(57)【要約】イオンが通る飛行領域、および検出器またはフラグメンテーション・デバイスを設けることを含む質量分析方法を開示する。イオンが検出器またはフラグメンテーション・デバイスに向かって進行するように飛行領域に沿って電位プロファイルが維持される。次に、第１の長さの飛行領域が維持する電位は、少なくとも一部のイオンは、第１の長さの飛行領域内を進行している間に第１の電位から第２の電位に変更される。変更した電位は、第１の長さの飛行領域の出口に第１の電位差を与え、この電位差により、イオンが第１の長さの飛行領域を離れるときにイオンは加速される。これにより、イオンの運動エネルギーは、検出器またはフラグメンテーション・セルに到達する前に増大される。【選択図】図１Ｃ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンが中を進行する飛行領域、および検出器を設けることと、
イオンが前記検出器に向かって進行するように前記飛行領域に沿って電位プロファイルを維持することと、
少なくとも一部のイオンが第１の長さの飛行領域内を進行している間に、前記第１の長さの前記飛行領域が維持する電位を第１の電位から第２の電位に変更することと
を含む質量分析方法であって、前記変更した電位は、前記長さの飛行領域の出口に第１の電位差を与え、それにより、前記少なくとも一部のイオンは、前記長さの飛行領域を離れるときに前記電位差により加速される、質量分析方法。
【請求項２】
前記第１の長さの飛行領域が維持する前記電位は、前記第１の長さの飛行領域と前記検出器との間に前記電位差を与えるように前記検出器が維持する電位と比較して変更される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の長さの飛行領域が維持する前記電位は、前記第１の長さの飛行領域と前記第２の長さ飛行領域との間に前記電位差を与えるように下流の第２の長さの前記飛行領域が維持する前記電位と比較して変更される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記少なくとも一部のイオンは、運動エネルギーを増加させて前記検出器に到達するように前記電位差により加速される、請求項１から３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
異なる質量電荷比の範囲を有するイオンは、前記飛行領域内に通され、前記検出器に向かって進行するときに質量電荷比に従って空間的に分離される、請求項１から４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記第１の長さの飛行領域の前記電位は、比較的低い質量電荷比のイオンが前記第１の長さの飛行領域を通って出る間は前記電位差が比較的小さくまたは前記電位差がないように設定され、比較的高い質量電荷比のイオンが前記第１の長さの飛行領域を通って出るときに前記電位差が比較的高く設定されるように時間で変動する、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
イオンが前記第１の長さの飛行領域内を進行している間に前記第１の長さの飛行領域が維持する前記電位を前記第２の電位から第３の電位に変更することを含む、請求項１から６のいずれかに記載の方法であって、前記変更した電位は、前記第１の長さの飛行領域の出口に第２の電位差を与え、それにより、イオンは、前記第１の長さの飛行領域を離れるときに前記第２の電位差により加速される、方法。
【請求項８】
前記第２の電位差は、前記第１の電位差よりも大きい、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記第１の長さの飛行領域の前記電位は、比較的低い質量電荷比のイオンが前記第１の長さの飛行領域を通って出る間は前記第１の電位差が比較的小さく設定され、比較的高い質量電荷比のイオンが前記第１の長さの飛行領域を通って出るときは前記第２の電位差が比較的高く設定されるように時間で変動する、請求項７または８に記載の方法。
【請求項１０】
前記飛行領域にイオン・ミラーを設けること含む、請求項１から９のいずれかに記載の方法であって、イオンが前記イオン・ミラーに向かって進行するときに、イオンが第１の方向で前記第１の長さの飛行領域を通り前記第１の長さの飛行領域の第１の端部に進行するようにし、前記イオンは、前記ミラーによって反射された後および前記検出器に向かう途中、第２の方向で前記第１の長さの飛行領域を通り前記第１の長さの飛行領域の第２の端部に進行する、方法。
【請求項１１】
前記第１の長さの飛行領域が維持する前記電位を変更する前記ステップは、前記第１の長さの飛行領域の前記第２の端部に前記第１の電位差を与え、イオンは、前記第２の方向で前記第１の長さの飛行領域を通って進行するように前記イオン・ミラーによって反射され、次に、前記イオンは、前記第２の端部を通って前記第１の長さの飛行領域を離れ、前記検出器に向かって進行するときに前記第１の電位差により加速される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
イオンが前記第２の方向で前記第１の長さの飛行領域内を進行している間に前記第１の長さの飛行領域が維持する前記電位を前記第２の電位から前記第３の電位に変更することを含む、請求項７または８に従属する請求項１０または１１に記載の方法であって、前記変更した電位は、前記第１の長さの飛行領域の前記第２の端部に第２の電位差を与え、それにより、イオンは、前記第２の端部を通って前記第１の長さの飛行領域を離れ、前記検出器に向かって進行するときに前記第２の電位差により加速される、方法。
【請求項１３】
少なくとも一部のイオンがさらなる長さの飛行領域内を進行している間に前記さらなる長さの飛行領域が維持する前記電位を変更することを含む、請求項１から１２のいずれかに記載の方法であって、前記さらなる長さの飛行領域は、前記第１の長さの飛行領域に対して異なる軸方向位置の前記飛行領域にあり、前記変更した電位により、さらなる電位差が前記さらなる長さの飛行領域の出口に配置されることになり、それにより、少なくとも一部のイオンは、前記さらなる長さの飛行領域を離れるときに前記さらなる電位差により加速される、方法。
【請求項１４】
前記第１の長さの飛行領域および前記さらなる長さの飛行領域に印加される前記電位が変更されるタイミングは、前記第１の長さの飛行領域の前記出口で前記第１の電位差によって加速されるイオンが、前記さらなる長さの飛行領域の前記出口で前記さらなる電位差によって加速されるイオンとは異なるように選択される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１の長さの飛行領域および前記さらなる長さの飛行領域に印加される前記電位が変更されるタイミングは、同じイオンが、前記第１の長さの飛行領域の前記出口で前記第１の電位差によって加速され、前記さらなる長さの飛行領域の前記出口で前記さらなる電位差によって加速されるように選択される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１の長さの飛行領域は、第１の群の電極によって画定され、第１の電位は、各電極が同一のものである前記それぞれの電極に印加され、前記第１の長さの飛行領域が維持する前記電位を変更する前記ステップは、各電極が同一のものである前記それぞれの電極に前記第１の電位とは異なる電位を印加することを含む、請求項１から１５のいずれかに記載の方法。
【請求項１７】
前記さらなる長さの飛行領域は、さらなる群の電極によって画定され、第２の電位は、各電極が同一のものである前記それぞれの電極に印加され、前記さらなる長さの飛行領域が維持する前記電位を変更する前記ステップは、各電極が同一のものである前記それぞれの電極に前記第２の電位とは異なる電位を印加することを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記さらなる長さの飛行領域に隣接する前記第１の長さの飛行領域に、前記さらなる長さの飛行領域と前記第１の長さの飛行領域との間に配置する加速領域を設けることと、ＲＦ電圧源の第１の位相を前記第１の長さの飛行領域の前記電極に印加し、前記ＲＦ電圧源の第２の位相を前記さらなる長さの飛行領域の前記電極に印加することとを含む、請求項１７に記載の方法であって、それにより、イオンが前記第１の長さの飛行領域内を進行している間に、前記第１の長さの飛行領域の前記電位は前記ＲＦ電圧源によって増大され、前記ＲＦ電圧源が前記第１の長さの飛行領域と前記さらなる長さの飛行領域との間に電位差を与えたときに、前記イオンは前記第１の長さの飛行領域から出て、前記イオンを前記加速領域に通して加速させ、前記さらなる長さの飛行領域内に入るようにする、方法。
【請求項１９】
前記ＲＦ電圧源は、イオンが前記さらなる長さの飛行領域に入った後、前記さらなる長さの飛行領域の前記電位を増大させ、前記イオンが前記さらなる長さの飛行領域から出るときに前記イオンを加速するように前記さらなる長さの飛行領域の前記出口に前記さらなる電位差を与える、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記ＲＦ電圧源の周波数は、加速するのが望ましいイオンの質量電荷比に基づいて選択される、請求項１８または１９に記載の方法。
【請求項２１】
軸方向に離間した電極は、前記飛行領域の軸方向長さに沿って配置され、ＤＣ電位は、イオンが前記電位差（複数可）によって加速される方向とは反対である軸方向で前記イオンに力を及ぼすＤＣ軸方向電場を生成するように前記電極に印加される、請求項１から２０のいずれかに記載の方法。
【請求項２２】
前記第１の長さの飛行領域の前記電位および／または前記さらなる長さの飛行領域の前記電位は、選択範囲の質量電荷比のイオンを前記第１の電位差および／または前記さらなる電位差によって一方向に加速するように時間で変動され、他の質量電荷比を有するイオンは、ＤＣ軸方向電場によって別の方向に駆動される、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記軸方向に離間した電極は、前記飛行領域の前記軸方向長さに沿って配置され、ＲＦ電圧は、イオンを径方向に閉じ込めるために、前記第１の長さの飛行領域の前記電極、および／または前記さらなる長さの飛行領域の前記電極、および／または前記第１の長さの飛行領域と前記さらなる長さの飛行領域との間の前記電極に印加される、請求項１から２２のいずれかに記載の方法。
【請求項２４】
