(57)【要約】【課題】著しいイオン損失か又は電力損失を生じさせることなく、イオンを効率よく輸送する、質量分析計システムのための多重極装置を提供する。【解決手段】本発明は、質量分析計システムのための多重極装置を提供する。一般に、多重極装置は、複数の導電性ロッドを含む。該複数の導電性ロッドは、導電層と、抵抗層と、該導電層と該抵抗層との間の絶縁層とを含む。本発明は、イオン輸送、イオン断片化、及びイオン質量フィルタリングを含む様々な用途において使いみちを見いだせる。従って、本発明を様々な質量分析計システムにおいて用いることができる。【選択図】図４Ａ
2006108091.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量分析システムの均一な高周波（ＲＦ）電界内の軸上において、イオンを閉じ込め且つ輸送するための多重極装置であって、
複数のロッドであって、該複数のロッドの各々が、
導電層と、
抵抗層と、
前記導電層と前記抵抗層との間に配置された絶縁層
とを含む、複数のロッドを備え、
前記ロッドは、均一なＲＦ電界内の軸上において、イオンを閉じ込め且つ輸送することからなる、多重極装置。
【請求項２】
ＲＦ電圧を供給するための、前記ロッドに接続されたＲＦ電圧源と、
ＤＣ電圧を供給するための、前記ロッドに接続されたＤＣ電圧源
とを含む、電力源を更に備え、
前記複数のロッドは、
前記イオンを前記軸に沿って移動させるための、前記軸に沿った直流電界勾配と、
前記均一な高周波電界
とを提供するために電気的に接続されることからなる、請求項１に記載の多重極装置。
【請求項３】
前記導電層と前記抵抗層とは、各ロッドの一方の端部において電気的に接続される、請求項１に記載の多重極装置。
【請求項４】
前記導電層は、中心コアである、請求項１に記載の多重極装置。
【請求項５】
前記多重極装置は、前記軸から等間隔に配置された４つか、６つか、又は８つのロッドを含む、請求項１に記載の多重極装置。
【請求項６】
前記多重極装置は、衝突セルか、質量フィルタか、又はイオンガイドである、請求項１に記載の多重極装置。
【請求項７】
多重極質量フィルタであって、
イオンを受け入れるための入力端と、
所定の質量のイオンを放出するための出力端と、
前記入力端から前記出力端まで延在する中心軸
とを提供するように構成された、複数の導電性ロッドを備え、
前記ロッドの一方の端部か又は両端部は、
導電層と、
抵抗層と、
前記導電層と前記抵抗層との間に配置された絶縁層
とを含むことからなる、多重極質量フィルタ。
【請求項８】
質量分析計システムであって、
イオン源と、
多重極装置であって、
複数のロッドであって、該複数のロッドの各々が、
導電層と、
抵抗層と、
前記導電層と前記抵抗層との間に配置された絶縁層
とを含む、複数のロッドを備え、
前記ロッドは、均一なＲＦ電界内の軸上において、イオンを閉じ込め且つ輸送する
ことからなる、多重極装置と、
イオン検出器
とを備える、質量分析計システム。
【請求項９】
多重極装置内において、イオンを閉じ込め且つ輸送するための方法であって、
（ａ）軸に沿って前記多重極装置内において前記イオンを閉じ込めるステップと、
（ｂ）均一なＲＦ電界内において前記イオンを輸送するステップ
とを含む、方法。
【請求項１０】
前記方法は、多重極装置を使用し、該多重極装置が、
複数のロッドであって、該複数のロッドの各々が、
導電層と、
抵抗層と、
前記導電層と前記抵抗層との間に配置された絶縁層
とを含む、複数のロッドを備え、
前記ロッドは、均一なＲＦ電界内の軸上において、イオンを閉じ込め且つ輸送することからなる、請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に多重極装置に関し、特に質量分析計システムのための多重極装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
質量分析法（mass spectrometry）は、サンプルの定量元素分析のために用いられる分析方法である。サンプル中の分子は、分析計によってイオン化され、それらイオンのそれぞれの質量に基づいて、分離される。次いで、分離された検体イオン（又は分析物イオン：analyte ion）が検出され、サンプルの質量スペクトラム（又はスペクトル）が生成される。該質量スペクトラム（又はスペクトル）は、質量に関する情報を提供し、場合によっては、サンプルを構成する様々な検体（又は分析物）粒子の量についての情報を提供する。特に、質量分析法は、検体内における分子と分子断片（molecular fragments）との分子量を判定するように使用されることが可能である。更に、質量分析法は、断片化パターン（fragmentation pattern）に基づいて、分析物内における成分を識別することができる。
【０００３】
質量分析法によって分析するための検体イオンを、様々なイオン化システムの任意の１つによって生成することができる。例えば、大気圧マトリックス支援レーザ脱離イオン化法（又は大気圧ＭＡＬＤＩ法：Atmospheric Pressure Matrix Assisted Laser Desorption Ionizaton（ＡＰ−ＭＡＬＤＩ））、電界非対称イオン移動度分光測定法（又はフィールド非対称波イオン移動スペクトロメトリ：Field Asymmetric Ion Mobility Spectrometry（ＦＡＩＭＳ））、大気圧イオン化法（Atmospheric Pressure Ionization（ＡＰＩ））、エレクトロスプレーイオン化法（Electrospray Ionizaton（ＥＳＩ））、大気圧化学イオン化法（Atmospheric Pressure Chemical Ionizaton （ＡＰＣＩ））、及び誘導結合プラズマ（Inductively Coupled Plasma（ＩＣＰ））システムを、質量分析システムにおいてイオンを生成するために用いることができる。これらのシステムの多くは、大気圧（７６０トル）か又はそれに近い圧力でイオンを発生させる。該イオンが発生させられると、検体イオンが、質量分析計内に取り入れられなければならない、すなわちサンプル化されなければならない。典型的には、質量分析計の内部は、高真空レベル（＜１０−４トル）か、又は更に超高真空レベル（＜１０−７トル）に維持される。実際には、イオンの採取（サンプリング）は、１つか又は複数の中間真空チャンバを経由して、イオン源から高真空質量分析計チャンバへと、厳密に閉じ込められたイオンビームの形態で検体イオンを輸送（又は移送）することが必要である。各々の中間真空チャンバは、先行チャンバと後続チャンバとの間で真空レベルに維持される。従って、検体イオンを輸送（又は移送）するイオンビームは、イオン形成に関連した圧力レベルから質量分析計の圧力レベルにまで段階的に遷移する。
【０００４】
大部分の用途において、著しくイオンを損失することなく、質量分析計システムの各々の様々なチャンバを経由してイオンを輸送（又は移送）することが望ましい。イオン輸送は、通常、細いビームにおいて画定された方向にイオンを移動させるイオンガイドを用いて成し遂げられる。イオンガイドは、典型的には、電磁界を利用してイオンを半径方向（ｘ及びｙ）に制限するが、軸方向（ｚ）のイオン輸送を可能にさせるか又は促進させる。
【０００５】
