(57)【要約】【課題】質量分析器用イオントラップの分解能を改善する。【解決手段】本発明は、第１端部電極と第２端部電極との間に位置する複数の細長い電極を備え、これら複数の細長い電極と前記第１および第２端部電極とは、トラッピング空間を構成する二次元のイオントラップを提供するものであり、更に前記複数の細長い電極および前記端部電極の第１の組および前記第２の組と電気通信するコントローラは、前記複数の細長い電極のうちの少なくとも１つに印加される周期的な電圧を徐々に変え、よってイオントラップからイオンの質量対電荷比の大きさで径方向に放出する。同時にコントローラは、前記複数の細長い電極に対する前記端部電極のうちの少なくとも１つのＤＣオフセットを徐々に変えるようになっている。【選択図】図２
2009540500.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１端部電極と第２端部電極との間に位置する複数の細長い電極を備え、これら複数の細長い電極と前記第１および第２端部電極とは、トラッピング空間を構成し、更に前記複数の細長い電極および前記端部電極の第１の組および前記第２の組と電気通信するコントローラとを備え、前記コントローラは前記複数の細長い電極のうちの少なくとも１つに印加される周期的な電圧を徐々に変え、よってイオントラップからイオンの質量対電荷比の大きさでイオンを径方向に放出すると共に、同時に前記複数の細長い電極に対する前記端部電極のうちの少なくとも１つのＤＣオフセットを徐々に変えるようになっている二次元イオントラップ。
【請求項２】
前記コントローラは、前記複数の細長い電極に対する前記第１および第２端部電極のＤＣオフセットを同時に徐々に変えるようになっている、請求項１に記載の二次元イオントラップ。
【請求項３】
前記コントローラは、一連のステップで前記ＤＣオフセットを変えるようになっている、請求項１又は２に記載の二次元イオントラップ。
【請求項４】
前記ステップは、離散的である、請求項３に記載の二次元イオントラップ。
【請求項５】
前記放出されるイオンの前記質量対電荷比が増加するにつれ、前記コントローラはＤＣオフセットの大きさを増加するようになっている、請求項１乃至４の何れか１項に記載の二次元イオントラップ。
【請求項６】
前記コントローラは、前記質量対電荷比に対し、前記ＤＣオフセットの値をリニアに増加する、請求項１乃至５の何れか１項に記載の二次元イオントラップ。
【請求項７】
前記コントローラは、特定の質量対電荷比の値の放出されたイオンに対して望まれる特定された最大ピーク幅に基づき、ＤＣオフセットの大きさを増加する、請求項１乃至５の何れか１項に記載の二次元イオントラップ。
【請求項８】
前記周期的電圧は、ＲＦトラッピング電圧である、請求項１乃至７の何れか１項に記載の二次元イオントラップ。
【請求項９】
前記第１および第２端部電極の各々は、前記細長い電極の対応する電極と同心状に配置された複数のロッド電極を備える、請求項１乃至８の何れか１項に記載の二次元イオントラップ。
【請求項１０】
前記イオンは、前記細長い電極のうちの１つ以上に形成された少なくとも１つの開口部を通して放出される、請求項１乃至９の何れか１項に記載の二次元イオントラップ。
【請求項１１】
第１端部電極および第２端部電極と、複数の細長い電極とを有する二次元イオントラップから逐次イオンを放出する質量のための方法であって、
（ａ）前記細長い電極のうちの少なくとも１つに印加される周期的な電圧を徐々に変え、よってイオンの質量対電荷比の大きさで前記イオントラップから径方向にイオンを放出するステップと、
（ｂ）前記ステップ（ａ）と同時に、前記複数の細長い電極に対する前記端部電極のうちの少なくとも１つのＤＣオフセットを徐々に変えるステップとを備える、質量のための方法。
【請求項１２】
前記複数の細長い電極に対する前記第１および第２端部電極のＤＣオフセットを徐々に変えるステップを更に備える、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