前記第１の長さの飛行領域および／または前記さらなる長さの飛行領域は、零電場領域であり、前記長さの飛行領域が維持する前記電位を変更する前記ステップは、前記長さの飛行領域を零電場領域として維持することを含む、請求項１から２３のいずれかに記載の方法。
【請求項２５】
軸方向電圧勾配は、前記第１の長さの飛行領域および／または前記さらなる長さの飛行領域に沿って配置され、前記長さの飛行領域が維持する前記電位を変更することは、前記電圧勾配を一定に維持しながら前記電圧勾配を形成する前記電圧の大きさを変更することを含む、請求項１から２３のいずれかに記載の方法。
【請求項２６】
イオンが前記第１の長さの飛行領域および／または前記さらなる長さの飛行領域を通って進行する間に前記第１の長さの飛行領域および／または前記さらなる長さの飛行領域の前記電位を変更することは、イオンが前記第１の長さの飛行領域および／または前記さらなる長さの飛行領域を通って進行するときにイオンの運動エネルギーは増大させず、イオンの位置エネルギーを増大させる、請求項１から２５のいずれかに記載の方法。
【請求項２７】
前記イオン検出器は一定の電位で維持される一方で、前記第１の長さの飛行領域および／または前記さらなる長さの飛行領域に印加される前記電位は変更される、請求項１から２６のいずれかに記載の方法。
【請求項２８】
前記第１の長さの飛行領域および／または前記さらなる長さの飛行領域の長さは、＞２ｍｍ、＞４ｍｍ、＞８ｍｍ、＞１０ｍｍ、＞２０ｍｍ、＞４０ｍｍ、＞６０ｍｍ、＞８０ｍｍ、＞１００ｍｍ、＞１５０ｍｍ、＞３００ｍｍ、＞および６００ｍｍからなる群から選択される、請求項１から２７のいずれかに記載の方法。
【請求項２９】
前記方法は、前記飛行領域を加速電極と前記検出器との間に設けることをさらに含む飛行時間型質量分析方法であって、イオンは、電圧パルスを前記加速電極に印加することによって前記飛行領域内で加速される、請求項１から２８のいずれかに記載の方法。
【請求項３０】
前記イオンは、前記加速電極によって前記飛行領域内で加速されるまで飛行時間方向に速度を実質的に有さない、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記イオンが前記第１の長さの飛行領域および／または前記さらなる長さの飛行領域を離れるとき、前記電位差によって親イオンのみが加速されて、フラグメント・イオンは加速されず、あるいは、前記イオンが前記第１の長さの飛行領域および／または前記さらなる長さの飛行領域を離れるとき、前記電位差によってフラグメント・イオンのみが加速されて、親イオンは加速されない、請求項１から３０のいずれかに記載の方法。
【請求項３２】
イオンが中を進行する飛行領域と、
検出器と
使用時にイオンが前記検出器に向かって進行するように前記飛行領域に沿って電位プロファイルを維持し、
少なくとも一部のイオンが前記第１の長さの飛行領域内を進行している間に前記第１の長さの飛行領域が維持する電位を第１の電位から第２の電位に変更するように配置、構成した制御手段とを含む質量分析計であって、
前記変更した電位は、前記長さの飛行領域の出口に第１の電位差を与え、それにより、前記少なくとも一部のイオンは、前記長さの飛行領域を離れるときに前記電位差により加速される、質量分析計。
【請求項３３】
イオンが中を進行する飛行領域、およびフラグメンテーション・デバイスを設けることと、
親イオンまたはプリカーサー・イオンが前記フラグメンテーション・デバイスに向かって進行するように前記飛行領域に沿って電位プロファイルを維持することと、
少なくとも一部の前記イオンが第１の長さの前記飛行領域内を進行している間に前記長さの飛行領域が維持する前記電位を第１の電位から第２の電位に変更することとを含む質量分析方法であって、
前記変更した電位は、前記長さの飛行領域の出口に第１の電位差を与え、それにより、前記少なくとも一部のイオンは、前記長さの飛行領域を離れるときに前記電位差により加速され、その結果、前記イオンは、エネルギーおよび中のフラグメントを増大させて前記フラグメンテーション・デバイスに到達するようにする、質量分析方法。
【請求項３４】
前記フラグメンテーション・デバイスは、表面誘導解離を可能にするためのガス充填コリジョン・セルまたはデバイスである、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
使用時にイオンが中を進行する飛行領域と、
フラグメンテーション・デバイスと、
使用時に親イオンまたはプリカーサー・イオンが前記フラグメンテーション・デバイスに向かって進行するように前記飛行領域に沿って電位プロファイルを維持し、
少なくとも一部の前記イオンが第１の長さの前記飛行領域内を進行している間に前記長さの飛行領域が維持する電位を第１の電位から第２の電位に変更するように配置、構成した制御手段とを含む質量分析計であって、
前記変更した電位は、前記長さの飛行領域の出口に第１の電位差を与え、それにより、前記少なくとも一部のイオンは、イオンが前記長さの飛行領域を離れるときに前記電位差により加速され、その結果、前記イオンは、エネルギーおよび中のフラグメントを増大させて前記フラグメンテーション・デバイスに到達するようにする、質量分析計。
【請求項３６】
イオンが中を進行する飛行領域を設けることと、
イオンが前記飛行領域を通って進行するように前記飛行領域に沿って電位プロファイルを維持することと、
少なくとも一部のイオンが第１の長さの前記飛行領域内を進行している間に前記第１の長さの飛行領域が維持する電位を第１の電位から第２の電位に変更することとを含む質量分析方法であって、
前記変更した電位は、前記長さの飛行領域の出口に第１の電位差を与え、それにより、前記少なくとも一部のイオンは、前記長さの飛行領域を離れるときに前記電位差により加速される、質量分析方法。
【請求項３７】
イオンが中を進行する飛行領域と、
使用時にイオンが前記飛行領域を通って進行するように前記飛行領域に沿って電位プロファイルを維持し、
少なくとも一部のイオンが第１の長さの前記飛行領域内を進行している間に前記第１の長さの飛行領域が維持する電位を第１の電位から第２の電位に変更するように配置、構成した制御手段とを含む質量分析計であって、
前記変更した電位は、前記長さの飛行領域の出口に第１の電位差を与え、それにより、前記少なくとも一部のイオンは、前記長さの飛行領域を離れるときに前記電位差により加速される、質量分析計。
【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方法に関する。
【０００２】
関連案件の相互参照
本出願は、２０１１年１１月４日出願の英国特許出願第１１１９０５９．２号および２０１１年１１月７日出願の米国特許出願第６１／５５６４９９号の優先権および利益を主張する。これらの出願の全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００３】
多くの飛行時間型（time of flight 'ＴＯＦ'）検出器機器は、マイクロチャネル・プレート検出器（microchannel plate detector 'ＭＣＰｓ'）、または非連続若しくは連続ダイノード検出器等の電子増倍管検出器を利用する。こうした検出器の共通の特徴は、一次イオンが検出器に衝突し、二次電子を解放し、この二次電子がさらなる電子増倍段階へと導かれることである。イオンが衝突して二次電子を生成することによる変換効率または電子収率が、検出器の効率を定義する。研究者等は、ＭＣＰ中のイオンが二次電子を発生させる収率（λ）は、以下であることを以前に示している。
【０００４】
【数１】
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【０００５】
式中、ｍはイオンの質量であり、ｖはイオンの速度であり、ｋは１０-24の値を有する比例定数であり、無名数効率λを残すように質量ｍおよび速度ｖのＳＩ単位を打ち消す単位を有する。効率λの強い速度依存性は、比較的遅い傾向がある大きな質量電荷比のイオンが、より速くより小さい質量電荷比のイオンよりも著しく少ないイオン数しかもたらさないことを意味する。
【０００６】
イオンの電荷ｑが固定電源電位Ｖｓにより加速される在来のＴＯＦシステムでは、効率λの上式は、再構成され、以下のように近似することができる。
【０００７】
【数２】
2014532967.tif 000004
【０００８】
多くの状況では、この収率λは、一単位よりも著しく少ないものであり、研究者等は、高い質量イオン（＞１００ｋＤａ）から信号を生成する機構は、検出器の衝突面での二次イオン収率の生成によって左右されることを示している。こうした二次イオンは、その後、検出器内の次の衝突面で電子を発生させる。したがって、検出器の効率が不十分であるという問題が、１価の高質量電荷比イオンを分析する際に深刻になることは明らかである。このことは、例えばマトリックス支援レーザー脱離イオン化（matrix assisted laser desorption ionization 'ＭＡＬＤＩ'）を使用して巨大タンパク質またはポリマーを分析するときによくある問題である。検出器の効率は、低い加速電位を有する飛行時間型（ＴＯＦ）機器にとっても主要な問題となる。
【０００９】
電子または二次イオンの収率を最大化し、したがって検出器の効率を最大化するために、多くのＴＯＦ質量分析計は、イオンが高い運動エネルギーで検出器に到達するように高い加速電圧を利用している。そのような構成では、イオンは、接地電位または接地電位付近で加速領域に入り、次に、数千エレクトロン・ボルトのエネルギーを有するように高電圧を使用して加速させる。このことを達成するために、イオン検出器の衝突面は、接地電位に対して高い電位で保持される。陽イオンおよび陰イオンの両方で動作可能にするために、イオン検出器の出力部も高電圧で保持される。イオン検出器からの信号出力部は、時間−デジタル変換器（time to digital converters 'ＴＤＣｓ'）またはアナログ−デジタル変換器（analogue to digital converters 'ＡＤＣｓ'）を使用して一般に記録される。しかし、高速の最新技術ＴＯＦシステム記録電子機器は、接地電位または接地電位付近で動作し、高電圧に対して感度が高いことが多い。したがって、イオン検出器の出力部に印加する高電圧をＡＤＣまたはＴＤＣから絶縁し、一方で同時に検出器に到達したイオンに起因する信号を高い忠実度で転送可能にすることが一般的な要件である。このことは、容量結合または光結合を使用して達成することができる。しかし、絶縁する電圧が高いほど、イオン信号の忠実度を損なわずに効果的な絶縁を実現することがより困難になる。
