(57)【要約】  電荷蓄積容量が増大した質量または質量電荷比選択的イオントラップが開示される。ＲＦ電圧は、イオントラップ内の第１の（ｙ）方向にイオンを閉じ込めるように作用する。ＤＣ電圧および／またはＲＦ電圧は、イオントラップ内の第２の（ｘ）方向にイオンを閉じ込めるように作用する。二次ＤＣポテンシャル井戸は、イオントラップ内の第３の（ｚ）方向にイオンを閉じ込めるように作用する。イオンは、第３の（ｚ）方向に励起され、質量または質量電荷比選択的に第３の（ｚ）方向に放出される。【選択図】図３Ａ
2014524649.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量または質量電荷比選択的イオントラップであって、
前記イオントラップ内に第１の（ｙ）方向および第２の（ｘ）方向にイオンを閉じ込めるように作用する半径方向に非対称の疑似ポテンシャル障壁または井戸を生成するように配置および適合される第１の装置と、
前記イオントラップ内に第３の（ｚ）方向にイオンを閉じ込めるように作用する実質的ＤＣ二次ポテンシャル井戸を生成するように配置および適合される第２の装置と、
イオンが前記第３の（ｚ）方向に質量または質量電荷比選択的に放出されるようにイオンを前記第３の（ｚ）方向に励起するように配置および適合される第３の装置と、
を含む質量または質量電荷比選択的イオントラップ。
【請求項２】
前記イオントラップ内に第１の（ｙ）方向にイオンを閉じ込めるように作用する疑似ポテンシャル障壁または井戸、および第２の（ｘ）方向にイオンを閉じ込めるように作用するＤＣポテンシャル障壁または井戸を生成するように配置および適合される第１の装置と、
前記イオントラップ内に第３の（ｚ）方向にイオンを閉じ込めるように作用する実質的ＤＣ二次ポテンシャル井戸を生成するように配置および適合される第２の装置と、
イオンが前記第３の（ｚ）方向に質量または質量電荷比選択的に放出されるようにイオンを前記第３の（ｚ）方向に励起するように配置および適合される第３の装置と、
を含む質量または質量電荷比選択的イオントラップ。
【請求項３】
前記第１の（ｙ）方向および／または前記第２の（ｘ）方向および／または前記第３の（ｚ）方向が、実質的に直交している、請求項１または２に記載の質量または質量電荷比選択的イオントラップ。
【請求項４】
前記イオントラップが複数の電極を備える、請求項１、２または３に記載の質量または質量電荷比選択的イオントラップ。
【請求項５】
前記複数の電極が、
（ｉ）複数または少なくとも４個、５個、６個、７個、８個、９個、１０個、１０〜２０個、２０〜３０個、３０〜４０個、４０〜５０個、５０〜６０個、６０〜７０個、７０〜８０個、８０〜９０個、９０〜１００個もしくは＞１００個のロッドセットまたは分割ロッドセットを含む多重極ロッドセットまたは分割多重極ロッドセット；および／または
（ｉｉ）使用時にイオンを通過させる１つ以上の開口を有する、複数または少なくとも４個、５個、６個、７個、８個、９個、１０個、１０〜２０個、２０〜３０個、３０〜４０個、４０〜５０個、５０〜６０個、６０〜７０個、７０〜８０個、８０〜９０個、９０〜１００個もしくは＞１００個環状電極、リング電極、または楕円電極を含むイオントンネルまたはイオンファンネル；および／または
（ｉｉｉ）複数または少なくとも４個、５個、６個、７個、８個、９個、１０個、１０〜２０個、２０〜３０個、３０〜４０個、４０〜５０個、５０〜６０個、６０〜７０個、７０〜８０個、８０〜９０個、９０〜１００個もしくは＞１００個の半環状電極、半リング電極、半楕円電極、またはＣ字形電極；および／または
（ｉｖ）使用時にイオンが移動する略平面内に配置された平面電極、平板電極、またはメッシュ電極のスタックもしくはアレイ、
を含む、請求項４に記載の質量または質量電荷比選択的イオントラップ。
【請求項６】
前記第１の装置が、前記電極の少なくとも一部にＲＦ電圧を印加するように配置および適合されている、請求項４または５に記載の質量または質量電荷比選択的イオントラップ。
【請求項７】
前記イオントラップが、前記イオントラップを通して前記第３の（ｚ）方向に完全および／または直接見通し線が存在するように配置および適合されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の質量または質量電荷比選択的イオントラップ。
【請求項８】
前記イオントラップが、前記イオントラップを通して前記第２の（ｘ）方向に完全および／または直接見通し線が存在するように配置および適合されている、請求項１〜７のいずれか１項に記載の質量または質量電荷比選択的イオントラップ。
【請求項９】
前記第２の装置が、（ｉ）前記実質的二次ＤＣポテンシャル井戸の極小が前記イオントラップの中心軸に沿っている、または（ｉｉ）前記実質的二次ＤＣポテンシャル井戸の極小が前記イオントラップの中心軸から外れている、ように前記実質的二次ＤＣポテンシャル井戸が配置および適合される、請求項１〜８のいずれか１項に記載の質量または質量電荷比選択的イオントラップ。
【請求項１０】
実質的にトロイダル型イオントラップ領域を有する質量または質量電荷比選択的イオントラップであって、前記イオントラップが、
前記イオントラップ内に第１の（ｙ）方向にイオンを閉じ込めるように作用する疑似ポテンシャル障壁または井戸を生成するように配置および適合される第１の装置と、
前記イオントラップ内にイオンを半径方向に閉じ込めるように作用する実質的にＤＣ二次井戸を生成するように配置および適合される第２の装置と、
イオンが半径（ｒ）方向に質量または質量電荷比選択的に放出されるようにイオンを前記半径（ｒ）方向に励起するように配置および適合される第３の装置と、
を含む質量または質量電荷比選択的イオントラップ。
【請求項１１】
前記第１の（ｙ）方向が、前記半径（ｒ）方向に対し実質的に直交している、請求項１０に記載の質量または質量電荷比選択的イオントラップ。
【請求項１２】
前記イオントラップが、複数の電極を備える、請求項１０または１１に記載の質量または質量電荷比選択的イオントラップ。
【請求項１３】
前記複数の電極が、
（ｉ）第１の電極群および第２の電極群であって、第１の電極群が異なる半径方向の変位位置に配置された第１の複数の同軸閉ループ電極、円形電極、または楕円電極を含み、前記第２の電極群が異なる半径方向の変位位置に配置された第２の複数の同軸閉ループ電極、円形電極、または楕円電極を含み、前記第１および第２の電極群が前記第１の（ｙ）方向に異なる変位で配置される第１の電極群および第２の電極群、または
（ｉｉ）第１の電極群および第２の電極群であって、第１の電極群が第１の複数の環状電極群を含み、前記第１の環状電極群のそれぞれが異なる半径方向の変位位置に配置され、前記第２の電極群が第２の複数の環状電極群を含み、前記第２の環状電極群のそれぞれが異なる半径方向の変位位置に配置され、前記第１および第２の電極群が前記第１の（ｙ）方向で異なる変位で配置される第１の電極群および第２の電極群、
を含む、請求項１２に記載の質量または質量電荷比選択的イオントラップ。
【請求項１４】
前記第１の装置が、前記電極の少なくとも一部にＲＦ電圧を印加するように配置および適合される、請求項１２または１３に記載の質量または質量電荷比選択的イオントラップ。
【請求項１５】
前記イオントラップが、前記イオントラップを通して前記半径（ｒ）方向に完全および／または直接見通し線が存在するように配置および適合される、請求項１０〜１４のいずれか１項に記載の質量または質量電荷比選択的イオントラップ。
【請求項１６】
前記第３の装置が、前記イオントラップの中央部に向かって質量または質量電荷比選択的にイオンを放出するために半径（ｒ）方向にイオンを励起するように配置および適合される、請求項１０〜１５のいずれか１項に記載の質量または質量電荷比選択的イオントラップ。
【請求項１７】
前記疑似ポテンシャル障壁または井戸が、非四重極疑似ポテンシャル障壁または井戸を含む、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の質量または質量電荷比選択的イオントラップ。
【請求項１８】
前記第２の装置が、前記第３の（ｚ）方向または半径（ｒ）方向に配置された電極の、全部ではなく一部に対して、前記実質的ＤＣ二次ポテンシャル井戸を維持するように配置および適合される、請求項１〜１７のいずれか１項に記載の質量または質量電荷比選択的イオントラップ。
【請求項１９】
前記第２の装置が、前記第３の（ｚ）方向または半径（ｒ）方向に、前記イオントラップの幅のｘ％にわたり実質的ＤＣ二次ポテンシャル井戸を維持するように配置および適合され、ｘが、（ｉ）＜１０、（ｉｉ）１０〜２０、（ｉｉｉ）２０〜３０、（ｉｖ）３０〜４０、（ｖ）４０〜５０、（ｖｉ）５０〜６０、（ｖｉｉ）６０〜７０、（ｖｉｉｉ）７０〜８０、（ｉｘ）８０〜９０、（ｘ）９０〜９５、および（ｘｉ）９５〜９９、からなる群より選択される、請求項１〜１８のいずれか１項に記載の質量または質量電荷比選択的イオントラップ。
【請求項２０】
前記第２の装置が、前記イオントラップにわたってＤＣポテンシャルプロファイルを前記第３の（ｚ）方向または半径（ｒ）方向に維持するように配置および適合され、前記ＤＣポテンシャルプロファイルが第１の領域および１つ以上の第２の領域を含み、前記第１の領域のＤＣポテンシャルプロファイルが実質的に二次であり、さらに、前記１つ以上の第２の領域のＤＣポテンシャルプロファイルが実質的に線形、一定、または非二次である、請求項１〜１９のいずれか１項に記載の質量または質量電荷比選択的イオントラップ。
【請求項２１】