一連のステップで前記ＤＣオフセットを変えるようになっている、請求項１１乃至１４の何れか１項に記載の方法。
【請求項１４】
前記ステップは、離散的である、請求項１１又は１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記放出されるイオンの前記質量対電荷比が増加するにつれ、前記コントローラは、ＤＣオフセットの大きさを増加させる、請求項１１乃至１４の何れか１項に記載の方法。
【請求項１６】
前記放出されるイオンの質量対電荷比の大きさが増加するにつれ、前記ＤＣオフセットの値は、リニアに増加する、請求項１１乃至１５の何れか１項に記載の方法。
【請求項１７】
特定の質量対電荷比の値の放出され、選択されたイオンに対して望まれる分解能により、ＤＣオフセットの大きさを増加する、請求項１１乃至１６の何れか１項に記載の方法。
【請求項１８】
前記周期的電圧は、ＲＦトラッピング電圧である、請求項１１乃至１７の何れか１項に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１および第２端部電極のうちの少なくとも１つは、前記細長い電極の対応する電極と同心状に配置された複数のロッド電極を備える、請求項１１乃至１８の何れか１項に記載の方法。
【請求項２０】
前記細長い電極のうちの１つ以上に形成された少なくとも１つの開口部を通してイオンを放出するステップを更に備える、請求項１１乃至１９の何れか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には質量スペクトルメータとして作動する二次元の四極イオントラップに関する。
【背景技術】
【０００２】
二次元（リニア）の四極イオントラップは、ＲＦ電圧、直流電圧またはそれらの組み合わせを電極に印加することにより発生する実質的に四極の静電電位により、複数の電極またはロッド構造によって形成されるトラッピング空間内にイオンを導入または形成し、この容積内に保持する装置のことである。
【０００３】
イオントラップ性能を損なうことなく、二次元イオントラップのための高い歩留まり率を維持するための製造上の試みが常になされている。イオントラップの性能は、例えばイオントラップ自身の構造および作動モードを含む多くの事項によって決まる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
二次元イオントラップ内で質量選択的不安定性スキャンを使用する際、（一部の研究者は四極電極のうちの２つの間にイオンを注入しているが）１つ以上の電極内の開口部を通して径方向にイオントラップからイオンは最も効率的に放出される。装置からイオンを放出できるように、二次元イオントラップ電極のうちの１つ以上に開口部（単数または複数）がカットされているとき、理論的な四極電位からの電位が低下するので、この開口部が存在することハ、性能上のいくつかの重要な要素に影響を与え得る。
【０００５】
二次元イオントラップ内に開口部を設けることは、理論的な四極電位を低下させるだけでなく、ロッド自身の構造上の完全性も低下させるので、軸方向（電極の長さに実質的に平行な方向）の機械的な偏差を生じさせ、最終的には質量スペクトルメータとして使用されるときのかかるイオントラップによって得られる分解能のような性能上の特性に影響する。
【０００６】
二次元イオントラップの性能は、三次元イオントラップよりも機械的な誤差の影響を受けやすい。三次元イオントラップでは、イオンのすべてがイオントラップの中心にある球形または楕円の空間、一般には直径が約１ｍｍのイオンクラウドを占める。しかしながら、二次元イオントラップ内のイオンは数ｃｍ以上となり得る軸方向のイオントラップの全長のうちのかなりの部分に沿って拡散する。従って、ロッドの幾何学的欠陥、不整合または電極の成形ミスは、二次元イオントラップの性能に実質的に影響を与える。例えば、電極のかなりの長さに沿って四極電極が平行でない場合、イオントラップ内の異なる軸方向位置にあるイオンは、若干異なる電界強度を受けるので、ｑ値が若干異なることになる。このようなｑ値の変動は、質量分析中にそれぞれの軸方向位置によって放出時間が決まる。この結果、全体のピーク幅が広がり、分解能が低下することになる。
