(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオントラップであって、前記イオントラップは、
２つの実質的に平行な電極アレイを備え、トロイダル又は環状イオン閉じ込め体積をそれら間に画定するように離間され、
前記イオントラップは、更に前記トロイダル又は環状イオン閉じ込め体積内で前記アレイに実質的に平行な方向に、イオンを閉じ込めるように作用するＤＣポテンシャル井戸を生成するために、１つ以上のＤＣ電圧を前記電極に印加するように配置及び適合される装置を備え、
各アレイは前記アレイの２つの端部の間に配置される複数の電極を備え、前記ＤＣポテンシャル井戸は各アレイの前記２つの端部の間の方向にイオンを閉じ込めるように作用し、
前記イオントラップは更に、前記トロイダル又は環状イオン閉じ込め体積からイオンを非質量選択的に放出するように配置及び適合される制御システムを備え、
前記制御システムは、非質量選択的にイオントラップの出口からイオンを、前記ＤＣポテンシャル井戸を除去すること若しくは低下させることにより、又は前記イオンと前記出口との間の前記ＤＣポテンシャル井戸の一部を除去することにより、そして前記イオン閉じ込め体積の外へ及び前記出口の外へ前記イオンを放出する１つ以上の電位を電極に印加することにより、放出する、
イオントラップ。
【請求項２】
各電極アレイの前記電極は、前記アレイの２つの端部の間に並列配列で配置され、前記電極は前記アレイの前記２つの端部に平行に、又は前記アレイの前記２つの端部の間の方向へ延在して配置される、請求項１記載のイオントラップ。
【請求項３】
前記電極アレイは、前記装置の中心軸の周りに延在するトロイダル又は環状イオン閉じ込め体積を画定し、各アレイの前記２つの端部は半径方向内側端部及び半径方向外側端部である、請求項１又は２記載のイオントラップ。
【請求項４】
前記平行な電極アレイの各々は管状又は円錐状であり、及び前記電極アレイの１つは前記他の電極アレイ内で同心円状に配置され、それらの間に前記トロイダル又は環状イオン閉じ込め体積を画定する、請求項１記載のイオントラップ。
【請求項５】
前記管状又は円錐状アレイは同軸である中心軸を有し、及び前記中心軸から実質的に半径方向に延在する方向にイオンを閉じ込めるために、前記イオントラップは１つ以上のＲＦ又はＡＣ電圧を前記電極に印加する装置を備える、請求項４記載のイオントラップ。
【請求項６】
各電極アレイは中心軸及び２つの端部を有し、及び前記２つの端部は前記中心軸に沿って異なる位置に配置される、請求項４又は５記載のイオントラップ。
【請求項７】
前記管状又は円錐状アレイは同軸である中心軸を有し、及び前記ＤＣポテンシャル井戸は前記中心軸に沿って延在する方向にイオンを閉じ込めるよう作用する、請求項４〜６のいずれか一項記載のイオントラップ。
【請求項８】
前記管状アレイ又は円錐状アレイは、より広い端部からより狭い端部に次第に細くなり、及びイオンは前記イオン閉じ込め体積から、前記アレイの1つから前記アレイの他のアレイへ延在する方向に対して実質的に垂直な方向へ、及び前記より広い端部から前記より狭い端部へ向かう方向へ放出される、請求項４〜７のいずれか一項記載のイオントラップ。
【請求項９】
前記複数の電極、又は各電極アレイは、複数の閉ループ電極、円形電極、環状電極、長円形又は楕円形電極を備える、請求項１〜８のいずれか一項記載のイオントラップ。
【請求項１０】
前記１つ以上の電位は、前記イオンを前記出口の外へ放出するＤＣポテンシャルの勾配を形成する、請求項１記載のイオントラップ。
【請求項１１】
前記制御システムは、前記トロイダル又は環状イオン閉じ込め体積からイオンを放出するように配置及び適合され、前記イオンは前記トロイダル又は環状イオン閉じ込め体積より小さいイオン体積に集束される、請求項１〜１０のいずれか一項記載のイオントラップ。
【請求項１２】
前記トロイダル又は環状トラップ領域は中心軸の周りに延在し、及び前記制御システムは、前記トロイダル又は前記環状イオン閉じ込め体積から非質量選択的に放出されたイオンを、前記中心軸に沿って前記イオントラップから軸方向に抜け出させるように配置及び適合され、