イオンガイドはまた、電気的な擬似ポテンシャル井戸（pseudo-potential wells）を形成するために反発力の不均一な高周波（ＲＦ）電界を用いて、検体イオンがガイドを通過する際の検体イオンを制限し、並びに、装置の入力端と出力端との間の電位差を用いて、ガイドを通じてイオンを移動させる。しかしながら、先行技術の装置は、高抵抗多重極ロッドが使用される場合には、「ＲＦ垂下（RF droop）」（すなわち、ＲＦ降下領域）を生じやすい。従って、多くのイオンガイドにおいて、イオンは、ガイドを通じて輸送される場合に、失速させられる（及び／又はフィルタリングされる）ことになる可能性がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、著しいイオン損失か又は電力損失が生じること無く、イオンを効率よく輸送するイオンガイドが依然として必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、質量分析計システムのための多重極装置を提供する。一般に、多重極装置は、複数の導電性ロッドを含む。該複数の導電性ロッドは、それぞれ、導電層と、抵抗層と、該導電層と該抵抗層との間に配置された絶縁層とを含む。該装置は、均一なＲＦ電界内の軸上においてイオンを閉じ込め（又は制限し）且つ輸送する。ある実施形態において、軸に沿ってイオンを移動させるための、該軸に沿った直流電界勾配と、中心軸にイオンを閉じ込める（又は制限する）高周波電界とを提供するように、ロッドが電気的に接続される。本発明は、イオン輸送、イオン断片化、及びイオン質量フィルタを含む様々な用途において、使いみちを見いだせる。
【発明の効果】
【０００８】
著しいイオン損失か又は電力損失が生じること無く、イオンを効率よく輸送する、質量分析計システムのための多重極装置が提供される。
【実施例】
【０００９】
定義
別様に定義されない限り、本明細書において用いられる全ての技術的及び科学的用語は、本発明の属する当該技術分野における当業者によって一般に理解されるのと同じ意味を有する。更に、基準を明確にし且つ簡単にする目的のため、いくつかの要素が以下に定義される。
【００１０】
「ロッド」という用語は、本明細書において、任意の断面形状を有することができる構成物を表わすために用いられる。
【００１１】
「多重極装置」という用語は、本明細書において、四重極、六重極、八重極、及び十重極装置（又は、他の数のロッドを含む類似の装置）を含むように使用され、（例えば、イオン輸送か、イオン断片化か、又は質量フィルタ等についての）質量分析計システムにおいて、それらの装置をどのようにして用いることができるかとは無関係である。
【００１２】
本発明のロッドの解説において、「内側」及び「外側」の用語が使用される。これらの用語は、相対的な用語であり、ロッドの外側表面に対するある素子の相対的な近接度を示すために使用される。「内側」素子は、その素子がただ単にロッドの内側コア内に含まれることを意味するように解釈されるべきではないが、これが当てはまる場合もある。同様に、「外側」素子は、ロッドの表面上にある必要はないが、これが当てはまる場合もある。更に、ロッドの「内側」素子か、ロッドの「外側」素子か、又はそれらの間にある任意の素子が、ロッド全体の周囲に延在する必要はない。
【００１３】
ロッド内に「層」として存在する素子は、ロッドの中心コアとすることができる。
【００１４】
「複数」は、２つか又は３つ以上である。
【００１５】
「ＲＦ垂下（RF droop）」の用語は、多重極イオンガイドにおいて発生する現象を言う。「ＲＦ垂下」の用語は、ＲＦ電界における減少を言い、それによって、イオンがガイドを通過する際に、イオンを捕らえさせ、及び／又は、イオンの質量の区別をさせる。
【００１６】
「均一なＲＦ電界」内において輸送されるイオンは、ＲＦの一定の大きさを有するＲＦ電界内において輸送される。均一なＲＦ電界は、通常、低減されたＲＦの大きさの領域を含まない。
【００１７】
本発明は、質量分析計システムのための多重極装置を提供する。一般に、多重極装置は、複数の導電性ロッドを含む。該複数の導電性ロッドは、それぞれ、導電層と、抵抗層と、該導電層と該抵抗層との間に配置された絶縁層とを含む。該装置は、均一なＲＦ電界内の軸上においてイオンを閉じ込め（又は制限し）且つ輸送する。ある実施形態において、軸に沿ってイオンを移動させるための、該軸に沿った直流電界勾配と、中心軸にイオンを閉じ込める（又は制限する）高周波電界とを提供するように、ロッドが電気的に接続される。本発明は、イオン輸送、イオン断片化、及びイオン質量フィルタを含む様々な用途において、使いみちを見いだせる。
【００１８】
本明細書内において列挙された方法を、任意の論理的に可能性のある順序で、並びに、事象のその列挙された順序で、実施することができる。更には、値の範囲が提供される場合には、その範囲の上限と下限との間の全ての中間値と、その定まった範囲内における任意の他の定まった値か又は中間値とが、本発明内に含まれることを理解されたい。
【００１９】
参照される事項は、ただ単に本出願の出願日の前のそれらの開示の代りに提供される。本発明が、先願発明のせいで、先行するそのような題材に対して権利が無いことに対する了承と解釈されることは、本明細書内において全く無い。
【００２０】
単一事項に対する参照は、複数の同じ事項が存在することの可能性を含む。更に具体的にいうと、本明細書内において及び添付の特許請求の範囲内において用いられるように、単数形の「ある」、「前記」、及び「その」は、文脈において明確な別様の指示がない限り、複数の指示対象を含む。特許請求の範囲が、どのオプション的な要素も排除するように作成される可能性があることにも更に留意されたい。従って、この記述は、特許請求の範囲の請求項の要素の列挙に関連して、「単なる」、「のみ」、及びそれらに類するような排他的な専門用語の使用か、又は「否定的な」制限の使用のための優先根拠として働くように意図される。
【００２１】
質量分析システム
本発明は、イオン源と、更により詳細に後述されることになる多重極装置と、イオン検出器とを含む、質量分析システムを提供する。本発明の多重極装置を用いる例示的な質量分析計システム１４０が、図５において図示されている。質量分析計システム１４０は、イオン源１４２と、多重極装置１４５を含むチャンバ１４４（該チャンバは、２つか又は３つ以上の圧力遷移チャンバのうちの１つとすることができる）と、従来の質量分析計１４６と、イオン検出システム１４８とを備える。質量分析計１４６は、飛行時間計器か、ＦＴＭＳか、又は磁場型分析計（これらの全てが当該技術分野において周知である）を含む（但しそれらに限定されない）、任意のタイプの質量分析計とすることができる。多くの実施形態において、チャンバ１４４は、大気圧か又はそれに近い圧力のイオン源１４２と、通常は高真空状態の質量分析計１４６との間に存在する１つか又は複数の圧力遷移段である。多重極装置は、十分に平行化されたビームにおけるイオンを、イオン源１４２から質量分析計１４６へと輸送するためのチャンバ１４４内における多重極イオンガイド１４５として用いられることが可能である。ある場合において、チャンバ１４４は、イオン源１４２の圧力レベルから質量分析計１４６の圧力レベルへと圧力レベルを遷移させる２つの圧力遷移段を含む。圧力遷移段における中間圧力は、それぞれ、Ｐ１及びＰ２とすることができる。例えば、イオン源１４２が、７６０トルの圧力で動作させられる場合には、第１の圧力遷移領域の内部における圧力Ｐ１は、７６０トルよりもはるかに低い可能性があって、例えば、０．１トルであり、第２の圧力遷移段の内部における圧力Ｐ２は、圧力Ｐ１よりもはるかに低い可能性があって、例えば、Ｐ２は０．００１トルである可能性がある。質量分析計１４６の圧力は、Ｐ２よりもはるかに低い。２つか又は３つ以上の圧力遷移チャンバが用いられる場合の実施形態において、各チャンバ毎に多重極装置を用いることができる。
