(57)【要約】  質量分析計のためのイオン検出器システムが開示される。イオン検出器システムは、検出器要素のアレイを含むイオン検出器を含む。イオン検出器システムは、イオン等時面における傾斜および非線形収差を修正するように配置される。イオン検出器システムは、各検出器要素について別個の第１の質量スペクトルデータセットを生成した後、第１の質量スペクトルデータセットそれぞれに較正係数を適用して、複数の第２の較正された質量スペクトルデータセットを生成する。その後、複数の第２の較正された質量スペクトルデータセットを組み合わせて、複合質量スペクトルデータセットを形成する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量分析計のためのイオン検出器システムであって、
検出器要素のアレイを含むイオン検出器であって、前記イオン検出器システムは、１つ以上のイオン等時面の傾斜および／または１つ以上の非線形収差を修正するように配置および適合される、イオン検出器を含む、イオン検出器システム。
【請求項２】
前記等時面は、特定の時点における特定の質量対電荷比を有する前記イオン最適適合面を含む、請求項１に記載のイオン検出器システム。
【請求項３】
前記１つ以上の等時面における前記傾斜および／または非線形収差は、１つ以上のイオン光成分のミスアライメントに起因して発生する、請求項１または２に記載のイオン検出器システム。
【請求項４】
前記１つ以上の非線形収差は、１つ以上のイオン等時面における湾曲またはリップルを含む、請求項１、２または３に記載のイオン検出器システム。
【請求項５】
別個の第１の質量スペクトルデータが各検出器要素について生成される、請求項１〜４のいずれか一項に記載のイオン検出器システム。
【請求項６】
前記イオン検出器システムは、前記第１の質量スペクトルデータそれぞれを個別に修正して、複数の第２の修正または較正された質量スペクトルデータを生成するように配置および適合される、請求項５に記載のイオン検出器システム。
【請求項７】
前記イオン検出器システムは、前記複数の第２の修正または較正された質量スペクトルデータを組み合わせて複合質量スペクトルデータセットを形成するように配置および適合される、請求項６に記載のイオン検出器システム。
【請求項８】
前記複合質量スペクトルデータセットは、前記イオン検出器に瞬間的に到着する複数のイオンに対応する単一の到着イベントに関連する、請求項７に記載のイオン検出器システム。
【請求項９】
前記検出器システムは、複数の複合質量スペクトルデータセットを組み合わせることにより最終質量スペクトルを生成するように配置および適合される、請求項８に記載のイオン検出器システム。
【請求項１０】
検出器要素のアレイは、検出器要素の１Ｄまたは２Ｄアレイを含む、請求項１〜９のいずれか一項に記載のイオン検出器システム。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載のイオン検出器システムを含む飛行時間質量分析器。
【請求項１２】
前記飛行時間質量分析器は、軸方向加速型の飛行時間質量分析器を含む、請求項１１に記載の飛行時間質量分析器。
【請求項１３】
前記飛行時間質量分析器は、直交型の加速型の飛行時間質量分析器を含む、請求項１１に記載の飛行時間質量分析器。
【請求項１４】
押圧器または牽引器電極および第１のグリッドまたは他の電極であって、前記押圧器または牽引器電極と前記第１のグリッドまたは他の電極との間に第１のフィールドフリー領域が配置される、押圧器または牽引器電極および第１のグリッドまたは他の電極と、
前記第１のグリッドまたは他の電極と、前記第２のグリッドまたは他の電極との間に配置された第２のグリッドまたは他の電極および第２のフィールドフリー領域と、
前記第２のグリッドまたは他の電極の下流に配置された直交型の加速型の領域と、
をさらに含む、請求項１３に記載の飛行時間質量分析器。
【請求項１５】
前記直交型の加速型の領域の上流に配置されたデバイスをさらに含み、前記デバイスは、イオンビームの空間集束を向上させるために一次空間集束項を導入するように適合される、請求項１４に記載の飛行時間質量分析器。
【請求項１６】
ビーム拡大器をさらに含み、前記ビーム拡大器は、前記直交型の加速型の領域の上流に配置され、前記ビーム拡大器は、前記直交型の加速型の領域に到着するイオンの速度の初期拡大を低減させるように配置および適合される、請求項１４または１５に記載の飛行時間質量分析器。
【請求項１７】
傾斜電極を２つ含むジンバルをさらに含み、前記ジンバルは、前記第１のフィールドフリー領域、前記第２のフィールドフリー領域または前記直交型の加速型の領域内に配置される、請求項１４、１５または１６に記載の飛行時間質量分析器。
【請求項１８】
前記ジンバルは、１つ以上のイオン光成分のミスアライメントに起因して発生する線形または一次効果を修正するように配置および適合される、請求項１７に記載の飛行時間質量分析器。
【請求項１９】
請求項１１〜１８のいずれか一項に記載の飛行時間質量分析器を含む質量分析計。
【請求項２０】
イオン検出方法であって、
検出器要素のアレイを含むイオン検出器システムを提供することと、
前記イオン検出器システムを用いて、１つ以上のイオン等時面の傾斜および／または１つ以上の非線形収差を修正することと、
を含む、イオン検出方法。
【請求項２１】
イオン検出器の較正方法であって、
検出器要素のアレイを含むイオン検出器を提供することと、
前記検出器要素のアレイを用いて検量体イオンを検出することと、
