(57)【要約】減圧チャンバー内のイオンのような陽性粒子および陰性粒子両方を測定するために適切な質量分析計。この質量分析計は、この陽性粒子および陰性粒子を分離するために適切な方向を有する適切な磁束をもつ継鉄のギャップを提供する整調可能な常磁性セグメントを備える。極性を変えることは、これらイオンの飛行を調節する。従って、負に荷電したイオンおよび正に荷電したイオンは、反対の極性の下で類似の飛行経路に従い、単一アレイの検出器の使用を可能にする。上記ギャップに適切な磁束を提供するために、上記整調可能な常磁性セグメントに代えて、またはそれに加えて、１つ以上のコイルが用いられ得、そして／またはこの整調可能な磁性セグメントの整調プロセスを容易にする。検出器は、検出器領域、２荷電モード増幅器、第１および第２のＣＣＤシフトレジスターを備え得る。
2007521616.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量分析計を備える機器であって、該質量分析計が：
減圧チャンバー；
該減圧チャンバー中に受容されるイオン供給源；
第１の時間で第１の配向の、そして第２の時間で第２の配向の、該減圧チャンバー中の磁場を選択的に生成するために作動可能な磁気アセンブリ；および
少なくとも１つの検出器領域、該検出器領域に連結された少なくとも２つの荷電モード増幅器、少なくとも２つのＣＣＤシフトレジスター、第１の該荷電モード増幅器の１つに連結された第１の該ＣＣＤシフトレジスターの１つ、および第２の該荷電モード増幅器の１つに連結された第２の該ＣＣＤシフトレジスターの１つを備えるイオン検出器を備える、機器。
【請求項２】
前記質量分析計が：
前記イオン供給源と前記イオン検出器との間の前記減圧チャンバー中に受容される１セットの移動光学的要素；および
該イオン供給源と該イオン検出器との間の該減圧チャンバー中に受容される静電セクター分析器をさらに備える、請求項１に規定される機器。
【請求項３】
前記磁気アセンブリが、前記減圧チャンバーに対する回転のために取り付けられた永久磁石を備える、請求項１に規定される機器。
【請求項４】
前記磁気アセンブリが、永久磁石および磁束リターン、減圧チャンバーに対する回転のために取り付けられた永久磁石を備える、請求項１に規定される機器。
【請求項５】
前記磁気アセンブリが、前記減圧チャンバー内にそれに対する回転のために取り付けられた永久磁石を備える、請求項１に規定される機器。
【請求項６】
前記磁気アセンブリが、前記減圧チャンバーの外側にそれに対する回転のために取り付けられた永久磁石を備える、請求項１に規定される機器。
【請求項７】
前記磁気アセンブリが、前記減圧チャンバーの外側にそれに対する回転のために取り付けられた永久磁石、および該減圧チャンバー内に少なくとも部分的に取り付けられた磁束リターンを備える、請求項１に規定される機器。
【請求項８】
前記磁気アセンブリが、磁束リターンの周りに巻かれたコイル、電流供給源、および第１の時間に第１の方向の、かつ第２の時間で第２の方向の該電流供給源から該コイルを通る電流を生じるよう選択的に作動可能な少なくとも１つのスイッチを備える、請求項１に規定される機器。
【請求項９】
質量分析計を作動する方法であって：
第１の期間の間に減圧チャンバー中で第１の配向を有する磁場を生成するために磁石を作動する工程；
該第１の期間の間に該減圧チャンバー内の磁場に第１の荷電のイオンを注入する工程；
該第１の期間の間に第１の検出器領域で該第１の荷電のイオンを受容する工程；
第２の期間の間に該減圧チャンバー中で第２の配向を有する磁場を生成するために該磁石を作動する工程；
該第２の期間の間に該減圧チャンバー内の磁場に第２の荷電のイオンを注入する工程；および
該第２の期間の間に第１の検出器領域で該第２の荷電のイオンを受容する工程、を包含する、方法。
【請求項１０】
前記第１の期間の間に、前記第１の検出器領域から第１の荷電モード増幅器に信号を提供する工程；および
前記第２の期間の間に、前記第１の検出器領域から第２の荷電モード増幅器に信号を提供する工程をさらに包含する、請求項９に規定される方法。
【請求項１１】
前記第１の期間の間に、前記第１の荷電モード増幅器から第１のＣＣＤシフトレジスターに信号を提供する工程；および
前記第２の期間の間に、前記第２の荷電モード増幅器から第２のＣＣＤシフトレジスターに信号を提供する工程をさらに包含する、請求項１０に規定される方法。
【請求項１２】
前記第２の期間の間に減圧チャンバー中で第２の配向を有する磁場を生成するために磁石を作動する工程が、第１の位置から第２の位置に永久磁石を回転する工程を包含する、請求項９に規定される方法。
【請求項１３】
前記第１の期間の間に減圧チャンバー中で第１の配向を有する磁場を生成するために磁石を作動する工程が、第１の位置に永久磁石を回転する工程を包含し、そして前記第２の期間の間に該減圧チャンバー中で第２の配向を有する磁場を生成するために該磁石を作動する工程が、該第１の位置から第２の位置に永久磁石を回転する工程を包含する、請求項９に規定される方法。
【請求項１４】
前記第２の期間の間に減圧チャンバー中で第２の配向を有する磁場を生成するために磁石を作動する工程が、第１の方向から第２の方向までコイルを通過する電流の方向をスイッチする工程を包含する、請求項９に規定される方法。
【請求項１５】
前記第１の期間の間に減圧チャンバー中で第１の配向を有する磁場を生成するために磁石を作動する工程が、第１の方向にコイルを通じて電流を供給する工程を包含し、そして前記第２の期間の間に該減圧チャンバー中で第２の配向を有する磁場を生成するために該磁石を作動する工程が、該第１の方向から第２の方向に該コイル中の電流流れの方向を変化する工程を包含する、請求項９に規定される方法。
【請求項１６】
質量分析計のスイッチ可能な磁気セクションであって：
上部ヨークセグメント；
該上部ヨークセグメントと対向する下部ヨークセグメント；および
Ｎ極およびＳ極を有し、該上部ヨークセグメントと該下部ヨークセグメントとの間に、極の各々と個々のヨークセグメントの各々との間に磁石／ヨークギャップが存在するように配置される整調可能な永久磁石、を備え、
ここで、該上部ヨークセグメントおよび該下部ヨークセグメントが、その中で異なる質量のイオンが異なる経路に従う磁石ギャップまたは戻り磁束をさらに提供する、スイッチ可能な磁気セクション。
【請求項１７】
前記磁石／ヨークギャップが、前記分析計の作動の間に実質的にゼロであり、そして前記整調可能な永久磁石セグメントの整調を含む操作の間にゼロより大きい、請求項１６に規定されるスイッチ可能な磁気セクション。
【請求項１８】
前記磁石ヨークセグメントがコイルをさらに備える、請求項１６または１７に規定されるスイッチ可能な磁気セクション。
【請求項１９】
前記上部ヨークセグメントが第１のスライダー上に支持され、該第１のスライダーが、第１のピストンによって第１のカラム上でスライドするように作動可能である、請求項１８に規定されるスイッチ可能な磁気セクション。
【請求項２０】
前記整調可能な磁石セグメントが第２のスライダー上に支持され、該第２のスライダーが、第２のピストンによって第２のカラム上でスライドするように作動可能である、請求項１９に規定されるスイッチ可能な磁気セクション。
【請求項２１】
上部ヨークセグメント；
該上部ヨークセグメントと対向する下部ヨークセグメント；および
Ｎ極およびＳ極を有し、該上部ヨークセグメントと該下部ヨークセグメントとの間に、極の各々と個々のヨークセグメントの各々との間に磁石／ヨークギャップが存在するように配置される整調可能な永久磁石、を備え、
ここで、該上部ヨークセグメントおよび該下部ヨークセグメントが、その中で異なる質量のイオンが異なる経路に従う磁石ギャップまたは戻り磁束をさらに提供する、スイッチ可能な磁気セクションを備える質量分析計を備える機器。
【請求項２２】