【００２２】
使用中に、イオン源１４２内において生成されたイオン（その経路が矢印１５０によって示されている）は、多重極イオンガイド１４５を用いて、チャンバ１４４を通じて質量分析計１４６内へと送り込まれ、そこで他のイオンから分離される。イオンは、質量分析計１４６から検出器１４８へと送られ、そこでイオンが検出される。
【００２３】
上述のように、チャンバ１４４は、衝突チャンバとすることができる。多重極装置を構成する衝突チャンバを含んでいる質量分析計システムにおいて、イオンが多重極装置を通過する際に、該イオンの断片化を容易にするため、チャンバ１４４内へと中性ガスを導入することができる。
【００２４】
衝突セル内に用いられる多重極イオンガイドを含んでいる例示的な質量分析計システムが、図６において概略的に図示されている。本発明のこの実施形態において、「三連四重極」か又は単に「ＱＱＱ」システムとして当該技術分野において知られる複数の質量／電荷分析システムにおいて使用される衝突セル内の従来のイオンガイドの代わりに、多重極イオンガイドを使用することができる。図６は、本発明の三連四重極システム１６０を示す。システム１６０は、３つのチャンバ１６２、１６４、及び１６８と、イオン検出システム１７０と、イオン源１６１とを備える。第１のチャンバ１６２と第３のチャンバ１６８とは、比較的低圧のチャンバであり、質量／電荷分析器として機能する。チャンバ１６２とチャンバ１６８との間の第２のチャンバ１６４は、本発明による多重極イオンガイド１６５を含む。第２のチャンバ１６４において、約１０−１〜１０−４トルの圧力で、窒素（Ｎ２）か又はアルゴン（Ａｒ）のようなガスが導入される。そのガス分子は、それらが多重極装置を通過する際に、十分に高エネルギーな検体イオンと衝突し、それにより、断片化と、娘イオンの生成とが起きる。チャンバ１６２と１６８とはそれぞれ、四重極質量フィルタか、イオントラップか、飛行時間計器か、又は磁場型分析計を含む（但しこれらに限定されない）、任意の質量／電荷分析器とすることができる。図示されていないが、本発明の質量分析計システム１６０は、４段以上を有することができ、イオン断片化チャンバ１６４は、２段以上を含むことができ、依然として本発明の範囲内とすることができる。
【００２５】
一実施形態において、イオンを含むあるサンプルが、イオン源から第１の分析器１６２へと送られ、そこで、ある特定のイオンが、サンプル内の他のイオンからフィルタリングされる（又はフィルタリングされて分離される）。そのイオン（その経路が矢印１７２によって示されている）は、多重極イオンガイドを含んでいる衝突セル１６４内で断片化されて、娘イオンが生じる。その娘イオンは、チャンバ１６４から分析器１６８へと送られ、そこで、ある特定の娘イオンが、他の娘イオンからフィルタリングされる（又はフィルタリングされて分離される）。フィルタリングされた娘イオンは、イオン検出器１７０内において検出される。
【００２６】
ある実施形態において、多重極装置は、四重極質量分析器（例えば、四重極質量フィルタ）のイオン入口端か又は出口端に設けることが可能であり、分析器内へのイオンの輸送か、又は分析器からのイオンの輸送を助けることができる。
【００２７】
更に、多重極（例えば、四重極）質量フィルタ内において軸方向の加速電界か又は減速電界を生成すること加えて、本発明を、ブルベイカ（Brubaker）のプレフィルタレンズ（又は前置フィルタレンズ）を模倣することによって強化された入射光学素子に対する質量フィルタに用いることができる。この実施形態において用いられ、多重極質量フィルタのロッドの最初か、最後か、又は最初と最後との両方の３％〜２５％が、上述の絶縁素子と抵抗素子とを有する。ロッドの端部において、抵抗層は、内側の非被覆導電素子（例えば、金属ロッド）上に重なって、Ｕ＋（又は、他のロッド対の場合にはＵ−）をピックアップする。ロッド端部の他方の端部は、Ｕ＋の値未満に保持されることとなるＤＣ接続点を有することになる。最もそっくりにブルベイカ・レンズを模倣するため、他方の端部におけるＤＣは、Ｕ＋とＵ−との平均である、ほぼ四重極のＤＣ接地とすることができる。Ｕ＋とＵ−との間の、中間の低減されたＤＣ電圧が、用いられることもまた可能であり、異なる実施形態において有利である可能性がある。この実施形態は、質量フィルタに対する広い伝達入射（transmission entrance）を形成し、分離ロッド、容量結合器、及び追加の絶縁構造を必要とすることなく、従来のブルベイカ・レンズのほとんどか又は全ての利点を提供する。更に、質量フィルタに対するインスタントレンズか又は「プレフィルタ（又は前置フィルタ）」の、本質的に優れた光学アライメントを有することとなり、ロッドの破損によって引き起こされる機械的な不連続性が無くなることとなり、先行技術の装置において通常存在する、急激なＵ＋（及びＵ−）の不連続性が、抵抗の全長に沿った電圧の傾斜によって置き換えられることとなる。絶縁素子と抵抗素子とについての厚みと材料との適切な選択によって、層間のＲＦ降下が、例えば、小さくなるか又は大きくなるように調整可能とすることができる。従って、所望であれば、入射セクションにおけるＲＦを、四重極ＲＦの大きさよりも小さな大きさとなるように調整することができる。当業者であれば認識されるように、質量フィルタのピーク形状性能を同じに維持するために、プレフィルタ（前置フィルタ）の長さに依存して、ロッドをおそらく４％〜２５％だけ長くすることが必要となる可能性がある。
【００２８】
上記の実施形態は、プレフィルタを説明しているが、ポストフィルタ（後置フィルタ）も同じ手法で構成されることが可能であり、ポストフィルタとプレフィルタとの両方を有する単一の質量フィルタもまた可能である。更には、当業者であれば明らかであるはずのように、プレフィルタ及び／又はポストフィルタは、四重極のセグメントにわたってか、又はその全長にわたって、軸方向加速と組み合わされることが可能である。ロッドの全長に沿った適切なポイントにＤＣ電圧を単に印加しなければならないだけである。「ＤＣ電圧」の用語を使用することで、問題となる質量の変化に応じて調整される電圧か、或いは、隣接したイオン操作か又は測定装置内へとイオンをゲート制御するために適切な時間で段階的に変化させられる電圧のような時変電圧レベルの使用を一般に排除すべきではない。
【００２９】
多重極装置
簡単に上述した多重極装置は、質量分析計システム内においてイオンを操作（例えば、移動（例えば輸送）、断片化、又はフィルタリング）するために用いられることができる。ある実施形態において、多重極装置は、質量分析計システムのチャンバを通じたイオンの指向性移動を容易にするように動作する。該チャンバは、例えば、大気圧のチャンバと高真空チャンバとの間の中間真空のチャンバ、又は衝突チャンバ（当該技術分野において、衝突セルとして別様に知られる）とすることが可能である。多重極装置を、イオンを輸送するために、並びに、イオンを（多重極装置が衝突チャンバとして用いられる場合に）断片化するために使用することができる。従って、多重極装置は、例えば「ｑＴＯＦ」システムのような単一多重極イオンガイド質量分析システム、並びに、例えば「ｑｑｑＴＯＦ」システムのようなタンデム型多重極イオンガイド質量分析システムにおいて特定の使い道がある。多重極装置が、タンデム型多重極イオンガイド質量分析システムにおいて用いられる場合には、該多重極装置を、衝突セルとして用いることができる。更に詳細に後述されるように、多重極装置を、イオンフィルタとして用いることができる。