前記第２の装置が、前記第３の（ｚ）方向または半径（ｒ）方向に、好ましくは前記イオントラップの中心軸の周りで非対称であるＤＣポテンシャルプロファイルを維持するように配置および適合され、前記中心軸が前記第２の（ｘ）方向にあるのが好ましい、請求項１〜２０のいずれか１項に記載の質量または質量電荷比選択的イオントラップ。
【請求項２２】
前記第２の装置が、前記実質的ＤＣ二次井戸から一方向のみに放出されるイオンを生ずるＤＣポテンシャルプロファイルを前記第３の（ｚ）方向または半径（ｒ）方向に維持するように配置および適合される、請求項１〜２１のいずれか１項に記載の質量または質量電荷比選択的イオントラップ。
【請求項２３】
前記第３の装置で、前記イオントラップから、（ｉ）第１の方向のみに、または（ｉｉ）第１の方向および第２の方向の両方に、質量または質量電荷比選択的にイオンが放出されるように配置および適合され、前記第２の方向が前記第１の方向とは異なるか、または逆方向である、請求項１〜２２のいずれか１項に記載の質量または質量電荷比選択的イオントラップ。
【請求項２４】
前記第３の装置が、前記第３の（ｚ）方向または半径（ｒ）方向に、イオンを共鳴して励起するように配置および適合される、請求項１〜２３のいずれか１項に記載の質量または質量電荷比選択的イオントラップ。
【請求項２５】
前記第３の装置が、ωに等しい周波数σを有する前記電極のうちの少なくとも一部に補助ＡＣ電圧またはポテンシャルを印加するように配置および適合され、ωが、前記イオントラップからの放出対象イオンの基本周波数または共鳴周波数である、請求項２４に記載の質量または質量電荷比選択的イオントラップ。
【請求項２６】
前記第３の装置が、前記第３の（ｚ）方向または半径（ｒ）方向に、イオンをパラメトリックに励起するように配置および適合される、請求項１〜２５のいずれか１項に記載の質量または質量電荷比選択的イオントラップ。
【請求項２７】
前記第３の装置が、２ω、０．６６７ω、０．５ω、０．４ω、０．３３ω、０．２８６ω、０．２５ωに等しいか、または＜０．２５ωの周波数σを有する補助ＡＣ電圧またはポテンシャルを前記電極の少なくとも一部に印加するように配置および適合され、ωが、前記イオントラップからの放出対象イオンの基本周波数または共鳴周波数である、請求項２６に記載の質量または質量電荷比選択的イオントラップ。
【請求項２８】
前記第３の装置が、前記補助ＡＣ電圧またはポテンシャルの周波数σを、走査する、変動させる、変える、高める、徐々に高める、下げる、または徐々に下げるように配置および適合される、請求項２５または２７に記載の質量または質量電荷比選択的イオントラップ。
【請求項２９】
前記第３の装置が、（ｉ）前記イオントラップから質量電荷比の順でイオンを放出する動作モード、および／または（ｉｉ）前記イオントラップから質量電荷比の逆順でイオンを放出する動作モードに配置および適合される、請求項１〜２８のいずれか１項に記載の質量または質量電荷比選択的イオントラップ。
【請求項３０】
前記第３の装置が、実質的に断熱的方法で前記イオントラップからイオンを放出させるように配置および適合される、請求項１〜２９のいずれか１項に記載の質量または質量電荷比選択的イオントラップ。
【請求項３１】
前記第３の装置が、（ｉ）＜０．５ｅＶ、（ｉｉ）０．５〜１．０ｅＶ、（ｉｉｉ）１．０〜１．５ｅＶ、（ｉｖ）１．５〜２．０ｅＶ、（ｖ）２．０〜２．５ｅＶ、（ｖｉ）２．５〜３．０ｅＶ、（ｖｉｉ）３．０〜３．５ｅＶ、（ｖｉｉｉ）３．５〜４．０ｅＶ、（ｉｘ）４．０〜４．５ｅＶ、（ｘ）４．５〜５．０ｅＶ、および（ｘｉ）＞５．０ｅＶからなる群より選択されるイオンエネルギーで前記イオントラップからイオンを放出させるように配置および適合される、請求項１〜３０のいずれか１項に記載の質量または質量電荷比選択的イオントラップ。
【請求項３２】
前記イオントラップが、前記イオントラップ内にＮ個のイオン電荷を含むように配置および適合され、Ｎが、（ｉ）＜５×１０4、（ｉｉ）５×１０4〜１×１０5、（ｉｉｉ）１×１０5〜２×１０5、（ｉｖ）２×１０5〜３×１０5、（ｖ）３×１０5〜４×１０5、（ｖｉ）４×１０5〜５×１０5、（ｖｉｉ）５×１０5〜６×１０5、（ｖｉｉｉ）６×１０5〜７×１０5、（ｉｘ）７×１０5〜８×１０5、（ｘ）８×１０5〜９×１０5、（ｘｉ）９×１０5〜１×１０6、および（ｘｉｉ）＞１×１０6からなる群より選択される、請求項１〜３１のいずれか１項に記載の質量または質量電荷比選択的イオントラップ。
【請求項３３】
前記イオントラップの少なくとも一部の領域または実質的に全体が、
（ｉ）イオンガイド、および／または
（ｉｉ）衝突またはフラグメンテーションセル、および／または
（ｉｉｉ）反応セル、および／または
（ｉｉ）質量フィルタ、および／または
（ｉｉｉ）飛行時間型分離器、および／または
（ｉｖ）イオン移動度分離器、および／または
（ｖ）示差イオン移動度分離器、
としての動作モードで操作されるように配置および適合される、請求項１〜３２のいずれか１項に記載の質量または質量電荷比選択的イオントラップ。
【請求項３４】
前記イオントラップが、（ｉ）＜１．０×１０-7ｍｂａｒ、（ｉｉ）１．０×１０-7〜１．０×１０-6ｍｂａｒ、（ｉｉｉ）１．０×１０-6〜１．０×１０-5ｍｂａｒ、（ｉｖ）１．０×１０-5〜１．０×１０-4ｍｂａｒ、（ｖ）１．０×１０-4〜１．０×１０-3ｍｂａｒ、（ｖｉ）０．００１〜０．０１ｍｂａｒ、（ｖｉｉ）０．０１〜０．１ｍｂａｒ、（ｖｉｉｉ）０．１〜１ｍｂａｒ、（ｉｘ）１〜１０ｍｂａｒ、（ｘ）１０〜１００ｍｂａｒ、および（ｘｉ）１００〜１０００ｍｂａｒからなる群より選択される圧力で維持される動作モードで配置および適合される、請求項１〜３３のいずれか１項に記載の質量または質量電荷比選択的イオントラップ。
【請求項３５】
請求項１〜３４のいずれか１項に記載の質量または質量電荷比選択的イオントラップを含む質量分析計。
【請求項３６】
イオントラップから質量または質量電荷比選択的にイオンを放出する方法であって、
前記イオントラップ内に第１の（ｙ）方向および第２の（ｘ）方向にイオンを閉じ込めるように作用する半径方向に非対称の疑似ポテンシャル障壁または井戸を生成すること；
前記イオントラップ内に第３の（ｚ）方向にイオンを閉じ込めるように作用する実質的ＤＣ二次ポテンシャル井戸を生成すること；および
イオンが前記第３の（ｚ）方向に質量または質量電荷比選択的に放出されるようにイオンを前記第３の（ｚ）方向に励起することと、
を含む方法。
【請求項３７】
イオントラップから質量または質量電荷比選択的にイオンを放出する方法であって、
前記イオントラップ内に第１の（ｙ）方向にイオンを閉じ込めるように作用する疑似ポテンシャル障壁または井戸および第２の（ｘ）方向にイオンを閉じ込めるように作用するＤＣポテンシャル障壁または井戸を生成することと、
前記イオントラップ内に第３の（ｚ）方向にイオンを閉じ込めるように作用する実質的ＤＣ二次ポテンシャル井戸を生成することと、および
イオンが前記第３の（ｚ）方向に質量または質量電荷比選択的に放出されるようにイオンを前記第３の（ｚ）方向に励起することと、
を含む方法。
【請求項３８】
実質的にトロイダル型イオントラップ領域を有するイオントラップから質量または質量電荷比選択的にイオンを放出する方法であって、
前記イオントラップ内に第１の（ｙ）方向にイオンを閉じ込めるように作用する疑似ポテンシャル障壁または井戸を生成することと、
前記イオントラップ内に半径（ｒ）方向にイオンを閉じ込めるように作用する実質的にＤＣ二次井戸を生成することと、および
イオンが半径（ｒ）方向に質量または質量電荷比選択的に放出されるように、前記半径（ｒ）方向にイオンを励起することと、
を含む方法。
【請求項３９】
請求項３６、３７、または３８に記載の方法を含む質量分析法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、質量または質量電荷比選択的イオントラップに関する。好ましい実施形態は、質量分析システムで用いられるイオンガイドおよびトラップシステムおよび方法に関する。
【０００２】
関連出願の相互参照
本願は、２０１１年８月３０日に出願された米国特許仮出願第６１／５２８，８９１号および２０１１年８月２５日に出願された英国特許出願第１１１４７３５．２号に基づく優先権および利益を主張するものである。これらの出願の全内容が引用により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００３】
不均一なＡＣ電場に起因して荷電粒子またはイオンにかかる時間平均の力は、電場が荷電粒子またはイオンをより弱い領域に加速するようなものであることがよく知られている。電場における極小は、通称、疑似ポテンシャル井戸または谷と呼ばれる。これに対して、極大は、通称、疑似ポテンシャル丘または障壁と呼ばれる。
【０００４】
３Ｄイオントラップとしても知られるポールトラップは、イオントラップの中央に疑似ポテンシャル井戸を形成させることによってこの現象を利用するように設計される。疑似ポテンシャル井戸は、イオンの集団を閉じ込めるのに用いられる。その対称性に起因して、３Ｄイオントラップは、図１Ａに示すようにスペース内の単一の点にイオンを閉じ込めるように作用する。しかしながら、閉じ込められたイオンの運動エネルギーがゼロではないことに加えて、同一極性のイオン間の相互反発により、図１Ｂに示すようにイオンがイオントラップの中央で球状体積を占有することになる。
【０００５】