前記検出器要素それぞれについて、前記検量体イオンの飛行時間を決定することと、
後続動作において前記イオン検出器が１つ以上のイオン等時面の傾斜および／または１つ以上の非線形収差の効果を修正するように配置および適合されるように、各検出器要素について飛行時間修正、飛行時間調節または飛行時間較正係数を決定することと、
を含む、方法。
【請求項２２】
質量分析計のためのイオン検出器システムであって、前記イオン検出器システムは、イオン等時面における傾斜および／または１つ以上の非線形収差を修正するように配置および適合され、前記等時面は、特定の時点における特定の質量対電荷比を有するイオン最適適合面であり、
前記イオン検出器システムは、検出器要素の１Ｄまたは２Ｄアレイを含むイオン検出器を含み、
前記イオン検出器システムは、
（ｉ）各検出器要素について別個の第１の質量スペクトルデータセットを生成することと、
（ｉｉ）前記第１の質量スペクトルデータセットそれぞれについて較正係数を適用して、複数の第２の較正された質量スペクトルデータセットを生成することと、
（ｉｉｉ）前記複数の第２の較正された質量スペクトルデータセットを組み合わせて、複合質量スペクトルデータセットを形成することと、
を行うように配置および適合される、
イオン検出器システム。
【請求項２３】
イオン検出方法であって、前記方法は、イオン等時面における傾斜および／または１つ以上の非線形収差を修正し、前記等時面は、特定の時点における特定の質量対電荷比を有するイオン最適適合面であり、
前記方法は、イオン検出器システムを提供することを含み、前記イオン検出器システムは、検出器要素の１Ｄまたは２Ｄアレイを含むイオン検出器を含み、
前記方法は、
（ｉ）各検出器要素について、別個の第１の質量スペクトルデータセットを生成することと、
（ｉｉ）前記第１の質量スペクトルデータセットそれぞれについて較正係数を適用して、複数の第２の較正された質量スペクトルデータセットを生成することと、
（ｉｉｉ）前記複数の第２の較正された質量スペクトルデータセットを組み合わせて、複合質量スペクトルデータセットを形成することと、
をさらに含む、
イオン検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン検出器、質量分析計、イオン検出方法および質量分析方法に関する。
本出願は、米国仮出願シリアル番号第６１／４８８，２７９号（出願日：２０１１年５月２０日）および英国特許出願第１１０８０８２．７号（出願日：２０１１年５月１６日）からの優先権および恩恵を主張する。本明細書中、これらの出願の内容全体を参考のため援用する。
【背景技術】
【０００２】
ＵＳ−５６５４５４４およびＵＳ−５８４７３８５において、飛行時間質量分析計中の静電偏向器を用いてイオンを攪拌して、ドリフト領域端部に配置された検出器中へと追い込むことが開示されている。質量スペクトル分解能が向上する様態で、検出器アセンブリを攪拌イオンビームに相対して傾斜させる。
【０００３】
出願人らによって開発された機械的ジンバルを用いて、質量スペクトル分解能の損失を修正することができる。しかし、そのためには、比較的複雑な移動ステージを真空条件において動作させる必要がある。
【０００４】
電気的手段を用いて質量スペクトル分解能の損失修正を試行することが公知であるが、このようなアプローチの場合、さらなる電源、グリッドおよび真空フィードスルーが必要になる。
【０００５】
そのため、向上した質量分析計および特に向上したイオン検出器システムを提供することが所望されている。
【発明の概要】
【０００６】
本発明の局面によれば、質量分析計のためのイオン検出器システムが提供される。このシステムは、
【０００７】
検出器要素のアレイを含むイオン検出器であって、イオン検出器システムは、１つ以上のイオン等時面中の傾斜および／または１つ以上の非線形収差を修正するように配置および適合される。
【０００８】
等時面は好適には、イオン最適適合面を含む。イオン最適適合面は、特定の時点における特定の質量対電荷比を有する。
【０００９】
１つ以上の等時面における傾斜は好適には、１つ以上のイオン光成分のミスアライメントに起因する。
【００１０】
実施形態によれば、１つ以上の非線形収差は、１つ以上のイオン光成分に起因しかつ／または１つ以上のイオン等時面中の湾曲、リップルまたは平坦性効果を含み得る。
【００１１】
別個の第１の質量スペクトルデータは好適には、各検出器要素について生成される。
【００１２】
イオン検出器システムは好適には、第１の質量スペクトルデータそれぞれを個別に修正して複数の第２の修正または較正された質量スペクトルデータを生成するように、配置および適合される。
【００１３】
イオン検出器システムは、複数の第２の修正または較正された質量スペクトルデータを組み合わせて、複合質量スペクトルデータセットを形成するように配置および適合される。
複合質量スペクトルデータセットは好適には、イオン検出器に瞬間的に到着する複数のイオンに対応する単一の到着イベントに関連する。
【００１４】
検出器システムは好適には、複数の複合質量スペクトルデータセットを組み合わせることにより最終質量スペクトルを生成するように、配置および適合される。
【００１５】
検出器要素のアレイは好適には、検出器要素の１Ｄまたは２Ｄアレイを含む。
【００１６】
本発明の別の局面によれば、飛行時間質量分析器が提供される。飛行時間質量分析器は、上述したようなイオン検出器システムを含む。
【００１７】
