(57)【要約】【解決手段】開示される質量分析計は、ＲＦ閉じ込め装置（６）と、ビームエキスパンダ（７、９）と、飛行時間型質量分析器と、を備える。ビームエキスパンダ（７、９）は、ＲＦ閉じ込め装置（６）から出力されるイオンビームを拡大し、飛行時間型質量分析器の直交加速抽出領域において少なくとも３ｍｍの直径までイオンビーム（１０）を拡大するように、構成される。【選択図】  図６
2013529367.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量分析計であって、
ＲＦイオン閉じ込め装置と、
前記ＲＦイオン閉じ込め装置の下流側に配置される飛行時間型質量分析器であって、直交加速抽出領域を備える飛行時間型質量分析器と、を備え、
前記質量分析計が、さらに、前記ＲＦイオン閉じ込め装置の下流側に配置されるイオンビームエキスパンダであって、使用時に、前記ＲＦイオン閉じ込め装置から出力されるイオンビームを拡大して、前記直交加速抽出領域において前記イオンビームが３ｍｍより大きな直径または最大断面幅を有するように構成および配置されるイオンビームエキスパンダを備える、質量分析計。
【請求項２】
請求項１に記載の質量分析計であって、
前記イオンビームエキスパンダは、使用時に、前記ＲＦイオン閉じ込め装置から出力される前記イオンビームを拡大して、前記直交加速抽出領域において前記イオンビームがｘｍｍの直径または最大断面幅を有するように構成および配置され、
ｘが（ｉ）３−４、（ｉｉ）４−５、（ｉｉｉ）５−６、（ｉｖ）６−７、（ｖ）７−８、（ｖｉ）８−９、（ｖｉｉ）９−１０、（ｖｉｉｉ）１０−１１、（ｉｘ）１１−１２、（ｘ）１２−１３、（ｘｉ）１３−１４、（ｘｉｉ）１４−１５、（ｘｉｉｉ）１５−１６、（ｘｉｖ）１６−１７、（ｘｖ）１７−１８、（ｘｖｉ）１８−１９、（ｘｖｉｉ）１９−２０、（ｘｖｉｉｉ）２０−２１、（ｘｉｘ）２１−２２、（ｘｘ）２２−２３、（ｘｘｉ）２３−２４、（ｘｘｉｉ）２４−２５、（ｘｘｉｉｉ）２５−２６、（ｘｘｉｖ）２６−２７、（ｘｘｖ）２７−２８、（ｘｘｖｉ）２８−２９、（ｘｘｖｉｉ）２９−３０、（ｘｘｖｉｉｉ）３０−３１、（ｘｘｉｘ）３１−３２、（ｘｘｘ）３２−３３、（ｘｘｘｉ）３３−３４、（ｘｘｘｉｉ）３４−３５、（ｘｘｘｉｖ）３５−３６、（ｘｘｘｉｖ）３６−３７、（ｘｘｘｖ）３７−３８、（ｘｘｘｖｉ）３８−３９、（ｘｘｘｖｉｉ）３９−４０および（ｘｘｘｖｉｉｉ）＞４０からなる群から選択される、質量分析計。
【請求項３】
請求項１または２のいずれか一項に記載の質量分析計であって、
前記ＲＦイオン閉じ込め装置が、イオンガイドまたはイオントラップを備える、質量分析計。
【請求項４】
請求項１、２または３のいずれか一項に記載の質量分析計であって、
前記イオンビームエキスパンダが、１つ以上のアインツェルレンズを備える、質量分析計。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の質量分析計であって、
前記質量分析計が、さらに、第１の真空チャンバと、第２の真空チャンバと、前記第１の真空チャンバと前記第２の真空チャンバとの間に配置される差動ポンプ開口部とを備え、
前記ＲＦイオン閉じ込め装置が前記第１の真空チャンバ内に設置されると共に、前記飛行時間型質量分析器が前記第２の真空チャンバ内に配置される、質量分析計。
【請求項６】
請求項５に記載の質量分析計であって、
前記イオンビームエキスパンダは、前記第１の真空チャンバ内に配置される第１のアインツェルレンズと、前記第２の真空チャンバ内に配置される第２のアインツェルレンズと、を備える、質量分析計。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の質量分析計であって、
前記飛行時間型質量分析器が、プッシャー電極と第１のグリッド電極とを備え、
前記直交加速抽出領域が、前記プッシャー電極と前記第１のグリッド電極との間に配置され、
使用時に、前記直交加速抽出領域内に位置する少なくとも一部のイオンが直交加速されて、前記飛行時間型質量分析器のドリフト領域内に入る、質量分析計。
【請求項８】
請求項７に記載の質量分析計であって、
前記ＲＦイオン閉じ込め装置のイオン出口と前記直交加速抽出領域の長手方向中点との間の距離Ｌが、（ｉ）＞１００ｍｍ、（ｉｉ）１００−１２０ｍｍ、（ｉｉｉ）１２０−１４０ｍｍ、（ｉｖ）１４０−１６０ｍｍ、（ｖ）１６０−１８０ｍｍ、（ｖｉ）１８０−２００ｍｍ、（ｖｉｉ）２００−２２０ｍｍ、（ｖｉｉｉ）２２０−２４０ｍｍ、（ｉｘ）２４０−２６０ｍｍ、（ｘ）２６０−２８０ｍｍ、（ｘｉ）２８０−３００ｍｍ、（ｘｉｉ）３００−３２０ｍｍ、（ｘｉｉｉ）３２０−３４０ｍｍ、（ｘｉｖ）３４０−３６０ｍｍ、（ｘｖ）３６０−３８０ｍｍ、（ｘｖｉ）３８０−４００ｍｍおよび（ｘｖｉｉ）＞４００ｍｍからなる群から選択される、質量分析計。
【請求項９】
請求項７または８のいずれか一項に記載の質量分析計であって、
前記飛行時間型質量分析器が、さらに、前記第１のグリッド電極の下流側に配置される第２のグリッド電極と、前記第２のグリッド電極の下流側であってイオン検出器の上流側に配置されるフィールドフリー領域と、を備える、質量分析計。
【請求項１０】
請求項９に記載の質量分析計であって、
イオンが、前記第１のグリッド電極から前記第２のグリッド電極に移動し、反対方向に反射されることなく、前記フィールドフリー領域を通って前記イオン検出器に入るように、前記飛行時間型質量分析器が配置される、質量分析計。
【請求項１１】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の質量分析計であって、
前記飛行時間型質量分析器がリフレクトロンを備える、質量分析計。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の質量分析計であって、
使用時に前記ＲＦイオン閉じ込め装置から出力される前記イオンビームが、第１の断面積と第１の位置的拡散と第１の速度拡散とを有し、
前記直交加速抽出領域内の前記イオンビームが、第２の断面積と第２の位置的拡散と第２の速度拡散とを有し、
（ｉ）前記第２の位置的拡散が前記第１の位置的拡散よりも大きい、および／または、
（ｉｉ）特定位置における前記第２の速度拡散が特定位置における前記第１の速度拡散よりも小さい、および／または、
（ｉｉｉ）前記第１の断面積の最大直径または最大断面幅が前記第２の断面積の最大直径または最大断面幅よりも小さい、質量分析計。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の質量分析計であって、
前記飛行時間型質量分析器が陽イオンを分析するように配置および構成され、
前記質量分析計は、さらに、陰イオンを分析するように配置および構成される別の飛行時間型質量分析器を備え、
前記別の飛行時間型質量分析器は、前記飛行時間型質量分析器に隣接するように配置される、質量分析計。
