(57)【要約】【課題】単純化されたアセンブリでイオンガイドの正確な形状を実現する。    【解決手段】カラーの外周上に軸方向に変位して設けられた２つの溝を持つ少なくとも１つの絶縁カラーによって半径方向に収容された２N本のロッドを備えた自己位置合わせ型イオンガイドアセンブリ。各溝内の導線がそれぞれ半径方向に向いた穴を通って１本置きのロッドに電気的に接触し、かつ機械的に接合されている。あるいは、カラーはロッドと導線とのアセンブリの周囲にキャスティングされる。
2005520301.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）中心軸から等距離に配置された２Ｎ本のロッドと、
（ｂ）前記ロッドを支持し、１本置きのＮ本の前記ロッドを電気的に接続するための少なくとも１つの支持カラーであって、それにより隣接する各対のロッドは電気的に分離され、前記カラーは外側方位角外周上に形成された第一および第二の軸方向に変位させられた溝を持つ絶縁リングを備え、各々の前記溝はそこを通るＮ個の半径方向に向けられた穴を横切り、前記半径方向に向けられた穴は前記１本置きの対応するロッドを位置決めするための内周方位角上にある、ロッドと同形の表面部分と各々位置合わせされており、それにより前記第一の溝の前記Ｎ個の穴が前記第二の溝の前記Ｎ個の穴に関して方位角方向にπ/Ｎだけずらされている支持カラーと、
（ｃ）それぞれの前記半径方向に向けられた穴を通って対応する前記ロッドに接触するように、各々の前記溝内に配置された導電体とを含むイオンガイド。
【請求項２】
前記導体が導線を含み、前記導線が前記対応するロッドにスポット溶接されている、請求項１記載のイオンガイド。
【請求項３】
Ｎ＝３であり、前記イオンガイドが２次元の６極電界を支持する、請求項１のイオンガイド。
【請求項４】
前記軸が直線を含む、請求項１記載のイオンガイド。
【請求項５】
イオン源と前記イオン源から離して置かれた分析装置とを含み、それらの間にイオンガイドアセンブリを介在させたイオン分析用のシステムであって、前記イオンガイドアセンブリが、
（ａ）２Ｎ本のロッドと、
（ｂ）中心軸から等距離に前記ロッドを支持し、１本置きのＮ本の前記ロッドを電気的に接続し、それにより隣接する各対のロッドが電気的に分離されるようにするための少なくとも１つの支持カラーと、
（ｃ）前記カラーが外側方位角外周上に形成された第一および第二の軸方向に変位させられた溝を持つ絶縁リングを備え、各々の前記溝はそれを通過するＮ個の半径方向に向けられた穴を横切り、前記半径方向に向けられた穴は前記１本置きの対応するロッドを位置決めするための内周方位角上にある、ロッドと同形の表面部分と各々位置合わせされており、それにより前記第一の溝の前記Ｎ個の穴が前記第二の溝の前記Ｎ個の穴に関して方位角方向にπ/Ｎだけずらされており、かつそれぞれの半径方向に向けられた穴を通って前記対応するロッドに接触するように前記各々の溝内に配置された導電体とを含むシステム。
【請求項６】
２次元の多極電界分布を発生するための２Ｎ本のロッドを安定に支持する方法であって、
（ａ）絶縁リングの内面上に方位角方向に等距離に配置された２Ｎ個の、ロッドと同形の表面領域を形成すること、
（ｂ）前記リングの外周面上に第一および第二の溝を形成すること、
（ｃ）対応する１つ置きの前記ロッドと同形の表面と位置を合わせて前記溝の各々の中にＮ本の半径方向に向けられた穴を開けること、
（ｄ）前記２Ｎ本のロッドの各々を前記ロッドと同形の表面に接触させること、ならびに
（ｅ）それぞれ第一および第二の導電体を前記第一および第二の溝の中に個別に配置し、各々の前記ロッドを対応する半径方向に向けられた穴を通って１つの前記導体に接触させることを含む方法。
【請求項７】
前記第一の導体を第一の電位と接触させ、前記第二の導体を反対の極性の電位に接触させることにより、前記ロッドアセンブリに通電することを更に含む、請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記反対極性の電位がＤＣ電圧の低下を含む、請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記反対極性の電位が位相をずらしたＡＣ電圧を含む、請求項７記載の方法。