前記スイッチ可能な磁気セクションの磁石／ヨークギャップが、前記分析計の作動の間に実質的にゼロであり、そして前記整調可能な永久磁石セグメントの整調を含む操作の間にゼロより大きい、請求項２１に規定される機器。
【請求項２３】
前記磁石ヨークセグメントがコイルをさらに備える、請求項２１または２２に規定される機器。
【請求項２４】
前記上部ヨークセグメントが第１のスライダー上に支持され、該第１のスライダーが、第１のピストンによって第１のカラム上でスライドするように作動可能である、請求項２３に規定される機器。
【請求項２５】
前記整調可能な磁石セグメントが第２のスライダー上に支持され、該第２のスライダーが、第２のピストンによって第２のカラム上でスライドするように作動可能である、請求項２４に規定される機器。
【請求項２６】
質量分析計の磁気セクションを作動する方法であって、該磁気セクションが上部ヨークセグメント、下部ヨークセグメント、およびＮ極およびＳ極を有する整調可能な永久磁石セグメントを備え、該整調可能な永久磁石が、該複数セグンメントの一方の側面の近傍で該上部ヨークセグメントと該下部ヨークセグメントとの間に配置され、該複数のセグメントが、該複数のセグメントの対向する側面に磁石ギャップをさらに有し：
該磁石ギャップ内で第１の極性を有するイオンの経路に影響することが所望されるとき、該Ｎ極を該上部ヨークセグメントに向かって、かつ該Ｓ極を該下部ヨークセグメントに向かって方向付けて第１の安定な位置をとる工程；
該磁石ギャップ内で第２の極性を有するイオンの経路に影響することが所望されるとき、該Ｎ極を該下部ヨークセグメントに向かって、かつ該Ｓ極を該上部ヨークセグメントに向かって方向付けて第２の安定な位置をとる工程であって、該第１の極性が該第２の極性と実質的に反対である工程、を包含する、方法。
【請求項２７】
前記第１の安定な位置および第２の安定な位置の１つから、個々の反対の位置に前記整調可能な永久磁石セグメントを回転することが所望されるとき、前記上部ヨークおよび下部ヨークセグメントの少なくとも１つに、該永久磁石セグメントによって提供される磁場とは反対の磁場を課す工程をさらに包含する、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記整調可能な永久磁石セグメントが前記第１の安定な位置または第２の安定な位置にあるとき、前記整調可能な永久磁石セグメントの極を個々のヨークセグメントと実質的に接触させる工程をさらに包含する、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記整調可能な永久磁石セグメントが、前記第１の安定な位置または第２の安定な位置にあること、およびそれから離れ回転されることが意図されることから選択される状況にあるとき、該整調可能な永久磁石セグメントの極と個々のヨークセグメントとの間の距離を維持する工程をさらに包含する、請求項２７に記載の方法。
【請求項３０】
前記整調可能な永久磁石セグメントが、前記第１の安定な位置または第２の安定な位置にあること、およびそれから離れ回転されることが意図されることから選択される状況にあるとき、該整調可能な永久磁石セグメントの極と個々のヨークセグメントとの間の距離を維持する工程をさらに包含する、請求項２９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（発明の背景）
（発明の分野）
本発明は、スイッチ可能な磁性セクション、このようなスイッチ可能な磁性セクションを備える質量分析計の二重焦点合わせセクションに関し、そしてより特定すれば、陽性および陰性両方の粒子検出のための質量分析計に関する。さらに、本発明は、例えば、本発明の質量分析計と、その他の分光光度計、クロマトグラフ、または任意のその他の特定の機器（単数または複数）との組み合わせのような、上記スイッチ可能な磁性セクションをもつ質量分析計を備える機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
（関連技術の説明）
質量分析計は、生命科学をモニターするプロセスから広がる多くの適用で広範に用いられている。過去６０年の経過に亘り、広範な種類の機器が開発されている。新たな開発の焦点は、２つの群れにある：（１）高い質量解像度およびＭＳ／ＭＳ能力をもつ、なおより高い質量範囲のための突進、および（２）小さなデスクトップＭＳ機器の開発である。
【０００３】
質量分析計は、複合混合物の分析のために、しばしば、ガスクロマトグラフ（ＧＣ／ＭＳ）と組み合わされる。これは、揮発性化合物（ＶＯＣ）および準揮発性化合物（準ＶＯＣ）分析の場合そうである。ＧＣ／ＭＳ機器は、代表的には、ガス入口システム（上記ＧＣはこれの一部である）、イオン抽出器を備えた電子衝撃に基づくイオナイザー（ＥＩ）、イオンビームを焦点合わせし、イオン分離し、およびイオン検出するいくつかの光学的要素をもつ。イオン化はまた、化学的イオン化を経由して実行され得る。
【０００４】
イオン分離は、時間ドメインまたは空間的ドメインで実施され得る。時間ドメインにおける質量分離の例は、飛行時間型質量分析計である。時間ドメイン分離は、一般に用いられる四重質量分析計で観察され得る。ここで、この「四重フィルター」は、イオナイザーから検出器に伝達される唯一の質量／荷電比を可能にする。全質量スペクトルは、この「質量フィルター」を通る質量範囲を走査することによって記録される。その他の時間ドメイン分離は、イオンエネルギーまたは磁場強度のいずれかが変動する磁場に基づき、ここで再び、この質量フィルターが、伝達される唯一の質量／荷電比を可能にし、そしてスペクトルは、この質量範囲を通る走査を通じて記録され得る。
【０００５】
代替の概念は、イオンが磁場で空間的に分離され、そして位置感知検出器で検出される質量分析計である。二重焦点合わせ質量分析法の概念は、最初、１９４０年にＭａｔｔａｕｃｈおよびＨｅｒｚｏｇ（ＭＨ）によって導入された（Ｊ．Ｍａｔｔａｕｃｈ、Ｅｒｇｅｂｎｉｓｓｅ  ｄｅｒ  ｅｘａｋｔｅｎ  Ｎａｔｕｒｗｉｓｓｅｎｓｃｈａｆｔｅｎ、第１９巻、１７０〜２３６頁、１９４０、これは、その全体が参考として本明細書中に援用される）。
【０００６】
二重焦点合わせは、拡散するエネルギーおよび拡散する空間的ビームの両方を再焦点合わせする機器の能力をいう。磁石および微細機械加工技術における近代の発達は、これら機器のサイズの劇的な減少を可能にする。ＶＯＣおよび準ＶＯＣ分析をし得る質量分析計における焦点平面の長さは、数センチメートルまで減少している。
【０００７】
小共焦点平面レイアウトＭａｔｔａｕｃｈ−Ｈｅｒｚｏｇ機器の代表的な仕様は以下に要約される：
電子衝撃イオン化、レニウムフィラメント
ＤＣ電圧および永久磁石
イオンエネルギー：０．５〜２．５ｋＶ  ＤＣ
質量範囲：２〜２００  Ｄ
ファラデーカップ検出器アレイまたはストリップ荷電検出器または電気光学的検出器
１０１１ゲインまでの積分操作増幅器
衝撃係数：＞９９％
読み出し時間：０．０３秒〜１０秒
感度：ストリップ荷電検出器で約１０ｐｐｍ
伝統的な機器では、イオン光学的要素は、減圧チャンバーフロア中、またはチャンバー壁上に取り付けられる。これらの光学的要素はまた、減圧ハウジングレイアウトの一体化部分であり得る。小さな機器では、しかし、これらイオン光学的要素は、「光学的ベンチ」として作用するベースプレート上に容易に構築され得る。このベンチは、上記イオン光学的要素のすべての要素を保持する。このベースプレートは、減圧フランジに対して取り付けられ、減圧下で質量分析計を操作するために必要な減圧シールを提供する。このベースプレートはまた、減圧フランジそれ自体であり得る。
【０００８】
Ｍａｔｔａｕｃｈ−Ｈｅｒｚｏｇレイアウトにおけるイオン検出器は、位置感知検出器である。多くの概念が過去数十年間に亘り開発されてきた。最近の開発は、従前に用いられた電気工学的イオン検出（ＥＯＩＤ）に対する代替として、半導体を基礎にする直接イオン検出に焦点をあてている。