あらゆるイオン閉じ込め装置に関して有限の空間電荷容量が存在し、それを超えれば、その性能が低下し始め、最終的に装置はいかなるさらなる電荷も保持できなくなる。例えば、イオントラップの過飽和は、近傍に集束している多数の電荷の存在によって電場が歪んでいく結果として、質量分解能および質量精度の損失につながる。イオンの蓄積に関する空間電荷制限は、所与の質量分解能および質量精度を保ちつつ閉じ込めることができるイオンの最大数であるスペクトルまたは分析上の空間電荷制限よりも著しく大きいことは一般に事実である。
【０００６】
質量分析用途では、閉じ込められたイオンの質量電荷比（ｍ／ｚ）を検出する必要がある。例えば、イオンは、イオン検出器の方に質量選択的に放出されてもよい（しかし多くの他の検出方法が存在する）。この目的を達成するためにイオンを共振的または非共振的のいずれかで放出するいくつかの公知の方法が存在する。
【０００７】
イオントラップ装置にガスを導入することがしばしば必要である。ガスは、冷却する目的でまたは衝突誘起解離（Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎａｌ  Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｄｉｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ：「ＣＩＤ」）を介するイオンフラグメンテーションのために用いられる場合がある。ガスの静的体積またはガスの流れのいずれかでのイオン移動度分離（Ｉｏｎ  Ｍｏｂｉｌｉｔｙ  Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ：「ＩＭＳ」）も行われている。ガスをイオントラップに導入するためのパルスガス弁の使用も知られている。
【０００８】
最近では、閉じ込められたイオンが占有できる体積が大きいことから、２Ｄまたは線形イオントラップ（Ｌｉｎｅａｒ  Ｉｏｎ  Ｔｒａｐ：「ＬＩＴ」）に対する関心が増している。線形イオントラップは、より多数のイオン、またはより正確にはより多数の電荷が閉じ込められ、次いで検出されることを可能にする。こうしたイオントラップは、一般に、四重極、六重極、または八重極のような多重極ＲＦイオンガイドに基づいている。イオンがイオントラップ内に半径方向に閉じ込められるように、イオンガイドの中心軸の周りのロッドセットイオントラップ内に疑似ポテンシャル井戸が形成される。イオンは、普通はＤＣ電場を用いて軸方向に閉じ込められるが、軸方向にイオンを閉じ込めるのにＲＦ電場を用いる方法も知られている。
【０００９】
２Ｄイオントラップの半径方向の疑似ポテンシャルは、閉じ込められたイオンを、図１Ｃに示すようにイオントラップの中心軸を通るラインに集束させるように作用する。３Ｄイオントラップと同様に、２Ｄイオントラップ内に閉じ込められたイオンは、実際には空間的に分散されることになり、したがって図１Ｄに示すように細長い円筒形体積を占有する。
【００１０】
イオンの放出は、半径方向の閉じ込め疑似ポテンシャル内のイオンを共振励起することによって２Ｄイオントラップを用いて半径方向と軸方向との両方で実証されている。半径方向の放出は、イオンの半径方向の広がりが四重極電極に到達するまでイオンを共振させ、このときイオンが電極の中の細いスロットを通過することによって達成されている。軸方向の放出は、イオンを四重極の出口に存在する自然発生のフリンジ電界の中に共振励起し、このときイオンが閉じ込めＤＣ障壁を乗り越えるのに十分な軸方向運動エネルギーを得られることによって達成されている。これらの方法の両方は、本質的に非断熱的であり、高い放出エネルギーおよび高エネルギー拡散につながり、これはそれらを他の質量分析計のような他の装置と結合するのに一般に不適切なものにする。
【００１１】
２Ｄイオントラップからの別の形態の軸方向放出が知られており、これは、軸方向高調波（ｈａｒｍｏｎｉｃ）ＤＣポテンシャルをイオンガイドの半径方向の閉じ込めＲＦに重畳することを含む。こうした手法は、図２Ａ〜図２Ｃで概略的に表わされる。
【００１２】
図２Ａは、四重極ロッドセットを同軸に取り囲む一連の環状電極を備える２Ｄイオントラップを示す。イオンを半径方向に閉じ込めるためにロッドセット電極にＲＦ電圧が印加される。ロッドセット内に軸方向ＤＣポテンシャルを生じさせるために環状電極にＤＣ電圧が印加される。
【００１３】
図２Ｂは、軸方向ＤＣポテンシャルを提供するのに用いられる接地平面上に付加的なベーン電極が配置された状態のＲＦ四重極ロッドセットを備える２Ｄイオントラップを示す。
【００１４】
図２Ｃは、軸方向にセグメント化されたＲＦ四重極ロッドセットを備える２Ｄイオントラップを示す。軸方向ＤＣポテンシャルを提供するために各セグメントに異なるＤＣ電圧が印加される場合がある。
【００１５】
図２Ａ〜図２Ｃに示される２Ｄイオントラップに関して、軸（ｚ）方向に印加されるＤＣポテンシャルは式１で与えられる。
【００１６】
【数１】
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【００１７】
【数２】
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【００１８】
【数３】
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【００１９】
【数４】
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【００２０】
【数５】
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【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明の一態様によれば、
イオントラップ内に第１の（ｙ）方向および第２の（ｘ）方向にイオンを閉じ込めるように作用する半径方向に非対称の疑似ポテンシャル障壁または井戸を生成するように配置および適合される第１の装置と、
イオントラップ内に第３の（ｚ）方向にイオンを閉じ込めるように作用する実質的ＤＣ二次ポテンシャル井戸を生成するように配置および適合される第２の装置と、
イオンが第３の（ｚ）方向に質量または質量電荷比選択的に放出されるようにイオンを第３の（ｚ）方向に励起するように配置および適合される第３の装置と、
を備える質量または質量電荷比選択的イオントラップが提供される。
【００２２】
本発明の一態様によれば、
イオントラップ内に第１の（ｙ）方向にイオンを閉じ込めるように作用する疑似ポテンシャル障壁または井戸および第２の（ｘ）方向にイオンを閉じ込めるように作用するＤＣポテンシャル障壁または井戸を生成するように配置および適合される第１の装置と、
イオントラップ内に第３の（ｚ）方向にイオンを閉じ込めるように作用する実質的ＤＣ二次ポテンシャル井戸を生成するように配置および適合される第２の装置と、
イオンが第３の（ｚ）方向に質量または質量電荷比選択的に放出されるようにイオンを第３の（ｚ）方向に励起するように配置および適合される第３の装置と、
を備える質量または質量電荷比選択的イオントラップが提供される。
【００２３】
第１の（ｙ）方向および／または第２の（ｘ）方向および／または第３の（ｚ）方向は好ましくは実質的に直交している。
【００２４】
イオントラップは、好ましくは複数の電極を備える。
【００２５】
複数の電極は、好ましくは、
（ｉ）複数または少なくとも４個、５個、６個、７個、８個、９個、１０個、１０〜２０個、２０〜３０個、３０〜４０個、４０〜５０個、５０〜６０個、６０〜７０個、７０〜８０個、８０〜９０個、９０〜１００個、もしくは＞１００個のロッドセットまたは分割ロッドセットを含む多重極ロッドセットまたはセグメント化された多重極ロッドセット、および／または、
（ｉｉ）使用時にイオンを通過させる１つ以上の開口を有する複数または少なくとも４個、５個、６個、７個、８個、９個、１０個、１０〜２０個、２０〜３０ｖ、３０〜４０個、４０〜５０個、５０〜６０個、６０〜７０個、７０〜８０個、８０〜９０個、９０〜１００個、もしくは＞１００個の環状電極、リング電極、または楕円電極を含むイオントンネルまたはイオンファネル、および／または、
（ｉｉｉ）複数または少なくとも４個、５個、６個、７個、８個、９個、１０個、１０〜２０個、２０〜３０個、３０〜４０個、４０〜５０個、５０〜６０個、６０〜７０個、７０〜８０個、８０〜９０個、９０〜１００個、もしくは＞１００個の半環状電極、半リング電極、半楕円電極、またはＣ字形電極、および／または、
（ｉｖ）使用時にイオンが移動する略平面内に配置された平面電極、平板電極、またはメッシュ電極のスタックもしくはアレイ、
を備える。
【００２６】
第１の装置は、好ましくは、電極のうちの少なくとも一部にＲＦ電圧を印加するように配置および適合されている。
【００２７】
イオントラップは、好ましくは、第３の（ｚ）方向にイオントラップを通る完全および／または直接見通し線（ｆｕｌｌ  ａｎｄ／ｏｒ  ｄｉｒｅｃｔ  ｌｉｎｅ  ｏｆ  ｓｉｇｈｔ）が存在するように配置および適合されている。
【００２８】
イオントラップは、好ましくは、第２の（ｘ）方向にイオントラップを通る完全および／または直接見通し線が存在するように配置および適合されている。
【００２９】
第２の装置は、好ましくは、（ｉ）実質的二次ＤＣポテンシャル井戸の極小がイオントラップの中心軸に沿っている、または（ｉｉ）実質的二次ＤＣポテンシャル井戸の極小がイオントラップの中心軸から外れている、のいずれかであるように実質的二次ＤＣポテンシャル井戸を形成するように配置および適合されている。
【００３０】