【００１０】
一部のＴＯＦ機器では、低速度または低エネルギー・イオンに対する検出効率を上げるために後段加速検出器（post acceleration detector 'ＰＡＤ'）が使用される。この種類の検出器では、イオンは非連続変換ダイノードの方へ加速され、そこから発生した二次イオンおよび／または電子は、次に電子増倍管の衝突面に加速される。変換ダイノードで形成した二次荷電種は、一般に低質量電荷比であるので、それらの速度は一次イオンの速度よりも著しく速く、したがって検出効率が上昇する。しかし、このアプローチは、検出器の時間応答が通常動作の時間応答よりも桁違いに遅い場合があるという欠点を有し、このことは質量分析計の性能をひどく損なうことがある。したがって、ＰＡＤ検出器は、機器分解能の損失を許容可能な支障とすることができる、非常に高い質量電荷比種の効率を向上するために一般に使用される。ＰＡＤ検出器は、低イオン加速電圧を使用する質量分析計においても利用される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
改良された、質量分析計および質量分析の方法の提供が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明によれば、
イオンが中を進行する飛行領域、および検出器を設けることと、
イオンが検出器に向かって進行するように飛行領域に沿って電位プロファイルを維持することと、
少なくとも一部のイオンが第１の長さの飛行領域内を進行している間に、第１の長さの飛行領域が維持する電位を第１の電位から第２の電位に変更することと
を含む質量分析方法であって、変更した電位は、長さの飛行領域の出口に第１の電位差を与え、少なくとも一部のイオンは、長さの飛行領域を離れるときに電位差により加速される、質量分析方法が提供される。
【００１３】
本発明は、イオンの飛行中に質量分析計の構成要素に印加される電位を変更することによって、検出器上に入射するイオンのエネルギーを増大可能にする。検出器の効率は、検出器に衝撃を与えるイオンの運動エネルギーに好ましくは比例し、このイオン・エネルギーが増大すると、より高いイオン検出効率がもたらされる。このことは、従来の検出技法では低い運動エネルギーを有する傾向のある、高質量電荷比および低電荷状態を有するイオンに特に有用である。本発明は、イオンの運動エネルギーを増大可能にもし、一方で質量分析計検出システムの高電圧絶縁または分離要求に対する影響があれば最小にする。
【００１４】
好ましくは、第１の長さの飛行領域と検出器との間に電位差を与えるように、第１の長さの飛行領域が維持する電位は、検出器が維持する電位と比較して変更される。代替的に、第１の長さの飛行領域と第２の長さの飛行領域との間に電位差を与えるように、第１の長さの飛行領域が維持する電位は、下流の第２の長さの飛行領域が維持する電位と比較して変更することができる。
【００１５】
好ましくは、少なくとも一部のイオンは、運動エネルギーを増加させて検出器に到達するように電位差によって加速される。これにより、イオンの検出効率を改良することができる。
【００１６】
異なる質量電荷比の範囲を有するイオンは、好ましくは、飛行領域内を通り、イオンが検出器に向かって進行するときに質量電荷比に従って空間的に分離される。この方法では、比較的低い質量電荷比のイオンが第１の長さの飛行領域を通って出る間は電位差が比較的小さくまたは電位差がないように設定され、比較的高い質量電荷比のイオンが第１の長さの飛行領域を通って出るときは電位差が比較的高く設定されるように、第１の長さの飛行領域の電位は好ましくは時間で変動する。
【００１７】
本方法は、イオンが第１の長さの飛行領域内を進行している間に第１の長さの飛行領域が維持する電位を第２の電位から第３の電位に変更することを含み、変更した電位は、第１の長さの飛行領域の出口に第２の電位差を与え、それによりイオンは、第１の長さの飛行領域を離れるときに第２の電位差により加速される。好ましくは、第２の電位差は、第１の電位差よりも大きい。比較的低い質量電荷比のイオンが第１の長さの飛行領域を通って出る間は第１の電位差が比較的小さく設定され、比較的高い質量電荷比のイオンが第１の長さの飛行領域を通って出るときに第２の電位差が比較的高く設定されるように、第１の長さの飛行領域の電位は時間で変動することが好ましい。
【００１８】
本方法は、飛行領域にイオン・ミラーを設けることを含むことができ、それにより、イオンがイオン・ミラーに向かって進行するときに、イオンが第１の長さの飛行領域を通って第１の長さの飛行領域の第１の端部に第１の方向で進行するようにし、且つイオンがミラーによって反射された後、および検出器に向かう途中で第１の長さの飛行領域を第２の方向で進行し、第１の長さの飛行領域の第２の端部に入るようにする。この方法では、第１の長さの飛行領域が維持する電位を変更するステップは、第１の長さの飛行領域の第２の端部で第１の電位差を与えることができる。イオンは、イオン・ミラーによって反射され、それによりイオンは第１の長さの飛行領域を第２の方向で進行し、次に、イオンは、第２の端部を通って第１の長さの飛行領域を離れ、検出器に向かって進行するときに第１の電位差により加速される。第１の長さの飛行領域が維持する電位が第２の電位から第３の電位に変更される方法によれば、方法は、イオンが第１の長さの飛行領域内を第２の方向で進行している間に、第２の電位から第３の電位に電位を変更することをさらに含むことができる。変更された電位は、第１の長さの飛行領域の第２の端部に第２の電位差を与え、それによりイオンは、第２の端部を通って第１の長さの飛行領域を離れ、検出器に向かって進行するときに第２の電位差により加速される。
【００１９】
好ましくは、本方法は、少なくとも一部のイオンがさらなる長さの飛行領域内を進行する間にさらなる長さの飛行領域が維持する電位を変更することをさらに含む。さらなる長さの飛行領域は、第１の長さの飛行領域に対して異なる軸方向位置の飛行領域にあり、さらなる長さの飛行領域の電位を変更した結果、さらなる電位差がさらなる長さの飛行領域の出口に配置される。少なくとも一部のイオンは、さらなる長さの飛行領域を離れるときにこのさらなる電位差により加速される。ただ１つのさらなる長さの飛行領域を記載したが、２つ以上のさらなる長さの飛行領域を提供できることは了解されよう。
【００２０】
第１の長さの飛行領域およびさらなる長さの飛行領域に印加する電位が変更されるタイミングは、第１の長さの飛行領域の出口で第１の電位差によって加速されるイオンが、さらなる長さの飛行領域の出口でさらなる電位差によって加速されるイオンとは異なるように選択することができる。代替的に、第１の長さの飛行領域およびさらなる長さの飛行領域に印加する電位が変更されるタイミングは、同じイオンが、第１の長さの飛行領域の出口で第１の電位差によって加速され、さらなる長さの飛行領域の出口でさらなる電位差によって加速されるように選択することができる。
【００２１】
好ましくは、第１の長さの飛行領域は、第１の群の電極によって定義され、第１の電位は、各電極が同一のものであるそれぞれの電極に印加され、第１の長さの飛行領域が維持する電位を変更するステップは、各電極が同一のものであるそれぞれの電極に第１の電位とは異なる電位を印加することを含む。
【００２２】
好ましくは、さらなる長さの飛行領域は、さらなる群の電極によって定義され、第２の電位は、各電極が同一のものであるそれぞれの電極に印加され、さらなる長さの飛行領域が維持する電位を変更するステップは、各電極が同一のものであるそれぞれの電極に第２の電位とは異なる電位を印加することを含む。
【００２３】
本方法は、さらなる長さの飛行領域に隣接する第１の長さの飛行領域に、さらなる長さの飛行領域と第１の長さの飛行領域との間に配置する加速領域を設けることと、ＲＦ電圧源の第１の位相を第１の長さの飛行領域の電極に印加し、ＲＦ電圧源の第２の位相をさらなる長さの飛行領域の電極に印加することとを含み、それにより、イオンが第１の長さの飛行領域内を進行している間に、第１の長さの飛行領域の電位はＲＦ電圧源によって増大され、ＲＦ電圧源が第１の長さの飛行領域とさらなる長さの飛行領域との間に電位差を与えたときに、イオンが第１の長さの飛行領域から出て、加速領域を通って加速され、さらなる長さの飛行領域内に入るようにする。イオンがさらなる長さの飛行領域に入った後、ＲＦ電圧源は、さらなる長さの飛行領域の電位を好ましくは増大させ、さらなる長さの飛行領域の出口にさらなる電位差を与え、イオンがさらなる長さの飛行領域から出るときに加速される。好ましくは、ＲＦ電圧源の周波数は、加速が望ましいイオンの質量電荷比に基づいて選択される。
【００２４】
軸方向に離間した電極は、軸方向長さの飛行領域に沿って配置することができ、ＤＣ電位は、ＤＣ軸方向電場を生成するためにこれらの電極に印加することができ、このＤＣ軸方向電場は、イオンが電位差（複数可）によって加速される方向とは反対である軸方向でイオンに力を及ぼす。第１の長さの飛行領域の電位および／またはさらなる長さの飛行領域の電位は、第１の電位差および／またはさらなる電位差により選択範囲の質量電荷比のイオンを一方向に加速するために時間で変動することができ、他の質量電荷比を有するイオンは、ＤＣ軸方向電場によって別の方向に駆動することができる。
【００２５】
軸方向に離間した電極は、軸方向長さの飛行領域に沿って配置することができ、ＲＦ電圧は、イオンを径方向に閉じ込めるために、第１の長さの飛行領域の電極、および／またはさらなる長さの飛行領域の電極、および／または第１の長さの飛行領域とさらなる長さの飛行領域との間の電極に印加することができる。
【００２６】
好ましくは、第１の長さの飛行領域および／またはさらなる長さの飛行領域は、零電場領域であり、この長さの飛行領域が維持する電位を変更するステップは、この長さの飛行領域を零電場領域として維持することを含む。代替的に、軸方向電圧勾配を第１の長さの飛行領域および／またはさらなる長さの飛行領域に沿って配置することができ、この長さの飛行領域が維持する電位を変更することは、電圧勾配を一定に維持しながら電圧勾配を形成する電圧の大きさを変更することを含むことができる。
【００２７】
好ましくは、イオンが中を進行する間に第１の長さの飛行領域および／またはさらなる長さの飛行領域の電位を変更するステップは、イオンが中を進行するときにイオンの運動エネルギーを増大せず、イオンの位置エネルギーを増大させる。
【００２８】
好ましくは、イオン検出器は一定の電位で維持される一方で、第１の長さの飛行領域および／またはさらなる長さの飛行領域に印加される電位は、変更される。