【００３０】
多重極装置は、中心軸であって、多重極装置の動作中に該中心軸に沿ってイオンが指向性をもって（すなわち、中心軸の一方の端部から中心軸の他方の端部へと）移動させられる、該中心軸の周りに縦方向に配置された複数のロッド（すなわち、２つか又は３つ以上のロッド、典型的には、例えば、４、６、８、又は１０又はそれ以上の、偶数のロッド）を含む。例示的な六重極イオンガイドにおけるロッドの適切な構成が、図１に示されている。一般に、イオンガイドのロッド、例えば１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、及び１０６は、導電性があり、イオンを受け入れるための入力端１０８と、イオンを放出するための出力端１１０と、入力端から出力端へと延在する中心軸（図１内に示されてはいない）とを提供するように構成される。ある実施形態において、ロッドは、１つか又は複数のカラー（環）１１２によって適切な構成で保持されることが可能であるが、カラー（環）に対するいくつかの代替を用いることも可能である。多重極装置の入力端から見ると、２セットのロッド、すなわち、偶数番号のロッド（例えば、ロッド１０２、１０４、及び１０６）と、奇数番号のロッド（例えば、ロッド１０１、１０３、及び１０５）とを提供するために、ロッドを、（図１に例示されているように）時計廻りにラベル表示することができる。多くの実施形態において、ロッドの縦軸は、互いに平行であり、且つ、中心軸から等距離に置かれている。連続したロッド間の間隔は、通常、装置の全てのロッド間で等しいが、ロッド間隔は、異なる装置間で変更することができる。イオンガイドとして用いる場合には、ロッドは、中心軸に沿ってイオンを移動させるための、該中心軸に沿った直流（ＤＣ）電界勾配と、中心軸に近接した領域にイオンを閉じ込める高周波（ＲＦ）電界とを提供するように、電気的に接続される。
【００３１】
多重極装置は、他の多重極装置（例えば多重極イオンガイド）の寸法と類似の寸法を有することができ、且つ、そのようなものとして、寸法を大幅に変更することができる。ある実施形態において、多重極装置は、４ｃｍ〜４０ｃｍの全長を有し、２ｍｍ〜３０ｍｍの刻印された直径を有する内側進行を画定するロッドを有する。しかしながら、あるシステムにおいて、これらの範囲外の寸法を有する装置が、容易に用いられる。製造のために使用される材料と、所望の寸法とに依存して、ある実施形態において、ロッドは、５ｃｍから５０ｃｍまでの長さ（例えば、１０〜３０ｃｍ）とすることができ、０．７ｍｍから１５ｍｍまでの直径（例えば、１ｍｍ〜８ｍｍ）を有することができるが、これらの範囲外の直径を有するロッドも、あるシステムにおいて容易に用いられることができる。
【００３２】
一般的には、本明細書において記載された本発明による多重極装置の各ロッドの少なくとも一部分は、３つの同軸をなして配置された素子を含み、該素子は、それぞれ、個別の電気的特性を有する。これらの素子と、多重極イオンガイド内におけるそれらの電気的接続とは、より詳細に後述されることとなる。
【００３３】
ロッドの説明において、「内側」及び「外側」の用語が用いられている。これらの用語は、相対的な用語であり、ロッドの外側表面に対するある素子の相対的な近接度を示すために使用される。図２Ａと図２Ｂとにおいて例示されるように、内側素子は、ロッドの内側に配置されるが、外側素子は、ロッドの外側表面に近接して配置されるか、又はロッドの外側表面に配置される。更により詳細に後述されるように、内側素子は、ロッドの中心コア（例えば、図２Ａの素子８を参照）か、又はロッドの中心コア上に存在する層（例えば、図２Ｂの素子８を参照。ここでは、中心コアは素子１２）を、表わすことができる。従って、「内側素子」は、その素子がただ単にロッドの内側コア内に含まれることだけを意味するように解釈されるべきではないが、これが当てはまる場合もある。更に、「ロッド」という用語が、本明細書において、例えば、円形か、楕円形か、半円形か、凹面形か、平面形か、正方形か、矩形か、双曲線形か、又は多面形の断面形状といった任意の断面形状を備えることが可能な構成物を表すために用いられることに留意されたい。図は、本発明を単に例示する円形断面形状を有するロッドを示す。ロッドは、様々な断面形状を有することができる。
【００３４】
更に後述されるように、絶縁素子と抵抗素子とが、ロッド全体を包囲する必要はなく、イオンが進行する通路に近接した（又は、通路に最も近い側の）ロッドの一部分に存在するだけでもかまわないという点に留意されたい。これらの実施形態において、「内側」及び「外側」のような相対的な用語は、それらの素子を含むロッドの一部（例えば、ロッドの半径）を示す。ロッドの全長が、絶縁素子と抵抗素子とを含むことの必要性がどこにもない点にも留意されたい。従って、後述の、任意の実施形態において（及び、具体的には特定の実施形態において）、ロッドは、その全長の少なくとも一部分（ロッドの全長を含む（但し必ずしもそうである必要はない））に沿った絶縁素子と抵抗素子とを含むことができる。絶縁素子と抵抗素子とを有するロッドの全長の一部分は、ロッドの始端か、終端か、又は中間とすることができる。
【００３５】
上記定義を念頭に置いて、図２Ａと図２Ｂとを参照すると、多重極装置の各ロッドは、内側導電性素子８と、外側抵抗素子４と、該内側素子８と外側素子４との間の絶縁素子６とを含むものとして表されることが可能である。これらの素子は、各ロッドの全長に沿って同軸をなすように配置され、抵抗性外側コーティングを含む同軸コンデンサとしてみなされることが可能なロッドを提供する。上述のように、ある実施形態において、内側素子８は、（図２Ａのロッド２において示されるように）ロッド内の中心に配置されることができるか、又は（図２Ｂのロッド１０において示されるように）ロッドの中心コア上に層として存在することもできる。
【００３６】
一般に、ロッド内に含まれる全ての材料は、（例えば、真空内においてガスを放出しない材料であるべきである）真空適合性を有するべきであり、従って、選択されることが可能である。
【００３７】
導電性素子８は、一般的には、（例えば１７キロ〜３３０キロジーメンス／ｃｍの）例えば３キロジーメンス／ｃｍと６８０キロジーメンス／ｃｍとの間の導電率を有する高導電性材料である。更により詳細に後述されるように、一実施形態において、導電性素子は、構造上の強度を提供する内部非導電性構造ロッド上のコーティングとすることができる。別の実施形態において、内部ロッドは、中空とすることができ、その導電性層は、該中空ロッドの内側上にコーティングされることが可能である。本発明の大部分の実施形態において、導電性素子８は、金属であり、例えば、銀か、銅か、金か、（アルミニウム合金を含む）アルミニウムか、ニッケルか、（ステンレス鋼を含む）鋼鉄か、クロムか、ベリリウムか、又はタングステンか又はそれらに類するものを含むか、それらから製造される。ある実施形態において、例えばカーボングラファイトといった非金属材料を使用することもできる。一般に、必要とされる導電率は、ＲＦ取り付け部分間の有限抵抗と、ロッド間及びロッド−エンクロージャ間のキャパシタンスとによって生じられるＲＦ電圧垂下（sag）の許容可能レベルに依存する。一般的には、固体金属ロッドにおける、このＲＦ垂下は重要ではない。高い多重極周波数において、抵抗層の（後述されるような）厚さ（又は深さ）が、考慮されることが可能であるが、一般には、絶縁層による容量性電圧降下と、薄い抵抗層による電圧降下結合とが、ロッドの表面に対して分配されたＲＦ電圧に、より大きく影響を与えることになる。