前記トラップは、イオンを前記中心軸に沿って前記イオントラップから出射させるように配置される１つ以上の偏向電極及び／又は１つ以上の引き出し電極を備える、請求項１〜１１のいずれか一項記載のイオントラップ。
【請求項１３】
前記トロイダル又は環状トラップ領域は、第1の平面内に配置され、及び前記１つ以上の偏向電極は前記第1平面の一方の側に配置され、及び／又は前記１つ以上の引き出し電極は前記第１の平面の他方の側に配置される、請求項１２記載のイオントラップ。
【請求項１４】
前記複数の電極は、第1及び第２の電極アレイを備え、前記第1の電極アレイは第１の内側円錐状配置で配置され、前記第２の電極アレイは第２の外側円錐状配置で配置される、請求項１〜１３のいずれか一項記載のイオントラップ。
【請求項１５】
前記イオントラップ内で前記第１の内側円錐状配置の表面に対して実質的に垂直な方向に、及び／又は前記第２の外側円錐状配置の表面に対して実質的に垂直な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井戸を生成するために、ＲＦ電圧を前記第１及び／又は第２の電極アレイに印加するように配置及び適合される装置を備え、及び／又は、前記イオントラップ内で前記第１の内部円錐状配置の表面に平行な方向に、及び／又は前記第２の外部円錐状配置の表面に平行な方向にイオンを閉じ込めるように作用するＤＣポテンシャル井戸を生成するために、ＤＣ電圧を前記第1及び／又は第２の電極アレイに印加するように配置及び適合される、請求項１４記載のイオントラップ。
【請求項１６】
動作が放出モードの間、前記イオントラップから放出されるイオンは、それらの質量、質量電荷比又は飛行時間に従って分離される、請求項１〜１５のいずれか一項記載のイオントラップ。
【請求項１７】
前記制御システムは、
（ｉ）ＤＣ電界パルスを印加してイオンを前記イオントラップから放出させるように、配置及び適合される、請求項１〜１６のいずれか一項記載のイオントラップ。
【請求項１８】
請求項１〜１７のいずれか一項記載のイオントラップ又は反応若しくはフラグメンテーション装置を備える質量及び/又はイオン移動度分光計。
【請求項１９】
質量及び／又はイオン移動度分光法の方法であって、前記方法は、
２つの離間された実質的に平行な電極アレイの間に画定されたトロイダル又は環状イオン閉じ込め体積内にイオンをトラップする工程と、
前記トロイダル又は環状イオン閉じ込め体積内で前記アレイに実質的に平行な方向にイオンを閉じ込めるように作用するＤＣポテンシャル井戸を生成する工程と、を備え、各アレイは前記アレイの２つの端部の間に配置された複数の電極を備え、及び前記ＤＣポテンシャル井戸は各アレイの前記２つの端部の間の方向にイオンを閉じ込めるように作用し、
前記方法は、更に、前記ＤＣポテンシャル井戸を除去すること若しくは低下させることにより、又は前記イオンとイオントラップの出口との間の前記ＤＣポテンシャル井戸の一部を除去することにより、そして前記イオン閉じ込め体積の外へ及び前記出口の外へ前記イオンを放出する１つ以上の電位を電極に印加することにより、前記出口を介して、前記トロイダル又は環状イオン閉じ込め体積から非質量選択的にイオンを放出する工程を備える、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は２０１３年３月１３日に出願された英国特許出願第１３０４５２８.１、及びに２０１３年３月１３日に出願された欧州特許出願第１３１５９０７０.５号の優先権及び利益を主張する。当該出願の全内容はここに引用することにより明確に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、イオントラップ、反応又はフラグメンテーション装置、質量分析計、質量分析の方法、トロイダルイオントラップ及びイオンをトラップする方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