本発明の一態様によれば、実質的にトロイダル型イオントラップ領域を有する質量または質量電荷比選択的イオントラップであって、
イオントラップ内に第１の（ｙ）方向にイオンを閉じ込めるように作用する疑似ポテンシャル障壁または井戸を生成するように配置および適合される第１の装置と、
イオントラップ内に半径方向にイオンを閉じ込めるように作用する実質的に二次ＤＣ井戸を生成するように配置および適合される第２の装置と、
イオンが半径（ｒ）方向に質量または質量電荷比選択的に放出されるようにイオンを半径（ｒ）方向に励起するように配置および適合される第３の装置と、
を備えるイオントラップが提供される。
【００３１】
第１の（ｙ）方向は、好ましくは半径（ｒ）方向と実質的に直交している。
【００３２】
イオントラップは、好ましくは複数の電極を備える。
【００３３】
複数の電極は、好ましくは、
（ｉ）第１の電極群が、異なる半径方向の変位位置に配置される第１の複数の同軸閉ループ電極、円形電極、または楕円電極を含み、第２の電極群が、異なる半径方向の変位位置に配置される第２の複数の同軸閉ループ電極、円形電極、または楕円電極を含み、第１の電極群と第２の電極群が第１の（ｙ）方向に異なる変位位置に配置される、第１の電極群および第２の電極群、または、
（ｉｉ）第１の電極群が第１の複数の環状電極群を含み、第１の環状電極群のそれぞれが異なる半径方向の変位位置に配置され、第２の電極群が第２の複数の環状電極群を含み、第２の環状電極群のそれぞれが異なる半径方向の変位位置に配置され、第１の電極群と第２の電極群が第１の（ｙ）方向に異なる変位位置に配置される、第１の電極群および第２の電極群、
を含む。
【００３４】
第１の装置は、好ましくは、電極のうちの少なくとも一部にＲＦ電圧を印加するように配置および適合されている。
【００３５】
イオントラップは、好ましくは、半径（ｒ）方向にイオントラップを通る完全および／または直接見通し線が存在するように配置および適合されている。
【００３６】
第３の装置は、好ましくは、イオンがイオントラップの中央の方に質量または質量電荷比選択的に放出されるようにイオンを半径（ｒ）方向に励起するように配置および適合されている。
【００３７】
疑似ポテンシャル障壁または井戸は、好ましくは、非四重極疑似ポテンシャル障壁または井戸を含む。
【００３８】
第２の装置は、好ましくは、第３の（ｚ）方向または半径（ｒ）方向に配置されるすべてではなくいくつかの電極にわたって実質的ＤＣ二次ポテンシャル井戸を維持するように配置および適合されている。
【００３９】
第２の装置は、好ましくは、第３の（ｚ）方向または半径（ｒ）方向のイオントラップの幅のｘ％にわたって実質的ＤＣ二次ポテンシャル井戸を維持するように配置および適合され、ｘは、（ｉ）＜１０、（ｉｉ）１０〜２０、（ｉｉｉ）２０〜３０、（ｉｖ）３０〜４０、（ｖ）４０〜５０、（ｖｉ）５０〜６０、（ｖｉｉ）６０〜７０、（ｖｉｉｉ）７０〜８０、（ｉｘ）８０〜９０、（ｘ）９０〜９５、および（ｘｉ）９５〜９９からなる群から選択される。
【００４０】
第２の装置は、好ましくは、イオントラップにわたって第３の（ｚ）方向または半径（ｒ）方向のＤＣポテンシャルプロファイルを維持するように配置および適合され、ＤＣポテンシャルプロファイルは、第１の領域および１つ以上の第２の領域を備え、第１の領域におけるＤＣポテンシャルプロファイルは実質的に二次であり、１つ以上の第２の領域におけるＤＣポテンシャルプロファイルは実質的に線形、一定、または非二次である。
【００４１】
第２の装置は、好ましくはイオントラップの中心軸の周りで非対称である第３の（ｚ）方向または半径（ｒ）方向のＤＣポテンシャルプロファイルを維持するように配置および適合され、この場合、中心軸は好ましくは第２の（ｘ）方向である。
【００４２】
第２の装置は、好ましくは、結果的にイオンが実質的にＤＣ二次井戸から一方向にのみ放出される第３の（ｚ）方向または半径（ｒ）方向のＤＣポテンシャルプロファイルを維持するように配置および適合されている。
【００４３】
第３の装置は、好ましくは、イオンがイオントラップから（ｉ）第１の方向にのみ、または（ｉｉ）第１の方向と第１の方向とは異なるまたは反対である第２の方向との両方、のいずれかに質量または質量選択的に放出されるように配置および適合されている。
【００４４】
第３の装置は、好ましくは、イオンを第３の（ｚ）方向または半径（ｒ）方向に共振励起するように配置および適合されている。
【００４５】
第３の装置は、好ましくは、ωに等しい周波数σを有する電極のうちの少なくとも一部に補助ＡＣ電圧またはポテンシャルを印加するように配置および適合され、ωは、イオントラップから放出されることが望まれるイオンの基本周波数または共振周波数である。
【００４６】
第３の装置は、好ましくは、イオンを第３の（ｚ）方向または半径（ｒ）方向にパラメトリックに励起するように配置および適合されている。
【００４７】
第３の装置は、好ましくは、２ω、０．６６７ω、０．５ω、０．４ω、０．３３ω、０．２８６ω、０．２５ω、または＜０．２５ωの周波数σを有する電極のうちの少なくとも一部に補助ＡＣ電圧またはポテンシャルを印加するように配置および適合され、ωは、イオントラップから放出されることが望まれるイオンの基本周波数または共振周波数である。
【００４８】
第３の装置は、好ましくは、補助ＡＣ電圧またはポテンシャルの周波数σを走査し、変化させ、変更し、増加させ、漸進的に増加させ、減少させ、または漸進的に減少させるように配置および適合されている。
【００４９】
第３の装置は、好ましくは、（ｉ）イオンをそれらの質量電荷比の順にイオントラップから放出する動作モード、および／または（ｉｉ）イオンをそれらの質量電荷比の逆の順にイオントラップから放出する動作モードに配置および適合されている。
【００５０】
第３の装置は、好ましくは、イオントラップからイオンを実質的に断熱的な様態で放出させるように配置および適合されている。
【００５１】
第３の装置は、好ましくは、（ｉ）＜０．５ｅＶ、（ｉｉ）０．５〜１．０ｅＶ、（ｉｉｉ）１．０〜１．５ｅＶ、（ｉｖ）１．５〜２．０ｅＶ、（ｖ）２．０〜２．５ｅＶ、（ｖｉ）２．５〜３．０ｅＶ、（ｖｉｉ）３．０〜３．５ｅＶ、（ｖｉｉｉ）３．５〜４．０ｅＶ、（ｉｘ）４．０〜４．５ｅＶ、（ｘ）４．５〜５．０ｅＶ、および（ｘｉ）＞５．０ｅＶからなる群から選択されたイオンエネルギーを有するイオントラップからイオンを放出させるように配置および適合されている。
【００５２】
イオントラップは、好ましくは、イオントラップ内にＮ個のイオン電荷を含むように配置および適合され、Ｎは、（ｉ）＜５×１０4、（ｉｉ）５×１０4〜１×１０5、（ｉｉｉ）１×１０5〜２×１０5、（ｉｖ）２×１０5〜３×１０5、（ｖ）３×１０5〜４×１０5、（ｖｉ）４×１０5〜５×１０5、（ｖｉｉ）５×１０5〜６×１０5、（ｖｉｉｉ）６×１０5〜７×１０5、（ｉｘ）７×１０5〜８×１０5、（ｘ）８×１０5〜９×１０5、（ｘｉ）９×１０5〜１×１０6、および（ｘｉｉ）＞１×１０6からなる群から選択される。
【００５３】
イオントラップの少なくとも一部の領域または実質的に全体が、好ましくは、
（ｉ）イオンガイド、および／または、
（ｉｉ）衝突またはフラグメンテーションセル、および／または、
（ｉｉｉ）反応セル、および／または、
（ｉｉ）質量フィルタ、および／または、
（ｉｉｉ）飛行時間型分離器、および／または、
（ｉｖ）イオン移動度分離器、および／または、
（ｖ）示差イオン移動度分離器、
としての動作モードで操作されるように配置および適合されている。
【００５４】
イオントラップは、好ましくは、（ｉ）＜１．０×１０-7ｍｂａｒ、（ｉｉ）１．０×１０-7〜１．０×１０-6ｍｂａｒ、（ｉｉｉ）１．０×１０-6〜１．０×１０-5ｍｂａｒ、（ｉｖ）１．０×１０-5〜１．０×１０-4ｍｂａｒ、（ｖ）１．０×１０-4〜１．０×１０-3ｍｂａｒ、（ｖｉ）０．００１〜０．０１ｍｂａｒ、（ｖｉｉ）０．０１〜０．１ｍｂａｒ、（ｖｉｉｉ）０．１〜１ｍｂａｒ、（ｉｘ）１〜１０ｍｂａｒ、（ｘ）１０〜１００ｍｂａｒ、および（ｘｉ）１００〜１０００ｍｂａｒからなる群から選択される圧力に維持される動作モードに配置および適合されている。
【００５５】
本発明の一態様によれば、前述の質量または質量電荷比選択的イオントラップを備える質量分析計が提供される。
【００５６】
本発明の一態様によれば、イオントラップからイオンを質量または質量電荷比選択的に放出する方法であって、
イオントラップ内に第１の（ｙ）方向および第２の（ｘ）方向にイオンを閉じ込めるように作用する半径方向に非対称の疑似ポテンシャル障壁または井戸を生じさせることと、
イオントラップ内に第３の（ｚ）方向にイオンを閉じ込めるように作用する実質的ＤＣ二次ポテンシャル井戸を生じさせることと、および
イオンが第３の（ｚ）方向に質量または質量電荷比選択的に放出されるようにイオンを第３の（ｚ）方向に励起することと、
を含む方法が提供される。
【００５７】
本発明の一態様によれば、イオントラップからイオンを質量または質量電荷比選択的に放出する方法であって、
イオントラップ内に第１の（ｙ）方向にイオンを閉じ込めるように作用する疑似ポテンシャル障壁または井戸および第２の（ｘ）方向にイオンを閉じ込めるように作用するＤＣポテンシャル障壁または井戸を生じさせることと、
イオントラップ内に第３の（ｚ）方向にイオンを閉じ込めるように作用する実質的ＤＣ二次ポテンシャル井戸を生じさせることと、および
イオンがイオントラップから第３の（ｚ）方向に質量または質量電荷比選択的に放出されるようにイオンを第３の（ｚ）方向に励起することと、
