ることが理解されるべきである。例えば、異なる湾曲半径及び中心の湾曲した電極が、改良されたイオン蓄積及び／又は射出時の空間的なフォーカスを達成するために使用され得るが、同様の効果が他の類似の方法でも達成できることが理解されるべきである。例えば、連続した細長い電極の代わりに、一つ又はそれ以上のトラップ電極が、より短い電極部から代わりに形成されることができる。これらの電極部の各々は、湾曲することも直線であることもできる。いずれでも、湾曲した複合電極が形成され得る。実際のところ、差動電場の電極部への印加によって、それらは全て共直線的になることができ、トラップに沿った電場における適切な変化が、依然として達成されることができる。この方法における電場の生成は、参照によってここに援用されるWO-A-2007/000587として発行された我々の同時係属出願において、他のイオントラップ配置（オービトラップ）に関して記述されている。
【００３８】
本発明のトラップは、多くの異なる配置、特に、イオンを第１の方向（通常はトラップの長手方向に一般的に沿っている）で受け取り、それらを直交して射出する２Ｄタイプのイオントラップとともに最適に配置されたものにおける使用に適している。例えば、湾曲した非直線トラップは、我々の同時係属出願番号PCT/GB2006/001174の配置において特に有用であり得て、これは参照によって全体として援用される。
また、本発明のイオントラップは、以下に示すような変形例としてもよい。
［１］イオントラップであって、
複数の細長いトラップ電極と、
前記トラップからイオンを射出するためのイオン出口開口と、
(a)イオントラップ容積内でイオンをトラップするようにトラップ電圧を前記細長いトラップ電極に供給し、且つ(b)引き続いて、そこにトラップされたイオンを前記トラップの長手方向に平行でも直交でもない方向に前記イオン出口開口から射出させるように、射出電圧を前記トラップに供給する、ように構成された電圧供給手段と、
を備えており、
前記トラップ電極及びそれらの間の前記射出電圧が、前記トラップの長手方向に沿って非直線である電場を生成し、前記射出電圧の印加時に前記トラップの長手方向に沿った異なる位置で、イオンが、前記トラップの下流で前記イオンの空間的なフォーカスを生じさせるように異なる電場電位となる、イオントラップ。
［２］前記細長い電極の少なくとも２つが湾曲しており、且つ異なる半径及び異なる湾曲中心を有する、［１］に記載のトラップ。
［３］前記出口開口が前記複数の細長い電極の１つにある、［１］又は［２］に記載のトラップ。
［４］前記出口開口が、実質的に、前記少なくとも１つの細長い電極の長さに沿った中心点に形成されている、［３］に記載のトラップ。
［５］長軸を有するトラップ容積を間に形成するように配置された複数の細長いトラップ電極と、前記トラップ電極にｒｆ電圧を供給する電源と、を備えており、前記トラップ電極の形状及び／又は印加されるｒｆ電圧の大きさが、前記トラップ容積内に、その中のイオンに電気力を付与する電場を生成するように選択され、前記電気力の大きさが前記トラップの長軸に平行に引かれた任意の線の少なくとも一部に沿って距離と共に変わる、イオントラップ。
［６］前記長軸が少なくとも部分的に湾曲している、［５］に記載のイオントラップ。
［７］前記トラップ電極の少なくとも一つが湾曲している、［６］に記載のイオントラップ。
［８］第１及び第２の対向するトラップ電極を備えており、その少なくとも一つが、前記第１及び第２の電極の間の距離が前記トラップの長軸に沿って変化するように湾曲している、［７］に記載のイオントラップ。
［９］複数の細長いトラップ電極を有するイオントラップのトラップ容積にイオンをトラップする方法であって、前記方法が、
前記トラップ容積内に、その中のイオンに電気力を付与する電場を生成し、前記電気力の大きさが前記トラップの長軸に平行に引かれた任意の線の少なくとも一部に沿って距離と共に変わるステップを包含する、方法。
［１０］前記トラップ容積内に電場を生成するステップが、ｒｆ電圧を前記トラップ電極に供給するステップを含む、［９］に記載の方法。
［１１］前記電場を生成するステップが、前記トラップの長軸が少なくとも部分的に湾曲するように、少なくとも１つの湾曲した電極を設けるステップを含む、［９］又［１０］に記載の方法。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図６ｃ】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図７ｄ】
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【図７ｃ】
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