【０００９】
電気光学的検出器（ＥＯＩＤ）は、マルチチャネルプレート（ＭＣＰ）中のイオンを電子に変換し、これら電子を増幅し（同じＭＣＰ中）、そしてこれら（上記ＭＣＰから発せられる）電子で燐フィルムを照射する。燐フィルム上に形成されたイメージは、光ファイバーカップラーを経由して光ダイオードで記録される（その全体が参考として本明細書中に援用される米国特許第５，８０１，３８０号を参照のこと）。電気光学的イオン検出器（ＥＯＩＤ）が、質量分析計の焦点平面に沿って空間的に分離されたイオンの同時測定のために意図される。このデバイスは、イオンを電子に、次いで光子に変換することにより作動し得る。これら光子は、このイオンで誘導される信号のイメージを形成する。これらイオンは、微細チャネル電子増倍管アレイ上に衝突することにより電子を生成する。これら電子は、光子イメージを生成する燐光体でコートされた光ファイバープレートに加速される。これらイメージは、光検出器アレイを用いて検出される。電気光学的イオン検出器（ＥＯＩＤ）は、多くの方法で高度に有利であるが、それは複数の変換を必要とするので、比較的複雑である。さらに、燐光体の必要な使用から、それらは、検出器の動的範囲を制限し得る点で複雑であり得る。微細チャネルデバイスもまた、複雑であり得る。なぜなら、それは、印加されるべき高電圧、例えば、１ＫＶを必要とし得るからである。これはまた、微細チャネルデバイスのような特定の構造物が、１０６  Ｔｏｒｒのような減圧環境中に配置されることを要求し得る。これらのより高い圧力の操作では、この微細チャネルデバイスは、イオンフィードバックおよび電気放電を経験し得る。フリンジ磁界は、電子軌跡に影響し得る。等方性燐光放射もまた、解像度に影響し得る。質量分析計の解像度は、それ故、これらおよびその他の影響に起因して損なわれ得る。
【００１０】
異なる形態に従って、直接荷電測定は、微細加工ファラデーカップ検出器アレイに基づき得る。ここでは、個々にアドレス可能なファラデーカップのアレイが、イオンビームをモニターする。このアレイの個々の要素中で収集された荷電は、マルチプレクサユニットを経由して増幅器に手渡される。このレイアウトは、必要な増幅器および貫通接続の数を減少する。この概念は、以下のような最近の刊行物に詳細に記載されている。「Ａ．Ａ．Ｓｃｈｅｉｄｅｍａｎｎ、Ｒ．Ｂ．Ｄａｒｌｉｎｇ、Ｆ．Ｊ．Ｓｃｈｕｍａｃｈｅｒ、およびＡ．Ｉｓａｋａｒｏｖ、Ｔｅｃｈ．Ｄｉｇｅｓｔ  ｏｆ  ｔｈｅ  １４ｔｈ  Ｉｎｔ．Ｆｏｒｕｍ  ｏｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ａｎａｌｌｙｔｉｃａｌ  Ｃｈｅｍ．（ＩＦＰＡＣ−２０００）、レーク  ラスベガス、ネバダ、２０００年１月２３〜２６日、アブストラクトＩ−０６７」；「Ｒ．Ｂ．Ｄａｒｌｉｎｇ、Ａ．Ａ．Ｓｃｈｅｉｄｅｍａｎｎ、Ｋ．Ｎ．Ｂｈａｔ、およびＴ．−Ｃ．Ｃｈｅｎ，，Ｐｒｏｃ．ｏｆ  ｔｈｅ  １４ｔｈ  ＩＥＥＥ  Ｉｎｔ．Ｃｏｎｆ．ｏｎ  Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ（ＭＥＭＳ−２００１）、インターラーケン、スイス、２００１年１月２１〜２５日、９０〜９３頁」；および「荷電粒子ビーム検出システム」と題する非仮特許出願第０９／７４４，３６０号；これら３つのすべては、それらの全体が参考として本明細書中に援用される。
【００１１】
質量分析計に関するその他の重要な参考文献には、Ｎｉｅｒ、Ｄ．Ｊ．Ｓｃｈｌｕｔｔｅｒ  Ｒｅｖ．Ｓｃｉ．Ｉｎｓｔｒｕｍ．５６（２）、２１４〜２１９頁、１９８５；およびＴ．Ｗ．Ｂｕｒｇｏｙｎｅら、Ｊ．Ａｍ．Ｓｏｃ．Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｕｍ  ８、３０７〜３１８頁、１９９７；があり、これら両方は、それらの全体が参考として本明細書中に援用される。
【００１２】
あるいは、特に低エネルギーイオンには、接地され、かつ絶縁されたバックグラウンド上の平坦金属細片（ストリップ荷電検出器（ＳＣＤ））が、イオンビームをモニターするために用いられ得る。ここでも、荷電は、マルチプレクサを経由して増幅器に手渡される。
【００１３】
非常に重要なイオン検出器アレイが、米国特許第６，５７６，８９９号に開示され、これもまた、その全体が参考として本明細書中に援用される。それはまた、シフトレジスターベース直接イオン検出器と称され得る。
【００１４】
その出願は、例えば、質量分析計システム、例えば、測定の前に電子および光子の変換（例えば、ＥＯＩＤ）なしで質量分析計デバイス中のイオンの直接測定を可能にする改変システムを備えたガスクロマトグラフィー−質量分析計（ＧＣ／ＭＳ）システムで用いられ得る、荷電感知システムを規定している。１つの事例では、それは、荷電連結デバイス（ＣＣＤ）技術を用い得る。このＣＣＤ技術は、金属酸化物半導体を含み得る。このシステムは、この検出器を用いる、荷電粒子の直接検出および収集を用い得る。検出された荷電粒子は、ＣＣＤの一部と関連するシフトレジスター中に直接蓄積する等価なイメージ荷電を形成する。この信号荷電は、従来様式でこのＣＣＤを通って単一の出力増幅器にクロックされ得る。このＣＣＤは、全検出器について１つの荷電から電圧への変換増幅器のみを用いるので、検出器アレイ中の個々の要素の信号ゲインおよびオフセットが最小にされ得る。
Ｍａｔｔａｕｃｈ−Ｈｅｒｚｏｇレイアウトでは、検出器アレイは、ファラデーカップ検出器アレイもしくはストリップ荷電検出器のいずれか、または前記の検出器のその他のいずれかのタイプから構成され、磁石の出口に配置され得る。この位置は、一般に、「焦点平面」と称される。
【００１５】
ファラデーカップ検出器アレイ（ＦＣＤＡ）は、ディープイオンエッチング（ＤＲＩＥ）により作製され得る。ストリップ荷電検出器（ＳＣＤ）は、蒸着法により作製され得る。活性要素をもつダイス（ＦＣＤＡまたはＳＣＤ）は、通常、レーザー切断または鋸引きのような従来技法でウエハーから切り出される。
【００１６】
このＦＣＤＡまたはＳＣＤダイスは、磁石の前面に保持される必要があり、そして「ファラデーカップ検出器アレイ」−「入力／出力」−「プリント回路ボード」（ＦＣＤＡ−Ｉ／Ｏ−ＰＣＢ）と呼ばれる、検出器要素で収集された荷電を読み出すためのマルチプレクサおよび増幅器ユニットに電気的に接続される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
伝統的なＭａｔｔａｕｃｈ−Ｈｅｒｚｏｇ器具では、上記イオン光学的要素は、減圧チャンバー壁上に配置され、そして位置感知イオン検出器は、イオン飛行経路の出口フランジ上に取り付けられる。この配列は、減圧の外側に磁石を有する結果として要求される。上記マルチプレクサおよび増幅器ユニットもまた、伝統的なＭａｔｔａｕｃｈ−Ｈｅｒｚｏｇ機器の場合には、減圧チャンバーの外側に位置決めされる。
【００１８】
本発明によれば、イオン光学的要素のすべてのパーツが「ベースプレート」上に配置されることが高度に好ましく、それ故、位置感知半導体を基礎にしたイオン検出器は、この同一ベースプレートに対して取り付けられ得る。しかし、本発明の特定の実施形態では、磁性セクションの一部は減圧下に、そして一部は大気圧下に存在し得る。さらに、マルチプレクサおよび増幅器ユニットもまた、減圧チャンバーの内側に位置決めされ得、これは、多くの利点を提示する。
【００１９】
一般に、通常はイオンである検出される粒子は、陰性または陽性のいずれかであり得る。現在まで、陽性粒子を検出するために特定のクラスの機器が用いられ、そして陰性粒子を検出するために異なるクラスの機器が用いられている。
【００２０】
本発明によれば、陽性粒子および陰性粒子の両方を検出および測定するために単一の器具が用いられている。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