【０００７】
上記のように二次元イオントラップが製造された後に、イオントラップが不合格となる１つの理由は、作動中の分解能が不良となることである。二次元イオントラップの解像度は、一般にピークの幅（分解能＝質量／ピーク幅）に換算して特定される。
【０００８】
軸方向の磁界の不均一性を生じさせる器械的な誤差の他に、電極の端部だけでなく、電極内にカットされているスロットの端部によっても生じるフリンジ電界も、装置の長手方向に沿った径方向の四極電界の強度の大きな偏差を生じさせる。電界を理想的に均一に維持するには、イオン放出開口部を電極の全長に沿って延ばすことになるが、このことは構造上の課題を多数生じさせる。これらを防止するために、イオン放出スロットは、一般にイオントラップの全長の中心領域の一部（例えば６０％）に沿ってしか位置していない。しかしながら、このことはロッドの端部の効果の他に、スロットの端部の近くの径方向の四極電位のずれを生じさせる。従って、これら領域にあるイオンは、装置の中心に多くあるイオンとは異なる時間に放出されることになり、このことも質量分解能を低下させる結果を生じさせる。
【０００９】
かかる装置に対する分解能は、大型の軸方向トラップ電界を利用することによって改善することが知られている。このことは、図１から理解でき、図中の曲線１０５は、軸方向の位置（イオントラップの軸方向に沿ったイオンクラウドの位置）を関数とする軸方向の電位を示す。軸方向の大きいトラップ電界は、イオンクラウドの軸方向の拡散を低減し、イオンクラウドが、磁界の小さい不均一性しか受けないようにクラウドを圧縮する。このことは、得られるｑ値の変動をより小さくでき、その結果、分解能がより良好となる。不幸なことに、イオンクラウドを圧縮することは、空間電荷によって誘導される質量のシフトを同時に増加させる。このことは、この装置におけるイオン蓄積空間または空間電荷容量を脅かす。最終的に、このように軸方向の電位が変わるので、分解能と空間電荷容量とを妥協させなければならない。
【００１０】
従って、空間電荷容量に与える影響を最小にしながら、分解能を高める改善された二次元イオントラップおよびかかる二次元トラップを作動させる方法が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の１つの様相によれば、上記欠点またはその他の多くを克服した装置よび方法が開示される。
【００１２】
本発明は、第１端部電極と第２端部電極との間に位置する複数の細長い電極を備え、これら複数の細長い電極と前記第１および第２端部電極とは、トラッピング空間を構成する二次元のイオントラップを提供するものであり、前記複数の細長い電極および前記端部電極の第１の組および前記第２の組とコントローラが電気通信するようになっており、このコントローラは、前記複数の細長い電極のうちの少なくとも１つに印加される周期的な電圧を徐々に変え、よってイオントラップからイオンの質量対電荷比の大きさでイオンを径方向に放出する。同時にコントローラは、前記複数の細長い電極に対する前記端部電極のうちの少なくとも１つのＤＣオフセットを徐々に変えるようになっている。
【００１３】
一般的に本発明の１つに様相によれば、前記コントローラは、前記複数の細長い電極に対する前記第１および第２端部電極のＤＣオフセットを同時に徐々に変えるようになっている。前記ＤＣオフセットを一連のステップで変えてもよく、前記一連のステップを離散的にしてもよい。前記コントローラは、前記質量対電荷比の増加とともに、ＤＣオフセットの大きさを増加できる。前記コントローラは、質量対電荷比に対し、前記ＤＣオフセットの大きさをリニアに増加できる。
【００１４】
特定の実現例は、次の特徴の１つ以上を含むことができる。前記コントローラは、特定の質量対電荷比の値の放出されたイオンに対して望まれる特定された最大ピーク幅に基づき、ＤＣオフセットの大きさを増加できる。前記第１および第２端部電極は、前記細長い電極の対応する電極と同心状に配置された複数のロッド電極を備える。