飛行時間質量分析器は、軸方向加速型の飛行時間質量分析器を含み得る。しかし、より好適には、飛行時間質量分析器は、直交型の加速型の飛行時間質量分析器を含み得る。
【００１８】
飛行時間質量分析器は好適には、押圧器または牽引器電極と、第１のフィールドフリー領域を備える第１のグリッドまたは他の電極をさらに含む。第１のフィールドフリー領域は、押圧器または牽引器電極と、第１のグリッドまたは他の電極との間に配置される。第２のグリッドまたは他の電極が提供され得、第２のフィールドフリー領域が第１のグリッドまたは他の電極と第２のグリッドまたは他の電極との間に配置され得る。直交型の加速型の領域は好適には、第２のグリッドまたは他の電極の下流に配置される。
【００１９】
デバイスが直交型の加速型の領域の上流に配置され得、このデバイスは好適には、イオンビームの空間集束を向上させるための一次空間集束項を導入するように、配置および適合される。
【００２０】
ビーム拡大器が、直交型の加速型の領域の上流に配置され得る。ビーム拡大器は、直交型の加速型の領域に到着するイオンの速度の初期拡大を低減するように、配置および適合される。
【００２１】
実施形態によれば、傾斜電極を２つ含むジンバルが提供され得る。ジンバルは好適には、第１のフィールドフリー領域、第２のフィールドフリー領域または直交型の加速型の領域内に配置され得る。ジンバルは好適には、１つ以上のイオン光成分のミスアライメントに起因する線形または一次効果を修正するように配置および適合される。
【００２２】
本発明の別の局面によれば、上述したような飛行時間質量分析器を含む質量分析計が提供される。
【００２３】
本発明の別の局面によれば、イオン検出方法が提供される。この方法は、以下を含む。
【００２４】
検出器要素のアレイを含むイオン検出器システムを提供することと、
イオン検出器システムを用いて、１つ以上のイオン等時面の傾斜および／または１つ以上の非線形収差を修正すること。
【００２５】
本発明の別の局面によれば、イオン検出器の較正方法が提供される。この方法は、以下を含む。
検出器要素のアレイを含むイオン検出器を提供することと、
検出器要素のアレイを用いて検量体イオンを検出することと、
検出器要素それぞれについて検量体イオンの飛行時間を決定することと、
各検出器要素について飛行時間修正、飛行時間調節または飛行時間較正係数を決定する際、後続動作において１つ以上のイオン等時面の傾斜および／または１つ以上の非線形収差の効果を修正するようにイオン検出器を配置および適合するように決定を行うこと。
【００２６】
本発明の別の局面によれば、質量分析計のためのイオン検出器システムが提供される。イオン検出器システムは、イオン等時面の傾斜および／または１つ以上の非線形収差を修正するように配置および適合される。等時面はイオン最適適合面であり、イオン最適適合面は、特定の時点において特定の質量対電荷比を有する。
【００２７】
イオン検出器システムは、検出器要素の１Ｄまたは２Ｄアレイを含むイオン検出器を含む。
【００２８】
イオン検出器システムは、以下を行うように配置および適合される。
（ｉ）各検出器要素について別個の第１の質量スペクトルデータセットを生成することと、
（ｉｉ）第１の質量スペクトルデータセットそれぞれに較正係数を適用して、複数の第２の較正された質量スペクトルデータセットを生成することと、
（ｉｉｉ）複数の第２の較正された質量スペクトルデータセットを組み合わせて複合質量スペクトルデータセットを形成すること。
【００２９】
本発明の別の局面によれば、イオン検出方法が提供される。方法は、イオン等時面の傾斜および／または１つ以上の非線形収差を修正する。等時面はイオン最適適合面であり、特定の時点において特定の質量対電荷比を有する。
【００３０】
この方法は、イオン検出器を含むイオン検出器システムを提供することを含む。イオン検出器は、検出器要素の１Ｄまたは２Ｄアレイを含む。
【００３１】
方法は、以下をさらに含む。
（ｉ）各検出器要素について、別個の第１の質量スペクトルデータセットを生成することと、
（ｉｉ）第１の質量スペクトルデータセットそれぞれに較正係数を適用して、複数の第２の較正された質量スペクトルデータセットを生成することと、
（ｉｉｉ）複数の第２の較正された質量スペクトルデータセットを組み合わせて、複合質量スペクトルデータセットを形成すること。
【００３２】
本発明の局面によれば、分解能に悪影響を与える望ましくない平面位置依存型の飛行時間測定を修正するための装置および方法が提供される。好適な実施形態は、イオン検出後の較正アプローチを用いる。
【００３３】
好適な実施形態は、既存の装置（詳細には、飛行時間質量分析器）の向上に関連する。好適な実施形態は、飛行時間機器を構成する１つ以上の光学部品の機械的アライメントの誤差を修正し、また、一定範囲内において、飛行時間機器を構成する光学部品の望ましくない電気的効果を修正する。
【００３４】
実施形態によれば、飛行時間軸に直交する二次元中の飛行時間イオンパケットの二次元空間情報を維持することにより、飛行時間質量分析器のイオン光成分の機械的ミスアライメントを補償する。二次元空間の各領域を個別に較正する。その後、質量スペクトルデータを好適には他の領域からの質量スペクトルデータと組み合わせることで、小さな機械的ミスアライメントを修正する手段を提供する。
【００３５】
好適な実施形態により、飛行時間機器の構成における平行性公差および平坦性公差を緩和することが可能になる。機器分解能を向上させるように、許容効果を補償することができる。低公差の分析器により、可能なコスト低減レベルが高くなる。
【００３６】