米国特許第６８７２９３８号（特許文献１）及び米国特許第７４２５６９９号（特許文献２）の各々は、静電イオントラップ又は質量分析計にイオンを導入する方法を開示する。Ｃ−トラップとして知られている湾曲したＲＦ閉じ込めロッドセットを備える記憶装置が提供され、Ｃ−トラップ内で入射端及び出射端でトラップ電圧を印加することによりイオンをトラップする。しかしながら、Ｃ−トラップには、空間電荷効果によりトラップ能力が制限されるという問題がある。これは、下流の静電イオントラップ又は質量分析計の性能を制限する。
【０００４】
国際公開第２０１３／０２７０５４号（特許文献３）は、図１１Ａ及び図１１Ｂに関連して、トロイダルＤＣポテンシャル井戸中にイオンをトラップするイオントラップ質量分析計を開示している。イオンは、質量選択的に装置から半径方向に放出される。より具体的には、励起場は装置に印加され、特定の質量電荷比のイオンをＤＣポテンシャル井戸から装置の中心に向って半径方向内側へ励起する。そして、励起場を変化させて、質量選択的に異なる質量電荷比のイオンを放出する。しかしながら、装置は、質量選択的に特定の質量電荷比のイオンを任意の時点で放出するように具体的に構成されるので、装置はさまざまな質量電荷比を有するイオンの大きなイオン集団を同時に放出することはできない。従って、大きなイオン集団を同時に放出することができないため、装置はトロイダルトラップ領域が提供する大規模なトラップ体積を完全には活用できない。更に、イオンをイオントラップから放出するためにイオンをＤＣポテンシャル井戸の外へ励起しなければならないので、これにより下流トラップやトラップから放出されたイオンの処理が複雑になる場合がある。
【０００５】
Daniel E. Austinらによる"Halo Ion Trap Mass Spectrometer", Analytical Chemistry, vol. 79, no. 7, 1 April 2007, ページ2927-2932（非特許文献１）も、イオンを質量選択的に半径方向に放出するトロイダルイオントラップ質量分析計を開示している。異なるＲＦ電圧を電極に印加することにより、装置内にトロイダルトラップ場を配置する（序論と２９２９頁、第１段落右欄を参照）。ＲＦ励起場を装置に印加し、質量選択的にイオンをトロイダルトラッピング場から検出器に向って放出する（２９２９ページ、右欄第１段落、及び２９３１ページの２つの欄にまたがる段落を参照）。従って、この装置は国際公開第２０１３／０２７０５４号（特許文献３）に関連して上述したものと同様の問題を有している。更に、ＲＦ電圧を使用してトロイダルトラップ領域と放出場の両方を形成することにより装置を複雑にしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第６８７２９３８号
【特許文献２】米国特許第７４２５６９９号
【特許文献３】国際公開第２０１３／０２７０５４号
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Daniel E. Austinらによる"Halo Ion Trap Mass Spectrometer", Analytical Chemistry, vol. 79, no. 7, 1 April 2007, ページ2927-2932
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従って、改良されたイオントラップ、分光計及び分光方法を提供することが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の態様によれば、本発明はイオントラップを提供し、イオントラップは、
中心軸の周りに延在するトロイダル又は環状イオン閉じ込め体積を画定する複数の電極と、
前記トロイダル又は環状イオン閉じ込め体積内で半径方向にイオンを閉じ込めるように作用するＤＣポテンシャル井戸を生成するために、１つ以上のＤＣ電圧を前記複数の電極へ印加するように配置及び適用される第１の装置と、を備え、前記半径方向は実質的に中心軸に垂直であり、
イオントラップは、更に前記トロイダル又は環状イオン閉じ込め体積から非質量選択的にイオンを放出するように、配置及び適用される制御システムを備える。
【００１０】