【請求項１４】
質量分析の方法であって、
ＲＦイオン閉じ込め装置と、前記ＲＦイオン閉じ込め装置の下流側に配置される飛行時間型質量分析器であって直交加速抽出領域を備える飛行時間型質量分析器と、を準備する工程と、
前記ＲＦイオン閉じ込め装置から出力されるイオンビームを拡大して、前記直交加速抽出領域において前記イオンビームが３ｍｍより大きな直径または最大断面幅を有するようにする工程と、
を備える方法。
【請求項１５】
質量分析計であって、
陽イオンを分析するように配置および構成される第１の飛行時間型質量分析器と、
陰イオンを分析するように配置および構成される第２の飛行時間型質量分析器と、を備え、
前記第２の飛行時間型質量分析器は、前記第１の飛行時間型質量分析器に隣接するように配置される、質量分析計。
【請求項１６】
請求項１５に記載の質量分析計であって、
前記質量分析計は、前記第１および前記第２の飛行時間型質量分析器に共通なプッシャー電極を備え、
前記第１の飛行時間型質量分析器が、さらに、第１のグリッド電極と第２のグリッド電極とドリフト領域とイオン検出器とを備え、
前記第２の飛行時間型質量分析器が、さらに、第１のグリッド電極と第２のグリッド電極とドリフト領域とイオン検出器とを備える、質量分析計。
【請求項１７】
請求項１５または１６のいずれか一項に記載の質量分析計であって、
イオンが、前記第１のグリッド電極から前記第２のグリッド電極に移動し、反対方向に反射されることなく、前記フィールドフリー領域を通って前記イオン検出器に入るように、前記第１および前記第２の飛行時間型質量分析器が配置される、質量分析計。
【請求項１８】
請求項１５または１６のいずれか一項に記載の質量分析計であって、
前記第１および前記第２の飛行時間型質量分析器がリフレクトロンを備える、質量分析計。
【請求項１９】
質量分析の方法であって、
第１の飛行時間型質量分析器と第２の飛行時間型質量分析器とを、前記第２の飛行時間型質量分析器が前記第１の飛行時間型質量分析器に隣接配置されるように準備する工程と、
前記第１の飛行時間型質量分析器を用いて陽イオンを分析する工程と、
前記第２の飛行時間型質量分析器を用いて陰イオンを分析する工程と、
を備える方法。
【請求項２０】
質量分析計であって、
直交加速抽出領域を有する飛行時間型質量分析器を備え、
前記質量分析計が、さらに、イオンビームエキスパンダであって、イオンビームを拡大して、前記直交加速抽出領域において前記イオンビームが３ｍｍより大きな、４ｍｍより大きな、５ｍｍより大きな、６ｍｍより大きな、７ｍｍより大きな、８ｍｍより大きな、９ｍｍより大きなまたは１０ｍｍより大きな直径または最大断面幅を有するように配置および構成されるイオンビームエキスパンダを備える、質量分析計。
【請求項２１】
質量分析の方法であって、
直交加速抽出領域を有する飛行時間型質量分析器を準備する工程と、
イオンビームを拡大して、前記直交加速抽出領域において前記イオンビームが３ｍｍより大きな、４ｍｍより大きな、５ｍｍより大きな、６ｍｍより大きな、７ｍｍより大きな、８ｍｍより大きな、９ｍｍより大きなまたは１０ｍｍより大きな直径または最大断面幅を有するようにする工程と、
を備える方法。
【請求項２２】
質量分析計であって、
飛行時間型質量分析器の上流側に配置される装置であって、直交加速されて前記飛行時間型質量分析器内に入るイオンのターンアラウンドタイムを短縮するように配置および構成される装置を備える、質量分析計。
【請求項２３】
請求項２２に記載の質量分析計であって、
前記装置がイオンビームエキスパンダを備える、質量分析計。
【請求項２４】
質量分析の方法であって、
イオンが直交加速されて飛行時間型質量分析器内に入る前のイオンのターンアラウンドタイムを短縮する工程を備える方法。
【請求項２５】
請求項２４に記載の方法であって、
前記ターンアラウンドタイムを短縮する工程が、イオンビームエキスパンダを用いる工程を備える、方法。
【請求項２６】
質量分析計であって、
飛行時間型質量分析器の上流側に配置されるイオンビームエキスパンダであって、イオンビームを拡大し、直交加速されて前記飛行時間型質量分析器内に入る前記イオンビームのイオンのターンアラウンドタイムを短縮するように配置および構成されるイオンビームエキスパンダを備える、質量分析計。
【請求項２７】
質量分析の方法であって、
飛行時間型質量分析器の上流側でイオンビームを拡大して、直交加速されて前記飛行時間型質量分析器内に入る前記イオンビームのイオンのターンアラウンドタイムを短縮するようにする工程を備える方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、質量分析計および質量分析の方法に関する。
【０００２】
［クロスリファレンス］
本出願は、２０１０年６月８日に出願された英国特許出願No.1009596.6、２０１０年６月１５日に出願された米国仮特許出願No.61/354,736、２０１０年６月１８日に出願された英国特許出願No.1010300.0および２０１０年６月２９日に出願された米国仮特許出願No.61/359,562に基づく優先権を主張するものであり、前記出願の内容は、参照することにより、その全体があらゆる目的で本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００３】
２段抽出式飛行時間型質量分析器が知られている。２段抽出式飛行時間型質量分析器を説明する基本方程式は、最初に、ワイリー（Wiley）およびマクラーレン（McLaren）により考案された（W.C.Wiley and I.H. McLaren、Time-of-Flight Mass Spectrometer with Improved Resolution（分解能を向上させた飛行時間型質量分析計）、Review of Scientific Instruments 26, 1150(1955)）。この原理は、連続軸方向抽出式飛行時間型質量分析器、直交加速飛行時間型質量分析器およびタイムラグ集束機器に等しく適用される。
【０００４】
図１に空間集束の原理を示す。ここで、初期空間分布を有するイオン１が、プッシャー（pusher）電極２と第１の抽出グリッド電極３との間に位置する直交加速抽出領域に存在する。直交加速抽出領域内のイオンは、第１のグリッド電極３を通って直交加速されて、第２のグリッド電極４を通過する。イオンは、その後、フィールドフリー領域またはドリフト領域を通過して、イオン検出器が配置される平面に一致する平面５に集束する。プッシャー電極２と第１のグリッド電極３との間の領域が第１段の抽出領域を形成し、第１のグリッド電極３と第２のグリッド電極４との間の領域が第２段の抽出領域を形成する。このような２段式の抽出領域により、機器の分解能を向上させることができる。イオン検出器の平面５は、二次空間集束平面とも称される。
【０００５】