（発明の簡単な要旨）
前記のように、本発明は、スイッチ可能な磁気セクション、このようなスイッチ可能な磁気セクションを備える質量分析計の二重焦点合わせセクションに関し、そしてより詳細には、陽性および陰性両方の粒子検出のための質量分析計に関する。さらに、本発明は、例えば、本発明の質量分析計とその他の質量分析計、クロマトグラフ、または任意のその他の特定の機器（単数または複数）との組み合わせのような、上記のスイッチ可能な磁気セクションを備えた質量分析計を備える機器に関する。
【００２２】
より詳細には、本発明は、以下を備える質量分析計のスイッチ可能な磁気セクションに関する：
上部ヨークセグメント；
該上部ヨークセグメントと対向する下部ヨークセグメント；および
Ｎ極およびＳ極を有し、該上部ヨークセグメントと下部ヨークセグメントとの間に、極の各々と個々のヨークセグメントの各々との間に磁石／ヨークギャップが存在するように配置される整調可能な永久磁石、を備え、
ここで、該上部ヨークセグメントおよび該下部ヨークセグメントが、その中で異なる質量のイオンが異なる経路に従う磁石ギャップまたは戻り磁束をさらに提供する。
【００２３】
前記磁石／ヨークギャップは、前記分析計の作動の間に実質的にゼロであり、そして前記整調可能な永久磁石セグメントの整調を含む操作の間にゼロより大きくてもよい。
【００２４】
前記磁石ヨークセグメントはまた、コイルをさらに備え得る。
【００２５】
前記上部ヨークセグメントは第１のスライダー上に支持され得、該第１のスライダーが、第１のピストンによって第１のカラム上でスライドするように作動可能である。さらに、前記整調可能な磁石セグメントは第２のスライダー上に支持され得、該第２のスライダーが、第２のピストンによって第２のカラム上でスライドするように作動可能である。
【００２６】
本発明はさらに、質量分析計に関し、これは、
減圧チャンバー；
該減圧チャンバー中に受容されるイオン供給源；
第１の時間で第１の配向の、そして第２の時間で第２の配向の、該減圧チャンバー中の磁場を選択的に生成するために作動可能な磁気アセンブリ；および
少なくとも１つの検出器領域、該検出器領域に連結された少なくとも２つの荷電モード増幅器、少なくとも２つのＣＣＤシフトレジスター、第１の該荷電モード増幅器の１つに連結された第１の該ＣＣＤシフトレジスターの１つ、および第２の該荷電モード増幅器の１つに連結された第２の該ＣＣＤシフトレジスターの１つを備えるイオン検出器を備える。
【００２７】
本発明におけるストリップ荷電コレクターは、好ましくは、米国特許第６，５７６，８９９Ｂ２における教示に従うリセットラインシステムに連結される。各々の新たな測定の前に、このシステムは、上記ストリップ荷電検出器から先の測定からの蓄積された荷電を排出するために用いられる。従って、このストリップ荷電検出器は、各新たな測定の前に所定の所望電位にセットされる。
【００２８】
上記質量分析計は、さらに：
前記イオン供給源と前記イオン検出器との間の前記減圧チャンバー中に受容される１セットの移動光学的要素；および
該イオン供給源と該イオン検出器との間の該減圧チャンバー中に受容される静電セクター分析器をさらに備え得る。
【００２９】
前記磁気アセンブリは、前記減圧チャンバーに対する回転のために取り付けられた永久磁石を備え得る。
【００３０】
前記磁気アセンブリはまた、永久磁石およびヨークまたは磁束リターンを備え得、この磁石は、減圧チャンバーに対する回転のために位置決めされ得る。この磁気アセンブリはまた、前記減圧チャンバーの外側にそれに対する回転のために取り付けられた永久磁石を備え得る。この磁石ギャップまたは磁束リターンは、該減圧チャンバー内に少なくとも部分的に取り付けられ得る。
【００３１】
前記磁気アセンブリは、磁束リターンの周りに巻かれたコイル、電流供給源、および第１の時間に第１の方向の、かつ第２の時間で第２の方向の該電流供給源から該コイルを通って流れる電流を生じるよう選択的に作動可能な少なくとも１つのスイッチを備える。
【００３２】
本発明はまた、質量分析計を作動する方法に関し、この方法は：
第１の期間の間に減圧チャンバー中で第１の配向を有する磁場を生成するために磁石を作動する工程；
該第１の期間の間に該減圧チャンバー内の磁場に第１の荷電のイオンを注入する工程；
該第１の期間の間に第１の検出器領域で該第１の荷電のイオンを受容する工程；
第２の期間の間に該減圧チャンバー中で第２の配向を有する磁場を生成するために該磁石を作動する工程；
該第２の期間の間に該減圧チャンバー内の磁場に第２の荷電のイオンを注入する工程；および
該第２の期間の間に第１の検出器領域で該第２の荷電のイオンを受容する工程、を包含する。
【００３３】
この方法は：
前記第１の期間の間に、前記第１の検出器領域から第１の荷電モード増幅器に信号を提供する工程；および
前記第２の期間の間に、前記第１の検出器領域から第２の荷電モード増幅器に信号を提供する工程をさらに包含し得る。
【００３４】
さらに、この方法は、前記第１の期間の間に、前記第１の荷電モード増幅器から第１のＣＣＤシフトレジスターに信号を提供する工程；および
前記第２の期間の間に、前記第２の荷電モード増幅器から第２のＣＣＤシフトレジスターに信号を提供する工程をさらに包含し得る。
【００３５】
前記第２の期間の間に減圧チャンバー中で第２の配向を有する磁場を生成するために磁石を作動する工程は、第１の位置から第２の位置に永久磁石を回転する工程を包含し得る。
【００３６】
また、前記第１の期間の間に減圧チャンバー中で第１の配向を有する磁場を生成するために磁石を作動する工程は、第１の位置に永久磁石を回転する工程を包含し得、そして前記第２の期間の間に該減圧チャンバー中で第２の配向を有する磁場を生成するために該磁石を作動する工程は、該第１の位置から第２の位置に永久磁石を回転する工程を包含し得る。
【００３７】
前記第２の期間の間に減圧チャンバー中で第２の配向を有する磁場を生成するために磁石を作動する工程は、第１の方向から第２の方向までコイルを通過する電流の方向をスイッチする工程を包含し得る。
【００３８】
前記第１の期間の間に減圧チャンバー中で第１の配向を有する磁場を生成するために磁石を作動する工程は、第１の方向にコイルを通じて電流を供給する工程を包含し得、そして前記第２の期間の間に該減圧チャンバー中で第２の配向を有する磁場を生成するために該磁石を作動する工程は、該第１の方向から第２の方向に該コイル中の電流流れの方向を変化する工程を包含し得る。
【００３９】
本発明はさらに、質量分析計の磁気セクションを作動する方法に関し、該磁気セクションが上部ヨークセグメント、下部ヨークセグメント、およびＮ極およびＳ極を有する整調可能な永久磁石セグメントを備え、該整調可能な永久磁石が、該複数セグンメントの一方の側面の近傍で該上部ヨークセグメントと該下部ヨークセグメントとの間に配置され、該複数のセグメントが、該複数のセグメントの対向する側面に磁石ギャップをさらに有し：
該磁石ギャップ内で第１の極性を有するイオンの経路に影響することが所望されるとき、該Ｎ極を該上部ヨークセグメントに向かって、かつ該Ｓ極を該下部ヨークセグメントに向かって方向付けて第１の安定な位置をとる工程；
該磁石ギャップ内で第２の極性を有するイオンの経路に影響することが所望されるとき、該Ｎ極を該下部ヨークセグメントに向かって、かつ該Ｓ極を該上部ヨークセグメントに向かって方向付けて第２の安定な位置をとる工程であって、該第１の極性が該第２の極性と実質的に反対である工程を包含する。
【００４０】
この方法は、前記第１の安定な位置および第２の安定な位置の１つから、個々の反対の位置に前記整調可能な永久磁石セグメントを回転することが所望されるとき、前記上部ヨークおよび下部ヨークセグメントの少なくとも１つに、該永久磁石セグメントによって提供される磁場とは反対の磁場を課す工程をさらに包含し得る。