【請求項１０】
２次元の多極電界分布を発生するための２Ｎ本のロッドを安定に支持する方法であって、
（ａ）固定具の外側表面上に方位角方向に等距離に配置された２Ｎ個のロッドと同形の表面領域を捕捉すること、
（ｂ）第一の導線を１つ置きの前記ロッドに接合させてそれと電気的に接触させると共に前記１つ置きのロッドの間に配置されたロッドとの電気的絶縁を確保し、第二の導線を前記１つ置きのロッドの間に配置された各ロッドに接合させると共に前記１つ置きのロッドとの電気的絶縁を確保し、それにより前記第一の導線とＮ本のロッドの第一のグループとの間の導電性の接合を確立し、また前記第二の導線とＮ本のロッドの第二のグループとの間の導電性の接合を確立すること、
（ｃ）前記接合に近接した領域内に前記ロッドを取り囲むモールドを配置すること、
（ｄ）前記モールド内に一時的に流体相をとるキャスティング可能な電気的絶縁媒体を導入し、そして前記媒体を固体相に変化させること、ならびに
（ｅ）それにより得られた前記ロッドのアセンブリから前記モールドおよび前記固定具を取り除くことを含む方法。
【請求項１１】
前記ロッドの第一のグループに第一のリード線を設け、前記ロッドの第二のグループに第二のリード線を設けることを更に含む、請求項１０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、イオンガイドおよび質量分析の目的のために使用される多極電界を生成するためのロッドのアセンブリに関し、さらに詳しくは、その経済的かつ精密な構造の構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、２００２年３月１２日出願の米国仮特許出願第60/364,507号の利益を主張する。
空間的な間隔を超えてイオンを移送することは、イオンガイドの機能である。かかるイオンガイドは、イオンの軌跡を大略的に軸方向の軌道に制約するための電気−光学的装置であり、その制約は軸方向に向けられていないイオンの軌道を軸方向に戻すような、適切な多極電界分布の影響によって達成される。かかるガイドの最も一般的な構造的形態は、中心軸から等距離に配列された２N本の金属ロッドを含む。位相が反対で、かつ/または１８０°シフトした交流電位が１本置きのロッドに共通に印加される。イオンガイドの効果は、ロッドアセンブリの正確な形状と、事実上のイオン源およびガイドの出口開口とその間でイオンガイドが作動する装置の本当の開口との間の一致状態に依存する。１つのシステム（質量分光計）では、間にイオンガイドを介在させて質量分析装置から間隔を置いてイオン源が配置されている。電離および質量分析手順と装置とを分離することにより、イオンガイドの効率に関わるこれらの手順およびハードウェアの最適化が可能となる。
【０００３】
従来技術では、ロッドの相対位置を保持し、かつ１本置きのロッドに所望の共通の電気的接触を与えるための穴を持つ少なくとも１対の軸方向に間隔を開けた支持アセンブリでロッドの配列を支持することで、イオンガイド構造にアプローチした。これらの従来技術の支持アセンブリは典型的には、ロッドの相対的な配置を規定するための、ロッドが通過する穴を持つセラミック製絶縁リングを含む。セラミック製絶縁体の両側には金属リングが固定されており、各金属リングが１本置きのロッドの対応する１組と共通の電気的接触を形成すると同時に他の１組のロッドからの電気的絶縁を維持する。かかる構成は下記特許文献１および下記特許文献２に説明されている。
【特許文献１】米国特許第６，３２９，６５４号明細書
【特許文献２】米国特許第５，８５２，２９４号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
単純化されたアセンブリでイオンガイドの正確な形状を実現することが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