初期エネルギーΔVoを有し初期位置偏差を有しないイオンビームは、第１の加速段（すなわち、プッシャー領域とも称される第１段の抽出領域）において、以下の式で表わされる飛行時間を有する。
【数１】
2013529367.tif 000003
ここで、ｍはイオンの質量を、ｑは電荷を、ａは加速度を、また、Ｖｐは第１のグリッド電極３の電位に対してプッシャー電極２に印加される電位を示す。
【０００６】
初速度voと初期エネルギーΔVoとの関係は以下の式で表わされる。
【数２】
2013529367.tif 000004
【０００７】
式１の角括弧内の第２項は、「ターンアラウンドタイム（応答時間）」と称され、飛行時間型質量分析器の設計において主要な制限的収差となる。図２Ａおよび図２Ｂを参照して、ターンアラウンドタイムの概念をより詳しく説明する。
【０００８】
直交加速抽出領域内の同じ位置から動き始めるイオンであって、同一かつ反対方向の速度を有するイオンは、以下の式で表わされるように飛行管内で同一のエネルギーを有する。
【数３】
2013529367.tif 000005
【０００９】
ただし、同一かつ反対方向の初速度を持つイオンは、ターンアラウンドタイムΔtで分離される。比較的緩いまたは低い加速度場が印加される場合には（図２Ａ）ターンアラウンドタイムが比較的長い。比較的急なまたは高い加速度場が印加される場合には（図２Ｂ）ターンアラウンドタイムが比較的短い。これは、図２Ｂと図２Ａとを比較すればΔt1<Δt2であることが明らかである。
【００１０】
ターンアラウンドタイムが飛行時間型質量分析計の設計において主な制限的収差となる場合があり、質量分析器の総分解能を低下させる結果となるこの影響を最小限に抑えるための機器設計に時間を費やしてきた。
【００１１】
ターンアラウンドタイムによる収差の問題に対する周知のアプローチとして、可能な限り激しくイオンを加速する方法がある。すなわち、電場を最大にすることにより式１の加速度項をできるだけ大きくする。この結果、比Vp/Lpが最大になる。これは、プッシャー電圧Vpを可能な限り高くして、直交加速抽出領域の幅Lpをできるだけ短く保持することにより、実現できる。周知の質量分析計において、プッシャー電極２と第１のグリッド電極３との間の距離は１０ｍｍ未満である。
【００１２】
ただし、ワイリー‐マクラーレン（Wiley-McLaren）型空間集束では、飛行時間型質量分析器が短いフィールドフリー領域L3を備える必要があるため、この周知のアプローチには２段抽出式飛行時間型質量分析器の実用上の限界がある。図３に示すように、フィールドフリー領域L3が比較的短い場合には、フィールドフリー領域L3を通るイオンの飛行時間はそれに応じて短くなる。この場合には、超高速で高帯域の検出システムが必要となり、比Vp/Lpを所定の限界以上に増大できないという問題が生じる。
【００１３】
飛行時間型質量分析器の解像度を向上させるためにリフレクトロンを用いる方法がある。リフレクトロンを用いることによって、図４に示すように、イオン検出器において第１の空間集束位置を再撮像することができるため、非常に高い分解能を持つ実質的飛行時間が長い機器が得られる。Dodonovら、European Journal of Mass Spectrometry、第６巻、第６号、４８１−４９０ページ（２０００年）参照のこと。
【００１４】
ただし、飛行時間型質量分析計にリフレクトロンを用いることにより、装置全体の設計が複雑になり費用も増大する。
【００１５】
比較的高い質量分解能を有すると共に、不要にリフレクトロンを備えることのない飛行時間型質量分析器を提供することが望まれる。
【発明の概要】
【００１６】
本発明の一つの態様は、質量分析計であって、
ＲＦイオン閉じ込め装置と、
前記ＲＦイオン閉じ込め装置の下流側に配置される飛行時間型質量分析器であって、直交加速抽出領域を備える飛行時間型質量分析器と、を備え、
前記質量分析計が、さらに、前記ＲＦイオン閉じ込め装置の下流側に配置されるイオンビームエキスパンダであって、使用時に、前記ＲＦイオン閉じ込め装置から出力されるイオンビームを拡大して、前記直交加速抽出領域において前記イオンビームが３ｍｍより大きな直径または最大断面幅を備えるように構成および配置されるイオンビームエキスパンダを備える。
【００１７】
イオンビームエキスパンダは、使用時に、ＲＦイオン閉じ込め装置から出力されるイオンビームを拡大して、直交加速抽出領域においてイオンビームがｘｍｍの直径または最大断面幅を備えるように構成および配置されることが望ましい。ｘは、（ｉ）３−４、（ｉｉ）４−５、（ｉｉｉ）５−６、（ｉｖ）６−７、（ｖ）７−８、（ｖｉ）８−９、（ｖｉｉ）９−１０、（ｖｉｉｉ）１０−１１、（ｉｘ）１１−１２、（ｘ）１２−１３、（ｘｉ）１３−１４、（ｘｉｉ）１４−１５、（ｘｉｉｉ）１５−１６、（ｘｉｖ）１６−１７、（ｘｖ）１７−１８、（ｘｖｉ）１８−１９、（ｘｖｉｉ）１９−２０、（ｘｖｉｉｉ）２０−２１、（ｘｉｘ）２１−２２、（ｘｘ）２２−２３、（ｘｘｉ）２３−２４、（ｘｘｉｉ）２４−２５、（ｘｘｉｉｉ）２５−２６、（ｘｘｉｖ）２６−２７、（ｘｘｖ）２７−２８、（ｘｘｖｉ）２８−２９、（ｘｘｖｉｉ）２９−３０、（ｘｘｖｉｉｉ）３０−３１、（ｘｘｉｘ）３１−３２、（ｘｘｘ）３２−３３、（ｘｘｘｉ）３３−３４、（ｘｘｘｉｉ）３４−３５、（ｘｘｘｉｖ）３５−３６、（ｘｘｘｉｖ）３６−３７、（ｘｘｘｖ）３７−３８、（ｘｘｘｖｉ）３８−３９、（ｘｘｘｖｉｉ）３９−４０および（ｘｘｘｖｉｉｉ）＞４０からなる群から選択される。
【００１８】
ＲＦイオン閉じ込め装置が、イオンガイドまたはイオントラップを備えることが望ましい。
【００１９】
イオンビームエキスパンダが、１つ以上のアインツェルレンズまたはイオンビームを拡大できる他のイオン光学装置を備えることが望ましい。
【００２０】
質量分析計が、さらに、第１の真空チャンバと、第２の真空チャンバと、第１の真空チャンバと第２の真空チャンバとの間に配置される差動ポンプ開口部とを備えることが望ましい。ＲＦイオン閉じ込め装置が第１の真空チャンバ内に設置されると共に、飛行時間型質量分析器が第２の真空チャンバ内に配置される。第１の真空チャンバと第２の真空チャンバとの間に１つ以上の中間真空チャンバが配置されるようにしてもよい。
【００２１】
イオンビームエキスパンダは、第１の真空チャンバ内に配置される第１のアインツェルレンズ、および／または、第２の真空チャンバ内に配置される第２のアインツェルレンズを備えることが望ましい。第１および／または第２のアインツェルレンズのいずれかの代わりに、イオンビーム上で動作可能な他のイオン光学装置を用いるようにしてもよい。
【００２２】
飛行時間型質量分析器が、プッシャー（pusher）電極と第１のグリッド電極とを備えることが望ましい。直交加速抽出領域は、プッシャー電極と第１のグリッド電極との間に配置される。好適な実施形態において、使用時に、直交加速抽出領域内に位置する少なくとも一部のイオンが直交加速されて、飛行時間型質量分析器のドリフト領域内に入る。