好適な実施形態は、平面位置（飛行時間軸に対して実質的に直交する位置）に依存する飛行時間測定の問題（例えば、飛行時間質量分析器コンポーネントの不完全なアライメントに起因するもの）を解消するものである。
【００３７】
同時係属中の特許出願ＰＣＴ／ＧＢ２０１２／０５０５４９（Ｍｉｃｒｏｍａｓｓ）において、このような歪みを修正する方法が開示されている。この方法は、傾斜コンポーネントまたはジンバルを飛行時間質量分析器内に配置することに関する。このようなアプローチは、傾斜を修正することができる。好適な実施形態は、傾斜以外のより複雑な収差（例えば、湾曲、リップルおよび平坦性効果に起因する収差）を修正できる点において、特に有利である。よって、好適な実施形態は、ジンバルまたは傾斜可能な検出器の使用と比較して、特に有利である。
【００３８】
実施形態によれば、質量分析計は、以下をさらに含み得る。
（ａ）イオン源であって、イオン源は、以下からなる群から選択される：（ｉ）エレクトロスプレイイオン化（「ＥＳＩ」）イオン源；（ｉｉ）大気圧光イオン化（「ＡＰＰＩ」）イオン源；（ｉｉｉ）大気圧化学イオン化（「ＡＰＣＩ」）イオン源；（ｉｖ）マトリックス支援レーザー脱離イオン化（「ＭＡＬＤＩ」）イオン源；（ｖ）レーザー脱離イオン化（「ＬＤＩ」）イオン源；（ｖｉ）大気圧イオン化（「ＡＰＩ」）イオン源；（ｖｉｉ）シリコン上脱離イオン化（「ＤＩＯＳ」）イオン源；（ｖｉｉｉ）電子衝撃（「ＥＩ」）イオン源；（ｉｘ）化学イオン化（「ＣＩ」）イオン源；（ｘ）フィールドイオン化（「ＦＩ」）イオン源；（ｘｉ）フィールド脱離（「ＦＤ」）イオン源；（ｘｉｉ）誘導結合プラズマ（「ＩＣＰ」）イオン源；（ｘｉｉｉ）高速原子衝撃（「ＦＡＢ」）イオン源；（ｘｉｖ）液体二次イオン質量分析（「ＬＳＩＭＳ」）イオン源；（ｘｖ）脱離エレクトロスプレイイオン化（「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イオン源；（ｘｖｉｉｉ）サーモスプレーイオン源；（ｘｉｘ）大気圧試料採取グロー放電イオン化（「ＡＳＧＤＩ」）イオン源；および（ｘｘ）グロー放電（「ＧＤ」）イオン源；および／または
（ｂ）１つ以上の連続またはパルスイオン源；および／または
（ｃ）１つ以上のイオンガイド；および／または
（ｄ）１つ以上のイオン移動度分離デバイスおよび／または１つ以上のフィールド非対称イオン移動度スペクトロメータデバイス；および／または
（ｅ）１つ以上のイオントラップまたは１つ以上のイオントラップ領域；および／または
（ｆ）１つ以上の衝突、フラグメンテーションまたは反応セルであって、以下からなる群から選択される、１つ以上の衝突、フラグメンテーションまたは反応セル：（ｉ）衝突誘起解離（「ＣＩＤ」）フラグメンテーションデバイス；（ｉｉ）表面誘起解離（「ＳＩＤ」）フラグメンテーションデバイス；（ｉｉｉ）電子移動解離（「ＥＴＤ」）フラグメンテーションデバイス；（ｉｖ）電子捕獲解離（「ＥＣＤ」）フラグメンテーションデバイス；（ｖ）電子衝突または衝突解離フラグメンテーションデバイス；（ｖｉ）光誘起解離（「ＰＩＤ」）フラグメンテーションデバイス；（ｖｉｉ）レーザ誘起解離フラグメンテーションデバイス；（ｖｉｉｉ）赤外線放射誘起解離デバイス；（ｉｘ）紫外線放射誘起解離デバイス；（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デバイス；（ｘｉ）インソースフラグメンテーションデバイス；（ｘｉｉ）インソース衝突誘起解離フラグメンテーションデバイス；（ｘｉｉｉ）熱または温度源フラグメンテーションデバイス；（ｘｉｖ）電界誘起フラグメンテーションデバイス；（ｘｖ）磁界誘起フラグメンテーションデバイス；（ｘｖｉ）酵素消化または酵素分解フラグメンテーションデバイス；（ｘｖｉｉ）イオン間反応フラグメンテーションデバイス；（ｘｖｉｉｉ）イオン分子反応フラグメンテーションデバイス；（ｘｉｘ）イオン原子反応フラグメンテーションデバイス；（ｘｘ）イオン準安定イオン反応フラグメンテーションデバイス；（ｘｘｉ）イオン準安定分子反応フラグメンテーションデバイス；（ｘｘｉｉ）イオン準安定原子反応フラグメンテーションデバイス；（ｘｘｉｉｉ）イオンを反応させて付加イオンまたは生成イオンを形成するイオン間反応デバイス；（ｘｘｉｖ）イオンを反応させて付加イオンまたは生成イオンを形成するイオン分子反応デバイス；（ｘｘｖ）イオンを反応させて付加イオンまたは生成イオンを形成するイオン原子反応デバイス；（ｘｘｖｉ）イオンを反応させて付加イオンまたは生成イオンを形成するイオン準安定イオン反応デバイス；（ｘｘｖｉｉ）イオンを反応させて付加イオンまたは生成イオンを形成するイオン準安定分子反応デバイス；（ｘｘｖｉｉｉ）イオンを反応させて付加イオンまたは生成イオンを形成するイオン準安定原子反応デバイス；および（ｘｘｉｘ）電子イオン化解離（“ＥＩＤ”）フラグメンテーションデバイス；および／または
（ｇ）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；および／または
（ｈ）１つ以上のイオン検出器；および／または
（ｉ）１つ以上の質量フィルターであって、以下からなる群から選択される、１つ以上の質量フィルター：（ｉ）四重極質量フィルター；（ｉｉ）２Ｄまたは線形四重極イオントラップ；（ｉｉｉ）ポールまたは３Ｄ四重極イオントラップ；（ｉｖ）ペニングイオントラップ；（ｖ）イオントラップ；（ｖｉ）磁場型質量フィルター；（ｖｉｉ）飛行時間質量フィルター；および（ｖｉｉｉ）ウィーンフィルター；および／または