【００３８】
絶縁素子６は、導電素子８を包囲し、該導電素子８に電位差が印加された時には、抵抗素子４から導電素子８を絶縁する。ロッドの絶縁素子は、典型的には、導電層と抵抗層との間の最高電圧差よりも大きな絶縁耐力（又は絶縁耐性、又は耐電圧）と絶縁耐厚とを備えた製品を用いて作られる。該最高電圧差は、絶縁層の有限キャパシタンスに起因して存在するＤＣ電位差とＲＦ電位差との和である。用いられる実施形態に依存して、最高電圧差は、０．１ボルトほどに低くできるか、１００ボルトほどに高くできるか、又は０．１ボルトと１００ボルトとの間の任意の電圧とすることができる。更により詳細に後述されるように、絶縁素子６は、多数の適合可能な絶縁材料のうちの任意の１つか又は複数から作られることが可能である。一般に、絶縁素子６は、典型的には、用いられる電圧差に対する十分な絶縁耐力を備える１μｍ〜１０００μｍの厚さを有する（例えば５μｍ〜５０μｍの）薄い層である。絶縁耐力における、典型的な、絶縁材料の範囲は、０．０２５４ｍｍ（千分の１インチ）当りに１００〜２０００ボルトの範囲であるが、この範囲外の絶縁耐力を有する絶縁材料も容易に用いられる。
【００３９】
絶縁素子６は、ポリアミド（例えば、ＫＥＰＴＯＮ（商標））か、アセタール樹脂（例えば、ＤＥＬＲＩＮ（商標））か、フロロポリマ（例えば、ＫＹＮＡＲ（商標））か、ポリカーボネート（例えば、ＬＥＸＡＮ（商標））か、ポリスチレンか、ポリテトラフルオロエチレン（例えば、ＴＥＦＬＯＮ（商標））か、パー・フロウロ・アルコキシ（テフロンＰＦＡ（商標））か、又はポリ塩化ビニルを含む多種多様な絶縁体のうちの任意の１つか又は複数を含むことができる。ある実施形態において、絶縁素子６は、セラミック（例えば、磁器又は琺瑯）か、又はセラミックに類する材料（例えば、酸化ベリリウム）か、又は何らかの他の耐熱タイプの材料とすることができる。
【００４０】
ある実施形態において、金属酸化物（例えば、導電性金属の酸化物）が、ロッド内において絶縁材料として用いられることが可能である。従って、ある実施形態において、内側導電性金属の表面を酸化させることによって、絶縁層を生成することができる。内側導電性金属がアルミニウムの場合には、このプロセスは、当該技術分野において周知であり、陽極酸化処理（anodizing）として知られる。一般に、導電性材料に絶縁層のコーティングを施すための方法は、当該技術分野において周知であり、様々な他の電気的（例えば、半導体の）技術にうまく用いられている。ある実施形態において、半導体のヒートシンク技術において用いられる方法を、ロッドを生成するために用いることができる。
【００４１】
絶縁素子を通じた導電素子から抵抗素子へのＲＦ電圧降下は、絶縁層の厚さにほぼ比例するので、電力を節約し、且つ、できる限り最大の電圧をロッド外部に配電するために、薄い材料層が望ましい。この絶縁層の両端間のキャパシタンスは、誘電率によって増加するので、より高い誘電率はまた、既に述べたより薄い層と同じ利点と共に、ＲＦ電圧降下を低減する。上記２つの理由から、陽極酸化処理は、薄い層を形成することができ、誘電率が有機絶縁材料よりも高いため、とりわけ有利な実施形態である。
【００４２】
抵抗素子４は、典型的には、絶縁素子６上における抵抗性コーティングであり、ロッドの外側表面上に存在させることができる。絶縁層と抵抗層とが、ロッドの周りを完全に包囲する必要はなく、イオンビームに影響を与えるロッドの表面に制限されることが可能である。そうではあるけれども、本明細書における実施形態、計算、及び図面は、絶縁層と抵抗層とが、ロッドの周囲全体を覆うものを想定する。コスト、製造可能性、及び信頼性のような典型的な考慮すべき事項が、抵抗層の設計に適用される。更には、抵抗素子の厚さと抵抗素子を作ることが可能な材料との指定において考慮されることが可能な５つの追加の判定基準が存在する。すなわち、１）多重極装置の動作中に、浮遊イオンか又は放出されたイオンが、装置のロッドにぶつかる可能性があり、場合によっては、対象となるイオンを妨害する局部的な電圧摂動を生じる可能性がある。こうなった場合には、低抵抗率材料及び／又はより厚い抵抗素子を用いることができる。２）多重極装置の動作中に、抵抗素子の両端間のＲＦ電圧降下が、大きくなる可能性がある。こうなった場合には、低抵抗率材料及び／又はより薄い抵抗素子を用いることできる。３）多重極装置の動作中に、特にロッドが真空内にある場合には、ＲＦ電力損失（又はＲＦ消費電力）が、装置のロッドに過熱を生じさせる可能性がある。こうなった場合には、低抵抗率材料及び／又はより薄い抵抗素子を用いることができる。４）多重極装置の動作中に、ＤＣ電流の要件が、本発明の場合には非分布容量設計（non-distributed capacitance design）の場合よりも少ないが、所望の量よりも依然として多くなる可能性がある。こうなった場合には、固定された端部間のＤＣ勾配が望ましいものと仮定して、より薄い抵抗素子及び／又はより高い抵抗率の材料を用いることができる。５）多重極装置の動作中に、ＤＣ電力損失が、装置のロッドを加熱する可能性がある。こうなった場合には、より高い抵抗率を有する薄い厚さの層を用いることができる。面白いことに、ロッドが円形の場合には、ＤＣ電力損失がＲＦ電力損失と等しい時のクロスオーバは、（１ロッドについての）ｒｍｓＲＦ電流と抵抗率との積が、ＤＣ端間電圧とロッド円周との積と、等しい時に発生する。従って、基準３か又は５の相対的な重要性は、実施形態に依存し、特に、ＲＦ循環電流（RF circulating currents）、ロッド径、印加されたＤＣ電圧、及び選択された材料の抵抗率に依存する。
【００４３】
抵抗素子４は、５オーム／スクエア（平方）〜１０Ｍオーム／スクエア（平方）の抵抗率を有することができ（例えば、１００オーム／スクエア〜１Ｍオーム／スクエアか、又は１０ｋオーム／スクエア〜５０ｋオーム／スクエア）、ある実施形態において、例えば、抵抗インクか、金属酸化物か、ガラスを含んだ金属酸化物か、金属箔か、金属巻線か、導電性プラスチックか、又はそれらに類するもののうちの１つか又は複数を含むことができる。多くの実施形態において、絶縁素子６は、抵抗インクの層でコーティングされるが、該インクは、当該技術分野において周知である。対象となる特定の抵抗インクは、カーボン抵抗インク（例えば、Ｃ−１００か又はＣ−２００等）、（ファインセラミック又はガラス微粒子と貴金属との組合せを含む）サーメットインク、金属粉インク、導電性プラスチックインク、及びポリマインクを含む。カーボン抵抗インクは、とりわけ、ロッド内にセラミック絶縁材料が存在する時に用いることが可能であるが、特定の実施形態においては、セラミック絶縁材料が、その外側において所望の抵抗率材料を提供するために、コーティングされる（例えば、グレージングを施される）ことが可能である。表面上において酸化しない抵抗インクは、ロッド内に用いられることが可能であり、従って、ポテンショメータ・インクが容易に用いられる。適合可能な抵抗インクを、Ｍｅｔｅｃ  Ｉｎｃ．（ペンシルベニア州エルバーソン）その他から購入することができる。