を含む方法が提供される。
【００５８】
本発明の一態様によれば、実質的にトロイダル型イオントラップ領域を有するイオントラップから質量または質量電荷比選択的にイオンを放出する方法であって、
イオントラップ内に第１の（ｙ）方向にイオンを閉じ込めるように作用する疑似ポテンシャル障壁または井戸を生じさせることと、
イオントラップ内に半径（ｒ）方向にイオンを閉じ込めるように作用する実質的にＤＣ二次井戸を生じさせることと、
イオンが半径（ｒ）方向に質量または質量電荷比選択的に放出されるようにイオンを半径（ｒ）方向に励起することと、
を含む方法が提供される。
【００５９】
本発明の一態様によれば、前述の方法を含む質量分析方法が提供される。
【００６０】
本発明の一態様によれば、イオンが実質的に質量電荷比に依存する様態でそこから放出され得る２つの空間次元に空間的に拡張されるトラップ体積を有するイオントラップが提供される。
【００６１】
２Ｄイオントラップは３Ｄイオントラップよりも大きいイオン容量を有するが、機器がますます高感度になっていくたびに、およびイオン源がより高輝度となるのに伴って、より一層増加したイオン容量を有するイオントラップに対する必要性が増し続ける。
【００６２】
本発明の好ましい実施形態は、増大したトラップ体積または輸送体積を有するイオントラップまたはイオン輸送装置に関係し、イオントラップは、イオンを閉じ込めるおよび放出するように配置および適合され、従来の３Ｄおよび２Ｄイオントラップよりも大きいイオン電荷容量を有する、１Ｄイオントラップを含む。
【００６３】
３Ｄイオントラップがイオンを一点に基本的に閉じ込めるおよび２Ｄイオントラップがイオンを一本のラインに基本的に閉じ込めるのと同じように、好ましい実施形態に係る１Ｄイオントラップは、図１Ｅに示すようにイオンを一平面に基本的に閉じ込める。しかしながら、実際には、イオンによって占有される実際の体積は、図１Ｆに示すように２つの空間次元に細長い長方形プリズムを満たすように拡大するであろう。
【００６４】
本発明の好ましい実施形態は、ＲＦ、ＡＣ、およびＤＣ電圧の種々の組み合わせが印加される拡張された体積を画定する電極のアレイを備える。装置は、輸送装置またはイオントラップのいずれかとして作用してもよく、これは、イオンを保持する、蓄積する、保存する、処理する、分離する、フラグメント化する、検出する、および放出するのに用いられてもよい。作動時には、いくつかのまたはすべてのイオンが、拡張されたトラップ構造体内に分散され、装置の特定の領域の方に質量電荷比に依存する様態で移動されてもよく、そこからイオンはその後放出されてもよい。イオンの放出は、放出されるイオンへの結果的に低エネルギー拡散を伴う低エネルギーイオンの放出につながる、実質的にＤＣ二次ポテンシャル内のイオンを励起することによってもたらされてもよい。
【００６５】
イオントラップは、質量分析計として動作してもよく、もしくは質量分析計または質量分析計内の他の装置と併せて用いられてもよい。
【００６６】
一実施形態によれば、質量分析計はさらに、
（ａ）（ｉ）エレクトロスプレーイオン化（Ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｒａｙ  ｉｏｎｉｓａｔｉｏｎ：「ＥＳＩ」）イオン源、（ｉｉ）大気圧光イオン化（Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｐｈｏｔｏ  Ｉｏｎｉｓａｔｉｏｎ：「ＡＰＰＩ」）イオン源、（ｉｉｉ）大気圧化学イオン化（Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｉｏｎｉｓａｔｉｏｎ：「ＡＰＣＩ」）イオン源、（ｉｖ）マトリックス支援レーザ脱離イオン化（Ｍａｔｒｉｘ  Ａｓｓｉｓｔｅｄ  Ｌａｓｅｒ  Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ  Ｉｏｎｉｓａｔｉｏｎ：「ＭＡＬＤＩ」）イオン源、（ｖ）レーザ脱離イオン化（Ｌａｓｅｒ  Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ  Ｉｏｎｉｓａｔｉｏｎ：「ＬＤＩ」）イオン源、（ｖｉ）大気圧イオン化（Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｉｏｎｉｓａｔｉｏｎ：「ＡＰＩ」）イオン源、（ｖｉｉ）シリコン上脱離イオン化（Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ  Ｉｏｎｉｓａｔｉｏｎ  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  Ｉｏｎｉｓａｔｉｏｎ：「ＣＩ」）イオン源、（ｘ）電界イオン化（Ｆｉｅｌｄ  Ｉｏｎｉｓａｔｉｏｎ：「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）高速原子衝突（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  Ｉｏｎｉｓａｔｉｏｎ：「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）大気サンプリンググロー放電イオン化（Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ  Ｓａｍｐｌｉｎｇ  Ｇｌｏｗ  Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ  Ｉｏｎｉｓａｔｉｏｎ：「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たイオン源、および／または、
（ｂ）１つ以上の連続またはパルス化イオン源、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装置および／または１つ以上の電場非対称（Ｆｉｅｌｄ  Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ）イオン移動度分光計装置、および／または、
（ｅ）１つ以上のイオントラップもしくは１つ以上のイオントラップ領域、および／または、
（ｆ）（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）電子衝突または衝撃解離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）レーザ誘起解離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を生成するイオン−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生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生成するイオン−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生成するイオン−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生成するイオン−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生成するイオン−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た１つ以上の衝突セル、フラグメンテーションセル、または反応セル、および／または、
（ｇ）（ｉ）四重極質量分析計、（ｉｉ）２Ｄまたは線形四重極質量分析計、（ｉｉｉ）ポール（Ｐａｕｌ）または３Ｄ四重極質量分析計、（ｉｖ）ペニング（Ｐｅｎｎｉｎｇ）トラップ型質量分析計、（ｖ）イオントラップ型質量分析計、（ｖｉ）磁場型質量分析計、（ｖｉｉ）イオンサイクロトロン共鳴（Ｉｏｎ  Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ：「ＩＣＲ」）質量分析計、（ｖｉｉｉ）フーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴（Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ  Ｉｏｎ  Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ：「ＦＴＩＣＲ」）質量分析計、（ｉｘ）静電またはオービトラップ型質量分析計、（ｘ）フーリエ変換静電またはオービトラップ型質量分析計、（ｘｉ）フーリエ変換質量分析計、（ｘｉｉ）飛行時間型質量分析計、（ｘｉｉｉ）直交加速飛行時間型質量分析計、および（ｘｉｖ）線形加速飛行時間型質量分析計からなる群から選択された質量分析計、および／または、
（ｈ）１つ以上のエネルギー分析計または静電エネルギー分析計、および／または、
（ｉ）１つ以上のイオン検出器、および／または、
（ｊ）（ｉ）四重極質量フィルタ、（ｉｉ）２Ｄまたは線形四重極イオントラップ、（ｉｉｉ）ポール（Ｐａｕｌ）または３Ｄ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）磁場型質量フィルタ、（ｖｉｉ）飛行時間型質量フィルタ、および（ｖｉｉｉ）ウィーン（Ｗｅｉｎ）フィルタからなる群から選択された１つ以上の質量フィルタ、および／または、
（ｋ）イオンをパルス化する装置またはイオンゲート、および／または、
（ｌ）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、