【００１５】
本発明の１つの特徴によれば、第１端部電極および第２端部電極と、複数の細長い電極とを有する二次元イオントラップから逐次イオンを放出する質量のための方法は、１つ以上のステップを含むことができる。例えば、これらステップは、前記細長い電極のうちの少なくとも１つに印加される周期的な電圧を徐々に変え、よってイオンの質量対電荷比の大きさだけ前記イオントラップから径方向にイオンを放出するステップを含むことができ、この方法は、更に周期的電圧を徐々に変えるステップと同時に、前記複数の細長い電極に対する前記端部電極のうちの少なくとも１つのＤＣオフセットを徐々に変えるステップも備える。
【００１６】
本発明は、次の利点の１つ以上を実現するように実施できる。徐々に変化するＤＣオフセットを利用することにより、特定の質量対電荷比またはその値のレンジに対して、分解能を改善できる。徐々に変化するＤＣオフセットを利用することにより、固定されたＤＣオフセットと比較し、質量対電荷比のより広いレンジにわたって分解能を完全できる。更に徐々に変化するＤＣオフセットを利用することによって、例えば固定されたＤＣオフセットを使用した場合に不合格となる分解能の仕様を、二次元イオントラップが満たすことできるようになる。
【００１７】
次の詳細な説明、図面並びに請求項を読めば、本発明の別の利点および特徴が明らかとなろう。
【００１８】
本発明の特徴および目的を更に良好に理解するために、添付図面と共に次の詳細な説明を参照する。
【００１９】
いくつかの図面にわたり、同様な参照番号は対応する部品を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図２には、二次元イオントラップ２００が示されており、このイオントラップは端部レンズ、すなわち電極２１０および２１５に印加されたＤＣ電圧だけで得られる軸方向のトラップを有する単一部分２０５を備える。
【００２１】
二次元状の実質的な四極の構造体２００は、複数の細長い電極またはロッドを備え、特殊な場合、２対の対向する細長い電極、すなわち第１ペア２２０、２２５と、第２ペア２３０、２３５とを備える。この図では、以下、約束として細長い電極ペアは、ｘおよびｙ軸に整合し、よって第１ペア２２０、２２５をＸの細長い電極ペアとして表示し、第２ペア２３０、２３５をＹの細長い電極ペアとして表示する。これら細長い電極は、第１端部プレート（またはレンズ）２１０と第２端部プレート（またはレンズ）２１５との間に位置している。作動時に、これら電極２１０、２１５、２２０、２２５、２３０および２３５は、トラッピング空間２４０を構成する。端部電極２１０のうちの少なくとも１つは、開口部２４５を有し、この開口部を通してイオンを放出できる。内部とラッピング空間２４０、例えば長さが４０ｍｍの大きさの空間内にイオンがトラップされた状態に維持するために、電極２１０および２１５に適当な電圧を加えることができる。イオントラップ２００に進入する矢印２５０の方向のイオンに対してゲート操作するように、入射端部電極２１０を使用できる。イオンをトラップするためにトラッピング空間２４０内に軸方向の電位井戸が形成されるように、これら２つの端部電極２１０および２１５の電位は、トラッピング空間２４０の電位とは異なっている。
【００２２】
Ｘの細長い電極ペア２２０および２２５のうちの少なくとも１つにおける細長い開口部２５５により、四極イオントラップ構造体２００の中心軸線２６５に直交する方向となっている矢印２６０の方向に（質量選択的不安定性スキャンモードで）トラップされたイオンを、質量選択的に放出することが可能となっている。中心軸線２６５は、細長い電極２２０、２２５、２３０および２３５に長手方向に平行であり、これによってイオントラップ２００をイオントラップ質量スペクトルメータとして使用することが可能となる。この質量スペクトルメータでは、例えば放出されたイオンを適当な検出器へ送り、質量対電荷比の情報を得るようになっている。