これは、外側方位角面上に２本の軸方向に間隔を開けた外周溝を収容するのに十分な軸方向の大きさを持つ絶縁リングを使用する支持カラー構造によって得られる。内部方位角面は、各ロッドの位置決めのためにロッドと同形に形成されたアーチ形表面部分を内部に持つ。各溝は、２N本のロッドの組み立てのために２π/Nラジアンの方位角の間隔で半径方向に向けられた１組の穴で特徴付けられる。１つの溝に対して設定された穴の角度位置は、他の溝に関して互い違いのπ/Nである。N本のロッド１組のための共通の電気的接触は、溝の中に配置された導体によって実現され、これはそれぞれ半径方向に向けられた穴を通ってロッドに接触している。
【０００６】
アーチ状の表面はロッドを受け、その外に向かう半径方向の位置を制約する。電気的接触は溝の中に捕捉された強い導線によって行われ、導線が穴を通ってそれぞれのロッドに接合されていると、導線にストレスがかかると、アーチ状の表面部分がロッドに対して内側に向かって制約する力とバランスするような、ロッドに対する外向きの力が生じて、例えばロッドにカラーに向かって予め負荷がかかる。その結果、イオンガイドアセンブリは堅固な自己位置合わせ構造であり、ロッド自体によってのみ制限される開口によって特徴付けられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の態様を、１つの代表的な例について図１に模式的に示す。この例では、電離チャンバー１２はサンプルに対して作用し、電離チャンバー１２から取り出されてイオンガイド１６を通って分析装置１４に送られるサンプルの電離部分を生成する。ここにはイオントラップ１８、検出器/ディスプレー、記録装置２０およびトラップ支援電子装置２２を備えたイオントラップ質量分析装置を模式的に示す。電離プロセスを分析から分離することは、様々な理由により有利であることが多いが、その理由は本発明の範囲から外れる。
【０００８】
図２ａおよび２ｂに示したイオンガイド１６は本発明の特徴として、例えば具体的には６極イオンガイドが組み込まれている。６本の円筒形ロッド３２のアセンブリ３０は、ロッドの軸に垂直な円形面上で等間隔に軸方向に配列されている。アセンブリ３０は大略的に円筒形の１個以上（好適には２個）の絶縁カラー３４および３６を更に含む。カラー３４および３６の外側方位角外周には２つの溝３８，３９が切り込まれており、互いに軸方向に変位している。内周方位角は等角度間隔（ここでは６０°）に配置されたロッドと同形のアーチ状（半円形）の部分４０で特徴付けられる。各半円形部分４０はそれと接触するロッドの半径方向の位置を規定し、個々のロッドの軸を決定するが、それは普通は他のロッドと平行である。各溝３８および３９は１本置きの半円形部分４０と一致するように形成された半径方向に向いた穴を持つ。好適には導線４２および４４である導体が、それぞれの溝３８および３９内に配置され、半径方向に向いた穴を通って対応するロッドに適切に接合されて、電気的接触と共にそれとの耐久性のある機械的な接合を形成している。例として、図３は貫通穴４５を介して下にある１本のロッド３２にスポット溶接４８で接合された導線４４を示す。導線４２および４４は、対応する穴を通ってそれぞれのロッドに接合された場合、かかるロッドは半円形部分でカラーに対して予負荷をかけられるように、十分なストレスを受けて溝３８および３９内に捕捉される。
【０００９】
イオンガイド１６の組み立ては、マンドレルの周囲にロッドを配置して、１組のロッドの中心に配置されたマンドレルがロッドを半円形部分４０に向かって外側に押し付けるようにすることで行われる。例えば導線４２は溝の底に対して内側に向かって押し付けられ、各半径方向に向けられた穴を通り、そして好適にはそれぞれのロッド１１にスポット溶接される。次にマンドレルが取り出される。それぞれ半円形の部分Ａ'、Ｂ'、Ｃ'、Ｄ'、Ｅ'およびＦ'に押し付けられた６本のロッド（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、ＥおよびＦ）を備えた６極イオンガイド１６の場合、それぞれ半径方向に向けられた穴を通って、例えば溝３８内の導線がロッドＡ、ＣおよびＥとつながり、溝３９内の導線はロッドＢ、ＤおよびＦとつながる。ロッドの各組からの電気的接触は、ロッドの各組の選択されたロッドからの導線または半径方向に外側に向けられたリード線により行われる。