【００２９】
第１の長さの飛行領域および／またはさらなる長さの飛行領域の長さは、＞２ｍｍ、＞４ｍｍ、＞８ｍｍ、＞１０ｍｍ、＞２０ｍｍ、＞４０ｍｍ、＞６０ｍｍ、＞８０ｍｍ、＞１００ｍｍ、＞１５０ｍｍ、＞３００ｍｍ、＞および６００ｍｍからなる群から選択することができる。
【００３０】
好ましくは、本方法は、飛行時間型質量分析方法である。そのような方法は、加速電極と検出器との間に飛行領域を設けることをさらに含み、イオンは、電圧パルスを加速電極に印加することによって飛行領域内で加速される。好ましくは、イオンは、イオンが加速電極によって飛行領域内で加速されるまで飛行時間方向への速度を実質的に有さない。
【００３１】
好ましくは、イオンが第１の長さの飛行領域および／またはさらなる長さの飛行領域を離れるときに親イオンのみが電位差により加速され、フラグメント・イオンは加速されない。または、イオンが第１の長さの飛行領域および／またはさらなる長さの飛行領域を離れるときにフラグメント・イオンのみが電位差により加速され、親イオンは加速されない。
【００３２】
本発明は、
イオンが中を進行する飛行領域と、
検出器と、
使用時にイオンが検出器に向かって進行するように飛行領域に沿って電位プロファイルを維持し、少なくとも一部のイオンが第１の長さの飛行領域内を進行している間に第１の長さの飛行領域が維持する電位を第１の電位から第２の電位に変更するように配置、構成した制御手段とを備える質量分析計であって、
変更した電位は、長さの飛行領域の出口で第１の電位差を与え、それにより少なくとも一部のイオンは、長さの飛行領域を離れるときに電位差により加速される、質量分析計をさらに提供する。
【００３３】
質量分析計は、上記の質量分析法のいずれか１つまたは組合せを実施するように配置、構成することができる。
【００３４】
一実施形態によれば、質量分析計は、以下をさらに備える：
（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ー脱離イオン化（Matrix Assisted Laser Desorption Ionisation 'ＭＡＬＤＩ'）イオン源、（ｖ）レーザー脱離イオン化（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）シリコンを用いた脱離イオン化（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）電場イオン化（Field Ionisation 'ＦＩ'）イオン源、（ｘｉ）電場脱離（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方法（Liquid Secondary Ion Mass Spectro metry '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、（ｘｘ）グロー放電（Glow Discharge 'ＧＤ'）イオン源、および（ｘｘｉ）インパクタイオン源からなる群から選択したイオン源、および／または、
（ｂ）１つまたは複数の連続またはパルス化イオン源、および／または、
（ｃ）１つまたは複数のイオン・ガイド、および／または、
（ｄ）１つまたは複数のイオン移動分離デバイスおよび／または１つまたは複数の非対称電場イオン移動スペクトロメータ・デバイス、および／または、
（ｅ）１つまたは複数のイオン・トラップまたは１つまたは複数のイオン捕捉領域、および／または、
（ｆ）（ｉ）衝突誘導解離（Collisional Induced Dissociation 'ＣＩＤ'）フラグメンテーション・デバイス、（ｉｉ）表面誘導解離（Surface Induced Dissociation 'ＳＩＤ'）フラグメンテーション・デバイス、（ｉｉｉ）電子移動解離（Electron Transfer Dissociation 'ＥＴＤ'）フラグメンテーション・デバイス、（ｉｖ）電子捕獲解離（Electron Capture Dissociation 'ＥＣＤ'）フラグメンテーション・デバイス、（ｖ）電子衝突若しくは衝撃解離フラグメンテーション・デバイス、（ｖｉ）光誘導解離（Photo Induced Dissociation 'ＰＩＤ'）フラグメンテーション・デバイス、（ｖｉｉ）レーザー誘導解離フラグメンテーション・デバイス、（ｖｉｉｉ）赤外線誘導解離デバイス、（ｉｘ）紫外線誘導解離デバイス、（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）インソース衝突誘導解離フラグメンテーション・デバイス、（ｘｉｉｉ）熱若しくは高温源フラグメンテーション・デバイス、（ｘｉｖ）電場誘導フラグメンテーション・デバイス、（ｘｖ）磁界誘導フラグメンテーション・デバイス、（ｘｖｉ）酵素消化若しくは酵素分解フラグメンテーション・デバイス、（ｘｖｉｉ）イオン−イオン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）付加イオンまたは生成イオンを形成するためにイオンを反応させるイオン−イオン反応デバイス、（ｘｘｉｖ）付加イオンまたは生成イオンを形成するためにイオンを反応させるイオン−分子反応デバイス、（ｘｘｖ）付加イオンまたは生成イオンを形成するためにイオンを反応させるイオン−原子反応デバイス、（ｘｘｖｉ）付加イオンまたは生成イオンを形成するためにイオンを反応させるイオン−準安定イオン反応デバイス、（ｘｘｖｉｉ）付加イオンまたは生成イオンを形成するためにイオンを反応させるイオン−準安定分子反応デバイス、（ｘｘｖｉｉｉ）付加イオンまたは生成イオンを形成するためにイオンを反応させるイオン−準安定原子反応デバイス、および（ｘｘｉｘ）電子イオン化解離（Electron Ionisation Dissociation 'ＥＩＤ'）フラグメンテーション・デバイスからなる群から選択される１つまたは複数のコリジョン・リアクション・セルまたはフラグメンテーション・セル、および／または、
（ｇ）（ｉ）四重極質量分析器、（ｉｉ）２Ｄまたは直線四重極質量分析器、（ｉｉｉ）Ｐａｕｌまたは３Ｄ四重極質量分析器、（ｉｖ）Ｐｅｎｎｉｎｇトラップ質量分析器、（ｖ）イオン・トラップ質量分析器、（ｖｉ）磁場型質量分析器、（ｖｉｉ）イオン・サイクロトロン共鳴（Ion Cyclotron Resonance 'ＩＣＲ'）質量分析器、（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）静電気またはＯｒｂｉｔｒａｐ質量分析器、（ｘ）フーリエ変換静電気またはＯｒｂｉｔｒａｐ質量分析器、（ｘｉ）フーリエ変換質量分析器、（ｘｉｉ）飛行時間型質量分析器、（ｘｉｉｉ）直交加速飛行時間型質量分析器、および（ｘｉｖ）直線加速度飛行時間型質量分析器からなる群から選択した質量分析器、および／または、
（ｈ）１つまたは複数のエネルギー分析器または静電気エネルギー分析器、および／または、
（ｉ）１つまたは複数のイオン検出器、および／または、
（ｊ）（ｉ）四重極質量フィルタ、（ｉｉ）２Ｄまたは直線四重極イオン・トラップ、（ｉｉｉ）Ｐａｕｌまたは３Ｄ四重極イオン・トラップ、（ｉｖ）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・フィルタからなる群から選択した１つまたは複数の質量フィルタ、および／または、
（ｋ）イオンをパルス化するデバイスまたはイオン・ゲート、および／または、
（ｌ）実質的に連続するイオン・ビームをパルス化イオン・ビームに変換するデバイス。
【００３５】
質量分析計は、以下のいずれかをさらに備える：
（ｉ）外側胴状電極と、同軸内側スピンドル状電極とを備えるＣ−Ｔｒａｐ・Ｏｒｂｉｔｒａｐ（ＲＴＭ）質量分析器であって、第１の動作モードでは、イオンはＣ−Ｔｒａｐに輸送され、次にＯｒｂｉｔｒａｐ（ＲＴＭ）質量分析器内に出射され、第２の動作モードでは、イオンはＣ−Ｔｒａｐに輸送され、次にコリジョン・セルまたは電子移動解離デバイスに輸送され、少なくとも一部のイオンは、フラグメント・イオンに断片化され、フラグメント・イオンは、次に、Ｏｒｂｉｔｒａｐ（ＲＴＭ）質量分析器に出射される前にＣ−Ｔｒａｐに輸送される、Ｃ−Ｔｒａｐ・Ｏｒｂｉｔｒａｐ（ＲＴＭ）質量分析器、および／または、
（ｉｉ）使用時にイオンが中に輸送される開口を有する複数の電極をそれぞれが備える積層リング・イオン・ガイドであって、電極の間隔はイオン経路の長さ部に沿って増大し、電極の開口は、イオン・ガイドの上流区分では第１の直径を有し、電極の開口は、イオン・ガイドの下流区分では第１の直径よりも小さい第２の直径を有し、使用時にＡＣまたはＲＦ電圧の逆位相を連続する電極に印加する、積層リング・イオン・ガイド。
【００３６】
一実施形態によれば、質量分析計は、ＡＣまたはＲＦ電圧を電極に供給するように配置、構成したデバイスをさらに備える。ＡＣまたはＲＦ電圧は、好ましくは、（ｉ）＜５０Ｖピーク・トゥ・ピーク（ｐｅａｋ  ｔｏ  ｐｅａｋ）、（ｉｉ）５０〜１００Ｖピーク・トゥ・ピーク、（ｉｉｉ）１００〜１５０Ｖピーク・トゥ・ピーク、（ｉｖ）１５０〜２００Ｖピーク・トゥ・ピーク、（ｖ）２００〜２５０Ｖピーク・トゥ・ピーク、（ｖｉ）２５０〜３００Ｖピーク・トゥ・ピーク、（ｖｉｉ）３００〜３５０Ｖピーク・トゥ・ピーク、（ｖｉｉｉ）３５０〜４００Ｖピーク・トゥ・ピーク、（ｉｘ）４００〜４５０Ｖピーク・トゥ・ピーク、（ｘ）４５０〜５００Ｖピーク・トゥ・ピーク、および（ｘｉ）＞５００Ｖピーク・トゥ・ピークからなる群から選択される大きさを有する。
【００３７】
ＡＣまたは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る周波数を有する。
【００３８】
本発明の好ましい実施形態は、イオン検出器の効率がイオン検出器に入射するイオンのエネルギーおよび／または速度に依存する、従来の飛行時間型機器に対する改良に関する。好ましい実施形態は、イオンの飛行中に飛行時間型質量分析計の構成要素に印加される電位を変更することによって、検出器に入射するイオンのエネルギーを増大可能にする。検知器における二次電子の収率は、イオン衝撃の運動エネルギーに比例するので、このエネルギー増加は、より高いイオン検出効率をもたらす。このことは、高い質量電荷比で低い電荷状態を有するイオンの場合特に有利である。というのは、これらのイオンは、従来低い運動エネルギー、したがって低いイオン検出効率を有するからである。例えば、非常に高い質量を有するそのような１価のイオンは、マトリックス支援レーザー脱離イオン化（ＭＡＬＤＩ）を使用して生成することができる。したがって、好ましい実施形態は、低い加速電位を利用する、および／または比較的遅い速度およびしたがって低い検出効率を有する高質量電荷比のイオンを分析する場合に利用する検出器、特に、飛行時間型機器の総合効率を改善する。