（ｊ）パルス状イオンのためのデバイスまたはイオンゲート；および／または
（ｋ）実質的に連続するイオンビームをパルスイオンビームへ変換するデバイス。
【００３９】
質量分析計は、複数の電極を含むスタックリングイオンガイドをさらに含み得る。これら複数の電極はそれぞれ、アパチャを有する。このアパチャを通じて、使用時においてイオンが送られる。電極の間隔は、イオン経路の長さに沿って増加する。イオンガイドの上流の電極中のアパチャは、第１の直径を有する。イオンガイドの下流の電極中のアパチャは、第２の直径を有する。第２の直径は、第１の直径よりも小さい。使用時において、逆位相のＡＣ電圧またはＲＦ電圧が連続する電極へ印加される。
【００４０】
以下、本発明の多様な実施形態について、ひとえに例示目的のため添付図面を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１Ａ】線形または軸方向加速型の飛行時間質量分析計における空間集束の公知の原理を示す。
【図１Ｂ】反射飛行時間質量分析計における空間集束の原理を示す。
【図２】公知の２段Ｗｉｌｅｙ−ＭｃＬａｒｅｎの直交型の加速型の飛行時間質量分析器を示し、主平面を示す。
【図３】主平面のミスアライメントに起因して、イオン検出器において等時面に歪みが発生する様子を示す。
【図４】本発明の好適な実施形態によるイオン検出器を示す。このイオン検出器は、イオン検出セグメントを９個含む。
【図５Ａ】Ｗｉｌｅｙ−ＭｃＬａｒｅｎ源および二段反射を採用した直交型の加速型の飛行時間質量分析計のシミュレーション結果を示す。
【図５Ｂ】一軸のイオンビームに沿った傾斜導入後のシミュレーション結果を示す。
【図６−１】好適な実施形態によるイオン検出器の９個の個々のイオン検出器セグメントから得られたデータを示す。
【図６−２】好適な実施形態によるイオン検出器の９個の個々のイオン検出器セグメントから得られたデータを示す。
【図６−３】好適な実施形態によるイオン検出器の９個の個々のイオン検出器セグメントから得られたデータを示す。
【図７Ａ】本発明の実施形態による９個のセグメントのそれぞれからのデータを組み合わせた結果を示す。
【図７Ｂ】比較目的のための非傾斜グリッドからのデータを示す。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
飛行時間設計の分野の当業者において、飛行時間質量分析計の分解能が制限される原因の１つとして、飛行時間質量分析器を構成している多様なコンポーネント間の光学アライメントがあることが周知である。このことは、直交型の加速型の飛行時間（「ｏａ−ＴＯＦ」）質量分析計において特に重要である。この質量分析計は、１組の平行電界領域を含むことが多い。これらの平行電界領域は、高精度の機械的分離を用いた一連のメッシュまたはグリッドにより区分される。これらの光学部品の位置は、飛行時間質量分析計の主平面として知られる。高質量分解能を確保するために数ミクロン以内に概してアライメントされた主平面の平行性および平坦性に対し、特に留意されたい。
【００４３】
１９５５年、ＷｉｌｅｙおよびＭｃＬａｒｅｎは、後続飛行時間機器の設計のための数学的形式を設計した。以下の文献を参照されたい：「Ｔｉｍｅ−ｏｆ−Ｆｌｉｇｈｔ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ  ｗｉｔｈ  Ｉｍｐｒｏｖｅｄ  Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ」（Ｒｅｖ．Ｓｃｉ．Ｉｎｓｔｒｕｍ．２６、１１５０（１９５５））。
【００４４】
加速領域およびドリフト領域の組み合わせによってイオンの初期位置分布を小型化する概念は、空間集束として知られる。図１Ａは、公知の配置構成に関連するポテンシャルエネルギー図である。２つの別個の電界領域（そのうち第１の電界領域は、加速ポテンシャルＶｐに対するパルスである）を用いた後に（Ｖｔｏｆにおいて保持された）ドリフト管を用いることにより、初期イオンビームをイオン検出器面においてｚ方向または軸方向においてより狭い空間分布へ小型化することができる。２つの電界の大きさおよび距離と、フィールドフリードリフト領域の長さとの間の比は、ＷｉｌｅｙＭｃＬａｒｅｎの文献中に記載されているような空間集束原理に基づいて高精度に設定される。
【００４５】
また、反射付加により、折り畳み型ジオメトリ機器中の空間集束が得られ、これによりより長時間の飛行時間およびより高い分解能が得られることも公知である。図１Ｂは、反射飛行時間質量分析器のポテンシャルエネルギー図である。以下の好適な実施形態についての記載は、線形ジオメトリおよび反射ジオメトリのいずれにも適用可能である。
【００４６】
図２に示すような２段ジオメトリにおいて、機器ジオメトリを規定する主平面は、押圧器電極、２つのグリッド電極Ｇ１、Ｇ２ならびにイオン検出器である。最高の質量分解能を得るためには、これらの主平面をできるだけ平坦かつ平行にする必要がある。現代の反射を用いた機器は、５０，０００以上の分解能を達成し、機器全体および横断ビーム軌跡全体において１０ミクロンを超える平行性を必要とする。このような高い公差を得るためには、高精度の機械加工が長距離にわたって必要となるため、高コストとなり、安定した達成も困難となる。
【００４７】
図３中、主平面のミスアライメントに起因してイオン検出器における等時面に歪みが発生し、その結果、機器分解能の低下に繋がる様子を示す。各主平面のミスアライメントの大きさおよび方向が高精度に分かっていない限り、飛行時間分解能に対するその定量的な累積効果を予測することはできない。