【００２３】
図示されるように、構造体内で所望される四極ＲＦ電位の等電位プロフィルに実質的に一致する双曲面プロフィルを有する双曲面形状の細長い電極２２０、２２５、２３０および２３５により、二次元の実質的に四極の電位が発生される。しかしながら、直線形状または他のカーブした電極形状によって、細長い電極２２０、２２５、２３０および２３５を形成することも可能である。同様に、開口部２５５の幾何学的形状は、一部は細長い電極の形状および曲率に応じて決まる。
【００２４】
二次元のイオントラップ２００は、前記複数の細長い電極２２０、２２５、２３０および２３５と第１端部電極２１０および第２端部電極２１５と電気通信するコントローラ２７０を介して、二次元イオントラップ２００が操作される。イオンを二次元イオントラップ２００が捕捉し、トラップし、蓄積し、その後、質量対電荷比の大きさで、径方向に放出できるように、必要な電位を印加するようにコントローラ２７０は構成されている。
【００２５】
イオン放出中、二次元イオントラップ構造体２００内に軸方向にイオンが注入される。これらイオンは、Ｘの細長い電極２２０、２２５およびＹの細長い電極２３０、２３５に印加されるＲＦ四極トラッピング電位により、イオンは径方向に保持される。端部電極２１０および２１５に軸方向のトラッピング電位、一般的にはＤＣオフセット電位を印加することにより、イオンは軸方向にトラップされる。注入イオンの運動エネルギーを低減し、従ってリニアイオントラップのトラッピングおよび蓄積効率を高めるのを助けるのに、約１×１０-3トールの圧力のダンピングガス、例えばヘリウム（Ｈｅ）または水素（Ｈ2）が使用される。イオンが注入された後に、このような衝突冷却が続き、この冷却はイオンクラウドのサイズおよびエネルギーの拡散を低減することを助け、このことは検出サイクル中の分解能および感度を高める。
【００２６】
短い蓄積時間ｔ1の後で、トラップされたイオンが質量対電荷比の大きさで不安定となるようにトラッピングパラメータを変える。これを行うには、例えば、従来通り、複数の細長い電極２２０、２２５、２３０および２３５のうちの少なくとも１つに印加されている周期的電圧を徐々に変え、検出方向にロッドの間に双曲ＡＣ共振注入電圧を加えながら、ＲＦ電圧の大きさが時間ｔ2の間で、より高い大きさにリニアにランプ関数に従って変化するよう、ＲＦ電圧の大きさを変える。図３にはこの放出プロセスが示されており、これら不安定なイオンはオントラップ構造体２００の境界を越える軌跡を発生し、ロッド構造体２２０内の開口部２５５または一連の開口部を通って電界から離間する。これらイオンは検出器を介して収集でき、その後、この検出器から得られた信号を利用して、最初にトラップされたイオンの質量スペクトルをユーザーに表示できる。
【００２７】
関連するタンデム型質量分析器、例えばフーリエ変換質量分析器、ＲＦ四極分析器、タイムオブフライト分析器、三次元イオントラップ分析器または静電分析器に後に軸方向に注入できるよう、イオンを処理し、蓄積するのに、上記二次元イオントラップを使用することもできる。
【００２８】
この構造の重要な欠点は、軸方向のトラッピング電界がイオントラップ２００の内部に十分進入せず、イオンがトラップの中心から更に移動することが可能となっていることである。このことは、図１内の曲線１１０から理解できよう。この曲線１１０は端部レンズに２００Ｖを印加すると、１ｅＶの軸方向エネルギーを有するイオンがほぼ４０ｍｍ（中心から±２０ｍｍ）だけカバーするように広がることを示している。しかしながら、このことは電極の端部におけるフリンジ電界および放出開口部の有限長さに起因して、イオンが軸方向の電界のより大きい不均一性を受け、イオントラップから放出されたイオンの検出分解能が影響されることを意味する。
【００２９】