【００３９】
従来の飛行時間型質量分析計では、検出器の一次衝突面でのイオン・エネルギーは、最初の加速電極から検出器の一次衝突面への電位差によって左右される。対照的に、本発明の好ましい実施形態では、検出器の一次衝突面でのイオン・エネルギーは、イオンが飛んでいる間に分析器の特定領域に印加する電位を変更することによって増大する。したがって、好ましい実施形態は、イオンの運動エネルギーを増大可能にする一方で、質量分析計および検出システムの高電圧絶縁または分離といった要件に対する影響があれば最小にする。
【００４０】
好ましい実施形態を飛行時間型質量分析計について説明してきたが、本発明が他の種類の質量分析計にも有用であることは了解されよう。
【００４１】
別の態様から、本発明は、
イオンが中を進行する飛行領域およびフラグメンテーション・デバイスを設けることと、
親イオンまたはプリカーサー・イオンがフラグメンテーション・デバイスに向かって進行するように飛行領域に沿って電位プロファイルを維持することと、
少なくとも一部のイオンが第１の長さの飛行領域内を進行している間に長さの飛行領域が維持する電位を第１の電位から第２の電位に変更することとを含む質量分析方法であって、
変更した電位は、長さの飛行領域の出口に第１の電位差を与え、それによって少なくとも一部のイオンは、長さの飛行領域を離れるときに電位差により加速され、その結果、イオンは、イオンのエネルギーおよび中のフラグメントを増加させてフラグメンテーション・デバイスに到達するような、質量分析方法を提供する。
【００４２】
この質量分析方法は、イオン検出器をフラグメンテーション・デバイスに置き換えたことを除いて、イオンがエネルギーを増大させてイオン検出器に到達するように加速される質量分析方法について上記した特徴のいずれか１つまたは組合せを含むことができる。
【００４３】
フラグメンテーション・デバイスは、表面誘導解離を可能にするためのガス充填コリジョン・セルまたはデバイスである。
【００４４】
別の態様から、本発明は、
使用時にイオンが中を進行する飛行領域と、
フラグメンテーション・デバイスと、
使用時に親イオンまたはプリカーサー・イオンがフラグメンテーション・デバイスに向かって進行するように飛行領域に沿って電位プロファイルを維持し、
少なくとも一部のイオンが第１の長さの飛行領域内を進行している間に、長さの飛行領域が維持する電位を第１の電位から第２の電位に変更するように配置、構成した制御手段とを備える質量分析計であって、
変更した電位は、長さの飛行領域の出口に第１の電位差を与え、それによって、少なくとも一部のイオンは、長さの飛行領域を離れるときに電位差により加速され、その結果、イオンは、イオンのエネルギーおよびフラグメントを増加させてフラグメンテーション・デバイスに到達するようになる、質量分析計を提供する。
【００４５】
この質量分析計は、イオン検出器をフラグメンテーション・デバイスに置き換えたことを除いて、イオンがエネルギーを増加させてイオン検出器に到達するように加速される、上記した質量分析方法のいずれか１つまたは組合せを実施するように配置、構成することができる。
【００４６】
この質量分析計は、イオン検出器をフラグメンテーション・デバイスに置き換えたことを除いて、イオンがエネルギーを増加させてイオン検出器に到達するように加速される質量分析計について上記した特徴のいずれか１つまたは組合せを含むことができる。
【００４７】
現在開示しているイオン加速方法が、検出器またはフラグメンテーション・デバイス以外の質量分析計の領域にイオンを加速するのに使用できることは了解されよう。
【００４８】
したがって、本発明は、
イオンが中を進行する飛行領域を設けることと、
イオンが飛行領域を通って進行するように飛行領域に沿って電位プロファイルを維持することと、
少なくとも一部のイオンが第１の長さの飛行領域内で進行している間に、第１の長さの飛行領域が維持する電位を第１の電位から第２の電位に変更すること
を含む質量分析方法であって、変更した電位は、長さの飛行領域の出口に第１の電位差を与え、それにより、少なくとも一部のイオンは、長さの飛行領域を離れるときに電位差により加速される、質量分析方法をさらに提供する。
【００４９】
この質量分析方法は、イオンがイオン検出器以外の質量分析計の一領域に加速されることを除いて、イオンがエネルギーを増加させてイオン検出器に到達するように加速される質量分析方法について上記した特徴のいずれか１つまたは組合せを含むことができる。
【００５０】
別の態様から、本発明は、
イオンが中を進行する飛行領域と、
使用時にイオンが飛行領域を通って進行するように飛行領域に沿って電位プロファイルを維持し、少なくとも一部のイオンが第１の長さの飛行領域内を進行している間に、第１の長さの飛行領域が維持する電位を第１の電位から第２の電位に変更するように配置、構成した制御手段とを含む質量分析計であって、
変更した電位は、長さの飛行領域の出口に第１の電位差を与え、それにより、少なくとも一部のイオンは、長さの飛行領域を離れるときに電位差により加速される、質量分析計を提供する。
【００５１】
この質量分析計は、イオンがイオン検出器以外の質量分析計の一領域に対して加速されることを除いて、イオンがエネルギーを増加させてイオン検出器に到達するように加速される上記した質量分析方法のいずれか１つまたは組合せを実施するように配置、構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１Ａ】従来の様式で動作する直交加速反射飛行時間型質量分析器の位置エネルギーを示す図である。
【図１Ｂ】質量分析器が本発明の一実施形態により動作するときの異なる時間での位置エネルギーを示す図である。
【図１Ｃ】質量分析器が本発明の一実施形態により動作するときの異なる時間での位置エネルギーを示す図である。
【図２Ａ】本発明の別の実施形態で動作する直交加速反射飛行時間型質量分析器の位置エネルギーを示す図である。
【図２Ｂ】本発明の別の実施形態で動作する直交加速反射飛行時間型質量分析器の位置エネルギーを示す図である。
【図２Ｃ】本発明の別の実施形態で動作する直交加速反射飛行時間型質量分析器の位置エネルギーを示す図である。
【図３】本発明の好ましい実施形態の電極構造を示す概略図である。
【図４】本発明の別の好ましい実施形態の電極構造を示す概略図である。
【図５】イオンの質量電荷比に応じて図４の実施形態におけるイオンが進行した軸方向距離を示す図である。
【図６】本発明の別の実施形態の電極構造を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００５３】
次に、本発明の様々な実施形態を単に例として添付の図面を参照しながら説明する。
【００５４】
次に、陽イオンモードで動作し、２段加速領域および２段反射またはイオン・ミラーを有する飛行時間型（ＴＯＦ）質量分析計を説明する。しかし、本発明を陰イオン動作および他の多くの形態の機器に適用できることも企図される。
【００５５】
図１Ａは、従来の様式で動作される場合の直交加速反射ＴＯＦ質量分析器の位置エネルギー図である。この図は、ＴＯＦ質量分析器内の固定電極に印加した相対電位を表す。図１Ａの電極に印加した電位およびこれらの電極間の距離は以下の通りである。
Ｖ1＝２３２２.２Ｖ
Ｖ2＝０Ｖ
Ｖ3＝−６２７.８Ｖ
Ｖ4＝１６４１.２Ｖ
Ｖ5＝２３２２.２Ｖ
Ｌ1＝２．７ｍｍ
Ｌ2＝１８ｍｍ
Ｌ3＝７１１ｍｍ
Ｌ4＝１１２ｍｍ
Ｌ5＝５６.９ｍｍ。
【００５６】
この形態は、１ｍｍ幅イオン・ビームの三次空間集束を実現し、約３０，０００ＦＷＨＭの理論質量分解能をもたらす。
【００５７】
次に、質量分析器の動作を説明する。イオンは、位置１において実質的に０の運動エネルギーで飛行時間分析方向に出発する。時間Ｔ0で、イオンは２段加速領域を通って加速し始め、距離Ｌ1＋Ｌ2にわたり加速し続け、Ｖ1−Ｖ3（たとえば２９５０Ｖ）の全電位降下を受ける。長さＬ3の零電場飛行管領域に入るイオンの全運動エネルギー、ｑＥtot（単位ｅＶ）は、
【００５８】
【数３】
2014532967.tif 000005
【００５９】
によって示され、式中、ｑ＝イオン上の電荷数、ｍ＝イオンの質量、および、ｖ＝イオンの速度である。
【００６０】
この例では、単一電荷陽イオンは、零電場領域Ｌ3に入ったときに２９５０ｅＶの運動エネルギーを有することになる。次に、イオンは零電場領域Ｌ3を通って進行し、２段反射またはイオン・ミラーに入る。イオンの運動エネルギーは、イオン・ミラーの距離、すなわちＬ4およびＬ5にわたって０に減少する。次に、イオンは、反射されて開始位置の方に戻り、Ｌ4およびＬ5の距離にわたって再度加速し、それによりイオンは上記式（１）に示した運動エネルギーを得るようになる。次に、イオンは、零電場ドリフト領域Ｌ3に再度入り、位置２で、式（１）に示した運動エネルギーでイオン検出器に入射する。
【００６１】
イオン検出器の入力部での電位、Ｖinは、Ｖ3に等しい。電圧Ｖdは、検出器自体にわたり印加され、したがってイオン検出器の出力部での電位、Ｖoutは、Ｖ3＋Ｖdに等しい。最新技術のマイクロチャンネル・プレート検出器は、例えば＋２０００Ｖのバイアス電圧で動作することができ、Ｖ3は約−６２８Ｖであるこの例では、検出器の出力部での電位は＋１３７２Ｖである。この検出器の出力部での電位は、接地電位に入力部を有する下流のアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）または時間−デジタル変換器（ＴＤＣ）で記録される前に信号から分離しなければならない。
【００６２】
図１Ｂは、時間Ｔ1の後、図１Ａの位置エネルギー・プロファイルを構成する本発明の第１の実施形態を示し、但し、Ｔ1＞Ｔ0である。図１Ａに関して説明したように、時間Ｔ0では、イオンは位置１から加速領域Ｌ1およびＬ2を通って加速される。次に、イオンは、上記式（１）で示した運動エネルギーで零電場領域Ｌ3に入る。時間Ｔ1では、質量電荷比範囲Ｍ１からＭ２（但しＭ２＞Ｍ１）のイオンは、左領域Ｌ1およびＬ2を有するが、イオン検出器２にまだ到達していない。例えば、時間Ｔ1＝７．８μｓでは、質量電荷比＞３０，０００のイオンは、領域Ｌ3にちょうど入ったところであり、質量電荷比＜７のイオンは、位置２で検出器にちょうど到達したところである。
【００６３】