【００２３】
ＲＦイオン閉じ込め装置のイオン出口と直交加速抽出領域の長手方向中点または中心との間の距離Ｌが、（ｉ）＞１００ｍｍ、（ｉｉ）１００−１２０ｍｍ、（ｉｉｉ）１２０−１４０ｍｍ、（ｉｖ）１４０−１６０ｍｍ、（ｖ）１６０−１８０ｍｍ、（ｖｉ）１８０−２００ｍｍ、（ｖｉｉ）２００−２２０ｍｍ、（ｖｉｉｉ）２２０−２４０ｍｍ、（ｉｘ）２４０−２６０ｍｍ、（ｘ）２６０−２８０ｍｍ、（ｘｉ）２８０−３００ｍｍ、（ｘｉｉ）３００−３２０ｍｍ、（ｘｉｉｉ）３２０−３４０ｍｍ、（ｘｉｖ）３４０−３６０ｍｍ、（ｘｖ）３６０−３８０ｍｍ、（ｘｖｉ）３８０−４００ｍｍおよび（ｘｖｉｉ）＞４００ｍｍからなる群から選択されることが望ましい。
【００２４】
飛行時間型質量分析器が、さらに、第１のグリッド電極の下流側に配置される第２のグリッド電極を備えることが望ましい。第２のグリッド電極の下流側であってイオン検出器の上流側にフィールドフリー領域が配置されることが望ましい。
【００２５】
好適な実施形態において、イオンが、第１のグリッド電極から第２のグリッド電極に移動し、（リフレクトロン等によって）反対方向に反射されることなく、フィールドフリー領域を通ってイオン検出器に入るように、飛行時間型質量分析器が配置されることが望ましい。ただし、飛行時間型質量分析器がリフレクトロンを備えるようにしてもよい。
【００２６】
使用時にＲＦイオン閉じ込め装置から出力されるイオンビームが、第１の断面積と第１の位置的拡散（positional spread）と第１の速度拡散（velocity spread）とを有することが望ましい。直交加速抽出領域内のイオンビームが、第２の断面積と第２の位置的拡散（positional spread）と第２の速度拡散（velocity spread）とを有することが望ましい。好適な実施形態において、（ｉ）第２の位置的拡散が第１の位置的拡散よりも大きいことが望ましい。および／または、（ｉｉ）特定位置における第２の速度拡散が特定位置における第１の速度拡散よりも小さいことが望ましい。および／または、（ｉｉｉ）第１の断面積の最大直径または最大断面幅が第２の断面積の最大直径または最大断面幅よりも小さいことが望ましい。
【００２７】
飛行時間型質量分析器が陽イオン（または陰イオン）を分析するように配置および構成されるようにしてもよい。質量分析計が、さらに、陰イオン（または陽イオン）を分析するように配置および構成される別の飛行時間型質量分析器を備えるようにしてもよい。別の飛行時間型質量分析器は飛行時間型質量分析器に隣接するように配置されることが望ましい。２つの飛行時間型質量分析器が構造的に識別可能であることが望ましい（たとえば、一方の飛行時間型質量分析器が２つの異なる動作モードで動作可能である）。
【００２８】
本発明の一つの態様は、質量分析の方法であって、
ＲＦイオン閉じ込め装置と、前記ＲＦイオン閉じ込め装置の下流側に配置される飛行時間型質量分析器であって直交加速抽出領域を備える飛行時間型質量分析器と、を準備する工程と、
前記ＲＦイオン閉じ込め装置から出力されるイオンビームを拡大して、前記直交加速抽出領域において前記イオンビームが３ｍｍより大きな直径または最大断面幅を有するようにする工程と、
を備える。
【００２９】
本発明の一つの態様は、質量分析計であって、
陽イオンを分析するように配置および構成される第１の飛行時間型質量分析器と、
陰イオンを分析するように配置および構成される第２の飛行時間型質量分析器と、を備え、
前記第２の飛行時間型質量分析器は、前記第１の飛行時間型質量分析器に隣接するように配置される。２つの飛行時間型質量分析器は、互いに構造的に識別可能である。
【００３０】
質量分析計は、第１および前記第２の飛行時間型質量分析器に共通なプッシャー電極（pusher electrode）を備えることが望ましい。第１の飛行時間型質量分析器が、さらに、第１のグリッド電極と第２のグリッド電極とドリフト領域とイオン検出器とを備えることが望ましい。第２の飛行時間型質量分析器が、さらに、第１のグリッド電極と第２のグリッド電極とドリフト領域とイオン検出器とを備えることが望ましい。
【００３１】
イオンが、第１のグリッド電極から第２のグリッド電極に移動し、反対方向に反射されることなく、フィールドフリー領域を通ってイオン検出器に入るように、第１および前記第２の飛行時間型質量分析器が配置されることが望ましい。ただし、第１および／または第２の飛行時間型質量分析器がリフレクトロンを備えるようにしてもよい。
【００３２】
本発明の一つの態様は、質量分析の方法であって、
第１の飛行時間型質量分析器と第２の飛行時間型質量分析器とを、前記第２の飛行時間型質量分析器が前記第１の飛行時間型質量分析器に隣接配置されるように準備する工程と、
前記第１の飛行時間型質量分析器を用いて陽イオンを分析する工程と、
前記第２の飛行時間型質量分析器を用いて陰イオンを分析する工程と、
を備える。
【００３３】
本発明の一つの態様は、質量分析計であって、
直交加速抽出領域を有する飛行時間型質量分析器を備え、
前記質量分析計が、さらに、イオンビームエキスパンダであって、イオンビームを拡大して、前記直交加速抽出領域において前記イオンビームが３ｍｍより大きな、４ｍｍより大きな、５ｍｍより大きな、６ｍｍより大きな、７ｍｍより大きな、８ｍｍより大きな、９ｍｍより大きなまたは１０ｍｍより大きな直径または最大断面幅を有するように配置および構成されるイオンビームエキスパンダを備える。
【００３４】
本発明の一つの態様は、質量分析の方法であって、
直交加速抽出領域を有する飛行時間型質量分析器を準備する工程と、
イオンビームを拡大して、前記直交加速抽出領域において前記イオンビームが３ｍｍより大きな、４ｍｍより大きな、５ｍｍより大きな、６ｍｍより大きな、７ｍｍより大きな、８ｍｍより大きな、９ｍｍより大きなまたは１０ｍｍより大きな直径または最大断面幅を有するようにする工程と、
を備える。
【００３５】
本発明の別の態様は、質量分析計であって、
飛行時間型質量分析器の上流側に配置される装置であって、直交加速されて前記飛行時間型質量分析器内に入るイオンのターンアラウンドタイムを短縮するように配置および構成される装置を備える。
【００３６】
装置がイオンビームエキスパンダを備えることが望ましい。
【００３７】
本発明の別の態様は、質量分析の方法であって、
イオンが直交加速されて飛行時間型質量分析器内に入る前のイオンのターンアラウンドタイムを短縮する工程を備える。
【００３８】
ターンアラウンドタイムを短縮する工程が、イオンビームエキスパンダを用いる工程を備えることが望ましい。
【００３９】
本発明の別の態様は、質量分析計であって、
飛行時間型質量分析器の上流側に配置されるイオンビームエキスパンダであって、イオンビームを拡大し、直交加速されて前記飛行時間型質量分析器内に入る前記イオンビームのイオンのターンアラウンドタイムを短縮するように配置および構成されるイオンビームエキスパンダを備える。