本発明の１つの様相では、図４に示されるように、二次元イオントラップ２００の内部トラッピング空間２４０から外でイオンがスキャンされる間、これと同時にＤＣオフセットを徐々に変更する。この特定の例では、細長い電極２２０、２２５、２３０、２３５のうちの少なくとも１つに印加される周期的電圧（ＲＦ）（当初イオンをトラップするのに使用されたのと同じ周期的電圧）および放出開口部２５５を含む少なくとも１つのＸペアの細長い電極２２０および２２５に印加されるＡＣ共振励起電圧を徐々に変えることにより、イオンは径方向にスキャンされている。徐々に変化する周期的ＤＣオフセットの大きさは、デジタル−アナログコンバータによって可能となるように、大きさをランプ関数に従って変えるか、または一連の離散的ステップで変えることができる。これとは異なり、アナログ回路を使用する場合、コントローラ２７０は、更に図４に示されるように、徐々に変化する周期的ＲＦ電圧を連続的に変えるようにすることもできる。
【００３０】
当初、二次元イオントラップ２００のトラッピング容積内に最大数のイオンがトラップされると、空間電荷容量を最大にすることが望ましい。本発明の別の様相によれば、低質量対電荷比のイオンを質量分析する間は、低ＤＣオフセットを加えることができ、イオントラップ質量スペクトルメータのための代表的な分解能の仕様を満たすことができる。しかしながら、低ＤＣオフセットの値は、当然、イオンを故意に注入しなければトラッピング空間内にイオンをトラップした状態に維持し、イオンが逃れないようにするのに必要なＤＣオフセットの値以上としなければならない。高質量対電荷比のイオンを質量分析する間、高ＤＣオフセットを印加できるので、これら値に対する分解能を最大にできる。高ＤＣオフセットを利用することは、作動中のこの時点での空間電荷容量を低減できるが、（既に二次元イオントラップからは、より低い質量のイオンが放出されているので）実際にはトラッピング空間内には少ないイオンしかトラップされず、この結果、空間電荷容量はこの時点であまり重要とはならない。
【００３１】
第１端部電極２１０または第２端部電極２１５のいずれか、またはその双方に徐々に変化するＤＣオフセットを印加できる。これら電極のうちのいずれかまたはそれらの任意の組み合わせに対するＤＣオフセットを徐々に変化させるという選択方法により、細長い電極の他端よりも一端の近く、またはイオントラップの両端で生じる製造時の不正確さを補償することが可能となる。
【００３２】
本発明の更に別の特徴によれば、サンプル分析の前にイオントラップ２００を較正し、高い値の質量対電荷比が、任意のタイプのスキャンに対する分解能の仕様内に入るか、または許容できる指定された最大ピーク幅よりも低くできるようにするのに必要な、軸方向の最小電位の値を提供するよう構成される。このような較正により、イオントラップから放出されるイオンの質量対電荷比のレンジにわたって、分解能を最大にするよう、ＤＣオフセットをどのように徐々に変えるべきかを決定することが可能となる。これに関し、例えば特定の質量対電荷比の値の、放出されるイオンに対して望まれる最大指定ピーク幅に基づき、コントローラによってＤＣオフセットの大きさを制御することができる。一般に、測定機器ごとにユニークな較正が必要であり、この較正は、分析する質量対電荷比の値、または分析する質量対電荷比の値のレンジに応じて決まる。しかしながら、後に明らかとなる理由から、異なるスキャンモードの間で、較正を変える必要はない。かかる較正中、当業者には端部電極の一方または他方、もしくはその双方にＤＣオフセットを印加しなければならないかどうかは明らかであろう。
【００３３】
図５および６には実験データが示されており、これら図は、空間電荷容量に対する影響を最小にするのと同時に、特定の分解能（またはピーク幅）を得るためにイオンクラウドの軸方向の分散をどのように制御できるかを示している。
【００３４】
図５は、異なるスキャン条件のもとで、種々のｍ／ｚ値のイオンに対して得られる分解能のグラフを示す。分解能はピーク幅に関連しているので、このグラフ表示は質量対電荷比に対するピーク幅の変化を示す。
【００３５】