【００４１】
これら安定な位置は、上記整調可能な永久磁石セグメントが、それが自由に回転し、そして上記ヨークセグメントの引力により回転するときとる位置である。
【００４２】
この方法はまた、前記整調可能な永久磁石セグメントが前記第１の安定な位置または第２の安定な位置にあるとき、前記整調可能な永久磁石セグメントの極を個々のヨークセグメントと実質的に接触させる工程をさらに包含し得る。
【００４３】
さらに、この方法は、前記整調可能な永久磁石セグメントが、前記第１の安定な位置または第２の安定な位置にあること、およびそれから離れ回転されることが意図されることから選択される状況にあるとき、該整調可能な永久磁石セグメントの極と個々のヨークセグメントとの間の距離を維持する工程をさらに包含し得る。
【００４４】
本発明はまた、質量分析計（ＭＳ）のみならず、質量分析計とその他の質量分析計との組み合わせ（例えば、ＭＳ／ＭＳ）、および本発明の整調可能な永久磁石セクションおよび／または電磁セクションを備えるガスクロマトグラフの質量分析計と組み合わせ（例えば、ＣＧ／ＭＳおよびＧＣ／ＧＣ／ＭＳ）に関する。本発明はさらに、制限されずに自動デバイスおよび電気スプレーデバイスを含む、質量分析計との組み合わせで用いられる種々の周辺機器に関する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
本発明の読者の理解は、描写する図面を組み合わせて考慮し、以下の詳細な説明を参照することによって増大され得る。
【００４６】
（発明の詳細な説明）
前述のように、本発明は、スイッチ可能な磁気セクション、このようなスイッチ可能な磁気セクションを備える質量分析計の二重焦点合わせセクションに関し、そしてより詳細には、陽性および陰性両方の粒子検出のための質量分析計に関する。さらに、本発明は、例えば、本発明の質量分析計の、その他の分析計、クロマトグラフ、または任意のその他の特定の機器（単数または複数）との組み合わせのような、前述のスイッチ可能な磁気セクションを備えた質量分析計を備える機器に関する。
【００４７】
ここで、図１を参照して、別個の先行するユニットであるガスクロマトグラフ装置１２ともに、二重焦点合わせ質量分析計（Ｍａｔｔａｕｃｈ  Ｈｅｒｚｏｇレイアウト）１０の概略図がある。
【００４８】
この二重焦点合わせ質量分析計１０は、イオナイザー１４、シャントおよびアパーチャ１６、静電エネルギー分析器１８、磁気セクション２０、および共平面セクション２２を備える。
【００４９】
質量分析計（ＭＳ）の作動では、ガス状物質または蒸気が、直接またはガスクロマトグラフ１２を通じてのいずれかで、イオナイザー１４中に導入され、そこで、それは、電子により衝突され、それ故、イオンを生成し、このイオンは、上記シャントおよびアパーチャセクション１６中で焦点合わせされ、イオンビーム２４を形成する。順々に、それらは、同じ機械的エネルギーを有するようにされ、そしてそれらの荷電／質量比に従って、静電エネルギー分析器１８、および磁気セクション２０中でそれぞれ分離される。次いで、それらは、例えば、図２に示されるように、そして例えば、本明細書中に参考として援用される米国特許第５，８０１，３８０号に開示されるように、焦点平面セクション２２中で検出される。このプロセスは、減圧ポンプ（図示せず）の使用とともに約１０−５Ｔｏｒｒの大きさの減圧下で生ずる。
【００５０】
（液体注入器がかなりより一般的であるが）この特定の例においては、図１に示されるガスクロマトグラフ（ＧＣ）１２は、サンプル注入器バルブＶを備え、これは、サンプルの導入のための入口ポートＳ、このサンプルが、代表的には熱により、蒸発および／または分解し、そして分析されるべき一部（分析物と呼ばれる）が乾燥空気、水素、またはヘリウムのようなキャリアガスによって、キャピラリーカラムＭ（壁がコートされた開放管状、または多孔性層の開放管状、またはパックされたなど）まで運ばれた後の廃棄物のための出口ポートＷを備え、このキャピラリーカラムＭでその構成成分は、各構成成分または分析物と、微小ボアカラムＭの壁の上にある定常相との間の異なる程度の相互作用によって分離され、このカラムＭは、例えば、約５０〜５００μｍの大きさのある程度小さい内径を有する。キャリアガスは、代表的には、０．２〜５ａｔｍ．ｃｍ３／秒で流れるが、例えば、２０ａｔｍ．ｃｍ３／秒より高い流れが可能である。順番に、サンプルの雑多成分は、上記のように、さらなる分析計の分析のためにイオナイザーに侵入する。
【００５１】
このキャピラリーチューブのボアが大きくなるほど、より大きな減圧ポンプが必要であり、そしてこのボアが小さくなるほど、流出液のピークが狭くなり、信号の大きな損失を生じる。一般に、このガス流れは、カラムの内径および長さ、ならびにキャリアガスの圧力および温度の関数である。ピークの幅は、再び、注入時間、カラムの定常相（例えば、極性、フィルム厚さ、カラム中の分布）、カラムの幅および長さ、温度およびガス速度の関数である。従って、妥協が決定されなければならない。この問題は、米国特許第６，０４６，４５１合によって取り扱われており、これは、本明細書中に参考として援用される。
【００５２】
本発明の質量分析計は、非常に速く、その結果、狭いピーク幅でさえ、多くのスライスが収集され得、小キャピラリーボア、および小減圧ポンプでさえ、良好な性能を提供する。
【００５３】
質量分析計（ＭＳまたはＧＳ／ＭＳ）の技術分野における主要な進行を提示するその他の特許は、米国特許第５，３１７，１５１号、米国特許第５，８０１，３８０号、米国特許第６，１８２，８３１Ｂ１号、米国特許第６，１９１，４１９Ｂ１号、米国特許第６，４０３，９５６Ｂ１号、および米国特許第６，５７６，８９９Ｂ２号であり、とりわけ、これら６つは、参考として本明細書中に参考として援用される。
【００５４】
図２は、小型化質量分析計の主要構成要素またはＭａｔｔａｕｃｈ−Ｈｅｒｚｏｇセクター１０の撮影であり、これは、本発明による高度に好ましい形態である。ベースプレート２８は、上記主要構成要素が存在する減圧スペースを覆うために減圧チャンバー（図示せず）に固定されるフランジ２６の前面２６Ａ上に支持されている。
【００５５】
これらすべての構成要素がベースプレート２８上に支持され、これが、非常に頑健かつ正確な形態を生じることに注目することが重要である。さらに、減圧チャンバー壁上のこれら構成要素を取り付けるとき、次いで、減圧が、異なる圧力に起因して引かれるとき、この壁は移動する。わずかな動きでさえ、繊細な整列から抜け出し得る。しかし、本発明の事例におけるベースプレートは、このような動きから隔離され、そしてそれは減圧チャンバー内に存在するためにこのベースプレートのすべての側面上で圧力は等しいので、この整列は、このような負の影響から完全に単離されることが維持される。
【００５６】
多くの減圧シールされた入力／圧力配線３２が、減圧チャンバー内の構成要素（図示せず）と、この減圧チャンバーの外側のその他の構成要素との間の通信目的のためにこの減圧フランジ２６上に配置される。
【００５７】
イオナイザー１４が、減圧フランジ２６に近接して、ベースプレート２８上に固定され、シャントとアパーチャとの組み合わせ１６がイオナイザー１４の前にある。フランジ２６からさらに離れて、静電エネルギー分析器１８が配置され、これもまた、ベースプレート２８上に固定されている。
【００５８】
順番に、磁気セクター２０もまた、このベースプレート２８上に固定される。この磁気セクター２０は、ヨーク２０Ｂ、およびこのヨーク２０Ｂに取り付けられた磁石２０Ａを備える。このヨークは、高い磁束飽和値を有することが高度に望ましい。従って、少なくとも１５，０００Ｇの飽和値を有するヨーク２０Ｂが好ましく、そしてより好ましいのは、２０，０００Ｇより多い飽和値を有するヨークである。このようなヨークは、ｈｙｐｅｒｃｏ−５１Ａ  ＶＮｉＦｅ合金から作製される。
【００５９】