を備えていてもよい。
【００６７】
質量分析計はさらに、
（ｉ）Ｃトラップと、外側バレル状電極および同軸内側スピンドル状電極を備えるｏｒｂｉｔｒａｐ（ＲＴＭ）質量分析計であり、第１の作動モードにおいて、イオンがＣトラップに輸送され、次いで、ｏｒｂｉｔｒａｐ（ＲＴＭ）質量分析計に注入され、第２の作動モードにおいて、イオンがＣトラップに輸送され、次いで、衝突セルまたは電子移動解離装置に輸送され、この場合、少なくとも一部のイオンがフラグメントイオンに断片化され、フラグメントイオンが、次いで、ｏｒｂｉｔｒａｐ（ＲＴＭ）質量分析計に注入される前にＣトラップに輸送される、ｏｒｂｉｔｒａｐ（ＲＴＭ）質量分析計、および／または、
（ｉｉ）使用時にイオンを通過させる開口をそれぞれが備える複数の電極を備えるスタック型リングイオンガイドであり、イオン経路の長さに沿って電極の間隔が増加し、イオンガイドの上流区域における電極の開口が第１の直径を有し、イオンガイドの下流区域における電極の開口が第１の直径よりも小さい第２の直径を有し、使用時に連続する電極に逆位相のＡＣ電圧またはＲＦ電圧が印加される、スタック型リングイオンガイド、
のいずれかを備えていてもよい。
【００６８】
ＲＦ電圧は、好ましくは、好ましいイオントラップの電極に印加され、好ましくは（ｉ）＜５０Ｖピークツーピーク、（ｉｉ）５０〜１００Ｖピークツーピーク、（ｉｉｉ）１００〜１５０Ｖピークツーピーク、（ｉｖ）１５０〜２００Ｖピークツーピーク、（ｖ）２００〜２５０Ｖピークツーピーク、（ｖｉ）２５０〜３００Ｖピークツーピーク、（ｖｉｉ）３００〜３５０Ｖピークツーピーク、（ｖｉｉｉ）３５０〜４００Ｖピークツーピーク、（ｉｘ）４００〜４５０Ｖピークツーピーク、（ｘ）４５０〜５００Ｖピークツーピーク、（ｘｉ）５００〜５５０Ｖピークツーピーク、（ｘｘｉｉ）５５０〜６００Ｖピークツーピーク、（ｘｘｉｉｉ）６００〜６５０Ｖピークツーピーク、（ｘｘｉｖ）６５０〜７００Ｖピークツーピーク、（ｘｘｖ）７００〜７５０Ｖピークツーピーク、（ｘｘｖｉ）７５０〜８００Ｖピークツーピーク、（ｘｘｖｉｉ）８００〜８５０Ｖピークツーピーク、（ｘｘｖｉｉｉ）８５０〜９００Ｖピークツーピーク、（ｘｘｉｘ）９００〜９５０Ｖピークツーピーク、（ｘｘｘ）９５０〜１０００Ｖピークツーピーク、および（ｘｘｘｉ）＞１０００Ｖピークツーピークからなる群から選択された振幅を有する。
【００６９】
ＲＦ電圧は、好ましくは、（ｉ）＜１００ｋＨｚ、（ｉｉ）１００〜２００ｋＨｚ、（ｉｉｉ）２００〜３００ｋＨｚ、（ｉｖ）３００〜４００ｋＨｚ、（ｖ）４００〜５００ｋＨｚ、（ｖｉ）０．５〜１．０ＭＨｚ、（ｖｉｉ）１．０〜１．５ＭＨｚ、（ｖｉｉｉ）１．５〜２．０ＭＨｚ、（ｉｘ）２．０〜２．５ＭＨｚ、（ｘ）２．５〜３．０ＭＨｚ、（ｘｉ）３．０〜３．５ＭＨｚ、（ｘｉｉ）３．５〜４．０ＭＨｚ、（ｘｉｉｉ）４．０〜４．５ＭＨｚ、（ｘｉｖ）４．５〜５．０ＭＨｚ、（ｘｖ）５．０〜５．５ＭＨｚ、（ｘｖｉ）５．５〜６．０ＭＨｚ、（ｘｖｉｉ）６．０〜６．５ＭＨｚ、（ｘｖｉｉｉ）６．５〜７．０ＭＨｚ、（ｘｉｘ）７．０〜７．５ＭＨｚ、（ｘｘ）７．５〜８．０ＭＨｚ、（ｘｘｉ）８．０〜８．５ＭＨｚ、（ｘｘｉｉ）８．５〜９．０ＭＨｚ、（ｘｘｉｉｉ）９．０〜９．５ＭＨｚ、（ｘｘｉｖ）９．５〜１０．０ＭＨｚ、および（ｘｘｖ）＞１０．０ＭＨｚからなる群から選択された周波数を有する。
【００７０】
イオントラップは、好ましくは、（ｉ）＞０．００１ｍｂａｒ、（ｉｉ）＞０．０１ｍｂａｒ、（ｉｉｉ）＞０．１ｍｂａｒ、（ｉｖ）＞１ｍｂａｒ、（ｖ）＞１０ｍｂａｒ、（ｖｉ）＞１００ｍｂａｒ、（ｖｉｉ）０．００１〜０．０１ｍｂａｒ、（ｖｉｉｉ）０．０１〜０．１ｍｂａｒ、（ｉｘ）０．１〜１ｍｂａｒ、（ｘ）１〜１０ｍｂａｒ、および（ｘｉ）１０〜１００ｍｂａｒからなる群から選択された圧力に維持される。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１Ａ】３Ｄイオントラップにおける理論上のイオンによって占有される体積を示す図である。
【図１Ｂ】３Ｄトラップにおける実際のイオンによって占有される体積を示す図である。
【図１Ｃ】２Ｄイオントラップにおける理論上のイオンによって占有される体積を示す図である。
【図１Ｄ】２Ｄイオントラップにおける実際のイオンによって占有される体積を示す図である。
【図１Ｅ】本発明の一実施形態に係る１Ｄイオントラップにおける理論上のイオンによって占有される体積を示す図である。
【図１Ｆ】本発明の一実施形態に係る１Ｄイオントラップにおける実際のイオンによって占有される体積を示す図である。
【図２Ａ】四重極ロッドセットを取り囲む複数の環状電極を備える公知の線形または２Ｄイオントラップを示す図である。
【図２Ｂ】ベーン電極を有する四重極ロッドセットを備える公知の線形または２Ｄイオントラップを示す図である。
【図２Ｃ】セグメント化された四重極ロッドセットを備える公知の線形または２Ｄイオントラップを示す図である。
【図３Ａ】本発明の好ましい実施形態に係るイオントラップを示す図である。
【図３Ｂ】好ましいイオントラップの端面図である。
【図３Ｃ】好ましいイオントラップの側面図である。
【図４Ａ】電極の端対にＤＣ電圧を印加することによってイオンが好ましいイオントラップ内にｘ方向にどのように閉じ込められ得るかを示す図である。
【図４Ｂ】付加的な端板電極にＤＣ電圧を印加することによってイオンが好ましいイオントラップ内にｘ方向にどのように閉じ込められ得るかを示す図である。
【図４Ｃ】付加的なロッド電極にＲＦ電圧を印加することによってイオンが好ましいイオントラップ内にｘ方向にどのように閉じ込められ得るかを示す図である。
【図５】異なる量の空間電荷に対する本発明の好ましい実施形態に係るイオントラップからのイオンの放出に関する質量スペクトルのＳＩＭＩＯＮ（ＲＴＭ）計算を示す図である。
【図６Ａ】イオン進入平面（ｅｎｔｒｙ  ｐｌａｎｅ）および二次ＤＣ井戸が図３Ａに示される好ましい実施形態と比べて９０°回転されている代替的実施形態に係るイオントラップを示す図である。
【図６Ｂ】代替的実施形態に係るイオントラップの端面図である。
【図６Ｃ】代替的実施形態に係るイオントラップの側面図である。
【図７】本発明の好ましい実施形態と一致する平面トラップシステムにおけるイオンパケットの空間閉じ込めを強調表示するＳＩＭＩＯＮ（ＲＴＭ）において生成するイオン軌道を示す図である。
【図８Ａ】好ましいイオントラップがイオンガイドとして動作し得る実施形態を示す図である。
【図８Ｂ】イオンがイオントラップ領域からイオンチャネルの中に放出される実施形態を示す図である。
【図８Ｃ】イオンがｘ方向に放出される、次に好ましい実施形態を示す図である。
【図９】好ましいイオントラップがスタック型リングイオンガイド（Ｓｔａｃｋｅｄ  Ｒｉｎｇ  Ｉｏｎ  Ｇｕｉｄｅ：「ＳＲＩＧ」）衝突セルと一体化される実施形態を示す図である。
【図１０Ａ】イオン源の後に、好ましいイオントラップ、四重極、およびイオン検出器が後続する実施形態を示す図である。
【図１０Ｂ】イオン源の後に、四重極、衝突セル、好ましいイオントラップ、さらなる四重極、およびイオン検出器が後続する実施形態を示す図である。
【図１０Ｃ】イオン源の後に、好ましいイオントラップ、四重極、衝突セル、さらなる四重極、およびイオン検出器が後続する実施形態を示す図である。
【図１０Ｄ】イオン源の後に、好ましいイオントラップ、四重極、衝突セル、および飛行時間型質量分析計が後続する実施形態を示す図である。
【図１１Ａ】複数の同軸リング電極がトロイダル型イオントラップ領域を有するイオントラップを形成する代替的実施形態を示す図である。
【図１１Ｂ】ＰＣＢ基板上にマウントされたリング電極と、リング電極にわたって半径方向に維持される二次ＤＣポテンシャルとを示す側面図である。
【図１２Ａ】電極の環状アレイがトロイダル型イオントラップ領域を有するイオントラップを形成するさらなる代替的実施形態を示す図である。
【図１２Ｂ】ＰＣＢ基板上にマウントされた電極の環状アレイと、電極のアレイにわたって半径方向に維持される二次ＤＣポテンシャルとを示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００７２】
本発明の種々の実施形態を、単に例証する目的で与えられる他の配置と共に、添付図面を参照しながら単なる例としてここで説明する。
【００７３】
本発明の好ましい実施形態によるイオントラップが図３Ａを参照して以降で説明される。イオントラップは、電極３０１の拡張３次元アレイから構成される。一実施形態では、電極は、軸方向分割ロッド電極を含む。しかし、ロッド電極が軸方向に分割されていない他の実施形態も意図され、図６Ａ〜６Ｃに関連して下記でさらに詳細に記載される。
【００７４】
好ましいイオントラップは、２つの水平電極層を含むものと見なすことができる。イオンは、ＲＦ電圧を電極に印加することにより垂直（ｙ）方向（すなわち、２つの水平電極層間）で閉じ込められる。イオンは、非四重極疑似ポテンシャル障壁または井戸により垂直（ｙ）方向で閉じ込められる。
【００７５】
図３Ｂは、分割ロッド電極の端面を示す。好ましい実施形態によれば、全てのロッド中の分割電極は、同じ位相のＲＦ電圧で維持されるのが好ましい。水平方向に隣接する分割ロッド電極は、逆のＲＦ位相で維持されるのが好ましい。上層の分割ロッド電極は、下層の対応する分割ロッド電極と同じＲＦ位相で維持されるのが好ましい。
【００７６】
図３Ｂを参照すると、ｘ−ｚ面でのイオン閉じ込めは、ｘ方向の電極の隣接列に対し逆位相のＲＦ電圧３０３の印加により実現されるのが好ましい。