時間Ｔ1では、質量電荷比範囲Ｍ１からＭ２内のイオンは、領域Ｌ3、Ｌ4およびＬ5を通って進行しており、これらの領域で電極に印加される電位は、図１Ｂの点線で示すように急速に増大する。電位Ｖ3、Ｖ4およびＶ5は、量Ｘだけそれぞれ電位Ｖ6、Ｖ7およびＶ8に増大する。この変更の結果として、イオンの位置エネルギーは、運動エネルギーは同じままであるにもかかわらず増大する。検出器２の衝突面に印加された電位は一定のままであるが、電位Ｖ6、Ｖ7およびＶ8が増大すると、イオンは、領域Ｌ3から検出器に向かって進行ときに検出器上で加速することになる。十分な性能を維持するために、電場を画定する格子は、イオン検出器の入力部で領域Ｌ３内に電場が貫入するのを制限するように検出器入力部の近傍に位置決めすることができる。
【００６４】
上述のように、領域Ｌ3、Ｌ4およびＬ5内のイオンが検出器に到達可能である場合、イオンは検出器の衝突面の方へ加速することになる。次に、検出器におけるイオンの全運動エネルギー、Ｅ１tot（単位ｅＶ）は、
【００６５】
【数４】
2014532967.tif 000006
【００６６】
によって示される。
【００６７】
例として、電位Ｖ3、Ｖ4およびＶ5のそれぞれがＸ＝５０００Ｖだけ増大した場合、７から３０，０００の間の質量電荷比値を有する１価の陽イオンは、７９５０ｅＶの運動エネルギーで検出器に衝突することになる。質量電荷比７のイオンは、７．８μｓの検出器への飛行時間を有し、質量電荷比３０，０００のイオンは、５１２μｓの検出器への飛行時間を有することになる。この実施形態により、イオンは、イオン検出効率を増大させるために検出器に向かって加速可能になるが、検出器２の一次衝突面では電位を変更しないことは了解されよう。このことにより、検出器を取得システム（例えば、ＡＤＣまたはＴＤＣ）に結合させる要件をさらに要求することなく、イオンがより効率的に検出される。
【００６８】
イオンの運動エネルギーのさらなる増大は、図１Ｃに示す本発明の実施形態により実現することができる。この方法によれば、電極に印加される電位は、図１Ｂで示した時間Ｔ1の後に固定して維持されない。そうではなく、電位は、図１Ｂに関して上述したように最初に変動するが、時間Ｔ2の後、範囲Ｍ３からＭ４の（但しＭ３＜Ｍ４）内の質量電荷比のイオンが反射領域Ｌ4およびＬ5から出て再度領域Ｌ3に入ったときに、領域Ｌ3で電極に印加した電位は、図１Ｃの点線で示されるように量Ｙだけさらに増大する。これにより、Ｍ３からＭ４の間の質量電荷比を有し、領域Ｌ3内にあるイオンの位置エネルギーを再度増大させる。上述した同じ例示的形態を使用すると、質量電荷比３０，０００のイオンは、反射領域Ｌ4およびＬ5から出て、時間Ｔ２＝３４９μｓで領域Ｌ3に入ることになる。この時、質量電荷比１４，０００のイオンは、領域Ｌ３をちょうど過ぎ、位置２で検出器に到達したことになる。
【００６９】
時間Ｔ2で領域Ｌ3内にある質量電荷比Ｍ３からＭ４のイオンが、検出器に到達可能である場合、イオンは、
【００７０】
【数５】
2014532967.tif 000007
【００７１】
によって示される全エネルギー、Ｅ２tot（単位ｅＶ）で検出器衝突面に向かって加速されることになる。
【００７２】
領域Ｌ3に印加した電圧がＶ6からＶ9に量Ｙ＝５０００Ｖだけ増大した場合、この例では、１４，０００から３０，０００の間の質量電荷比値を有する１価の陽イオンは、１２９５０ｅＶの運動エネルギーで検出器に衝突することになる。したがって、質量電荷比範囲Ｍ３からＭ４内のイオン・エネルギーは、図１Ａに関して記載した従来の方法と比較して４．４倍増大し、検出器におけるイオン−電子変換効率の比例的増加をもたらす。
【００７３】
Ｍ３からＭ４よりも広い質量電荷比範囲は、図１Ｂの方法に従って、時間Ｔ1で電位Ｖ3、Ｖ4およびＶ5をＸ＝１０，０００だけＶ6、Ｖ7およびＶ8に増大することにより１２９５０ｅＶの運動エネルギーに加速できることは了解されよう。しかし、図１Ｂおよび図１Ｃの組合せ方法で示すように、多数のパルスをより低い電圧で使用する利点は、電圧パルス電子機器の費用および電力要件を低減することである。別の利点は、電極に印加する絶対最大電位を最小化でき、それにより高電圧絶縁の要件を単純化することである。
【００７４】
図１Ｂおよび図１Ｃに関して記載した方法によれば、イオンの空間集束条件および飛行時間は、示される質量電荷比の範囲内のイオンでは著しく変化しない。他の質量電荷比値を有するイオンは、検出器に到達できないか、集束から外れる場合がある。さらに、時間Ｔ1またはＴ2で電圧が増加する領域の縁部付近にあるイオンは、高電圧パルスＸおよびＹの立ち上り時間の制限により集束から外れることがある。したがって、好ましい方法では、特定範囲の質量電荷比に対して検出効率を増大することができる。例えばＴＯＦ分析器の上流に配置した質量フィルタを使用することによって、この範囲の質量電荷比を事前選択することが望ましい場合があり、この質量フィルタは、この質量範囲内のイオンのみを分析器内に伝達する。検出効率を増大させて検出される質量電荷比の範囲は、電圧変化が生じる時間Ｔ1および／またはＴ2を変更することによって選択することができる。
【００７５】
好ましい実施形態に適したパルス電源は、すでに市販されている。例えば、モデルＰＶＸ４１１０（Ｄｉｒｅｃｔｅｄ  Ｅｎｅｒｇｙ社、米国コロラド州Ｆｏｒｔ  Ｃｏｌｌｉｎｓ）等、最新技術の±１０，０００Ｖパルス発生器は、６０ｎｓの立ち上がり／立ち下がり時間を有する、２００ｎｓ幅、０から１０，０００Ｖのパルスを１０ＫＨｚで提供することができる。
【００７６】
上記したもの以外の形態、電位およびタイミングが、添付の特許請求の範囲において定義される本発明の範囲から逸脱することなく想定できることは当業者には明らかであろう。
【００７７】
図２Ａから図２Ｃは、本発明の別の実施形態を示す。図２Ａは、イオンが加速領域Ｌ1およびＬ2によって最初に加速されたときの時間Ｔ0での位置エネルギー・プロファイルを示す。図１Ａに関して上記したのと同様にして、イオンは、式（１）で示す運動エネルギーで領域Ｌ2から零電場領域Ｌ3内に入る。時間Ｔ1の後で、質量電荷比範囲Ｍ５からＭ６（但しＭ５＜Ｍ６）を有するイオンは、領域Ｌ1、Ｌ2、Ｌ3、Ｌ4およびＬ5を横断し、反射して検出器に向かって戻され、次に領域Ｌ3に再度入るが、位置２のイオン検出器にはまだ到達していない。これらのイオンは領域Ｌ3の区分を通って進行するが、この区分の電位は、図２Ｂの点線３に示すように量Ｚ1だけ上がる。短い期間の後、質量電荷比範囲Ｍ５からＭ６内のイオンの全てまたは一部が、電位が増大した領域Ｌ3の区分を離れるときにＺ1と等しい加速電位を受け、したがってこれらのイオンの運動エネルギーは量Ｚ1ｅＶだけ増大する。次に、エネルギーが増大したこれらのイオンを、検出器によって以前よりも高い検出効率で検出することができる。しかし、より好ましくは、これらのイオンは、以下で説明するように検出前に再度加速される。
【００７８】
イオンが電位Ｚ1によって加速された後、イオンは領域Ｌ3の第２の区分を通って進行することができる。時間Ｔ2でイオンが領域Ｌ3のこの区分を通って進行するとき、この区分の電位は図２Ｃの点線４で示すようにＺ2Ｖだけ増大する。イオンは、領域Ｌ3の第２の区分を離れるときにイオン検出器の入力部に向けて再度加速される。したがって、検出器に到達するイオンの全エネルギーは、Ｚ1＋Ｚ2ｅＶだけ増大する。
【００７９】
イオンが領域Ｌ3の様々な区分の電位を増大することで２度加速されると説明したが、領域Ｌ3または他の領域のさらなる区分に印加する電位を増大することによってさらなる段の加速を実施することが可能であり、この結果、検出器ではより高いイオン衝撃エネルギーがもたらされ、したがってさらに改良された検出器効率がもたらされることは了解されよう。この方法は、多数の後段加速を使用し、加速を達成するのに中程度の大きさの電圧のみを使用することによって運動エネルギーの大幅な増大を実現できるという利点を有する。多数の区分を実現するために、領域Ｌ3は、電場画定格子によってそれぞれが境界を画定できるいくつかの独立区分に分割することができる。
【００８０】
図２Ｂおよび図２Ｃに関して記載した方法では、好ましくは、選択範囲の質量電荷比を有するイオンのみが、各区分により常時増大する運動エネルギーを有する。このことは、所望のイオンが区分に入る時間と対応するように区分の電位が上昇する時間を選択することによって達成される。非常に高い質量（例えば＞１００ｋＤａから最大メガ・ダルトン、またはさらには最大ギガ・ダルトン範囲まで、およびそれらの範囲を上回る）のイオン分析に関して、非常に高いエネルギーがイオン検出のためにイオンにもたらされることは有利である。したがって、これらのイオンを数十または数百ｋｅＶの運動エネルギーに加速させるために多数の区分を設けることができる。より広範な質量電荷比にわたって検出効率を改良するために、異なる範囲の質量電荷比のイオンを区分により異なる時間で加速させることができる。区分の電位が上昇する時間を、異なる範囲の質量電荷比イオンが区分内にある時間に同期させることができる。したがって、異なる範囲の質量電荷比のイオンは、異なる時間で各区分により加速させることができる。次に、異なる質量電荷比は、向上した検出効率で検出され、得られた質量スペクトルを組み合わせて複合完全質量範囲ＴＯＦスペクトルを形成することができる。
【００８１】
図３は、上記した区分を設けるための電極構造の一実施形態を示す。この構造は、イオンが進行する経路に沿って軸方向に配置した複数の電極セグメント６を提供する。加速領域８は、隣接する各対の電極セグメント６の間に画定される。各セグメントは、イオンが中を進行する多重極ロッド・セットまたは円筒、もしくは開口電極を備えることができる。交互のセグメントがＲＦ電圧源１０の異なる位相、好ましくは電圧源１０の反対の位相に接続される。したがって、所与の電極セグメント６に印加される電位は、対象のイオンがそのセグメント６内にある間に上昇するように時間を決めることができる。例えば、第１のセグメント６ａのＲＦ電位は、対象のイオンがその軸セグメント内にある間に上昇させることができる。対象のイオンは、第１の軸セグメント６ａから出ると、電位差だけ第２の軸セグメント６ｂに向かって加速され、この電位差は、ＲＦ電圧の反対位相が隣接するセグメントに印加されるために、隣接するセグメント６ａとセグメント６ｂとの間に配置されるものである。対象のイオンが第２の軸セグメント６ｂ内に入ると、そのセグメントに印加されるＲＦ電位を増大することができる。イオンが第２の軸セグメント６ｂから出るとき、イオンは、異なるＲＦ位相が第２の軸セグメントおよび第３の軸セグメントに印加されることにより、第２の軸セグメント６ｂと第３の軸セグメント６ｃとの間の電位差によって再度加速される。この加速工程は、さらなる軸セグメント６の間、または全ての隣接する対の軸セグメント６の間で繰り返すことができる。