【００４８】
電界を発生させる付加電圧を小さく変化させることにより、主平面のｚ方向または軸方向位置における小さな変動を修正することができることが、当業者にとって公知である。なぜならば、空間集束のための解法は、高精度の距離に基づくのではなく、距離およびフィールドの組み合わせに基づいているため、一方における変化で他方における誤差を補償することが可能であるからである。
【００４９】
しかし、横方向のｘ方向およびｙ方向の場合、このような自由レベルは存在せず、コンピュータモデリングによれば、小さな傾斜の畳み込みが主平面のｘ方向およびｙ方向に多数ある場合、イオン検出器における等時面が全体的に傾斜する。ｘ方向傾斜およびｙ方向傾斜は主平面におけるコンポーネントの電圧の調節では固有に修正可能ではないものの、反対方向の感度の変動が何らかの様態で打ち消し合う。しかし、このような打ち消し合いを予測することはできない。なぜならば、スペクトロメータの技術的公差に起因して、主平面における角度変動（ｘ傾斜およびｙ傾斜）が予測不可能となるため、複数の機器において測定分解能の広がりが観察されるからである。
【００５０】
同時係属中の特許出願ＰＣＴ／ＧＢ２０１２／０５０５４９（Ｍｉｃｒｏｍａｓｓ）において、このような歪みを修正する方法が開示されている。この方法は、飛行時間質量分析器内の傾斜コンポーネントまたはジンバルを発見することに関する。ｘ方向およびｙ方向におけるコンポーネントの傾斜を調節することにより、イオンパケットをイオン検出器とアライメントさせて、主平面コンポーネントのミスアライメントに起因する歪みを最小化し、よって分解能を最適化させる。また、コンポーネントの傾斜を固定し、印加電位を変化させることで、同様にイオンパケットとイオン検出器とのアライメントに基づいて位置（ｘ、ｙ方向）における飛行時間を変化させることも可能である。しかし、このアプローチの場合、高真空条件が必要となる。さらに、ジンバルに起因してさらなる製造コストが発生し、状況によっては、ジンバルの調節が極めて困難になり得る。
【００５１】
ＰＣＴ／ＧＢ２０１２／０５０５４９に開示のようなジンバルを用いた場合、従来の配置構成よりも大きな利点は得られるものの、このようなジンバル配置構成は、飛行時間がｘ方向および／またはｙ方向における位置において直線状に変化する一次収差の修正に実質的に限定される。
【００５２】
本発明の好適な実施形態は、これらのミスアライメントを補償するためのイオン検出後方法の提供に関連する。有利なことに、好適な実施形態を用いれば、主平面におけるコンポーネントの配置に必要な公差を緩和しつつ、質量分析計の分解能の最適化が可能となるという恩恵が得られる。さらに、好適な実施形態においては、可動部品または調節可能な電圧の利用は全く不要である。
【００５３】
好適な実施形態のさらなる利点として、好適な実施形態による装置および方法は、一次収差の修正に限定されない点がある。好適な実施形態の特に有利な局面として、好適な実施形態を用いて、より高次の公差または曲線状収差（例えば、曲線状表面／グリッド、ｘ方向および／またはｙ方向における非理想的なフィールドおよび飛行時間集束レンズに起因して発生するもの）を修正することができる。
【００５４】
このような歪みを修正する方法としてＰＣＴ／ＧＢ２０１２／０５０５４９（Ｍｉｃｒｏｍａｓｓ）中に開示されているジンバルは、傾斜の修正に限定される。この好適な実施形態は、傾斜以外のより複雑な収差（例えば、湾曲、リップルおよび平坦性効果に起因する収差）を修正できる点において特に有利である。従って、この好適な実施形態は、ジンバルまたは傾斜可能な検出器を用いた場合と比較して特に有利である。
【００５５】
図４は、本発明の好適な実施形態を示す。実施形態によれば、イオン検出器は好適には、複数の１Ｄまたは２Ｄセグメントへとセグメント化される。図４の特定の実施形態において、イオン検出器は、９個の１Ｄセグメントまたは平面セグメントを含む。好適な実施形態の重要な局面として、個々の小区画についての飛行時間情報が初期に相互に別個に保持される有効なセグメント化または検出器面の分割がある点がある。
【００５６】
好適には、各小区画に対する飛行時間較正係数を電子機器内において個々に計算および／または調節するとよい。最終ステップとして、好適には検出器セグメントそれぞれからの調節または修正された質量スペクトルデータを組み合わせて複合質量スペクトルデータセットを形成するとよい。好適な実施形態によれば、上記した収差を修正することが可能である。
【００５７】
好適な実施形態の多様なさらなる局面について、図５〜図７を参照してより詳細に説明する。
【００５８】
図５Ａは、Ｗｉｌｅｙ−ＭｃＬａｒｅｎ源および二段反射を用いた直交型の加速型の飛行時間質量分析計のシミュレーション結果を示す。シミュレーションは、初期エネルギー拡散および直交加速前のイオンの位置拡散、飛行時間分析器内における異なる領域を規定するために用いられるグリッドによる拡散効果および非対称３ＧＨｚ取得システムの効果に起因する現実的効果を含む。図５Ａに示す質量スペクトルピークの分解能は、ｍ／ｚ１０００における約２８，０００（ＦＷＨＭ）と同等であり、このジオメトリの実際のシステム上において達成される分解能を示す。
【００５９】