【００１０】
本発明の１つのイオンガイドでは、絶縁カラーは丈夫だが柔軟性のある構造を作るために、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）のようなプラスティックで形成される。別の選択は硫化ポリフェニレン（ＰＰＳ）であるが、好適には温度安定性のためにガラスが充填される。セラミックまたは他のもろい絶縁材料もこの目的のために十分である。ロッドは任意の適切な導体で作ることができるが、一般にこれらは様々な特性を持つイオン流に対して化学的に比較的不活性であることが望ましい。導線４２にはステンレス鋼が使用され、ロッド３２にスポット溶接することにより単純かつ効果的な接合が得られた。本発明の構成は本質的に自己位置合わせ的であり容易に組み立てられる。その結果得られるイオンガイドは、ロッドをかかる支持部材中の貫通穴に通した場合のような、支持カラーによる制限的な内径を示さない。１つのカラーが更に半径方向の延長部を含んで、電離チャンバー１２または分析装置１８に代表される端末装置に対応するフランジ４６を形成するのが有用である。
【００１１】
上記による６極のイオンガイドは、全長６ｃｍ、カラーの外径（フランジを除く）０.５０インチで構成された。ロッドは２.４ｍｍのステンレス鋼で、直径０.２９０インチの円に６０°の等間隔で配列された。接続用導線４２は０.０２０インチのステンレス鋼製である。ここに述べる構成は図１に示した質量分析分光システムで使用され、特に堅固でありまた洗浄、保守などのための分解および再組み立てに耐えられる。
【００１２】
図４に示す別の実施形態では、上で述べたイオンガイド構造はキャスティングプロセスにより、ロッドの所望の空間的な関係を定める固定具５２内にロッド３２を配置して構成される。次に導線４２を半田またはタック溶接により適切なロッドに接合する。モールド５０が固定具５２とロッド３２とのアセンブリの周囲に、エポキシのような流体の絶縁媒体を（一時的に）収容するのに十分な滑り嵌合部を形成する。広範囲のエポキシ系材料のいずれも有用であり、特定の材料の選択は印加される電界強度、気体放出特性、低エネルギーイオンによって生じる腐食の結果起きる可能性のある（分析装置に対する）汚染の影響、機械的および熱的な特性などを考慮して行われる。これらの問題は本発明の範囲外である。例として、ノースハンプシャー州ＳｅａｂｒｏｏｋのＤｅｘｔｅｒ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから市販されているエポキシ材料であるＥｐｏｘｉ ｐａｔｃｈ（１Ｃ−ｗｈｉｔｅ）を使用して良好な結果が得られた。モールド５０と固定具５２とは、完成した鋳造物から滑らせて容易に取り外せるテトラフルオロエチレン（テフロン（登録商標））で形成した。
【００１３】
当業者であれば、上記の実施形態は本発明の範囲から逸脱することなく様々な仕方で変更できることが明らかであろう。コンベヤの適切な応用には、質量分析以外の用途が含まれる。イオンガイドは真っすぐである必要は無く、望みの非直線軌道を取ることができる。より多くのカラーを適切な間隔で配置して、長いガイドを構成することもできる。従って、本発明の範囲は特許請求の範囲とその法的な均等物によって定められるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の１つの態様を示す。
【図２ａ】本発明によるイオンガイドアセンブリの斜視図である。
【図２ｂ】図２ａのイオンガイドの立面図である。
【図２ｃ】本発明の１つの支持カラーを通る断面図である。
【図３】本発明の支持カラーの詳細を示す。
【図４】図２ａと類似のイオンガイドを構成する別の態様を示す斜視図である。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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