【００４０】
本発明の別の態様は、質量分析の方法であって、
飛行時間型質量分析器の上流側でイオンビームを拡大して、直交加速されて前記飛行時間型質量分析器内に入る前記イオンビームのイオンのターンアラウンドタイムを短縮するようにする工程を備える。
【００４１】
好適な実施形態において、質量分析計は、ＲＦイオン閉じ込め装置と、イオンビームエキスパンダと、飛行時間型質量分析器と、を備える。ビームエキスパンダは、非常に大きなターンアラウンドタイム収差を伴うことなく、実用的な２段式ワイリー‐マクラーレン（Wiley-McLaren）飛行時間型質量分析器を実現可能な大きさに望ましくはイオンビームを拡大する１つ以上のレンズを備えることが望ましい。すなわち、少なくとも好適な実施形態において、リフレクトロンを用いる必要がない高分解能飛行時間型質量分析器を提供することができる。
【００４２】
一つの実施形態において、質量分析計は、さらに、（ｉ）エレクトロスプレーイオン化（Electrospray ionization: ESI）イオン源、（ｉｉ）大気圧光イオン化（Atmospheric Pressure Photo Ionization: APPI）イオン源、（ｉｉｉ）大気圧化学イオン化（Atmospheric Pressure Chemical Ionization: APCI）イオン源、（ｉｖ）マトリックス支援レーザー脱離イオン化（Matrix Assisted Laser Desorption Ionization: MALDI）イオン源、（ｖ）レーザー脱離イオン化（Laser Desorption Ionization: LDI）イオン源、（ｖｉ）大気圧イオン化（Atmospheric Pressure Ionization: API）イオン源、（ｖｉｉ）シリコンを用いた脱離イオン化（Desorption Ionization on Silicon: DIOS）イオン源、（ｖｉｉｉ）電子衝撃（Electron Impact: EI）イオン源、（ｉｘ）化学イオン化（Chemical Ionization: CI）イオン源、（ｘ）電界イオン化（Field Ionization: FI）イオン源、（ｘｉ）電界脱離（Field Desorption: FD）イオン源、（ｘｉｉ）誘導結合プラズマ（Inductively Coupled Plasma: ICP）イオン源、（ｘｉｉｉ）高速原子衝撃（Fast Atom Bombardment: FAB）イオン源、（ｘｉｖ）液体二次イオン質量分析（Liquid Secondary Ion Mass Spectrometry: LSIMS）イオン源、（ｘｖ）脱離エレクトロスプレーイオン化（Desorption Electrospray Ionization: DESI）イオン源、（ｘｖｉ）ニッケル−63放射性イオン源、（ｘｖｉｉ）大気圧マトリックス支援レーザー脱離イオン化（Atmospheric Pressure Matrix Assisted Laser Desorption Ionization）イオン源、（ｘｖｉｉｉ）サーモスプレーイオン源、（ｘｉｘ）大気サンプリンググロー放電イオン化（Atmospheric Sampling Glow Discharge Ionization: ASGDI）イオン源および（ｘｘ）グロー放電（Glow Discharge: GD）イオン源からなる群から選択されるイオン源を備えることが望ましい。
【００４３】
質量分析計が、さらに、１つ以上の連続またはパルスイオン源を備えることが望ましい。
【００４４】
質量分析計が、さらに、１つ以上のイオンガイドを備えることが望ましい。
【００４５】
質量分析計が、さらに、１つ以上のイオン移動度分離装置および／または１つ以上の電界非対称イオン移動度分光計（Field Asymmetric Ion Mobility Spectrometer）を備えることが望ましい。
【００４６】
質量分析計が、さらに、１つ以上のイオントラップまたは１つ以上のイオン捕捉領域を備えることが望ましい。
【００４７】
質量分析計が、さらに、（ｉ）衝突誘起解離（Collisional Induced Dissociation: CID）フラグメンテーション装置、（ｉｉ）表面誘起解離（Surface Induced Dissociation: SID）フラグメンテーション装置、（ｉｉｉ）電子移動解離（Electron Transfer Dissociation: ETD）フラグメンテーション装置、（ｉｖ）電子捕獲解離（Electron Capture Dissociation: ECD）フラグメンテーション装置、（ｖ）電子衝突（Electron Collision）または電子衝撃解離（Electron Impact Dissociation)フラグメンテーション装置、（ｖｉ）光誘起解離（Photo Induced Dissociation: PID）フラグメンテーション装置、（ｖｉｉ）レーザー誘起解離（Laser Induced Dissociation）フラグメンテーション装置、（ｖｉｉｉ）赤外線誘起解離装置、（ｉｘ）紫外線誘起解離装置、（ｘ）ノズル・スキマー・インターフェース・フラグメンテーション装置、（ｘｉ）インソースフラグメンテーション装置、（ｘｉｉ）インソース衝突誘起解離（Collision Induced Dissociation）フラグメンテーション装置、（ｘｉｉｉ）熱源または温度源フラグメンテーション装置、（ｘｉｖ）電場誘起フラグメンテーション装置、（ｘｖ）磁場誘起フラグメンテーション装置、（ｘｖｉ）酵素消化または酵素分解フラグメンテーション装置、（ｘｖｉｉ）イオン−イオン反応フラグメンテーション装置、（ｘｖｉｉｉ）イオン−分子反応フラグメンテーション装置、（ｘｉｘ）イオン−原子反応フラグメンテーション装置、（ｘｘ）イオン−準安定イオン反応フラグメンテーション装置、（ｘｘｉ）イオン−準安定分子反応フラグメンテーション装置、（ｘｘｉｉ）イオン−準安定原子反応フラグメンテーション装置、（ｘｘｉｉｉ）イオンの反応により付加イオンまたはプロダクトイオン（生成イオン）を形成するイオン−イオン反応装置、（ｘｘｉｖ）イオンの反応により付加イオンまたはプロダクトイオンを形成するイオン−分子反応装置、（ｘｘｖ）イオンの反応により付加イオンまたはプロダクトイオンを形成するイオン−原子反応装置、（ｘｘｖｉ）イオンの反応により付加イオンまたはプロダクトイオンを形成するイオン−準安定イオン反応装置、（ｘｘｖｉｉ）イオンの反応により付加イオンまたはプロダクトイオンを形成するイオン−準安定分子反応装置、（ｘｘｖｉｉｉ）イオンの反応により付加イオンまたはプロダクトイオンを形成するイオン−準安定原子反応装置、および（ｘｘｉｘ）電子イオン化解離（Electron Ionization Dissociation: EID）フラグメンテーション装置、からなる群から選択される衝突、フラグメンテーションまたは反応セルを備えることが望ましい。