図５Ｂに示す質量スペクトルピークは、イオンビーム（＋／−１５ｍｍ）の長さにわたる一軸に沿ってＷｉｌｅｙ−ＭｃＬａｒｅｎ源の出口における最終グリッドへと延びる（すなわち、フィールドフリーまたはドリフト領域の開始部分まで延びる）＋／−１３０μｍ傾斜を意図的に導入することによって得られる。この傾斜による効果として、分解能を約１３，０００（ＦＷＨＭ）まで低減する点がある。
【００６０】
図６は、検出器における位置情報が維持される場合において各検出器要素によって得られたデータを示す。図６に示すデータは、図４に示す実施形態に対応し、イオン検出器は、グリッド傾斜方向における９個の等しい長さのセグメントに分割される。
【００６１】
図６に示すデータを調査したところ、各個々のセグメントが最適な分解能を有することが判明した（すなわち、２７，０００〜２９，０００内の分解能）。しかし、各検出器要素またはセグメントによって決定された平均到着時間は変動するため、質量スペクトルデータの修正または較正無しに各検出器要素またはセグメントによって決定された質量スペクトルデータが組み合わせられた場合、図５Ｂに示すように分解能全体が劣化する。
【００６２】
好適な実施形態によれば、好適には、各検出器要素またはセグメントの応答を個別に校較正した後、各検出器要素またはセグメントからの質量スペクトルデータを組み合わせて、複合質量スペクトルデータセットを形成する。その結果、飛行時間の変動性が無くなり、その結果、図７Ａに示すように分解能が約２７，０００まで向上する。
【００６３】
図７Ｂは、非傾斜グリッドからのデータを示し、比較目的のために記載したものである。
【００６４】
重要な点として、図６に基づいて各セグメントについて導出された較正は、全てのイオン質量対電荷比値に適用される点がある。図６から導出された較正（ｍ／ｚ１０００）により、ｍ／ｚ５００を傾斜グリッドの場合の分解能である約１２，０００（ＦＷＨＭ）〜非傾斜グリッド分解能に匹敵する約２５，０００（ＦＷＨＭ）まで向上する。
【００６５】
本発明による実施形態のイオン検出器は、図４に示すように、単一次元における誤差（この場合、ｘ方向における修正）しか修正することができない。ｙ方向における誤差を修正するためには、ｙ方向におけるさらなるセグメントを含める必要がある。そのため、さらなる実施形態が企図される。このさらなる実施形態において、イオン検出器は、検出器セグメントまたは要素の二次元平面アレイを含む。
【００６６】
説明を簡潔にするため、図５Ｂおよび図６においてみられる収差は本質的に線形である。しかし、当業者であれば、好適なイオン検出器システムは、非線形収差（例えば、湾曲状または曲線状の電極またはグリッド）も補償することが可能であることを理解する。
【００６７】
好適な実施形態によれば、他の非機械的効果の補償も可能である（例えば、飛行時間質量分析器内の集束レンズ、押圧器オフセット型効果）。
【００６８】
好適な実施形態に従って好適に適用される較正は、時間的オフセット項（例えば、イオン検出器を通過するかまたはイオン検出器内の信号の通過時間のもの、異なる取得チャンネルと関連付けられた遅延時間と関連付けられたもの）を意図的に含み得る。
【００６９】
好適に適用される較正は線形である必要は無い。すなわち、較正は、より高次の多項式係数、指数項、対数項または三角項を持ち得る。
【００７０】
好適な実施形態のさらなる利点として、各セグメントへ適用された小数部ビット（ｆｒａｃｔｉｏｎａｌ  ｂｉｎ）修正（図７Ａおよび図７Ｂを参照）に起因して、好適な実施形態による有効なサンプリングレートが増加する点がある。セグメント化は、複数の形態をとり得る（例えば、複数のアノードまたは複数の検出器）。
【００７１】
別の実施形態によれば、好適な実施形態によるセグメント化イオン検出器は、空間集束効果を補償するために、他のデバイス（例えば、１つ以上のジンバル）と組み合わせて用いることも可能である。
【００７２】
本発明について好適な実施形態を参照して説明してきたが、当業者であれば、添付特許請求の範囲中に記載のような発明の範囲から逸脱することなく形態および詳細における多様な変更が可能であることを理解する。
【図１Ａ】
2014515173.tif 000003
【図１Ｂ】
2014515173.tif 000004
【図２】
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【図３】
2014515173.tif 000006
【図４】
2014515173.tif 000007
【図５Ａ】
2014515173.tif 000008
【図５Ｂ】
2014515173.tif 000009
【図６−１】
2014515173.tif 000010
【図６−２】
2014515173.tif 000011
【図６−３】
2014515173.tif 000012
【図７Ａ】
2014515173.tif 000013
【図７Ｂ】
2014515173.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成25年4月18日(2013.4.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量分析計のためのイオン検出器システムであって、前記イオン検出器システムは、イオン等時面における傾斜および／または１つ以上の非線形収差を修正するように配置および適合され、前記等時面は、特定の時点における特定の質量対電荷比を有するイオン最適適合面であり、
前記イオン検出器システムは、検出器要素の１Ｄまたは２Ｄアレイを含むイオン検出器を含み、
前記イオン検出器システムは、
（ｉ）各検出器要素について別個の第１の質量スペクトルデータセットを生成することと、