国際公開第２０１３／０２７０５４号（特許文献３）及びAustin（非特許文献１）らの上述の配列とは対照的に、本発明はトロイダル又は環状イオン閉じ込め体積から非質量選択的にイオンを放出する。このように、異なる質量電荷比のイオンを本発明のイオントラップから同時に放出することができる。従って、この装置は大きなイオン集団を実質的に瞬時に放出することができ、及びこれによりトロイダルトラップ領域が提供する大きなトラッピング体積を完全に利用することができる。例えば、大きなイオン集団を、実質的にほぼ瞬時に質量若しくはイオン移動度分析計、イオンガイド又はイオントラップ装置等の下流の装置に放出することができる。
【００１１】
前記ＤＣポテンシャル井戸は、半径方向に成分を有する方向にイオンを閉じ込めることができる、又は前記ＤＣポテンシャル井戸はイオンを半径方向にだけ、又は完全に半径方向に閉じ込める。
【００１２】
第２の態様によれば、本発明はイオントラップを提供し、イオントラップは、
２つの実質的に平行な電極アレイを備え、その電極は離間され、それらの間にトロイダル又は環状イオン閉じ込め体積を画定し、
イオントラップは、更に前記トロイダル又は環状イオン閉じ込め体積内で前記アレイに実質的に平行な方向にイオンを閉じ込めるように作用するＤＣポテンシャル井戸を生成するために、１つ以上のＤＣ電圧を前記電極へ印加するように配置及び適合される装置を備え、各アレイはアレイの２つの端部との間に配置された複数の電極を備え、そして前記ＤＣポテンシャル井戸は各アレイの前記２つの端部の間の方向にイオンを閉じ込めるように作用し、
イオントラップは、更に前記トロイダル又は環状イオン閉じ込め体積から非質量選択的にイオンを放出するように配置及び適合される制御システムを備える。
【００１３】
各電極アレイ内の電極は、アレイの２つの端部の間に並列配列で配置され、電極はアレイの２つの端部に平行に配置され又はアレイの２つの端部の間の方向に延在してもよい。
【００１４】
前記電極アレイは装置の中心軸の周りに延在するトロイダル又は環状イオン閉じ込め体積を画定し、各アレイの前記２つの端部は好ましくは半径方向内側の端部及び半径方向外側の端部である
【００１５】
イオントラップは、好ましくは、１つ以上のＲＦ又はＡＣ電圧を前記電極に印加するための装置を備え、前記の各々に実質的に垂直に延びる方向に、及び前記電極アレイ間に延びる方向にイオンを閉じ込める。
【００１６】
好ましくは、各電極アレイは、実質的に平坦又は平面である。
【００１７】
電極アレイの１つの及び／又は他の電極アレイは、好ましくは環状、円形状又はディスク状である。
【００１８】
電極アレイの１つの及び／又は他の電極アレイは、湾曲、管状又は円錐状の構造であってもよい。
【００１９】
平行な電極アレイの各々は、管状又は円錐状であってもよく、及び電極アレイの１つを他の電極アレイ内で同心円状に配置することができ、前記トロイダル又は環状イオン閉じ込め体積をそれらの間に画定する。
【００２０】
筒状アレイ又は円錐アレイの中心軸は、好ましくは同軸であり、及び前記中心軸から実質的に半径方向に延在する方向にイオンを閉じ込めるために、イオントラップは１つ以上のＲＦ又はＡＣ電圧を前記電極に印加する装置を備える。
【００２１】
各電極アレイは、好ましくは、中心軸及び２つの端部を有し、前記２つの端部は中心軸に沿って異なる位置に配置される。
【００２２】
管状アレイ又は円錐アレイの中心軸は、好ましくは同軸であり、ＤＣポテンシャル井戸は前記中心軸に沿って延在する方向にイオンを閉じ込めるように作用する。
【００２３】
管状アレイ又は円錐アレイは、好ましくは広い端部から狭い端部に次第に細くなり、好ましくは前記イオン閉じ込め体積から、前記アレイの１つから前記アレイの他のアレイへ延在する方向に対して実質的に垂直な方向に、かつ前記より広い端部から前記より狭い端部へ向かう方向へ、イオンを放出する。
【００２４】
好ましくは、前記イオン閉じ込め体積から、前記アレイの１つから他の前記アレイへ延在する方向に対して実質的に垂直な方向に、イオンを放出する。
【００２５】