【００４４】
一実施形態において、ロッドは、ａ）内側金属（例えば、アルミニウム）中心コアと、ｂ）前記内側金属コアの表面を酸化させることによって生成された中間絶縁層と、ｃ）前記中間絶縁層上の抵抗インクの外側層とを含むことができる。別の実施形態において、ロッドは、ａ）内側セラミックコア（例えば、内部セラミックロッド）と、ｂ）前記セラミックコア上の導電性材料層と、ｃ）前記導電性材料層上の中間絶縁層と、ｄ）前記中間絶縁層上の抵抗インクの外側層とを含むことができる。他の一実施形態において、ロッドは、ａ）内側金属中心コアと、ｂ）中間絶縁セラミック層と、ｃ）前記中間絶縁セラミック層上の抵抗インク（例えば、カーボンベースのインク）の外側層とを含むことができる。
【００４５】
上述のように、ロッドは、その全長の少なくとも一部分（ロッドの全長を含む（但し、必ずしもそうとは限らない））に沿って絶縁素子と抵抗素子とを含むことができる。絶縁素子と抵抗素子とを有するロッドの全長の一部分は、始端か、終端か、始端と終端との両方か、又はロッドの中間とすることができる。ある実施形態において、ロッドのうちの少なくとも３％か、少なくとも１０％か、少なくとも２５％か、少なくとも５０％か、又は少なくとも９０％が、典型的には、ロッドの全長の１０％に至るまでか、２５％に至るまでか、５０％に至るまでか、８０％に至るまでか、又は１００％に至るまで、絶縁素子と抵抗素子との両方を含む。
【００４６】
ある実施形態において、抵抗材料はロッドの表面上とすることができ（すなわち、他の材料で覆われていない）、０．１μｍ〜１ｍｍの厚さを有する（例えば、５μｍ〜１００μｍの厚さの）層として存在することができる。
【００４７】
上述のように、ロッドは、前記中心軸に沿って前記イオンを移動させるための、前記中心軸に沿った直流（ＤＣ）電界勾配と、前記イオンを前記軸に閉じ込める高周波電界とを提供するように電気的に接続されることが可能である。従って、本発明のある実施形態おいて、多重極装置は、ＲＦ電圧を供給するためのＲＦ電圧源と、ＤＣ電圧を供給するためのＤＣ電圧源とに接続されることが可能である。
【００４８】
上述のように、多重極装置のロッドは、該装置の他のロッドに対するロッドの位置に依存して、奇数番号ロッドか又は偶数番号ロッドに任意にラベル付けられることが可能である。該装置のロッドの例示的な電気的な接続が、図３、図４Ａ、及び図４Ｂに示されている。図３は、ロッド２０とロッド２２との間の例示的な電気的な接続を示す。ロッド２０とロッド２２とは、該装置内における、任意の２つの奇数番号のロッド（例えば、１か、３か、５か、又は７番のロッド）であるか、又は任意の２つの偶数番号のロッド（例えば、２か、４か、６か、又は８番のロッド）である。多くの実施形態において、ロッドの抵抗素子４と導電素子８とは、ロッドの一方の端部で互いに電気的に接続される。奇数番号の各ロッドの抵抗素子４と導電素子８とが、同じ端部において、同じＤＣ電圧源２４と、同じＲＦ電圧源２６とに接続され、偶数番号の各ロッドの抵抗素子４と導電素子８とが、同じ端部において、同じＤＣ電圧源２４と同じＲＦ電圧源２６とに接続される。抵抗素子４と導電素子８とは、典型的には、ロッドのイオン入力端において同じＤＣ電圧源２４と同じＲＦ電圧源２６とに接続されるが、このような接続が、ある実施形態では、ロッドの他方の端部（すなわち、ロッドのイオン出力端）においてなされることができる。各ロッドの抵抗素子４と非導電素子８とが、各ロッドの他方の端部においてＤＣ電圧源３０とＲＦ電圧源２８とに接続される。ＤＣ電圧源２４と３０とは、典型的には、ロッドの端部に対して（（例えば０．８〜１２Ｖか又はそれよりも大きい差の）０．３〜５０Ｖの差を有する）異なるＤＣ電圧を供給し、これにより、ロッドに沿った電圧勾配が提供される。ＲＦ電圧源２６と２８とによって各偶数番号のロッドの端部に供給されるＲＦ電圧は、典型的には同相であり、ＲＦ電圧源２６と２８とによって各奇数番号のロッドの端部に供給されるＲＦ電圧も、典型的には同相である。他の多重極装置に関して既知のように、奇数番号のロッドに供給されるＲＦ電圧は、偶数番号のロッドに供給されるＲＦ電圧に対して位相を１８０度ずらすことができる。
【００４９】
図４Ａは、例示的な多重極装置の一方の端部（例えば、イオン入力端）におけるロッド１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、及び１０６の端部の電気的な接続を概略的に示す。この例において、偶数番号ロッド１０２、１０４、及び１０６のセットが、ＲＦ電圧源１０８によって供給される第１の大きさを有するＲＦ電圧と、ＤＣ電圧源１１０によって供給される第１の値を有するＤＣ電圧とによって駆動される。第２の大きさを有する第２のＲＦ電圧と、第２の値を有する第２のＤＣ電圧とが、それぞれ、第２のＲＦ電圧源１１２と、第２のＤＣ電圧源１１４とによって供給されて、奇数番号ロッド１０１、１０３、及び１０５のセットに供給される。供給される第１及び第２のＤＣ電圧の値、及び／又は、第１及び第２のＲＦ電圧の大きさは、同じとすることができるか、又は異なるものとすることができる一方で、ＲＦ電圧源１０８からのＲＦ電圧の位相は、ＲＦ電圧源１１２のＲＦ電圧と１８０度ずらすことができる。全てのロッドの導電素子と抵抗素子とが、図４ＡにおけるＤＣ及びＲＦ電圧源に電気的に接続されている点に留意されたい。当業者であれば認識されるように、ロッドの端部における導電素子と抵抗素子とは、様々な方法によって電気的に接続されることができる。該方法には、ロッドの端部をコーティング（例えば、メタライゼーション）して、ロッドのそのコーティングされた端部を単一ワイヤを介して電源に接続するステップによる方法か、或いは、電源に対する接続の前に、互いに結合されることが可能な異なるワイヤに各々の導電素子と抵抗素子とを接続するステップによる方法が含まれる。  
【００５０】
図４Ｂは、例示的な多重極装置の他方の端部（例えば、イオン出力端）におけるロッド１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、及び１０６の端部の電気的な接続を概略的に示す。図４Ｂの装置は、図４Ａにおいて示されているものと反対の側から見られているため、これらのロッドは、図４Ａと比べると、「逆」の順番で示されている。この例において、偶数番号ロッド１０２、１０４、及び１０６のセットが、ＲＦ電圧源１２６によって供給される第１の大きさを有するＲＦ電圧と、ＤＣ電圧源１２４によって供給される第１の値を有するＤＣ電圧とによって駆動される。第２の大きさを有する第２のＲＦ電圧と、第２の値を有する第２のＤＣ電圧とが、第２のＲＦ電圧源１２２と、第２のＤＣ電圧源１２０とによって、それぞれ供給されて、奇数番号ロッド１０１、１０３、及び１０５のセットに供給される。供給される第１及び第２のＤＣ電圧の値、及び／又は、第１及び第２のＲＦ電圧の大きさは、同じとすることができるか、又は異なるものとすることができる一方で、ＲＦ電圧源１２２からのＲＦ電圧の位相は、ＲＦ電圧源１２６のＲＦ電圧と１８０度ずらすことができる。抵抗素子だけが、図４ＢにおいてＤＣ電圧源とＲＦ電圧源とに電気的に接続されている点に留意されたい。
【００５１】