【００８２】
対象のイオンが軸セグメント６間で加速されるたびに、これらのイオンは、前の軸セグメントを通った速度よりも速い速度で次の軸セグメントを通過することになるのは了解されよう。したがって、ある加速領域８の次に来る各軸セグメント６の長さは、好ましくはその加速領域８より前にある軸セグメント６よりも長くする。これにより、イオンは、次に来る軸セグメントとその次の軸セグメントとの間にＲＦ電圧源１０によって印加される電位差によって、加速領域８の次に来る軸セグメント６から加速すべき正しい時間で出ることが保証される。軸セグメント６の全てが同じ長さを有する場合、速度を増大させる対象のイオンとしては、イオンが、イオンが出る軸セグメントと次の軸セグメントとの間に加速ＲＦ電位差が配置される前に軸セグメント６から早期に出てしまうことになる。このことは、電位差がイオンが出る時間に減速電場をもたらした場合、イオンを減速することすらある。１１個の加速領域８が１２個の軸セグメント６間に設けられ、これらの軸セグメントは、漸進的に長さが増しているのが図３の実施形態からわかる。任意の数の軸セグメント６および加速領域８を設けることができることは了解されよう。
【００８３】
ＲＦ電圧源１０の周波数は、対象のイオンの質量電荷比に基づいて選択することができる。より低い質量電荷比のイオンは、より速くデバイスを通って移動し、こうしたイオンをデバイスに通して駆動させるために、セグメント６に印加すべきより高い周波数のＲＦ電圧を必要とする。一方で、より高い質量電荷比のイオンは、より遅くデバイスを通って移動し、こうしたイオンをデバイスに通して駆動させるために、セグメント６に印加すべきより低い周波数のＲＦ電圧を必要とすることになる。
【００８４】
図示しない実施形態では、軸セグメント６は、同じ長さを有することができ、加速領域８の形態位置は、構造を容易にするために軸経路に沿って等間隔に離間することができる。そのような実施形態では、軸セグメント６に印加されるＲＦ電圧１０の周波数は、システムを通るイオンの飛行時間と共に増大するか、または軸セグメント６に印加されるＲＦ周波数は、対象のイオンがデバイスに沿って追跡されるようにデバイスの長さに沿って増大する。
【００８５】
軸セグメント６は、四重極ロッド・セット等の多重極ロッド・セットであってもよいことが企図される。これにより、デバイスは、所与の質量電荷比でイオンを径方向に集束可能にするだけでなく、イオンを軸方向に加速可能にもする。ＲＦ電圧は、イオンを径方向に閉じ込めるために各軸セグメントの電極（複数可）に印加される。好ましくは、ＲＦ電圧源の異なる位相は、イオンを径方向に閉じ込めるために各軸セグメント６の異なる電極に印加される。例えば、各軸セグメントは、四重極ロッド・セットとすることができ、１対の対向ロッドは、ＲＦ電圧の第１の位相に接続でき、もう１対の対向ロッドは、ＲＦ電圧源の別の位相、好ましくは反対位相に接続することができる。
【００８６】
ＲＦ電圧１０を印加してイオンを軸方向に加速する、とりわけ、異なる質量電荷比のイオンを加速させるためにこのＲＦ電圧１０を走査すると、多くのイオンを失うことがある。一定範囲の質量電荷比にあるイオンのみが、加速電位差が次の加速領域８にわたって配置されると同時に、その加速領域８に連続して到達するようにＲＦ電圧と同期するために、一部のイオンは失われる。したがって、一部のイオンは、ＲＦ電圧１０と位相外れとなり、加速すべき正確な時間で加速領域８に到達しない。このことは、デバイスの感度を比較的低くする場合がある。ＲＦ電圧によってデバイスから搬送されないこれらのイオンを回収し、デバイスの感度を上げるために、ＤＣ遅延電場をデバイスに沿って軸方向に印加することができ、それにより、ＲＦ電圧１０と位相外れであって、デバイスから外れて加速されないイオンは、後で分析されるようにデバイスの入口に向けて強制的に戻される。
【００８７】
図４は、図３の実施形態と同様の好ましい実施形態を示し、各軸セグメント６は、中を貫く開口を有する複数の電極１２から形成される。ＲＦ電圧源１４の異なる位相、好ましくは反対の位相は、隣接する開口電極１２に適用され、それにより、イオンは電極１２によって径方向に閉じ込められ、デバイスの軸に沿って開口を通り進行することができる。
本実施形態では、緩衝ガスを利用してイオンの径方向への閉じ込めを改良するのを助けることができる。第２のＲＦ電圧源１０は、軸セグメント６および加速領域８の位置を画定するために使用される。この実施形態では、第２のＲＦ電圧源１０の第１の位相は、第１の軸セグメント６ａを画定するように最初の３つの開口電極１２に印加される。第２のＲＦ電圧源１０の、第２の、好ましくは反対位相は、第２の軸セグメント６ｂを画定するように次の３つの開口電極１２に印加される。第２のＲＦ電圧源１０の第１の位相は、第３の軸セグメント６ｃを画定するように次の４つの開口電極１２に印加される。第２のＲＦ電圧源１０の第２の位相は、第４の軸セグメント６ｄを画定するように次の４つの開口電極１２に印加される。このパターンは、様々な軸セグメント６を画定するようにデバイスに沿って継続する。加速領域８は、隣接する軸セグメント６の各対の間を画定し、図３に関して記載したように動作する。これにより、対象のイオンをデバイスの右に向けた矢印によって図４で表す方向に加速させる。さらに、図３に関して上記したように、各軸セグメント６の長さは、漸進的に長くなり、対象のイオンがデバイスを通過するときに進行する増加速度を反射することができる。所与の軸セグメント６の長さは、選択した数の隣接する開口電極１２に第２のＲＦ電圧源１０の所与の位相を印加することによって容易に選択することができる。
【００８８】
上述のように、一部のイオンはＲＦ軸加速電圧１０と位相外れとなり、加速すべき正確な時間で加速領域８に到達しない。この実施形態では、ＤＣ遅延電場は、ＲＦ軸加速電圧１０と位相外れであるイオンがデバイスの始めに戻るようにデバイスに沿って軸方向に印加することができる。ＤＣ電場は、図４でデバイスの左に向けた矢印によって表される。ＤＣ電場は、異なる軸セグメント６の電極１２に異なるＤＣ電圧を印加することによって配置することができる。異なるＤＣ電圧は、ＤＣ電場をデバイスに沿って配置するために各軸セグメント６内の異なる電極１２に印加することもできる。
【００８９】
図５は、イオンの質量電荷比に応じて、イオンが好ましい実施形態のデバイスを通って進行した軸方向距離を示す。データは、ＳＩＭＩＯＮモデルによるものであり、デバイスは、ＲＦ電場の５ｍｍ区分、その後のＤＣ遅延電場の５ｍｍ区分により周期的とみなされる。モデル・パラメータは、ＲＦ加速電圧源が２５０ｋＨｚの周波数を有する、すなわち質量電荷比５００を有するイオンを同調するように入力した。このＲＦ電圧源は、−４３５９Ｖ／ｍのピーク電場を有する正弦パルスであるとみなされた。イオンは、最初は１０ｅＶの運動エネルギーを有する位相０にあるとみなされた。このことは、質量５００を有するイオンがＲＦ位相の半ばでデバイスに沿って５ｍｍ進行する結果をもたらす。この例では、次に、遅延ＤＣ電場は、これらのイオンを次の５ｍｍにわたって、および同じ時間量の間、最初の速度に戻るように減速させる。最初の５ｍｍ領域（ｄ1）にわたる運動エネルギー利得は、２Ｖｄ1／ｐｉであるので、次の５ｍｍ領域ｄ2にわたる電位差が最初の運動エネルギーに戻るようにイオンを回復させることが望ましいことがある。この特別な解決策では、イオンが１つの完全加速／減速周期にわたって最初の運動エネルギーに回復すると、これらのイオンの速度に対する正味の変化はない。したがって、これらのイオンは、加速すべき正しい時間で次の加速領域に到達し、このようにデバイスを通って伝播し続ける。図５は、質量５００を有するこれらのイオンがデバイスを通って長い軸方向距離を伝播することを示す。他の質量のイオンは、加速領域に正しい時間で継続的に到達してデバイスを通って動き続けるようにデバイスを通って伝播しない。したがって、これらのイオンがデバイスを通って伝播する最大距離は、質量５００を有するイオンの最大距離よりも少ない。
【００９０】
同様に、ＲＦ電圧源の周波数が改変されると、５００の質量を有するイオンは、加速領域に正しい時間で継続的に到達してデバイスを通って動き続けるようにデバイスを通って伝播しない。図５は、ＲＦ電圧源の周波数が２５０ｋＨｚから２４９ｋＨｚまたは２５１ｋＨｚのいずれかに同調した場合に、所与の質量のイオンがデバイスを通って伝播することになる最大距離が変化することを示す。したがって、デバイスを通る最大伝播距離がイオン質量およびＲＦ電圧源の周波数に応じて変動することは明らかである。したがって、ＲＦ電圧源の周波数を同調することによって、イオンをフィルタリングすることができ、所望の質量のイオンをデバイスの所望の部分に移動させるかまたはデバイスから離すことができることを了解されよう。
【００９１】
図６は、図４に関して上記した積層リング・イオン・ガイドに対する代替実施形態を示す。この実施形態では、デバイスは、ＲＦ電位がイオンを径方向に閉じ込めるように印加される四重極ロッド・セット２０を備える。ロッド・セットの各ロッドは、イオンを軸方向に加速するための正弦形加速羽根２２を備える。図４に関して上記したようにＤＣ遅延電場を設けるのが望ましい場合、ロッド・セットは、異なるＤＣ電位が異なる軸セグメントに印加されてＤＣ遅延電場を発生できるように軸方向にセグメント化することができる。
【００９２】
本発明を好ましい実施形態を参照しながら説明してきたが、様々な形状および詳細の変更を添付の特許請求の範囲に示す本発明の範囲から逸脱することなく行うことができることは当業者には理解されよう。
【００９３】
例えば、本発明は、反射またはイオン・ミラーのない直線飛行時間型システムに適用可能であることも理解されよう。
【００９４】
上記した形態は、直線であるが、加速領域は、円形アレイ等の非直線アレイで配置できることも企図される。例えば、円形サイクロトロン・デバイスを、イオン・エネルギーを増大するために利用することができる。
【００９５】
様々な異なる種類の質量分析計が本発明から利益を得ることを了解されよう。例えば、本発明は、四重極直交加速ＴＯＦシステムおよび軸方向ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦシステムに特に有益であるが、他の種類の質量分析計および検出器を利用することもできる。
【００９６】