前記ＤＣポテンシャル井戸は、好ましくは前記トロイダル又は環状イオン閉じ込め体積内において、前記アレイの１つから前記アレイの他のアレイへ延在する方向に対して実質的に垂直な方向に、イオンを閉じ込めるように作用する。
【００２６】
前記複数の電極、又は前記電極アレイは、好ましくは装置の中心軸の周りに延在するトロイダル又は環状イオン閉じ込め体積を画定し、前記ＤＣポテンシャル井戸は前記中心軸から半径方向に延在する方向にイオンを閉じ込めるように作用することができる。
【００２７】
前記複数の電極、又は電極の各アレイは、好ましくは複数の閉ループ電極、円形電極、環状電極、長円形電極、楕円形電極又は螺旋形電極を備える。
【００２８】
複数の電極、又は各アレイ内の電極は、好ましくは共通の中心軸の周りに延在する。
【００２９】
上述したように、トロイダル又は環状トラップ領域は中心軸の周りに延在することができ、複数の電極のうちの異なる電極は中心軸から異なる距離に配置されてもよい。
【００３０】
電極アレイが管状又は円錐状である実施形態では、閉ループ電極、環状電極、円形電極、長円形電極又は楕円形電極は好ましくは各管状又は円錐状アレイの中心軸に沿って互いに変位している。
【００３１】
前記制御システムは、好ましくは前記ＤＣポテンシャル井戸を除去することにより、又はイオンと出口の間の前記ＤＣポテンシャルの一部を除去することにより、そして前記イオン閉じ込め体積の外へ、そして前記出口の外へイオンを出す１つ以上の電位を電極に印加することにより、非質量選択的にイオントラップの出口を通ってイオンを放出する。前記１つ以上の電位は、好ましくは出口の外へイオンを出すＤＣポテンシャルの勾配を形成する。１つ以上の電位は前記出口からイオンを追い出し、イオン引き出し場を形成する。これらの電位を、好ましくは前記複数の電極に、又は前記電極アレイに印加する。イオン引き出し場は、好ましくはＤＣ引き出し場である。
【００３２】
引き出し場は、好ましくは装置の中心軸に向かって半径方向内側にイオンを動かす、即ち、放出されたイオンの運動の少なくとも１つの成分は中心軸に向っている。
【００３３】
好ましくは、イオントラップ内の実質的に全てのイオンを実質的に同時に又は同じイオン放出パルスでイオントラップから放出し、及び／又はさまざまな質量電荷比を有するイオンを実質的に同時に又は同じイオン放出パルスでイオントラップから放出し、及び／又はさまざまな質量電荷比を有するイオンを実質的に同時に又は同じイオン放出パルスでイオントラップから放出し、放出された最大質量電荷比の放出された最小質量電荷比に対する比は、＞１．１、＞１．２、＞１．４、＞１．６、＞１．８、＞２、＞２．５、＞３、＞４、＞５、又は＞１０から選択される。
【００３４】
イオントラップから放出されたイオンは、好ましくは、下流のイオンガイド、イオントラップ、質量又はイオン移動度分光計の中に導かれ、又は検出計に導かれる。
【００３５】
好ましくは、前記トロイダル又は環状イオン閉じ込め体積からイオンを放出するように前記制御システムを配置及び適合し、前述のトロイダル又は環状イオン閉じ込め体積より小さいイオン体積にイオンを集束する。
【００３６】
トロイダル又は環状トラップ領域は中心軸の周りに延在し、前記制御システムは、好ましくは、非質量選択的にトロイダル又は環状イオン閉じ込め体積から放出されたイオンが前記中心軸に沿って前記イオントラップから軸方向に抜け出すように配置及び適合される。イオンが中心軸に沿ってイオントラップから出射できるように、１つ以上の偏向電極、及び／又は１つ以上の引き出し電極を配置することができる。イオンは、好ましくは、中心軸に沿って一方向にだけイオントラップから出射する。
【００３７】
トロイダル又は環状トラップ領域を、好ましくは、第１の平面内に配置し、及び前記１つ以上の偏向電極を前記第１の平面の一方の側に配置することができ、及び／又は前記１つ以上の引き出し電極を前記第１の平面の他方の側に配置することができる。
【００３８】
偏向電極は、好ましくはイオンを反発し、引き出し電極は好ましくはイオンを引き付ける。
【００３９】
複数の電極は、好ましくは第１及び／又は第２の電極アレイを備える。
【００４０】
第１及び／又は第２の電極アレイは、円形電極、楕円形電極、湾曲電極又はらせん電極アレイを備えることができる。