【００７７】
図３Ｃは、全体構造の可視化に役立つように電極位置の側面図を示す。
【００７８】
二次ＤＣポテンシャルは、二次ＤＣポテンシャルを電極にｚ方向に印加することによりｚ方向で維持されるのが好ましい。結果として、イオンは、直角プリズムとして図３Ａに示されているイオン容積３０２中に閉じ込められるのが好ましい。
【００７９】
イオンは、最初、イオントラップをｚ方向に入り、その後、電極に二次ＤＣポテンシャルがｚ方向に印加されてもよい。あるいは、電極に二次ＤＣポテンシャルがｚ方向に印加され、イオンがイオントラップをｘ方向に入ってもよい。
【００８０】
図４Ａ〜４Ｃを参照すると、いくつかの異なる技術を使って、ｘ方向のイオントラップ内にイオンを軸方向に閉じ込めることができる。
【００８１】
図４Ａは、本発明の好ましい実施形態を示し、電極端部または最外部の電極対にｙ−ｚ面で追加のＤＣポテンシャル４０１を印加することにより、イオンがｘ方向のイオントラップ内に軸方向に閉じ込められる。この実施形態では、イオンは、最初、ｘ方向またはｚ方向にイオントラップに入ることができる。
【００８２】
図４Ｂは、代替の実施形態を示し、ＤＣポテンシャルが、追加の末端プレート電極４０２に印加できる。この実施形態では、イオンは、最初、ｚ方向を経由してイオントラップに入る。一旦イオンがイオントラップに入ってしまうと、二次ポテンシャルは、ｚ方向で維持されるのが好ましい。
【００８３】
図４Ｃは、別の代替実施形態を示し、追加の分割または非分割ロッドセット電極４０３が提供される。また、分割ロッドセット電極３０１に印加されたＲＦ電圧が、追加の電極４０３にも印加され、疑似ポテンシャル障壁または井戸により、イオントラップ中でｘ軸方向にイオンが閉じ込められるのが好ましい。この実施形態では、イオンは、最初、ｚ方向経由でイオントラップ中に入る。一旦、イオンがイオントラップ二次ポテンシャル中に入ってしまうと、ｚ方向で維持されるのが好ましい。
【００８４】
好ましい実施形態では、図３Ｃに示されるように、ＤＣ二次ポテンシャルが、電極にｚ方向に印加されたＲＦ電圧に重ね合わされ、ＤＣポテンシャル井戸がｚ方向に形成されるのが好ましい。ＤＣ二次ポテンシャルは、イオンがイオントラップに入る前、または後で、二次ポテンシャル井戸がｚ方向に維持されるように電極に印加されてもよい。
【００８５】
一実施形態では、分散イオン雲は、ｚ方向のイオントラップのどちらかの開口端（ｘ−ｙ面）を通ってイオントラップ容量中に入ることができる。イオンは、ＤＣ電場の影響下で極小ＤＣポテンシャルに向かって動き、イオン閉じ込め容量中に閉じ込められるのが好ましい。このイオン閉じ込め容量は、図３Ａに示すような直角プリズムから構成されるのが好ましい。
【００８６】
一実施形態では、衝突によりイオン雲を冷却するために、バックグラウンドガスを、イオントラップ容量中に供給し、それにより、ｙ方向の閉じ込めＲＦ電圧により、ｚ方向で極小ＤＣポテンシャルに、イオンを閉じ込めることができる。図４Ａ〜Ｃに関連して上述した方法で、閉じ込めポテンシャルを末端電極に印加することにより、イオンは、ｘ方向に閉じ込められる。
【００８７】
ｚ方向の分割を主要電極アレイおよび適切なＤＣ電圧の印加とマッチングさせることにより、電極に印加されるｚ方向ＤＣ二次ポテンシャルを、末端電極上で維持できる。
【００８８】
好ましい実施形態では、ＤＣ二次ポテンシャルは、質量電荷比選択的励起およびｘ−ｙ面中のイオントラップの開口端を通ってイオンの放出を可能とするような方式によりｚ方向に調整されるのが好ましい。従って、イオンは、イオントラップからｚ方向に放出されるのが好ましい。
【００８９】
イオントラップから放出されたイオンは、さらなる分析ステップに供されても、または検出システムに送られてもよい。
【００９０】
本発明の実施形態は、イオンが、好ましいイオントラップからｚ方向の１つの方向のみに、質量または質量電荷比選択的に放出される場合が意図されている。一実施形態では、ｚ方向に維持されている二次ポテンシャルは、二次ポテンシャルが大部分の電極にわたり維持されているが、イオントラップの片方側の電極の一部は、一定ポテンシャルで維持されているという意味で、非対称であってもよい。結果として、二次ポテンシャルは、維持できているが、ｚ方向のポテンシャル井戸の片方側で事実上切断されている。従って、ポテンシャル井戸の一方の側での最大ポテンシャルは、ポテンシャル井戸のもう一方の側での最大ポテンシャルより大きい場合があることは明らかであろう。
【００９１】
図５は、本発明の実施形態による異なる量の空間電荷におけるイオントラップからのイオン放出に対する強度対見かけ質量のＳＩＭＩＯＮ（ＲＴＭ）の計算結果を示す。
【００９２】
ＤＣ二次ポテンシャル井戸を、ピーク電圧１０Ｖおよび９．５ｍｍの半分の長さのイオントラップの長さに沿ってｚ方向で維持されているとしてモデル化した。イオントラップは、３０ｍｍのｘ方向長さとしてモデル化した。８．５ＶのＲＦ励起電圧（ゼロピーク）が電極で印加されているとしてモデル化した。質量増加順にイオンを放出するように励起周波数を下方に走査した。周波数勾配は、線形５０００Ｄａ／ｓの質量走査になるように計算した。質量５００の単電荷イオンをシミュレートした。緩衝ガスを４ｘ１０-3ｍｂａｒの圧力のヘリウムガスとしてモデル化し、剛体球衝突モデルを使った。空間電荷は、超イオン近似を使ってモデル化した。この場合、系中の各イオンが所与の合計電荷のイオン雲を表す。従って、系中の合計電荷は、同時に飛行しているイオンの数と各超イオンの電荷の積である。
【００９３】
（ｉ）無空間電荷、（ｉｉ）各１０，０００電荷を有する３０イオン（すなわち、合計３００，０００電荷）、（ｉｉｉ）各２０，０００電荷を有する５０イオン（すなわち、合計制限電荷）、および（ｉｖ）各５０，０００電荷を有する６０イオン（すなわち、合計３百万電荷）、に対し、計算を行った。
【００９４】
空間電荷のイオン放出の質量分解能に与える影響は、１ｘ１０６合計電荷まで最小限であることが、図５から明らかである。例えば、１ｘ１０６電荷に対する２７に比べて、無空間電荷のケースに対し、約２９の解像度が実現されることが計算された。
【００９５】
電荷の合計数が３×１０6としてモデル化された場合、解像度は、約１４まで、すなわち、空間電荷がない場合に観察される解像度の約半分まで低下した。また、ピークも高質量側にシフトする。
【００９６】
当業者なら、好ましい実施形態によるイオントラップのイオン容量は、従来の２Ｄおよび３Ｄイオントラップより極めて大きいことを理解するであろう。例えば、両者の比較では、イオントラップ中に５０，０００イオンのオーダーのイオンが存在するだけで、従来の２Ｄイオントラップは、性能の劣化（すなわち、解像度の低下と見かけの質量位置のシフト）が見られる。
【００９７】
従って、好ましい実施形態によるイオントラップは、従来の２Ｄおよび３Ｄイオントラップに比較して、イオン蓄積容量の増大の観点から、当技術分野における大きな改善となっていることは明らかである。
【００９８】
あまり好ましくない代替実施形態によるイオントラップが意図され、図６Ａ〜Ｃを参照してさらに詳細に記載される。代替実施形態によるイオントラップは、図３Ａ〜Ｃを参照して示され、記載された好ましいイオントラップ（ただし、９０°回転されている）に対応するものと見なすことができる。
【００９９】
図６Ａに示す代替実施形態によるイオントラップでは、イオン６０１は、ｙ−ｚ面のどちらかの末端を通ってイオントラップに入るのが好ましい。この実施形態では、ＤＣ二次ポテンシャルは、ｘ方向に付加される。この特定の実施形態では、ロッドは、分割の必要はなく、それぞれのロッドは、全体長さに沿って印加された同じＤＣ電圧を有する。しかし、少なくとも一部のロッド電極を分割することもでき、全てのロッド電極の分割断片は、同じＤＣおよびＲＦ電圧で維持できる。
【０１００】
一実施形態（図６Ａに示していない）では、先頭と後端のロッド電極が連続のＣ形または卵形を形成してもよい。一実施形態の図６Ｃの点線は、どのようにして、先頭と後端ロッド電極が連続化して、または相互接続して、Ｃ形または卵形電極を形成できるかを示す。
【０１０１】
先頭と後端のロッドが両端で連続化、または相互接続している場合は、先頭と後端のロッド電極は、卵形または、引き伸ばされた環状配置を形成する。先頭と後端のロッドが片方の端だけで連続化、または相互接続している場合は、先頭と後端のロッドは、Ｃ−形、または半卵形または半環状配置を形成する。これらの実施形態では、イオンは、偽ポテンシャル井戸により、ｚ方向に閉じ込められるのが好ましい。
【０１０２】
図７は、本発明の一実施形態による平面イオントラップにおけるイオンパケットの空間閉じ込めのＳＩＭＩＯＮ（ＲＴＭ）シミュレーションを示す。図７は、質量電荷比５００の単電荷イオンの２０ｍｓの間の軌跡を示す。ｚ軸に沿って、２．５ＭＨｚで印加された３００Ｖ  ＲＦ（ゼロピーク）によりＲＦ位相が電極列の間で交番する。また、ＤＣ二次ポテンシャルは、１５Ｖの二次井戸深さおよび９．５ｍｍの半分の長さでｚ軸方向に印加される。電極は、０．５ｍｍ幅、ｚ軸方向の隣接電極間が１ｍｍギャップであるとしてモデル化された。平面アレイ間のギャップはｙ軸方向で５ｍｍとしてモデル化され、また、イオンを閉じ込めるために、ＤＣ障壁をｘ軸に沿って＋／−２２．５ｍｍで印加した。
【０１０３】
イオンは、２つの空間方向に伸びた比較的大きなイオン閉じ込め容量中に閉じ込められているものとして観察される。
【０１０４】
好ましい実施形態によるイオントラップは、いくつかの異なる動作モードで使用可能である。
【０１０５】