（ｉｉ）前記第１の質量スペクトルデータセットそれぞれについて較正係数を適用して、複数の第２の較正された質量スペクトルデータセットを生成することと、
（ｉｉｉ）前記複数の第２の較正された質量スペクトルデータセットを組み合わせて、複合質量スペクトルデータセットを形成することと、
を行うように配置および適合される、
イオン検出器システム
【請求項２】
前記等時面における前記傾斜および／または非線形収差は、１つ以上のイオン光成分のミスアライメントに起因して発生する、請求項１に記載のイオン検出器システム。
【請求項３】
前記１つ以上の非線形収差は、１つ以上のイオン光成分に起因する前記イオン等時面における湾曲またはリップルを含む、請求項１または２に記載のイオン検出器システム。
【請求項４】
前記複合質量スペクトルデータセットは、前記イオン検出器に瞬間的に到着する複数のイオンに対応する単一の到着イベントに関連する、請求項１、２または３に記載のイオン検出器システム。
【請求項５】
前記検出器システムは、複数の複合質量スペクトルデータセットを組み合わせることにより最終質量スペクトルを生成するように、配置および適合される、請求項１〜４のいずれか一項に記載のイオン検出器システム。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載のイオン検出器システムを含む飛行時間質量分析器。
【請求項７】
前記飛行時間質量分析器は、軸方向加速型の飛行時間質量分析器を含む、請求項６に記載の飛行時間質量分析器。
【請求項８】
前記飛行時間質量分析器は、直交型の加速型の飛行時間質量分析器を含む、請求項６に記載の飛行時間質量分析器。
【請求項９】
押圧器または牽引器電極および第１のグリッドまたは他の電極であって、前記押圧器または牽引器電極と前記第１のグリッドまたは他の電極との間に第１のフィールドフリー領域が配置される、押圧器または牽引器電極および第１のグリッドまたは他の電極と、
前記第１のグリッドまたは他の電極と前記第２のグリッドまたは他の電極との間に配置された第２のグリッドまたは他の電極および第２のフィールドフリー領域と、
前記第２のグリッドまたは他の電極の下流に配置された直交型の加速型の領域と、
をさらに含む、請求項８に記載の飛行時間質量分析器。
【請求項１０】
前記直交型の加速型の領域の上流に配置されたデバイスをさらに含み、前記デバイスは、イオンビームの空間集束を向上させるように一次空間集束項を導入するように、適合される、請求項９に記載の飛行時間質量分析器。
【請求項１１】
前記直交型の加速型の領域の上流に配置されたビーム拡大器をさらに含み、前記ビーム拡大器は、前記直交型の加速型の領域に到着するイオンの速度の初期拡大を低減するように配置および適合される、請求項９または１０に記載の飛行時間質量分析器。
【請求項１２】
傾斜電極を２つ含むジンバルをさらに含み、前記ジンバルは、前記第１のフィールドフリー領域、前記第２のフィールドフリー領域または前記直交型の加速型の領域内に配置される、請求項９、１０または１１に記載の飛行時間質量分析器。
【請求項１３】
前記ジンバルは、１つ以上のイオン光成分のミスアライメントに起因して発生する線形または一次効果を修正するように配置および適合される、請求項１２に記載の飛行時間質量分析器。
【請求項１４】
請求項６〜１３のいずれか一項に記載の飛行時間質量分析器を含む質量分析計。
【請求項１５】
イオン検出方法であって、前記方法は、イオン等時面における傾斜および／または１つ以上の非線形収差を修正し、前記等時面は、特定の時点における特定の質量対電荷比を有するイオン最適適合面であり、
前記方法は、イオン検出器を含むイオン検出器システムを提供することを含み、前記イオン検出器は、検出器要素の１Ｄまたは２Ｄアレイを含み、
前記方法は、
（ｉ）各検出器要素について、別個の第１の質量スペクトルデータセットを生成することと、
（ｉｉ）前記第１の質量スペクトルデータセットそれぞれについて較正係数を適用して、複数の第２の較正された質量スペクトルデータセットを生成することと、
（ｉｉｉ）前記複数の第２の較正された質量スペクトルデータセットを組み合わせて、複合質量スペクトルデータセットを形成することと、
をさらに含む、イオン検出方法。
【請求項１６】
イオン検出器の較正方法であって、
検出器要素のアレイを含むイオン検出器を提供することと、
前記検出器要素のアレイを用いて検量体イオンを検出することと、
前記検出器要素それぞれについて、前記検量体イオンの飛行時間を決定することと、
後続動作において前記イオン検出器が１つ以上のイオン等時面の傾斜および／または１つ以上の非線形収差の効果を修正するように配置および適合されるように、各検出器要素について飛行時間修正、飛行時間調節または飛行時間較正係数を決定することと、
を含む、方法。
【請求項１７】
検出器要素のアレイを含むイオン検出器であって、前記イオン検出器は、
（ｉ）前記検出器要素のアレイを用いて検量体イオンを検出することと、
（ｉｉ）前記検出器要素それぞれについて、前記検量体イオンの飛行時間を決定することと、
（ｉｉｉ）後続動作において前記イオン検出器が１つ以上のイオン等時面の傾斜および／または１つ以上の非線形収差の効果を修正するように配置および適合されるように、各検出器要素について飛行時間修正、飛行時間調節または飛行時間較正係数を決定することと、
を行うように配置および適合される、
イオン検出器。
【国際調査報告】
2014515173.tif 000015
2014515173.tif 000016