【００４８】
質量分析計が、さらに、１つ以上のエネルギー分析器または静電エネルギー分析器を備えることが望ましい。
【００４９】
質量分析計が、さらに、１つ以上のイオン検出器を備えることが望ましい。
【００５０】
質量分析計が、さらに、（ｉ）四重極マスフィルタ、（ｉｉ）２次元またはリニア四重極イオントラップ、（ｉｉｉ）ポール（Paul）または３次元四重極イオントラップ、（ｉｖ）ペニング（Penning）イオントラップ、（ｖ）イオントラップ、（ｖｉ）磁気セクタ型マスフィルタ、（ｖｉｉ）飛行時間型マスフィルタ、および（ｖｉｉｉ）ウィーン（Wien）フィルタ、からなる群から選択される１つ以上のマスフィルタを備えることが望ましい。
【００５１】
質量分析計が、さらに、イオンをパルス状にする装置またはイオンゲートを備えることが望ましい。
【００５２】
質量分析計が、さらに、実質的に連続的なイオンビームをパルスイオンビームに変換する装置を備えることが望ましい。
【００５３】
質量分析計が、さらに、使用時にイオンを透過させる開口部を各々有する複数の電極を備える積層リング型イオンガイドを備えることが望ましい。前記電極間の間隔がイオン通路の長さ方向に沿って増大し、前記イオンガイドの上流部分に配置される電極の開口部が第１の直径を有する一方で、前記イオンガイドの下流部分に配置される電極の開口部が前記第１の直径よりも小径の第２の直径を有し、使用時に、連続する電極に、逆相のＡＣまたはＲＦ電圧を印加する。
【００５４】
以下、例示を目的として、本発明のさまざまな実施形態を他の構成例と共に添付の図面を参照して詳述する。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】２段式（ワイリー‐マクラーレン（Wiley-McLaren）型）抽出構造を用いてイオンを集束する原理を示す図。
【図２Ａ】第１の抽出領域に比較的緩い傾斜の電圧勾配を印加した状況におけるターンアラウンドタイムの概念を示す図。
【図２Ｂ】第１の抽出領域に比較的急な傾斜の電圧勾配を印加した状況におけるターンアラウンドタイムの概念を示す図。
【図３】２段抽出式飛行時間型質量分析器の第１段における非常に高い初期抽出場の設定に短いフィールドフリー領域が必要とされる様子を示す図。
【図４】直交加速飛行時間型質量分析器にリフレクトロンを用いることにより、比較的高い抽出場と比較的長いフィールドフリー飛行領域との組み合わせが可能になる様子を示す図。
【図５】リウヴィル（Liouville）の定理を示す図。
【図６】積層リング型イオンガイド（stacked ring ion guide：SRIG）の下流側にビームエキスパンダを備え、直交加速飛行時間型質量分析器の直交加速抽出領域内でイオンビームが比較的大きな断面積を持つようにイオンビームを拡大する、本発明の一実施形態を示す図。
【図７Ａ】イオンの位置と速度との間の相関関係を点線で示す図。
【図７Ｂ】好適な実施形態において、図７Ａに示す効果により収差が効果的に除去される様子を示す図。
【図８】本発明の好適な実施形態において、ＳＩＭＩＯＮ（ＲＴＭ）シミュレーションを用いた位相空間の進行を示す図。
【図９Ａ】本発明の一実施形態において直交加速飛行時間型質量分析器のパラメータを示す図。
【図９Ｂ】本発明の一実施形態において機器の予測ピーク形状および分解能を示す図。
【図１０Ａ】好適な実施形態において質量分析計を用いて得られるヨウ化ナトリウムの質量スペクトルを示す図。
【図１０Ｂ】図１０Ａに示す個々のイオンピークを対応する分解能と共に示す図。
【図１１Ａ】陽イオン化モードと陰イオン化モードとの間の切り替えが容易になるように２つの飛行時間型質量分析器を隣接して備える本発明の一実施形態を示す図であって、陽イオンが検出中の状態を示す図。
【図１１Ｂ】同様の実施形態を示す図であって、陰イオンが検出中の状態を示す図。
【図１２】各々リフレクトロンを有する２つの隣接する飛行時間型質量分析器を備える本発明の別の実施形態を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００５６】
本発明の好適な実施形態を、最初に上述の式１を参照して説明する。式１を速度voの観点から書き換えると、以下のようにターンアラウンドタイムt'の関係が得られる。
【数４】
2013529367.tif 000006
【００５７】
項ｍｖはイオンビームの運動量を示し、プッシャー領域の幅Lpは、飛行時間型質量分析器のプッシャーまたは抽出領域におけるイオンビームの範囲または幅に対して本質的に直線性を有する。
【００５８】
イオン光学における基本定理は、「移動粒子雲に関して、相空間における粒子密度p(x,px,y,py,z,pz)は不変である」というリウヴィル（Liouville）の定理である（Geometrical Charged-Particle Optics（幾何学的荷電粒子光学）, Harald H. Rose, Springer Series in Optical Sciences 142）。ここで、px、pyおよびpzは、３つの直交座標軸方向の運動量を示す。
【００５９】
リウヴィル（Liouville）の定理によると、所定の体積を相空間で占める時間ｔ1における粒子雲は、後の時間ｔnにおいて形状が変わる可能性はあるが、体積の大きさは変わらない。電磁場を用いて体積を減少させようという試みは無駄であるが、次段の操作の前にビームを開口部に通す（集束できないイオンを受け入れない）ことによって、相空間の所望の領域をサンプリングすることは可能である。一次近似によって、リウヴィルの定理は３つの独立空間座標ｘ、ｙおよびｚに分割される。３つの独立した相空間面積の観点からイオンビームを説明することができる。イオンビームがイオン光学システムを通って進むにつれて、その形状は変化するが、総面積は変わらない。
【００６０】
この概念を図５に示す。図５に示す光学システムはＮ個の光学素子を備え、各素子は、相空間の形状を変化させる一方で、その面積は変化させない。好適な実施形態は、この原理を用いて、直交加速飛行時間型質量分析器による分析に最も適したイオンビームを用意する。
【００６１】
相空間の保存の結果、Δxpx項が一定になり、大きな間隔のプッシャー領域に広がるようにビームを拡大することにより、速度拡散（velocity spread）が低下する。これは、式４において、ΔxpxがLp*mv項に比例するためである。プッシャー領域に最も良く適合する伝達光学を綿密に設計することにより、ターンアラウンドタイムt'を以下のように推定できる。
【数５】
2013529367.tif 000007
【００６２】