多重極装置の一方の端部における各ロッドの端部に供給されるＤＣ電圧の値は、典型的には同じであり、該装置の他方の端部における各ロッドの端部に供給されるＤＣ電圧の値も、典型的には同じである。しかしながら、装置の軸に対して平行な方向にイオンを移動させるＤＣ勾配を提供するために、上述のように、装置の一方の端部における各ロッドの端部に供給されるＤＣ電圧値は、典型的には、装置の他方の端部における各ロッドの端部に供給されるＤＣ電圧値とは異なる。輸送されるイオンのタイプに依存して、装置のイオン出力端におけるＤＣ電圧と比較して、装置のイオン入力端におけるＤＣ電圧を、より高くすることができるか、又はより低くすることができる。
【００５２】
多重極装置の一方の端部における各ロッドの端部に供給されるＲＦ電圧の大きさは、典型的には同じであり（しかしながら、続くロッドとは位相がずれている）、該装置の他方の端部における各ロッドの端部に供給されるＲＦ電圧の大きさも、典型的には同じである（しかしながら、続くロッドはどれも位相がずれている）。イオンを中心軸領域へと閉じ込めるためのＲＦを提供するため、装置の一方の端部における各ロッドの端部に供給されるＲＦ電圧の大きさは、装置の他方の端部における各ロッドの端部に供給されるＲＦ電圧の大きさと異なるものとすることができるか、又は同じとすることができる。
【００５３】
当業者であれば認識されるように、多種多様なＤＣ勾配とＲＦ電圧とを、装置の軸に抑圧してイオンを移動させるための起電力を生成するために、多重極装置において用いることができる。ある実施形態において、０．３〜５０ボルトのＤＣ勾配（例えば、０．８〜１５ボルト又は約１０ボルト）を用いることができるが、この範囲をかなり外れた勾配も容易に想定される。多重極子内におけるイオンの断片化が望まれる場合には、３００ボルトまでの電圧を用いることができる。衝突冷却（collisional cooling）を増加させるためか、或いは、イオンを蓄えて、飛行時間分析器のようなパルス検出器に合わせてゲート制御して該イオンを送り出すためかのいずれかのために、ある延長された期間にわたって、多重極子の内側にイオンを含めることが望ましい場合には、ＤＣ勾配が、周期的に逆にされることが可能であるか、及び／又は、そのレベルが調整される。一般的には、装置内において生成される、イオンを閉じ込めるＲＦは、典型的には０．１ＭＨｚ〜１０ＭＨｚの周波数（例えば、０．５ＭＨｚ〜５ＭＨｚ）を有し、大きさが、ピーク・トゥー・ピークで２０Ｖ〜１００００Ｖ（例えば、ピーク・トゥー・ピークで４００Ｖ〜８００Ｖ）である。
【００５４】
ここでもまた、当業者であれば認識されるように、ロッドの外側抵抗素子は、ロッドの１つか又は複数の位置において、ロッドの外側周囲に金属（例えば、パラジウム銀）帯を用いて典型的には接続された電極タップをオプションで含むことができる。電極タップの電圧を変化させると、イオンがイオンガイドを横切る際に、多重極装置の特定領域においてイオンを分離及び／又は解放することができる。
【００５５】
本明細書において記載された各ロッドにおける素子の特定の構成は、他の先行技術の装置と比べて、ＲＦ垂下を受けにくい多重極装置を提供する。従って、多重極装置は、質量分析技術に対して十分に貢献する。多重極装置は、より大きなＤＣ電圧勾配が用いられる用途（例えば、電圧勾配が５〜２０Ｖである用途）に、特定の使い道がある。そのような用途において、高抵抗な表面コーティングを用いることができる。
【００５６】
本発明はまた、イオンを移動させるために多重極装置が用いられる方法を提供する。一般に、該方法は、多重極装置の入力端にイオンを導入するステップと、装置の中心軸に沿ってイオンを閉じ込め且つ指向性移動をさせるのに適合可能なＲＦ電界とＤＣ勾配とを提供するステップとを含む。上述のように、イオンが多重極装置を通過する際にイオンを断片化させるために、装置に中性ガスを提供することができる。ある実施形態において、装置からイオンを放出するために、装置のロッドに沿った電位勾配を増加させることができ、従って、イオンは、装置の出力端に接近して、そこからそれらが選択される。
【００５７】
イオンを移動させる方法を、イオンを分析する方法に用いることができる。一般に、この方法は、多重極イオンガイド内においてイオンを輸送するステップと、イオンの質量を検出するステップとを含む。ロッドに沿ったＲＦ降下を最小化することができるので、抵抗表面に対する分布容量結合は、イオン輸送装置、イオン蓄積装置、及び衝突セルにおける用途に加えて、軸方向電界を生成するために四重極質量分析器においても用いられることが可能である。このような一実施形態は、質量フィルタ四重極構造に、衝突セルとしても、及び／又は、蓄積装置としても動作させることを可能にすることができる。適切なＤＣタップ（例えば、ロッドの中間への追加タップ）によって、上述のように構成された四重極質量フィルタは、軸方向エネルギーを能動的に制御することができ、それにより、イオンを減速させるか、又は装置の全長に沿った様々な位置にイオンを捕獲するかのいずれかを行って、より高い分解能か又はパルス放出を容易にする。
【００５８】
実験
下記の例は、当業者に、本発明のいくつかの実施形態の作成方法と利用方法との説明を提供するために記載され、発明者が彼らの発明とみなすものの範囲を制限することは意図されていない。
【００５９】
例１
無数の実施形態が可能であるが、この例は、直径２．５４ｍｍのアルミニウム・ロッドを有する六重極子と、４．４ｍｍの２Ｒ０と、１５０ｍｍの装置全長とからなる衝突セルを説明する。この例において、４ボルトのＤＣ電圧が、エンド・トゥー・エンドに（一方の端部から他方の端部へと）印加され、３３ナノアンペアの浮遊イオン電流が、各ロッドの中心領域にぶつかるものと仮定される。０．１ボルトの最大中心ロッド偏差が、１つの判定基準として設定され、この結果、計算されたエンド・トゥー・エンドにおける最大抵抗は１２メガオームとなる。エンド・トゥー・エンドのロッド抵抗は、抵抗率と、円周と厚さとで割った全長との積である。仕上り硬化厚が１６ミクロンの状態であるＬｏｒｄ／ＭＥＴＥＣＨ製の抵抗ポテンショメータ・インクを用いる場合には、抵抗率は、＜１．０２キロオーム／ｃｍとなるはずである。０．００１６ｃｍで割ると、＜６３７キロオーム／スクエアの抵抗率を示す。類似の六重極子のロッドセット−ロッドセット間のキャパシタンスは、５０ｐｆと測定された。これは、各ロッドについての仮想接地に対する３３ｐｆのキャパシタンスである我々の目的と等価である。所望のＲＦ電圧は、ロッドにおける３００ボルトのピーク電圧である。これらの計算において、４．５ＭＨｚの周波数が使用された。ロッド内へのピーク電流は、従って、（３００）（２）（ｐｉ）（４．５ｅ６）（３３ｅ−１２）＝０．２８アンペアであり、ＲＭＳ電流は、０．２アンペアである。絶縁層におけるＲＦ電力損失を０．０５ワット未満にする必要がある場合に、並びに、ＲＦ電流が円周の１／４に集中すること、すなわち、ほとんど隣接ロッドに向かうことを近似する場合には、抵抗率は、＜（０．０５）（ｐｉ）（０．２５４）（１５０）／（（０．２）（０．２）（０．０１６）（４））、すなわち、＜２．３４キロオーム・センチメートルとなるはずである。従って、ＲＦ電力損失規格（又はＲＦ消費電力規格）は、この実施形態における浮遊イオン損失判定基準よりも制限されない。抵抗素子の両端間における最悪の場合のＲＦ電圧降下の検査は、２．３４キロオーム・センチメートルの高抵抗率がたとえ使用されていても、結果として（１．４１４）（０．０５）／０．２＝０．３５ボルトの値となる。この値は、この実施形態に関して完全に許容することができ、より低い値の抵抗率を選んだ時には、低下するだけである。
【００６０】