焦点平面セクション２２は、磁気セクション２０の前に配置され、その一方、可撓性ケーブル３３は、焦点セクション２２内に支持されたイオン検出器２２Ａ（示さず）から情報を受け、そしてそれを、好ましくはベースプレート２８の下に配置されたマルチプレクサ／増幅器３０に送達する。
【００６０】
これらすべての構成要素がベースプレート２８上に支持され、これが、非常に頑健かつ正確な形態を生じることに注目することが重要である。
【００６１】
磁石設計に関し、磁石の容量および質量は、代表的には、磁石材料のエネルギー積値に反比例することに注目すべきである。代表的な磁石材料は、約５〜６ＭＧＯｅのエネルギー積を有するＡｌｎｉｃｏ  Ｖである。その他の材料は、制限されずに、鋼鉄、Ｓｍ−Ｃｏ合金およびＮｄ−Ｂ−Ｆｅ合金を含む。不幸なことに、これら合金、そしてより特定すれば、Ｎｄ−Ｂ−Ｆｅ合金は、温度変動に対しかなりより高い感受性を有し、そして温度補償のための方法が、頻繁な機器校正およびその他の問題を避けるために必要であり得る。温度変動を補償するための１つの方法が米国特許第６，４０３，９５６Ｂ１号に開示かつ請求項に記載されている。しかし、その技術でさえ、より良好な温度補償および制御が、より正確な結果、およびかなりより少ない校正の必要性のために必要とされる。このような改良されたデバイスは、本発明者らの、「温度安定化された二重焦点合わせ分析計セクション」と題する、出願番号６０／５５７９２０、書類番号ＩＯＮ４０６Ｐ１、２００４年３月３１日に出願され、本明細書中にその全体が参考として援用されるＡｄｉ  Ｓｃｈｅｉｄｅｍａｎｎ、Ｇｏｔｔｆｒｉｅｄ  Ｐａｕｌ  Ｇｅｒｈａｒｄ  ＫｉｂｅｌｋａおよびＥｕｓｔａｔｈｉｏｓ  Ｖａｓｓｉｌｉｏｕの仮特許出願、そしてまた、「質量分析計の磁気セクションの安定化」と題する、出願番号第６０／５５７，９６８Ｄ、書類番号ＩＯＮ４１０Ｐ１、２００４年３月３１日に出願され、本明細書中にその全体が参考として援用されるＥｕｓｔａｔｈｉｏｓ  ＶａｓｓｉｌｉｏｕおよびＧｏｔｔｆｒｉｅｄ  Ｐ．Ｇ．Ｋｉｂｅｌｋａの本発明者らの仮特許出願に開示されている。
【００６２】
以下の説明では、本発明の種々の実施形態の完全な理解を提供するために特定の具体的な詳細が提示される。しかし、当業者は、本発明がこれら詳細なくして実施され得ることを理解する。その他の例では、質量分析計に関連する周知の構造、減圧ポンプ、イオン供給源、シリコン製造、移動光学的要素および静電セクター分析器は、本発明の実施形態の記載を不必要にわかりにくくすることを避けるために詳細には示されないか、または説明されていない。
【００６３】
文脈がそうでないことを要求しない限り、以下の明細書および請求の範囲を通じ、用語「包含する」、ならびに「含む」および「備える」のようなその類似語は、開放し、包含する意味、すなわち、「含むが、制限されない」で解釈されるべきである。
【００６４】
本明細書の全体を通じ、「１つの実施形態」または「実施形態」への参照は、その実施形態とともに説明される特定の特色、構造または特徴が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。従って、本明細書の全体を通じ、種々の場所における語句「１つの実施形態では」または「実施形態では」の出現は、同じ実施形態にすべて参照しているのでは必ずしもない。さらに、上記特定の特色、構造、または特徴は、１つ以上の実施形態では、任意の適切な様式で組み合わされ得る。
【００６５】
本明細書中で提供される見出しは、簡便さのみのためであり、そして請求項に記載の範囲または意味を解釈するものではない。
【００６６】
より詳細には、図４により良好に示されるように、本発明は、集合的にヨーク２０Ｂと称される上部ヨークセグメント２０Ｂ１、およびこの上部ヨークセグメント２０Ｂ１に対向する下部ヨークセグメント２０Ｂ２を備える。Ｎ極ＮおよびＳ極Ｓを有する整調可能な永久磁石セグメント２０ＡＡは、この２つの対向するヨークセグメント２０Ｂ１と２０Ｂ２との間に配置される。このヨーク２０Ｂは、磁石ギャップ２０Ｃを有し、その中で、異なる質量のイオンは、異なる経路に従う。
【００６７】
この整調可能な永久磁石セグメント２０ＡＡは、好ましくは１ｍｍより小さい、そして好ましくは０．１ｍｍの位数の、小さな磁石／ヨークギャップ２０Ｄによって分離され得るか、またはそれは、好ましくは所定厚みの潤滑剤により分離されて実質的に接触していてもよい。このような潤滑剤は、減圧チャンバー１５内側の使用のために油は用いることはできないので好ましくはテフロン（登録商標）またはグラファイトである。上記磁石ギャップ２０Ｃ内ではできるだけ高い磁場を有することが所望されるので、上記磁石／ヨークギャップ２０Ｄは、できるだけ小さくあるべきである。しかし、この磁石／ヨークギャップ２０Ｄが小さくなるほど、少なくとも最初の９０度についてこの整調可能な永久磁石セグメント２０ＡＡを回転することがより困難になる。この磁石／ヨークギャップ２０Ｄがゼロに接近する場合、すべての実施の目的に、この回転は、不可能になる傾向がある。この問題は、本明細書中に説明されるように、本発明の多くの実施形態によって取り扱われ、かつ解決される。また、最適性能のために、上記永久磁石の両側面は平坦であり、かつこの磁石の上のヨークの両側面と同一平面上にあることが所望される。
【００６８】
この実施形態の作動では、この整調可能な永久磁石セグメント２０ＡＡは、ヨークセグメント２０Ｂ１および２０Ｂ２に対して１つの方向または反対の方向にＮ極ＮおよびＳ極Ｓを有する様式で回転される。この方向に依存して、磁石ギャップ２０Ｃは、この磁石ギャップ２０Ｃの前に位置するイオン検出器（明瞭さの目的で示されていない）によって陽性イオンまたは陰性イオンを検出するために適切になる。
【００６９】
形成され、そして検出されるべきイオンの極性に依存して、イオナイザー１４、シャントおよびアパーチャ１６、および静電分析器１８の構成要素は、当該技術分野で周知の技法により適切な電位および極性をとらなければならないことに注目すべきである。
【００７０】
図５により良好に示される、本発明の異なる実施形態では、このヨークは、コイル３１をさらに備える。ベースプレート２８は、コイル３１の１つを収容するために凹部２８Ａを有する。
【００７１】
この実施形態の作動は、先の実施形態の作動と類似し、整調可能な永久磁石セグメント２０ＡＡを回転することが所望されるとき、コイルが電流により、当該技術分野で周知の技法により、この磁石の引力の方向を脱安定化し、そしてこの磁石が反対の方向に回転する傾向を有するようにするような方向のヨーク上に磁場を提供するような様式で活性化される。これは、永久磁石の力に反対に作用することを支援する。この操作を実施することにより、この磁石を回転することが非常に容易であり、そしてそれが９０度より多く回転した後、整調可能な永久磁石セグメント２０ＡＡの傾向は、コイル３１により生成される電磁場の支援なくしてでさえ、回転を継続することである。この活性化されるコイル３１を有するために必要な時間の持続時間は多くてもそれが整調可能な永久磁石セグメント２０ＡＡを１８０度回転するためにかかる長さの時間であるので、必要なエネルギーは最小である。
【００７２】
図６は、陰性に荷電したイオンおよび陽性に荷電したイオンの両方を検出または測定し得る共焦点平面または二重焦点合わせ質量分析計１０を概略的に示す。この質量分析計１０は、イオン供給源１４、それぞれ移動光学的要素および静電セクター分析器１６および１８、減圧チャンバー１５、減圧チャンバー１５内に減圧またはほぼ減圧状態を生成するために連結された１つ以上の減圧ポンプ（示さず）、減圧チャンバー１５内に磁場を生成し得る磁気セクション２０、および焦点平面２２にあるイオン検出器２２Ａを含む。図６に示されるように、イオンは、最初、比較的真っ直ぐな経路１７に従い、最終的に、磁場の影響下で湾曲した経路１９に従う。
【００７３】