【００４１】
複数の電極は、好ましくは第１及び／又は第２の電極アレイを備え、第１及び／又は第２の電極アレイは、中央開口部を備えてもよい。必要に応じて、イオンをイオントラップから放出し、その後開口部の１つ又両方を通って導く。
【００４２】
前記第１の電極アレイは、好ましくは第１の平面内に配置され、前記第２の電極アレイは、好ましくは第２の平面内に配置され、前記第１及び第２の平面は、好ましくは実質的に平行である。
【００４３】
好ましくは前記第１及び第２の電極アレイとの間にトロイダル又は環状イオン閉じ込め体積を形成することが好ましい。
【００４４】
複数の電極は、好ましくは中心軸の周りに延在する第１及び第２の電極アレイを備える。イオントラップは、更にＲＦ電圧を前記第１及び／又は第２の電極アレイに印加するように配置及び適合される装置を備え、装置は前記中心軸に沿う軸方向に前記イオントラップ内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井戸を生成する。
【００４５】
複数の電極は、好ましくは第１及び／又は第２の電極アレイを備え、及び半径方向にイオンを閉じ込めるように作用する前記ＤＣポテンシャル井戸を生成するように、前記装置はＤＣ電圧を前記第１及び／又は第２の電極アレイに印加するように配置及び適合されることができる。
【００４６】
複数の電極は、好ましくは第１及び／又は第２の電極アレイを備え、前記第１の電極アレイは、第１の内側円錐状配置に配置され、前記第２の電極アレイは第２の外側円錐状配置に配置されている。前記トロイダル又は環状イオン閉じ込め体積を、前記第１の内側円錐状配置と前記第２の外側円錐状配置との間に形成することができる。
【００４７】
イオントラップは、前記イオントラップの環状領域からイオンを放出するように配置される１つ以上の偏向電極、及び／又は１つ以上の引き出し電極を備えることができる。
【００４８】
イオントラップは、好ましくは、ＲＦ電圧を前記第１及び／又は第２の電極アレイに印加するように配置及び適合される装置を備え、装置は前記第１の内側円錐状配置の表面に対して実質的に垂直な方向に、及び／又は前記イオントラップ内の前記第２の外側円錐状配置の表面に対して実質的に垂直な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井戸を生成する。
【００４９】
制御システムは、（ｉ）前記複数の電極に印加するＤＣ電圧及び／又はＲＦ電圧の振幅を低減又は変化させることにより、及び／又は（ｉｉ）ＤＣポテンシャル井戸又は疑似ポテンシャル井戸を低下させ、除去し又は変化させることにより、及び／又は（ｉｉｉ）引き出しＤＣポテンシャルに対してＤＣポテンシャル井戸を変化させることにより、のいずれかによって、好ましくは前記イオントラップからイオンを引き出すように配置及び適合される。
【００５０】
装置は、好ましくは、前記イオントラップ内で前記第１の内部円錐状配置の表面に平行な方向に、及び／又は前記第２の外部円錐状配置の表面に平行な方向にイオンを閉じ込めるように作用するＤＣポテンシャル井戸を生成するために、ＤＣ電圧を前記第１及び／又は第２の電極アレイに印加するように配置及び適合される。
【００５１】
ＤＣポテンシャル井戸は、実質的に対称、２次又は非対称であってもよい。例えば、井戸はイオントラップ中に対称又は２次であってもよく、イオン注入又は放出中は非対称であってもよい。
【００５２】
動作が放出モードの間、前記イオントラップから放出されたイオンを、好ましくは、その質量、質量電荷比又は飛行時間に従って質量を分離する。
【００５３】
イオンを前記イオントラップからトロイダル又は環状イオン閉じ込め体積の平面に対して実質的に直交する方向へ放出することができる。
【００５４】
好ましくは、半径ｒ１の前記トロイダル又は環状イオン閉じ込め体積内にイオンを円環として閉じ込め、半径ｒ２のイオンビームとしてイオンを放出する。ここで、ｒ２＜ｒ１である。
【００５５】