ある動作モードでは、イオントラップは、イオン透過装置および／または衝突セルとして使用できる。これは、１つ以上のイオンが通過できる透過チャネルが存在するように適切なＤＣポテンシャルを電極に印加することにより実現できる。図８Ａは、イオントラップの一部がイオンガイドおよび／または衝突セルとして操作される場合の実施形態を示す。
【０１０６】
別の動作モードでは、ＤＣポテンシャルは、好ましい実施形態に関連して上記で考察されたように印加できる。ある実施形態では、図８Ｂに示すように、イオンは、イオントラップ領域からイオントラップの左手側に（すなわち、ｚ方向に）向かって、イオントラップの領域内に形成された別のイオンチャネル中に放出できる。次に、イオンは、イオンチャネルの長さに沿ってイオンを透過することにより、イオントラップからｘ方向に移すことができる。イオントラップから放出されたイオンは、イオン検出器により直接検出できる。あるいは、イオンは、さらなる処理、および／または検出のために、追加のＲＦ装置と、／または、１つ以上の質量分析器に送り込むことができる。
【０１０７】
図８Ｃは、あまり好ましくない実施形態を示し、また、これは、図６Ａ〜６Ｃに関連して上記で示され、記載された実施形態に対応する。この実施形態では、二次ポテンシャルは、ｘ方向に維持され、イオンは、イオントラップからｘ方向に放出される。
【０１０８】
一実施形態では、装置は、好ましいイオントラップの下流に配置でき、イオントラップから放出されるのが好ましい空間的に広がったイオンビームを採取する、および／または捕捉する、および／または集束させるのに使用できる。
【０１０９】
図９は、好ましいイオントラップが積層リング型イオンガイド（Ｓｔａｃｋｅｄ  Ｒｉｎｇ  Ｉｏｎ  Ｇｕｉｄｅ：「ＳＲＩＧ」）衝突セルと一体化された場合の本発明の別の実施形態を示す。積層リング型イオンガイドは、良好なフラグメンテーション効率のためにアルゴンガスを含むのが好ましく、一方、好ましいイオントラップは、良好な放出効率のためにヘリウムガスを含むのが好ましい。衝突セルおよび好ましいイオントラップは、タンデム型で単一イオン透過および／または衝突セルとして使用できる。
【０１１０】
あるいは、衝突セルおよび好ましいイオントラップは、別々に使用できる。すなわち、衝突セルは、イオンをフラグメンテーションするために、および／または蓄積するために使用でき、好ましいイオントラップは、積層リング型イオンガイド中に蓄積されたイオンを保持し、放出するために使用できる。
【０１１１】
図１０Ａ〜Ｄは、種々の本発明の実施形態による装置配置の例を示す。これらの例に加えてさらに多くの可能な装置構成があることは当業者には明らかであろう。
【０１１２】
図１０Ａは、イオン源の後に好ましいイオントラップ、四重極ロッド電極セットおよびイオン検出器が配置される場合の実施形態を示す。
【０１１３】
図１０Ｂは、イオン源の後に、第１の四重極ロッド電極セット、衝突セル、好ましいイオントラップ、第２の四重極ロッド電極セットおよびイオン検出器が配置される場合の実施形態を示す。
【０１１４】
図１０Ｃは、イオン源の後に、好ましいイオントラップ、第１の四重極ロッド電極セット、衝突セル、第２の四重極ロッド電極セットおよびイオン検出器が配置される場合の実施形態を示す。
【０１１５】
図１０Ｄは、イオン源の後に、好ましいイオントラップ、四重極ロッド電極セット、衝突セルおよび飛行時間型質量分析器が配置される場合の実施形態を示す。
【０１１６】
図１１Ａは、２つの電極層を含むイオントラップが提供される場合のさらに追加の実施形態を示す。第１または上層の電極は、複数の同心円状第１リング電極を含む。第１リング電極は、漸増する直径を有する。第２または低層の電極は、複数の同心円状第２リング電極を含む。第２のリング電極は、漸増する直径を有する。
【０１１７】
図１１Ｂに示されるように、第１または上層の電極は、基板または他の支持部材上に取り付けられてもよい。例えば、基板または支持部材は、プリント回路基板を含んでもよい。第２または低層の電極も、基板または他の支持部材上に取り付けられてもよい（同様に、プリント回路基板を含んでもよい）。一実施形態では、各層の隣接リング電極は、逆位相のＲＦ電圧で維持されるのが好ましい。半径方向に同じ変位の両層の電極が、可能な限り同じ位相のＲＦ電圧で維持されるように、第１または上層の電極および第２または低層の電極が整列されるのが好ましい。
【０１１８】
ＤＣ二次ポテンシャルは、図１１Ｂに示されるように、実質的に、第１または上層の電極中の電極全体にわたり、および／または第２または低層の電極中の電極全体にわたり半径方向に維持されるのが好ましい。
【０１１９】
図１１Ａおよび１１Ｂと関連して上記で示され、記載された実施形態では、ドーナツ形イオントラップ容量が生成されるのが好ましい。イオンは、ＤＣポテンシャル障壁または井戸により半径方向にトラップされるのが好ましく、イオンは、ＲＦまたは疑似ポテンシャル障壁または井戸により軸（ｙ）方向にトラップされるのが好ましい。
【０１２０】
この実施形態では、イオントラップは、第１の電極群および第２の電極群を含む。第１の電極群は、異なる半径方向の変位位置に配置された第１の複数の同軸閉ループ電極、円形電極、または楕円電極を含む。第２の電極群は、異なる半径方向の変位位置に配置された第２の複数の同軸閉ループ電極、円形電極、または楕円電極を含む。第１および第２の電極群は、第１の（ｙ）方向の異なる変位で配置される。
【０１２１】
図１２Ａおよび１２Ｂは、図１１Ａおよび１１Ｂに関連して上記された実施形態に類似のさらなる実施形態を示す。この実施形態でもまた、ドーナツ形イオントラップ容量が生成される。
【０１２２】
この実施形態では、イオントラップは、第１の電極群および第２の電極群を含む。第１の電極群は、第１の複数の環状電極群を含み、それぞれの第１の環状電極群は、異なる半径方向の変位位置に配置される。第２の電極群は、第２の複数の環状電極群を含み、それぞれの第２の環状電極群は、異なる半径方向の変位位置に配置される。第１および第２の電極群は、第１の（ｙ）方向の異なる変位で配置される。
【０１２３】
図１１Ａ〜１１Ｂおよび１２Ａ〜１２Ｂに関連して上記で示され、記載された実施形態では、電極は、例えば、プリント回路基板（「ＰＣＢ」）を含んでもよい基板または支持体に取り付けることができる。
【０１２４】
両実施形態の特定の有利な特徴は、半径（ｒ）方向で維持された二次ポテンシャルは、イオンが励起され、イオントラップから半径（ｒ）方向で放出される場合、イオンは、イオントラップの中心に向かって放出されるような非対称であってもよいことである。結果として、イオンは、イオントラップの局在領域から放出でき、イオントラップの配置は、イオンが検出されるか、または複雑でないイオン光学を使って前方に送られるのを可能にするのが好ましい。
【０１２５】
図１１Ａ〜１１Ｂおよび１２Ａ〜１２Ｂに関連して示され記載されるイオントラップのさらなる特定の利点は、イオントラップが、従来の２Ｄまたは３Ｄイオントラップよりもはるかに大きなイオントラップ容量を持つように配置できることである。
【０１２６】
イオントラップからイオンを半径方向に放出させるために、第１または上層の電極および／または第２または低層の電極に補助ＡＣ電圧を印加することにより、共鳴により、またはパラメトリックにイオントラップからイオンが放出されてもよい。
【０１２７】
上記で考察の特定の実施形態に対し、本発明の範囲を逸脱することなく、種々の修正を行うことができることは明らかであろう。
【０１２８】
例えば、イオントラップを含む電極は、ロッド形状ではない電極を含むことができる場合の実施形態も意図されている。例えば、電極は、複数の積層プレート電極、複数の積層リングまたは楕円電極、複数の半リングまたは半楕円電極または複数のＣ形状電極を含んでもよい。リングまたは楕円電極、半リングまたは半楕円電極またはＣ形状電極を含む実施形態は、上で、図６Ｃに関連して記載されている。
【０１２９】
あまり好ましくない実施形態では、印加ＤＣポテンシャルは、二次ポテンシャルでなくてもよい。
【０１３０】
一実施形態では、ＤＣポテンシャル井戸は、イオントラップの一方側で、イオントラップのもう一方側より深くてもよい。結果として、イオンは、２方向に放出されるよりも、むしろ、１方向に放出される。
【０１３１】
一実施形態では、イオントラップからイオンの出る方向は、ＤＣ井戸の深さを変えることにより適宜変えることができ、その結果、全てもしくは選択イオンが可能な限り片方向へ、または、全てもしくは選択イオンが可能な限り反対の方向に出ることができる。
【０１３２】
一実施形態では、イオントラップは、隣接質量分析器の質量電荷比走査とリンクされたＤＣ井戸からの質量電荷比イオン放出を含む操作であるリンク走査モードで操作できる。
【０１３３】
一実施形態では、２つ以上の放出領域が存在する。
【０１３４】
一実施形態では、イオンは、一カ所に注入し、同じ位置から、または別の空間的に異なる領域から放出できる。
【０１３５】
本発明について、好ましい実施形態を参照しながら説明してきたが、当業者であれば、付随する請求項に規定される本発明の範囲を逸脱することなく、形態および詳細の種々の変更をなし得ることを理解するであろう。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図１Ｆ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【国際調査報告】
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