Ａと表示されたマークであるダイヤモンド形状のマークで識別される曲線に従うと、ｍ／ｚ比が通常のスキャンモード中に増加すると、ピーク幅も増加することが理解できよう。ｍ／ｚ１８２２では最大ピーク幅は０.７ｍ／ｚより大きく、これによって製造中にこのイオントラップが不合格となり得る。その理由は、通常のスキャン分解能の限界は、１８２２であり、この限界は通常、０.６２ａｍｕの領域内にあるからである。約０.７ａｍｕより大きいピーク幅は、スペクトルデータの有効性を厳しく制限する。その理由は、等方性イオンを互いに区別できないからである。これら基準によれば、このイオントラップは不合格となり得る構造上の品質であると見なされ、品質管理要員によって不合格となる可能性が最も高い。その理由は、１２Ｖの固定された軸方向のＤＣオフセット電位を使用する際に、ｍ／ｚ比１８２２では通常のスキャン分解条件を半分の回数しか満たすことができないからである。
【００３６】
Ｃで表示されたマークである正方形のマークで示されるように、より低速のスキャンモード（強化スキャンと称される）を実施するとき、ｍ／ｚ比が増加すると、ピーク幅はこのスキャンレートに対し、０.４５の最大製造仕様を再度１回超えることが理解できよう。
【００３７】
通常のスキャンレートを使ったＤＣオフセット較正を実行すると、Ｂで表示されたマークであるｘアイコン（ｘ）で示されるように、約４６ＶのＤＣオフセットを印加した場合、ｍ／ｚ比１８２２に対して０.６５ｍ／ｚよりも良好なピーク幅が得られると判断された。トラッピング空間内にマークがトラップされたままとなることを保証するのに、１２Ｖの軸方向電位の値が知られている（１２Ｖよりも低い電位の値でもこれを保証できる）のでｍ／ｚ１８２２にて１２から４６へ徐々に変化するＤＣオフセット、すなわちｍ／ｚにつき（４６−１２）／１８２２＝約１９ｍＶが必要である。図５は、このように徐々に変化するＤＣオフセット電位を使用することにより、高いｍ／ｚ値における分解能を大幅に改善できることを示している。
【００３８】
ＤＣオフセット較正は、通常のスキャンレート（６０μｓｅｃ／ａｍｕ）を使って実行されたが、ＤおよびＦによってそれぞれ示されるように、高いスキャンレート（２００μｓｅｃ／ａｍｕ）およびズームスキャンレート（９００μｓｅｃ／ａｍｕ）の双方に対して改善がなされることが分かった。
【００３９】
端部電極２１０、２１５のうちの少なくとも１つで、徐々に変化するＤＣオフセットを利用すると、ピーク幅が０.６５ａｍｕより下まで低下することが分かる（分解能は既に高くなっている）。この値は標準的なイオントラップの性能の仕様に近く、このデバイスが有効な質量スペクトルを発生するのを可能にする。
【００４０】
ほとんどの方法を使って分解能を改善するための妥協方法は、イオンクラウドのサイズが圧縮されることに起因し、空間電荷を増加し、デバイスの容量を小さくすることである。図６は、イオントラップの容量を関数とする端部部分または端部電極の電圧のプロットを示す。この図は、２つの異なるｍ／ｚ比の値５２４.３および１１２２に対する通常のスキャンレートにおける空間電荷許容度に対する、徐々に変化するＤＣオフセットの作用を比較するものである。
【００４１】
この特定のトラップが分解能の仕様をパスするのに必要とされる、４６Ｖの固定された軸方向の電位を利用する場合、空間電荷許容度を約３０％だけ低減する。徐々に変化するＤＣオフセットを使用すると、ｍ／ｚ比５２４および１１２２における空間電荷許容度は、約１０％しか低減されないことが分かる。
【００４２】
高品質の構造の二次元イオントラップに対しては、ＤＣオフセットを徐々に減少しながら変化させることが必要であり、このような制御はより大きい空間電荷容量を有する、より高い品位のイオントラップを提供するものである。例えば１２Ｖの軸方向の固定電位を使って１８２２で特定のイオントラップが０.６９の平均ピーク幅を発生したことが分かっている。すべてのスキャンレートにおいて、分解能の較正を信頼できるようにパスするピーク幅を提供するのに、ｍ／ｚランプ関数レート当たり２.５ｍＶだけでよいと判断された。
【００４３】