制御システムは、好ましくは、（ｉ）ＤＣ電界パルスを印加してイオンを前記イオントラップから放出させるように、及び／又は（ｉｉ）１つ以上のＤＣ引き出しポテンシャルを前記イオントラップに印加して、イオンを前記イオントラップから放出させるように、配置及び適合される。
【００５６】
本発明はまた、本明細書に記載されるようにイオントラップを備える反応又はフラグメンテーション装置を提供する。
【００５７】
本発明はまた、本明細書に記載されるイオントラップ又は反応又はフラグメンテーション装置を備える質量分析計及び／又はイオン移動度分光計を提供する。
【００５８】
分光計は、前記イオントラップの下流に配置されたイオン光学装置を更に備えることができ、前記制御システムは、前記イオントラップから前記光学装置の中へイオンを放出するように構成されている。
【００５９】
イオン光学装置は、飛行時間質量分析計、イオン移動度分光計若しくはセパレータ、質量分析計、静電イオントラップ若しくは質量分析計、イオントラップ、又はイオンガイドを備えることができる。
【００６０】
また、本発明は質量分析計及び／又はイオン移動度分光計の方法を提供し、前記方法は、
中心軸の周りに延在するトロイダル又は環状イオン閉じ込め体積中にイオンをトラップする工程と、
ＤＣポテンシャル井戸を生成する工程と、を備え、ＤＣポテンシャル井戸は前記トロイダル又は環状イオン閉じ込め体積内で半径方向にイオンを閉じ込めるように作用し、前記半径方向は前記中心軸に対して実質的に垂直であり、
前記方法は、更に前記トロイダル又は環状イオン閉じ込め体積から非質量選択的にイオンを放出する工程、を備える。
【００６１】
方法は前記トロイダル又は環状イオン閉じ込め体積からイオンを放出する工程を備えることができ、前記イオンを前記トロイダル又は環状イオン閉じ込め体積より小さいイオン体積に集束する。
【００６２】
方法は、非質量選択的に前記トロイダル又は環状イオン閉じ込め体積から放出されたイオンを、前記イオントラップから軸方向に抜け出させる工程を備えることができる。
【００６３】
この方法は、第１の電極アレイを提供する工程を備え、前記第１の電極アレイは円形、楕円形、湾曲又はらせん電極アレイを備え、任意で前記第１の電極アレイは中央開口部を備える。前記方法は更に、第２の電極アレイを提供する工程を備え、前記第２の電極アレイは円形、楕円形、湾曲又はらせん電極アレイを備え、任意で第２の電極アレイは中央開口部を備える。前記第１の電極アレイは第１の平面内に配置され、前記第２の電極アレイは第２の平面内に配置され、前記第１及び第２の平面は実質的に平行であり、前記トロイダルイオン閉じ込め体積は前記第１の電極アレイと第２の電極アレイとの間に形成される。
【００６４】
この方法は、１つ以上の偏向電極、及び／又は１つ以上の引き出し電極を設ける工程を備え、イオンを中央領域から放出するように配置される。
【００６５】
方法は、好ましくはＲＦ電圧を前記第１及び／又は第２の電極アレイに印加する工程を備え、軸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井戸を生成する。
【００６６】
方法は、（ｉ）ＤＣ及び／又はＲＦ電圧の振幅を低減又は変化させることにより、及び／又は（ｉｉ）ＤＣポテンシャル井戸又は疑似ポテンシャル井戸を低下させ、除去し又は変化させることにより、及び／又は（ｉｉｉ）引き出しＤＣポテンシャルに対してＤＣポテンシャル井戸を変化させることにより、のいずれかによって、前記トロイダル又は環状イオン閉じ込め体積からイオンを引き出す工程を備えることができる。
【００６７】
方法は、好ましくはＤＣ電圧を前記第１及び／又は第２の電極アレイに印加する工程を備え、半径方向にイオンを閉じ込めるように作用するＤＣポテンシャル井戸を生成する。
【００６８】
ＤＣポテンシャル井戸は、好ましくは実質的に、対称、２次又は非対称である。
【００６９】
この方法は、第１の電極アレイを設ける工程を備え、前記第１の電極アレイは円形、楕円形、湾曲又はらせん電極アレイを備え、任意で前記第１の電極アレイは中央開口部を備える。前記方法は更に第２の電極アレイを設ける工程を備え、前記第２の電極配列は円形、楕円形、湾曲又はらせん電極アレイを備え、及び任意で第２の電極アレイは中央開口部を備える。前記第１の電極アレイは第１の内部円錐状配置に配列され、及び前記第２の電極アレイは第２の外部円錐状配置に配列される。