上記イオン供給源１４、それぞれ移動光学的要素および静電セクター分析器１６および１８、および焦点平面２２にあるイオン検出器２２Ａは、減圧チャンバー１５内に収容されている。図６に示されるように、磁気セクション２０は、減圧チャンバー１５中に収容され得る。
【００７４】
イオン供給源１４は、電気スプレーまたは大気圧イオン化を採用し得、そして特に試験されるべき分子が水溶液中に存在する場合、スプレーニードルの形態をとり得る。
【００７５】
以下により詳細に論議される、焦点平面２２にあるイオン検出器２２Ａは、ある時間に陰性に荷電した粒子を、そして別の時間に陽性に荷電した粒子を両方検出し得る。代表的には、このイオン検出器２２Ａが両方の極性の粒子を同時に検出することは必ずしも必要ではない。稼動内の迅速なスイッチングがしばしば要求される。例えば、しばしば１０秒以内、好ましくは１秒以内、そしてより好ましくは０．１秒である。このような場合には、永久磁石の代わりに電磁石が要求され得る。
【００７６】
以下により詳細に論議されるように、磁気セクション２０は、永久磁石セグメント２０ＡＡ、磁束リターンまたはヨーク２０Ｂ、そして必要に応じて極２３（図７）を含み得る。
【００７７】
作動において、磁気セクション２０は、減圧チャンバー１５中の磁場の極性または配向の選択を可能にするようである。極性を変化することは、イオンの飛行経路を調節する。従って、陰性に荷電したイオンおよび陽性に荷電したイオンは、反対の極性の下では同様の飛行経路に従い、焦点平面２２における検出器の単一アレイの使用を可能にする。
【００７８】
いくつかの実施形態では、図７に示されるそれのように、磁気セクション２０は、磁束リターンまたはヨーク２０Ｂにおける回転のために取り付けられた永久磁石セグメント２０ＡＡを含む。この永久磁石セグメント２０ＡＡを単に回転することは、減圧チャンバー１５中の磁場の極性を変更する。図７はまた、随意の極２３を示す。図７の磁気セクション２０は、図６に示されるような減圧チャンバー１５内に位置決めされるために特に適切である。
【００７９】
図７を続けて参照し、作動において、十分に長いレバーアームまたはハンドル２５は、この減圧チャンバー１５内の磁場の極性を変更するために永久磁石セグメント２０ＡＡの手動回転を可能にする。あるいは、質量分析計１０は、例えば、圧縮空気またはその他のガス、電気モーターおよび１つ以上のかみあいギアのようなトランスミッション、ソレノイド、またはその他のアクチュエーターを経由する、永久磁石を回転するための機械的手段を含み得る。永久磁石セグメント２０ＡＡの使用は、電磁石に対し有意な利点を提供し、システム冷却負荷を低減すること、校正安定性を改良すること、およびより小さな小型システム設計を許容する。
【００８０】
勿論、永久磁石セグメント２０ＡＡの回転力を低減するための、永久磁石セグメント２０ＡＡの電磁石３１の組み合わせ（図５）は、前述のように、大きな利点を提供する。
【００８１】
図８は、少なくとも部分的に減圧チャンバー１５の外側に位置する磁気セクション２０を有する質量分析計１０の実施形態を概略的に示す。磁気セクション２０を減圧チャンバー１５の外側に部分的に配置することは、多くの別個の利点、特に、磁気セクション２０が回転永久磁石セグメント２０ＡＡを含む場合に提供する。例えば、潤滑のために容易な接近を提供するため、およびそうでなければ、永久磁石セグメント２０ＡＡの回転に応答して生じ得る外からのガス侵入事象を、減圧を汚染することから防ぐためである。この回転する永久磁石セグメント２０ＡＡを、減圧チャンバー１５の外側に配置することはまた、構造を簡単にし、減圧チャンバー１５中への「共通貫通」上のシールの必要性をなくする。上記で論議されたように、上記分析計１０は、磁場を配向するために永久磁石セグメント２０ＡＡを回転するための種々の手段を採用し得る。さらに、好ましくは、コイルが、熱移動を容易にするために減圧チャンバーの外側に位置決めされる。
【００８２】
図９は、磁気アセンブリ１８の磁束リターンまたはヨーク２０Ｂの一部分が減圧チャンバー１５内に配置され、そして磁気セクション２０の永久磁石セグメント２０ＡＡが減圧チャンバー１５の外側に位置決めされる質量分析計１０の実施形態を示す。図９の磁気セクション２０は、例えば、図８に示されるような、減圧チャンバー１５中に部分的に位置決めされるために特に適切である。この永久磁石セグメント２０ＡＡは、シャフト上に取り付けられ得るか、またはシリンダーもしくは円滑な低摩擦回転のために適切なその他の構造中に包囲され得る。
【００８３】
図１０は、電磁石２９および磁束リターンまたはヨーク２０Ｂを採用する磁気セクション２０を示す。磁束リターンまたはヨーク２０Ｂの一部の周りに巻かれたコイル３１は、電流供給源３４に選択的に接続され、磁場を生成する。この磁気セクション２０は、コイル３１を通る方向性の電流流れを手動または自動的いずれかで選択するよう選択的に作動可能な１つ以上のスイッチを採用し得る。従って、磁場の極性は、この１つ以上のスイッチ３６を単に操作し、コイル３１を通る電流の流れを逆転することにより変更され得る。
【００８４】
図１１は、イオン検出器２２Ａをより詳細に示す。このイオン検出器２２Ａは、本明細書に参考として援用される米国特許第６，５７６，８９９号に記載されるのと類似の形態をとり得る。しかし、この米国特許第６，５７６，８９９号に記載されるイオン検出器は、陽性または陰性いずれかの１つのタイプのイオンを測定し得るのみである。
【００８５】
両方の極性のイオンを測定するために、このイオン検出器２２Ａの基板４０上の各検出器領域３８ａ〜３８ｎ（特許６，５７６，８９９、位置１００−１０５−１１０−１１５を参照のこと）は、２荷電モード増幅器４２ａ〜４２ｎおよび４４ａ〜４４ｎにそれぞれ連結されている。第１のセットの荷電モード増幅器４２ａ〜４２ｎは、第１のＣＣＤシフトレジスター４６ａに連結され、その一方、第２のセットのこの荷電モード増幅器４４ａ〜４４ｎは、第２のＣＣＤシフトレジスター４６ｂに連結されている。
【００８６】
従って、現存するＣＣＤベースのイオン検出器２２Ａが、設計中にｎ−チャネルおよびｐ−チャネルＣＣＤ技術の両方を取り込むことによって、陽性イオンおよび陰性イオンの両方を検出するために改変され得る。従前の設計は、陽性イオンを検出するために、ファラデーカップとして供される金属電極に連結されるｎ−チャネル荷電モード増幅器を利用する。この新たな実施形態では、陰性イオン検出のためにｐ−チャネル荷電モード増幅器を使用するようにする。このさらなる構造は、標準的なＣＣＤプロセスフローにｎ−ウェル技術の付加により取り込まれ、そして単一の半導体チップ上に容易に形成され得る。
【００８７】
この陰性イオンチャネルは、陽性イオン検出器チャネルの検出電極を共有し、オペレーターまたは指令コンピューターにより制御される許可スイッチのバンクにより一方または他方（両方同時にではない）が選択される。陰性イオンチャネルに対する荷電読み取りは、陽性イオンについて現存するＣＣＤ読み出し構造（示さず）を共有することにより、またはこの操作のために特別に第２のＣＣＤ読み出し構造（示さず）を取り込むことにより、いずれかで達成される。
【００８８】
上記に記載の形態は、モニターされるべき極性の選択を可能にする。
【００８９】
磁石ギャップ２０Ｃ（図４および５）中の磁場は、上記整調可能な永久磁石セグメント２０ＡＡが２つの対向するヨークセグメント２０Ｂ１および２０Ｂ２に接触する場合に最大になることは明瞭である。従来の状況下では、これは、整調プロセスの間に永久磁石セグメント２０ＡＡから対向するヨークセグメント２０Ｂ１および２０Ｂ２を分離する方法がなければ、この永久磁石セグメント２０ＡＡの整調を実際不可能にするであろう。しかし、このような分離は、分離のプロセスの間に達成されるべき過剰のエネルギーを必要とする大きな力を必要とし得る。
【００９０】