ＤＣ電力損失を０．０５ワットに制限する場合には、抵抗率は、＞（４）（４）（ｐｉ）（０．２５４）（０．０１６）／（（０．０５）（１５０））、すなわち、＞０．０２７オーム・センチメートルとする必要がある。この実施形態において更に制限する判定基準は、安価な電圧ドライバを使用することができるように、６つのロッドについての全イオン電流を６ミリアンペア未満に保つことが望まれるであろう。ロッド当り＜１ミリアンペアの要件は、抵抗率が＞０．３４オーム・センチメートルでなければならないことを意味する。従って、抵抗率は、０．３４オーム・センチメートル〜１０００オーム・センチメートルの範囲からのある範囲において選択されることが可能であり、それでも、装置の要件の全てを満たす。これは、抵抗表面に対する同軸結合の利点のうちの１つを例証する。非分布容量設計と比較すると、はるかに広範囲の許容可能な抵抗材料特性が存在し、抵抗値における変動は、装置の性能にとって重要ではない。すなわち、設計のスイート・スポットが極めて広い。この実施形態において、２．５オーム・センチメートルで厚さが１６ミクロンのコーティングを提供することが可能な、Ｌｏａｄ／Ｍｅｔｅｃｈ製の１０００オーム／スクエアのポテンショメータ・インクを使用するように選択することができる。
【００６１】
抵抗フィルムを適用する前に、絶縁層を提供するために、アルミニウムに陽極酸化処理が施される。１０ミクロン（すなわち０．００１ｃｍ）の陽極酸化厚を使用するように選択することができる。典型的な陽極酸化層の絶縁耐力は、４０〜８０ボルト／ミクロンの範囲であるので、はるかに薄くても、全く十分であろう。しかしながら、より厚い層は、抵抗のいくつかの部分が、陽極酸化ステップと抵抗コーティングステップとの間に、湿った環境か又は腐食した環境内において保管される場合には、耐食性について利点を有することができる。相対的な誘電率は、様々なアルミニウム陽極酸化プロセスに関して、典型的には、６〜８の範囲であり、本明細書における計算のために、７の値を用いることとする。ここでもまた、０．２８アンペアのピークＲＦ電流が、円周の１／４において集中させられることを想定すると、実効全分布容量は、約８．５４（ｐｉ）（０．２５４）（０．１５０）（７）／（４（０．００１））＝１７９０ｐｆである。陽極酸化層の両端間におけるＲＦ電圧降下は、従って、０．２８／（２（ｐｉ）（４．５ｅ６）（１７９０ｅ−１２））＝５．５ボルトになる。この値は、この用途において、完全に許容することができる。従って、ＲＦ電圧駆動回路は、ロッドの表面に３００ボルトを配電するために、約３０６ボルトを生成する必要がある。ロッド−ロッド間か、又は個々のロッドに沿ってのいずれかの、絶縁体の厚さにおけるいくらかの変動は、イオンガイドか又は衝突セルのように、この用途において許容可能であろうことは明白である。
【００６２】
例２
この実施形態は、同軸分布容量を有するように構成された四重極質量フィルタを含む。おそらく双曲線形の面を有するロッドは、長さ０．２ｍで直径０．８ｃｍの円形ロッドとして近似させることが可能である。中心タップ・ポイントにＤＣ電圧を印加することによって、イオンが中心において減速させられる場合には、該長さをおそらく短縮することができる。ロッドは、Ｕ＋及びＵ−の電圧にバイアスされる必要があるであろう。全長に沿った電圧の多数の組み合わせが可能であるが、１０Ｖのエンド・トゥー・エンド電圧を仮定する。アルミニウムからロッドを作ることができる場合には、例えば、１ミクロン未満の、より薄い陽極酸化層を指定すべきである。より薄い層は、ＲＦ電圧降下を減少させ、その結果、層の厚さにおける変動によって、ロッドの外側表面上においてＲＦ電圧の変動が生じず、電界異常をもたらし、イオン質量フィルタリングを不十分なものにする。電解コンデンサにおいて、サブミクロンの陽極酸化アルミニウム層が一般的である。
【００６３】
以前に示した２．５オーム・センチメートルの抵抗率で１６ミクロンのポテンショメータ・インクを用いる場合には、抵抗層によるＲＦ電圧降下は重要ではない。しかしながら、おそらく、厚さ１６ミクロンの抵抗層を有することには分別がない。何故ならば、その厚さにおける変動は、四重極子の２ｒ０を変化させ、ピーク形状を劣化させるであろうからである。均一な厚さを有するより薄い抵抗層が好ましいであろう。１つの可能性は、ＣＶＤを用いて、５０ｎｍの窒化チタン層を提供することである。層の導電率が、４００ｕオーム・センチメートルの場合には、ＤＣ電流は、（１０）（ｐｉ）（０．８）（５０ｅ−９）／（（４００ｅ−６）（０．２））＝１５ミリアンペアとなり、ロッド内におけるＤＣ電力損失は、０．１５ワットとなるであろう。これらは、軸方向電界が望まれる場合には、四重極質量フィルタにとって不合理な数ではない。
【００６４】
本発明は、イオンを誘導するための重要な新規の装置を提供することが、上記結果と説明とから明白である。従って、本発明は、当該技術分野に対して多大な貢献をすることになる。
【００６５】
本明細書において引用された全ての刊行物及び特許は、あたかも各々の個々の刊行物又は特許が、参照によって組み込まれるために明確に且つ個別に指定されるかのように、参照によって本明細書内において組み込まれる。任意の刊行物の引用は、出願日よりも前のそれらの開示の代用であり、本発明が、先願発明のせいで、先行するそのような刊行物に対して権利が無いことに対する了承と解釈されるべきではない。
【００６６】
本発明が、その特定の実施形態に関して説明されてきたが、本発明の純粋な思想と範囲とを逸脱することなく、様々な改変を行うことができ、等価物を代用することができることが当業者であれば理解されるはずである。更に、本発明の目的、思想、及び範囲に対して、特定の状況か、材料か、物の構成か、プロセスか、又はプロセスのステップ（複数可）を適応させるために、多くの修正を加えることもできる。全てのそのような修正は、本明細書に添付された特許請求の範囲の範囲内に含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】例示的な六重極イオンガイドの概略図である。
【図２Ａ】本発明の例示的な典型的な多重極イオンガイドロッドの概略図である。
【図２Ｂ】本発明の例示的な典型的な多重極イオンガイドロッドの概略図である。
【図３】多重極イオンガイドの偶数番号のロッドか又は奇数番号のロッドの間の電気的な接続を示す概略図である。
【図４Ａ】本発明の例示的な六重極イオンガイドのイオン入力端におけるロッド間の電気的な接続を示す概略図である。
【図４Ｂ】本発明の例示的な六重極イオンガイドのイオン出力端におけるロッド間の電気的な接続を示す概略図である。
【図５】多重極イオンガイドを用いる第１の例示的な質量分析システムの概略図である。
【図６】多重極イオンガイドを用いる第２の例示的な質量分析システムの概略図である。
【符号の説明】
【００６８】
４  抵抗層
６  絶縁層
８  導電層
２０  ロッド
２４  ＤＣ電圧源
２６  ＲＦ電圧源
２８  ＲＦ電圧源
３０  ＤＣ電圧源
１０１  ロッド
１０２  ロッド
１０３  ロッド
１０４  ロッド
１０５  ロッド
１０６  ロッド
１０８  ＲＦ電圧源
１１０  ＤＣ電圧源
１１２  ＲＦ電圧源
１１４  ＤＣ電圧源
１２０  ＤＣ電圧源
１２２  ＲＦ電圧源
１２４  ＤＣ電圧源
１２６  ＲＦ電圧源
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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