好適な実施形態において、大きな位置的拡散（positional spread）Δxを集束する直交加速飛行時間型質量分析器を用いて、最適化ビーム拡大伝達光学と共に、ターンアラウンドタイム効果により収差を大幅に削減した最適な２段式ワイリー‐マクラーレン（Wiley-McLaren）線形飛行時間型質量分析器を実現することができる。比較的大きなプッシャー間隔（すなわち、第１の加速段）により、比較的大きな第２の加速段および比較的長いフィールドフリー領域が得られる。この結果、飛行時間型質量分析器は、比較的長い飛行時間を有し、実用的な機器の構成が可能になる。拡大イオンビームの空間集束条件が成立すると仮定すると、ターンアラウンドタイムは、プッシャー電極２に印加されるプッシャーパルスVpの大きさまたは振幅のみに依存し、電場Vp/Lpに依存しない。
【００６３】
直交加速飛行時間型質量分析器の直交加速抽出領域に到達するイオンビームの初期条件は、バッファガスの存在下で、積層リング型イオンガイド（stacked ring ion guide：SRIG）のようなＲＦイオン光学素子によって規定される場合がある。イオンガイド内のイオンは、気体分子の熱運動によりＲＦ素子からの出力に対してマスクウェルの速度分布に従う傾向がある。周知の質量分析計のＲＦイオン光学素子から出力されるイオンビームの断面積は、通常、１〜２ｍｍの大きさである。
【００６４】
本発明の好適な実施形態において、イオンビームエキスパンダは、ＲＦ閉じ込め装置またはイオンガイドの下流側に位置し、少なくとも２倍、３倍、４倍、５倍、６倍、７倍、８倍、９倍、１０倍、１１倍、１２倍、１３倍、１４倍、１５倍、１６倍、１７倍、１８倍、１９倍または２０倍のイオンビーム拡大率を実現するように望ましくは配置される１つ、２つまたは３つ以上のアインツェルレンズを備える。したがって、一実施形態において、イオンビームエキスパンダは、飛行時間型質量分析器の直交加速領域に到達したイオンビームの断面積を約５〜１０ｍｍ、１０〜１５ｍｍ、１５〜２０ｍｍ、２０〜２５ｍｍまたは２５〜３０ｍｍに増大させる効果があることが望ましい。一実施形態において、イオンビームが２０ｍｍに拡大される。当然のことながら、飛行時間型質量分析器のプッシャー領域におけるイオンビームの直径２０ｍｍは、周知の市販の飛行時間型質量分析器の場合よりもかなり大きい。
【００６５】
図６に、本発明の好適な実施形態を示す。積層リング型イオンガイド（stacked ring ion guide：SRIG）６を真空チャンバに備える。第１のアインツェルレンズ７がイオンガイド６の出口に備えられ、イオンガイド６から出力されるイオンビームを差動ポンプ開口部８を通して集束させる。イオンビームは、イオンガイド６を収容する真空チャンバの下流側に配置される別の真空チャンバ内に備えられる第２のアインツェルレンズ９により平行になる。（平行）イオンビーム１０は、次に、飛行時間型質量分析器の直交加速抽出領域またはプッシャー領域に進む。直交加速抽出領域またはプッシャー領域は、プッシャー電極２（またはその等価物）および第１のグリッド電極３（またはその等価物）との間の領域と定義される。
【００６６】
イオンビーム１０は、第２のアインツェルレンズ９を通過（して平行になった）後、フィールドフリー領域１１に入ることが望ましい。第２のアインツェルレンズ９と飛行時間型質量分析器のプッシャー領域との間に（図示しない）開口部を備えるようにしてもよい。好適な実施形態において、イオンビーム１０は開口部により減衰されない。一実施形態において、開口部の直径は約２０ｍｍでもよい。プッシャー領域につながるこの開口部は、通常１〜２ｍｍの直径の周知の市販の質量分析計における同等の開口部と比べて、非常に大きいことは明らかである。好適な実施形態において、第１のアインツェルレンズ７の上流側端部（およびＲＦ閉じ込め装置６の出口）とプッシャー領域の中心との間の距離１２は約３００ｍｍである。この距離も、周知の市販の質量分析計における同等の長さが１００ｍｍ前後であるのに対して、非常に長い。
【００６７】
図６から当業者には自明のことであるが、好適な実施形態において、ビームエキスパンダ（すなわち、アインツェルレンズ７、９）の働きにより、位置的拡散（positional spread）が増大するにつれて任意の所定位置における速度拡散（velocity spread）が減少するため、相空間の総面積は保持される。図６に、相空間の変化による傾斜楕円を示す。これは、プッシャー領域におけるイオンの位置とその速度との間に良い相関が成り立つことを示す。これは、第２のレンズ９からプッシャー領域の中心まで比較的長いフィールドフリー領域（ＦＦＲ）１１を考えた場合に予想される。比較的長いフィールドフリー領域により、光学軸から離れた位置に高速イオンが移動する時間を考慮に入れることができる。
【００６８】
図７Ａにイオンの位置と速度との間の相関関係を点線で示す。飛行時間電圧を調節することにより、この影響による収差を取り除くことができるため、図７Ｂに示すように傾斜が平らになる。この結果、ビーム拡大と相空間の保存とにより元のΔvの値から縮小されたターンアラウンドタイムに寄与する残留速度拡散Δv'のみが残る。
【００６９】
ＳＩＭＩＯＮ（ＲＴＭ）および社内で設計した剛体球モデルを用いて速度拡散（velocity spread）のシミュレーションを行なった。剛体球モデルは、積層リング型イオンガイド（stacked ring ion guide：SRIG）における残留気体分子との衝突のシミュレーションを行なうものである。本発明の一実施形態においてビームエキスパンダを通るイオンの相空間特性の変化を図８に示す。図９Ａの表に示すパラメータと共に、２段式直交加速飛行時間型質量分析器の比較的大きなプッシャーに対する入力ビームパラメータとしてこのイオン条件を用いた。このような質量分析器における分解能（＞３０００）のシミュレーションを図９Ｂに示す。
【００７０】
図１０Ａに、本発明の好適な実施形態において得られるヨウ化ナトリウムの質量スペクトルを示す。図１０Ｂに、図１０Ａに示す質量スペクトルで観察される個々のイオンピークを、求めた分解能と共に示す。実験結果が理論モデルとよく一致することが分かる。
【００７１】
質量分析計において、高速クロマトグラフの時間スケール内で陽イオンモードと陰イオンモードとの間でイオン化極性を切り替えることが一般的に求められている。１度のクロマトグラフ測定で両方のイオン極性モードにおける定量を実施するために、切り替え時間は数十ミリ秒でなければならない。ミリ秒の時間スケールでイオン源自体のイオン化モードを切り替えることは容易であるが、直交加速飛行時間型質量分析器の極性の切り替えは、電源とイオン検出器に負荷がかかるという問題がある。また、電源は、スイッチを入れた後安定するまでにかなりの時間がかかる。スイッチをいれて比較的低い電圧を四重極質量分析器に印加することは比較的容易であるため、このような問題は四重極質量分析計には存在しない。このため、高速で陽イオン／陰イオンを切り替える場合には、四重極質量分析計が機器として選択される。
【００７２】