本明細書に記載の方法をガス充填コリジョン・セルの衝突誘導解離（ＣＩＤ）または表面誘導解離（ＳＩＤ）に先立って質量分析計内で使用して、プリカーサー・イオンの運動エネルギーを増加できることも企図される。次に、得られる娘イオンを質量分析器、例えばＴＯＦで質量分析することができる。
【図１Ａ】
2014532967.tif 000008
【図１Ｂ】
2014532967.tif 000009
【図１Ｃ】
2014532967.tif 000010
【図２Ａ】
2014532967.tif 000011
【図２Ｂ】
2014532967.tif 000012
【図２Ｃ】
2014532967.tif 000013
【図３】
2014532967.tif 000014
【図４】
2014532967.tif 000015
【図５】
2014532967.tif 000016
【図６】
2014532967.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成26年7月2日(2014.7.2)
【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】
イオンが加速電極と検出器との間を通り進行する飛行領域を設けることであって、電圧パルスを前記加速電極に印加することによってイオンが前記飛行領域内で加速される、飛行領域を設けることと、
イオンが前記検出器に向かって進行するように前記飛行領域に沿って電位プロファイルを維持することであって、異なる質量電荷比の範囲を有するイオンは、前記飛行領域内に通され、前記検出器に向かって進行するときに質量電荷比に従って空間的に分離される、電位プロファイルを維持することと、
少なくとも一部のイオンが第１の長さの飛行領域内を進行している間に、前記第１の長さの前記飛行領域が維持する電位を第１の電位から第２の電位に変更することと
を含む質量分析方法であって、前記変更した電位は、前記長さの飛行領域の出口に第１の電位差を与え、それにより、前記少なくとも一部のイオンは、前記長さの飛行領域を離れるときに前記電位差により加速され、運動エネルギーを増加させて前記検出器に到達し、それらイオンのイオン検出効率を増加させるようにする、質量分析方法。
【請求項２】
前記第１の長さの飛行領域が維持する前記電位は、前記第１の長さの飛行領域と前記検出器との間に前記電位差を与えるように前記検出器が維持する電位と比較して変更される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の長さの飛行領域が維持する前記電位は、前記第１の長さの飛行領域と前記第２の長さ飛行領域との間に前記電位差を与えるように下流の第２の長さの前記飛行領域が維持する前記電位と比較して変更される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の長さの飛行領域の前記電位は、比較的低い質量電荷比のイオンが前記第１の長さの飛行領域を通って出る間は前記電位差が比較的小さくまたは前記電位差がないように設定され、比較的高い質量電荷比のイオンが前記第１の長さの飛行領域を通って出るときに前記電位差が比較的高く設定されるように時間で変動する、請求項１から３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
イオンが前記第１の長さの飛行領域内を進行している間に前記第１の長さの飛行領域が維持する前記電位を前記第２の電位から第３の電位に変更することを含み、
前記変更した電位は、前記第１の長さの飛行領域の出口に第２の電位差を与え、それにより、イオンは、前記第１の長さの飛行領域を離れるときに前記第２の電位差により加速される、請求項１から４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記飛行領域にイオン・ミラーを設けること含み、
イオンが前記イオン・ミラーに向かって進行するときに、イオンが第１の方向で前記第１の長さの飛行領域を通り前記第１の長さの飛行領域の第１の端部に進行するようにし、前記イオンは、前記ミラーによって反射された後および前記検出器に向かう途中、第２の方向で前記第１の長さの飛行領域を通り前記第１の長さの飛行領域の第２の端部に進行し、
前記第１の長さの飛行領域が維持する前記電位を変更する前記ステップは、前記第１の長さの飛行領域の前記第２の端部に前記第１の電位差を与え、イオンは、前記第２の方向で前記第１の長さの飛行領域を通って進行するように前記イオン・ミラーによって反射され、次に、前記イオンは、前記第２の端部を通って前記第１の長さの飛行領域を離れ、前記検出器に向かって進行するときに前記第１の電位差により加速される、請求項１から５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
少なくとも一部のイオンがさらなる長さの飛行領域内を進行している間に前記さらなる長さの飛行領域が維持する前記電位を変更することを含み、
前記さらなる長さの飛行領域は、前記第１の長さの飛行領域に対して異なる軸方向位置の前記飛行領域にあり、前記変更した電位により、さらなる電位差が前記さらなる長さの飛行領域の出口に配置されることになり、それにより、少なくとも一部のイオンは、前記さらなる長さの飛行領域を離れるときに前記さらなる電位差により加速される、請求項１から６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
軸方向に離間した電極は、前記飛行領域の軸方向長さに沿って配置され、ＤＣ電位は、イオンが前記電位差（複数可）によって加速される方向とは反対である軸方向でイオンに力を及ぼすＤＣ軸方向電場を生成するように前記電極に印加され、
前記第１の長さの飛行領域の前記電位および／または前記さらなる長さの飛行領域の前記電位は、選択範囲の質量電荷比のイオンを前記第１の電位差および／または前記さらなる電位差によって一方向に加速するように時間で変動され、他の質量電荷比を有するイオンは、ＤＣ軸方向電場によって別の方向に駆動される、請求項１から７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記第１の長さの飛行領域および／または前記さらなる長さの飛行領域は、零電場領域であり、前記長さの飛行領域が維持する前記電位を変更する前記ステップは、前記長さの飛行領域を零電場領域として維持することを含む、請求項１から８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
軸方向電圧勾配は、前記第１の長さの飛行領域および／または前記さらなる長さの飛行領域に沿って配置され、前記長さの飛行領域が維持する前記電位を変更することは、前記電圧勾配を一定に維持しながら前記電圧勾配を形成する前記電圧の大きさを変更することを含む、請求項１から８のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
イオンが前記第１の長さの飛行領域および／または前記さらなる長さの飛行領域を通って進行する間に前記第１の長さの飛行領域および／または前記さらなる長さの飛行領域の前記電位を変更することは、イオンが前記第１の長さの飛行領域および／または前記さらなる長さの飛行領域を通って進行するときにイオンの運動エネルギーは増大させず、イオンの位置エネルギーを増大させる、請求項１から１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
前記イオン検出器は一定の電位で維持される一方で、前記第１の長さの飛行領域および／または前記さらなる長さの飛行領域に印加される前記電位は変更される、請求項１から１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
加速電極と、
検出器と、
イオンが前記加速電極と前記検出器との間を通り進行する飛行領域と、
電圧パルスを前記加速電極に印加することによって前記飛行領域内でイオンを加速し、
使用時にイオンが前記検出器に向かって進行するように前記飛行領域に沿って電位プロファイルを維持し、ここで、異なる質量電荷比の範囲を有するイオンは、前記飛行領域内に通され、前記検出器に向かって進行するときに質量電荷比に従って空間的に分離され、
少なくとも一部のイオンが第１の長さの飛行領域内を進行している間に前記第１の長さの飛行領域が維持する電位を第１の電位から第２の電位に変更するように配置、構成した制御手段とを含む飛行時間型質量分析計であって、
前記変更した電位は、前記長さの飛行領域の出口に第１の電位差を与え、それにより、前記少なくとも一部のイオンは、前記長さの飛行領域を離れるときに前記電位差により加速され、運動エネルギーを増加させて前記検出器に到達し、それらイオンのイオン検出効率を増加させるようにする、飛行時間型質量分析計。
【請求項１４】
イオンが中を進行する飛行領域、およびフラグメンテーション・デバイスを設けることと、
親イオンまたはプリカーサー・イオンが前記フラグメンテーション・デバイスに向かって進行するように前記飛行領域に沿って電位プロファイルを維持することと、
少なくとも一部の前記イオンが第１の長さの前記飛行領域内を進行している間に前記長さの飛行領域が維持する前記電位を第１の電位から第２の電位に変更することとを含む質量分析方法であって、
前記変更した電位は、前記長さの飛行領域の出口に第１の電位差を与え、それにより、前記少なくとも一部のイオンは、前記長さの飛行領域を離れるときに前記電位差により加速され、その結果、前記イオンは、エネルギーおよび中のフラグメントを増大させて前記フラグメンテーション・デバイスに到達するようにする、質量分析方法。
【請求項１５】
使用時にイオンが中を進行する飛行領域と、
フラグメンテーション・デバイスと、
使用時に親イオンまたはプリカーサー・イオンが前記フラグメンテーション・デバイスに向かって進行するように前記飛行領域に沿って電位プロファイルを維持し、
少なくとも一部の前記イオンが第１の長さの前記飛行領域内を進行している間に前記長さの飛行領域が維持する電位を第１の電位から第２の電位に変更するように配置、構成した制御手段とを含む質量分析計であって、
前記変更した電位は、前記長さの飛行領域の出口に第１の電位差を与え、それにより、前記少なくとも一部のイオンは、イオンが前記長さの飛行領域を離れるときに前記電位差により加速され、その結果、前記イオンは、エネルギーおよび中のフラグメントを増大させて前記フラグメンテーション・デバイスに到達するようにする、質量分析計。
【国際調査報告】
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