セグメント化されていない二次元のイオントラップを参照して説明したが、本発明の要旨はセグメント化された二次元のイオントラップ、すなわち本明細書で参考例として援用する「イオントラップ質量スペクトルメータシステムおよび方法」を発明の名称として、１９９５年５月３０日にビール氏外に発行された米国特許第5,420,425号に記載されているような他の構造の二次元イオントラップにも適用できる。この場合、端部電極が端部部分の形状となり、各端部部分は細長い電極の対応する部分と同心状に配置された複数の電極を備える。
【００４４】
実際には、図７はビール氏外を発明者とする米国特許第5,420,425号の図２Ａに示されたイオントラップに類似する二次元のイオントラップ３００の斜視図である。図７のこれら二次元イオントラップは、図２を参照して説明し、示した、イオントラップ２００の場所を占める。図２の要素に類似する要素については、同じ番号を付けてある。図７のイオントラップ３００は、単一セグメントの他に、図２の電極に類似する複数の細長い電極２２０、２２５、２３０、２３５を含む少なくとも１つの中心セグメント３０５を有する。図７のイオントラップ３００は、端部電極の代わりに第１端部セグメント３１０および第２端部セグメント３１５を有し、これらセグメントは端部電極のそれぞれの組を備える。第１端部セグメント３１０は、第１の複数のロッド電極３１９、３２０、３２１および３２２を含む第１の組を有し、第２端部セグメント３１５は第２の複数のロッド電極３１１、３１２；３１３、および３１４を含む第２の組を有する。端部セグメント３１０、３１５のロッド電極は、中心セグメント３０４の細長い電極と同時に配置できる。中心セグメント３０５の細長い電極の各々および図２の実施例に類似する端部セグメント３１０、３１５の電極の各々に、コントローラを接続できる。
【００４５】
以上で、特定の実施例を参照し、説明のために実施例を説明した。しかしながら、これら説明はすべてを網羅したものではなく、また本明細書に開示したものと同じ形態だけに本発明を限定するものではない。上記要旨を検討すれば、多くの変更または変形が可能である。本発明の原理およびその実際的な使用を最良に説明するよう、実施例を説明し、考えられる特定の用途に合いするように、当業者が種々の変形例と共に本発明および種々の実施例を最良に利用できるようにした。
【００４６】
本願は、本発明者により２００６年６月５日に出願された米国仮特許出願第60/811,263号に基づく優先権を主張するものである。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】種々のイオントラップ構造に対する軸方向トラッピング電位と軸方向位置との関係を示すグラフである。
【図２】軸方向トラップのための端部電極と共に、単一断面の二次元イオントラップを示す略図である。
【図３】イオントラップから質量対電荷比でイオンを放出するランプ関数状ＲＦ電位と共に、固定されたＤＣオフセットを印加することをグラフで示す。
【図４】イオントラップから質量対電荷比でイオンを放出する、徐々に変化する周期的電圧（ＲＦ）と共に、徐々に変化するＤＣオフセットの印加をグラフで示す。
【図５】異なるスキャン条件のもとでの種々のｍ／ｚ値のイオンに対して得られる分解能を示すグラフである。
【図６】端部部分または端部電極のオフセットを変えた場合の２つのｍ／ｚに対するイオントラップ容量の変化を示すグラフである。
【図７】軸方向トラップのための端部電極を形成する端部部分を有する複数の部分を備えた、二次元イオントラップの別の実施例の、図２に類似した斜視略図である。
【符号の説明】
【００４８】
２００    イオントラップ
２１０、２１５    電極
２２０、２２５    第１ペア
２３０、２３５    第２ペア
２４０    トラッピング空間
２４５    開口部
２５５    開口部
【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６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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