この問題は、図１２および１３により良好に示される、本発明の別の実施形態によって解決される。この実施形態によれば、上部ヨークセグメント２０Ｂ１は、第１のピストン５４Ａによって第１のカラム５２Ａ上をスライドするように作動可能である、第１のスライダー５０Ａ上に支持される。
【００９１】
上記と同様な様式で、上記整調可能な永久磁石セグメント２０ＡＡは、第２のピストン５４Ｂによって第２のカラム５２Ｂ上をスライドするように適合可能である、第２のスライダー５０Ｂ上に支持される。
【００９２】
この第１および第２のピストン５４Ａおよび５４Ｂは、それぞれ、例えば、電磁力、水力、空気力などのような、任意のタイプのピストンであり得る。
【００９３】
下部ヨークセグメント２０Ｂ２は、好ましくは、ベースプレート２８上に支持される。
【００９４】
この実施形態の作動では、最初、この上部および下部ヨークセグメント２０Ｂ１および２０Ｂ２は、上記整調可能な永久磁石セグメント２０ＡＡと接触している。この整調可能な永久磁石セグメント２０ＡＡを回転することが所望されるとき、上記コイル３１は、上部ヨークセグメント２０Ｂ１および下部磁気セグメント２０Ｂ２に、この整調可能な永久磁石セグメント２０ＡＡの引力に少なくとも部分的に反対に作用するような強度の磁場を提供するようにされる。順番に、上記第１のピストン５４Ａは第１のスライダー５０Ａを持ち上げ（図１２）、これは、上部ヨークセグメント２０Ｂ１を整調可能な磁石セグメント２０ＡＡから分離する。この作用は、コイル３１によって提供される反対に作用する磁場に起因して最小の力のみを必要とし、上部ヨークセグメント２０Ｂ１は、もはや強力に引かれないか、またはそれは、この整調可能な磁石セグメント２０ＡＡによって、反発されさえされる。順番に、または同時に、第２のピストン５４Ｂは、第２のスライダー５０Ｂを持ち上げ（図１３）、これは、下部ヨークセグメント２０Ｂ２を、上記磁石セグメント２０ＡＡから分離する。この作用は、コイル３１によって提供される反対に作用する磁場に起因して最小の力のみを必要とし、下部ヨークセグメント２０Ｂ２は、もはや強力に引かれないか、またはそれは、この整調可能な磁石セグメント２０ＡＡによって、反発されさえされる。
【００９５】
この分離の後、上記整調可能な磁石セグメント２０ＡＡは、実質的に１８０度容易に回転され、コイル３１は活性化されなくされ、そしてこれらピストン５４Ａおよび５４Ｂは、個々のスライダー５０Ａおよび５０Ｂを解放し、それ故、上部ヨークセグメント２０Ｂ１および下部ヨークセグメント２０Ｂ２が整調可能な磁石セグメント２０ＡＡとの接触に戻ることを可能にする。水力システム（ガスまたは液体）は、けた違いの一緒の効果を防ぐことを支援し得る。また、上記コイルを逆に用いて、閉鎖を容易にするための電力を段階的に減少し得る。勿論、移動構成要素の上下の適正なシークエンスが必要である。
【００９６】
そのように所望される場合、コイル３１は、反対の方向に活性化され得、磁石ギャップ２０Ｃ（図５）中の磁場を補強する。また、これらコイルは、例えば、本明細書中に参考として援用される本発明者らの同時係属中の仮出願第６０／５５７，９６８号に開示されるように、磁石ギャップ２０Ｃ内の温度変動に起因する磁場変動を補償するために用いられ得る。
【００９７】
本発明はまた、本発明の整調可能な永久磁石セクションを備える、質量分析計のその他の質量分析計との組み合わせ（例えば、ＭＳ／ＭＳ）、および質量分析計とのガスクロマトグラフの組み合わせ（例えば、ＧＣ／ＭＳおよびＧＣ／ＧＣ／ＭＳ）に関する。本発明は、さらに、自動サンプリングデバイスおよび電気スプレーデバイスを制限されないで含む、質量分析計との組み合わせで用いられる種々の周辺機器に関する。
【００９８】
上記に提示された実施形態は、ストリップ荷電検出器アレイ、ファラデーカップ検出器アレイ、およびシフトレジスターを基礎にする直接イオン検出チップに言及しているが、本発明は、任意のタイプのイオン検出器アレイに関する。
【００９９】
本発明の作動を示す実施形態の例は、例示目的のみのためにここで与えられ、そしていかなる様式においても本発明の範囲を限定する、または制限として解釈されるべきではない。
【０１００】
例示の実施形態の１つで記載される任意の特徴（単数または複数）は、本発明によるその他の例示の実施形態に取り込まれた任意の特徴と組み合わせられ得る。
【０１０１】
与えられた任意の説明は、推測的であり、そして請求項の範囲を制限すべきではない。
【０１０２】
異なる図面中の同じ参照番号は、同一であるか、または等価な要素または機能を提示する。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】図１は、ガスクロマトグラフに接続されたＭａｔｔａｕｃｈ  Ｈｅｒｚｏｇ分析計の概略図を示す。
【図２】図２は、小型Ｍａｔｔａｕｃｈ  Ｈｅｒｚｏｇ分析計の減圧部分の撮影であり、減圧フランジ、ベースプレート、イオナイザー、静電エネルギー分析器、磁気セクション、および焦点平面セクションを含む。
【図３】図３は、図２におけるようなＭａｔｔａｕｃｈ  Ｈｅｒｚｏｇ分析計の斜視図であり、減圧フランジ、ベースプレート、イオナイザー、静電エネルギー分析器、磁気セクション、および磁気セクションを含む。上記焦点プレーンセクションは明瞭さの目的のために示されていない。
【図４】図４は、図２におけるのと同様のＭａｔｔａｕｃｈ  Ｈｅｒｚｏｇ分析計の斜視図であり、減圧フランジ、ベースプレート、イオナイザー、静電エネルギー分析器、および本発明の好ましい実施形態によるスイッチ可能な磁気セクションを含む。上記焦点プレーンセクションは明瞭さの目的のために示されていない。
【図５】図５は、図２におけるのと同様のＭａｔｔａｕｃｈ  Ｈｅｒｚｏｇ分析計の斜視図であり、減圧フランジ、ベースプレート、イオナイザー、静電エネルギー分析器、および本発明の別の好ましい実施形態による電磁コイルをともなうスイッチ可能な磁気セクションを含む。上記焦点プレーンセクションは明瞭さの目的のために示されていない。
【図６】図６は、イオン供給源、移動光学的要素、静電セクター分析器、磁石アセンブリ、減圧チャンバーおよびイオン検出器を備える共焦点平面質量分析計の概略図であり、ここで、この磁石アセンブリは、減圧チャンバー内に位置決めされ、そしてこの減圧チャンバー内で選択的に反対の極性をもつ磁場を生成し得、そしてこのイオン検出器は、ある時間に陰性に荷電した粒子を、そして別の時間に陽性に荷電した粒子の両方を検出し得る。
【図７】図７は、減圧ハウジング内側に取り付けるために適切な磁石アセンブリの概略図である。
【図８】図８は、イオン供給源、移動光学的要素、静電セクター分析器、磁石アセンブリ、減圧チャンバーおよびイオン検出器を備える共焦点平面質量分析計の概略図であり、ここで、この磁石アセンブリの少なくとも一部分は、減圧チャンバーの外側に位置決めされ、かつこの減圧チャンバー内で選択的に反対の極性をもつ磁場を生成し得、そしてこのイオン検出器は、ある時間に陰性に荷電した粒子を、そして別の時間に陽性に荷電した粒子の両方を検出し得る。
【図９】図９は、減圧チャンバーの外側に取り付けられた永久磁石およびこの減圧チャンバー内に少なくとも部分的に取り付けられた磁束リターンを備える磁石アセンブリの概略図である。
【図１０】図１０は、電磁気を採用する磁石アセンブリの概略図である。
【図１１】図１１は、共焦点平面質量分析計との使用のために適切なイオン検出器の示された実施形態の電気的概略図である。
【図１２】図１２は、スイッチ可能な磁気セクションの上部コアセグメントのための評価システムの概略図である。
【図１３】図１３は、スイッチ可能な磁気セクションの永久磁石セグメントのための評価システムの概略図である。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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