直交加速飛行時間型質量分析器において、飛行管およびイオン検出器（一般的には、マイクロチャンネルプレート）は、接地電位よりも数キロボルト低い電位に保持される場合がある（たとえば、陽イオン検出の場合に−８ｋＶ）。この高電圧により、極性間で高速に切り替えを行なうための電源の問題が生じる。切り替え時間および切り替え速度が速ければ速いほど、電源からより大きな電力が必要となる。また、このような高速切り替えにより、機器にアークが生じ、感度の高いイオン検出器および関連電子機器に損傷を与える可能性がある。
【００７３】
本発明の一実施形態において、質量分析計は、２つの隣接する直交加速飛行時間型質量分析器を備える。このような構成を図１１Ａ（陽イオンを分析する場合）および図１１Ｂ（陰イオンを分析する場合）に示す。好適な実施形態において、質量分析器の一方が実験の間中ずっと陽イオンを検出するように構成されると共に、質量分析器の他方が実験の間中ずっと陰イオンを検出するように構成されることが望ましい。このように２つの質量分析器をコンパクトに配置することによって、高電圧飛行管およびフロート式検出器の電源の高速切り替えが不要になる。
【００７４】
図１１Ａに、プッシャー電極１３と第１のグリッド電極１４ａ、１４ｂの間に配置されるプッシャー領域または直交加速抽出領域にイオンが到達する実施形態を示す。陽イオンを検出するように機器を設定した場合、イオンは直交加速されて、第１のグリッド電極１４ａと第２のグリッド電極１５ａとフィールドフリー領域とイオン検出器１６ａとを備える第１の飛行時間型質量分析器内に入る。第１のグリッド電極１４ａは接地または０Ｖに保持されることが望ましく、また、飛行管は−８ｋＶに保持されることが望ましい。＋２ｋＶの振幅を有する電圧パルスをプッシャー電極１３に印加することが望ましい。第２の飛行時間型質量分析器は、第１のグリッド電極１４ｂと第２のグリッド電極１５ｂとフィールドフリー領域とイオン検出器１６ｂとを備える。第１のグリッド電極１４ｂは接地または０Ｖに保持されることが望ましく、また、飛行管は＋８ｋＶに保持されることが望ましい。この結果、望ましくは、（陽）イオンが直交方向にのみ加速され、第１の飛行時間型質量分析器内に入り、イオン検出器１６ａで検出される。
【００７５】
図１１Ｂに、プッシャー電極１３と第１のグリッド電極１４ａ、１４ｂの間に配置されるプッシャー領域または直交加速抽出領域にイオンが到達する実施形態を示す。陰イオンを分析するように機器を設定した場合、イオンは直交加速されて、第２の飛行時間型質量分析器内に入る。第１のグリッド電極１４ｂは接地または０Ｖに保持されることが望ましく、また、飛行管は＋８ｋＶに保持されることが望ましい。−２ｋＶの振幅を有する電圧パルスをプッシャー電極１３に印加することが望ましい。この結果、望ましくは、（陰）イオンが直交方向にのみ加速され、第２の飛行時間型質量分析器内に入り、イオン検出器１６ｂで検出される。
【００７６】
一実施形態において、２つの直交加速飛行時間型質量分析器が同一の拡張プッシャー電極と第１のグリッドプレートまたは電極１４ａ、１４ｂとを共有するようにしてもよい。プッシャーパルスまたはプッシャー電極１３に印加される電圧パルスの極性を選択することにより、イオンをいずれかの分析器に入力させることができる。
【００７７】
図１２に、各々リフレクトロンを有する２つの飛行時間型質量分析器を備える質量分析計に関する別の実施形態を示す。この実施形態において、プッシャー電極１７と第１のグリッド電極１８ａ、１８ｂとの間に配置されるプッシャー領域または直交加速抽出領域にイオンが到達する。陽イオンを検出するように機器を設定した場合、イオンは直交加速されて、第１のグリッド電極１８ａと第２のグリッド電極１９ａとフィールドフリー領域とレフレクトロンとイオン検出器２０ａとを備える第１の飛行時間型質量分析器内に入る。第１のグリッド電極１８ａは接地または０Ｖに保持されることが望ましく、また、飛行管は−８ｋＶに保持されることが望ましい。＋２ｋＶの振幅を有する電圧パルスをプッシャー電極１７に印加することが望ましい。第２の飛行時間型質量分析器は、第１のグリッド電極１８ｂと第２のグリッド電極１９ｂとフィールドフリー領域とリフレクトロンとイオン検出器２０ｂとを備える。第１のグリッド電極１８ｂは接地または０Ｖに保持されることが望ましく、また、飛行管は＋８ｋＶに保持されることが望ましい。この結果、望ましくは、（陽）イオンが直交方向にのみ加速され、第１の飛行時間型質量分析器内に入り、イオン検出器２０ａで検出される。
【００７８】
（図示しない）別の実施形態において、プッシャー電極１７と第１のグリッド電極１８ａ、１８ｂとの間に配置されるプッシャー領域または直交加速抽出領域にイオンが到達する。陰イオンを分析するように機器を設定した場合、イオンは直交加速されて、第２の飛行時間型質量分析器内に入る。第１のグリッド電極１８ｂは接地または０Ｖに保持されることが望ましく、また、飛行管は＋８ｋＶに保持されることが望ましい。−２ｋＶの振幅を有する電圧パルスをプッシャー電極１７に印加することが望ましい。この結果、望ましくは、（陰）イオンが直交方向にのみ加速され、第２の飛行時間型質量分析器内に入り、イオン検出器２０ｂで検出される。
【００７９】
一つの実施形態において、各々望ましくはリフレクトロンを備える２つの直交加速飛行時間型質量分析器が、同一の拡張プッシャー（pusher）電極１７と第１のグリッドプレートまたは電極１８ａ、１８ｂとを共有するようにしてもよい。プッシャー・パルスの極性を選択することにより、イオンをいずれかの分析器に入力させることができる。
【００８０】
以上、本発明をその好適な実施形態を参照して詳述したが、当業者には自明のことであるが、特許請求の範囲に記載される本発明の要旨を逸脱しない範囲において、形態や詳細において、種々の変形や変更が可能である。
【図１】
2013529367.tif 000008
【図２Ａ】
2013529367.tif 000009
【図２Ｂ】
2013529367.tif 000010
【図３】
2013529367.tif 000011
【図４】
2013529367.tif 000012
【図５】
2013529367.tif 000013
【図６】
2013529367.tif 000014
【図７Ａ】
2013529367.tif 000015
【図７Ｂ】
2013529367.tif 000016
【図８】
2013529367.tif 000017
【図９Ａ】
2013529367.tif 000018
【図９Ｂ】
2013529367.tif 000019
【図１０Ａ】
2013529367.tif 000020
【図１０Ｂ】
2013529367.tif 000021
【図１１Ａ】
2013529367.tif 000022
【図１１Ｂ】
2013529367.tif 000023
【図１２】
2013529367.tif 000024
【国際調査報告】
2013529367.tif 000025
2013529367.tif 000026
2013529367.tif 000027
2013529367.tif 000028
2013529367.tif 000029