【００７０】
トロイダル又は環状イオン閉じ込め体積は、好ましくは前記第１の内部円錐状配置と前記第２の外部円錐状配置との間に形成される。
【００７１】
この方法は、１つ以上の偏向電極及び／又は１つ以上の引き出し電極を設ける工程を備えることができ、環状領域からイオンを放出する。
【００７２】
この方法は、好ましくは、ＲＦ電圧を前記第１及び第２の電極アレイに印加する工程を備え、前記第１の内側円錐状配置の表面に対して実質的に垂直な方向に、及び／又は前記第２の外側円錐状配置の表面に対して実質的に垂直な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井戸を生成する。
【００７３】
この方法は、
（ｉ）ＤＣ及び／又はＲＦ電圧の振幅を低減又は変化させることにより、及び／又は（ｉｉ）ＤＣポテンシャル井戸又は疑似ポテンシャル井戸を低下させ、除去し又は変化させることにより、及び／又は（ｉｉｉ）引き出しＤＣポテンシャルに対してＤＣポテンシャル井戸を変化させることにより、のいずれかによって前記トロイダルイオン閉じ込め体積からイオンを引き出す工程を備えることができる。
【００７４】
方法は、ＤＣ電圧を前記第１の及び／又は第２の電極アレイに印加する工程を備え、前記第１の内部円錐状配置の表面に平行な方向に、及び／又は前記イオントラップ内の前記第２の外部円錐状配置の表面に平行な方向にイオンを閉じ込めるように作用するＤＣポテンシャル井戸を生成する。
【００７５】
前記ＤＣポテンシャル井戸は、好ましくは実質的に対称、２次又は非対称である。
【００７６】
方法は、イオンを放出し、それらの質量、質量電荷比又は飛行時間に従って前記イオンを分離させる工程を備えることができる。
【００７７】
方法は、トロイダルイオン閉じ込め体積の平面に対して実質的に直交する方向へイオンを放出する方法を備えることができる。
【００７８】
方法は、半径ｒ１の前記トロイダルイオン閉じ込め体積内に円環としてイオンを閉じ込める工程と、半径ｒ２のイオンビームとしてイオンを放出する工程を備えることができ、ここで、ｒ２＜ｒ１である。
【００７９】
方法は、（ｉ）ＤＣ電界パルスを印加してイオンを放出させる工程、及び／又は（ｉｉ）１つ以上のＤＣ引き出しポテンシャルを印加してイオンを発生させ、イオンを放出させる工程、のいずれかを備える。
【００８０】
方法は、反応イオン又は断片化イオンを前記トロイダルイオン閉じ込め体積内に含むことができる。
【００８１】
方法は、前記トロイダルイオン閉じ込め体積下流にイオン光学装置を設ける工程と、前記トロイダルイオン閉じ込め体積から前記イオン光学装置内にイオンを放出させる工程と、を備えることができる。イオン光学装置は、任意に飛行時間質量分析計、イオン移動度分光計若しくはセパレータ又は静電イオントラップ若しくは質量分析計を含む。
【００８２】
また、本発明は、
２つの離間された実質的に平行な電極アレイの間に画定されたトロイダル又は環状イオン閉じ込め体積内にイオンをトラップする工程と、
前記アレイに実質的に平行である方向に前記トロイダル又は環状イオン閉じ込め体積内にイオンを閉じ込めるように作用するＤＣポテンシャル井戸を生成する工程と、を備え、各アレイはアレイの２つの端部の間に配置された複数の電極を備え、前記ＤＣポテンシャル井戸は各アレイの前記２つの端部の間の方向にイオンを閉じ込めるように作用し
前記方法は、更に非質量選択的に前記トロイダル又は環状イオン閉じ込め体積からイオンを放出する工程を備える、質量及び／又はイオン移動度分析計の方法を提供する。
【００８３】
好ましくは、各電極アレイ内の電極はアレイの２つの端部の間に並列配置で配置され、電極はアレイの２つの端部に平行に、又はアレイの２つの端部の間の方向に延在して配列される。
【００８４】
電極アレイは、好ましくは、装置の中心軸の周りに延在するトロイダル又は環状イオン閉じ込め体積を画定し、各アレイの前記２つの端部は、半径方向内側の端部及び半径方向外側の端部である。
【００８５】
方法は、好ましくは、１つ以上のＲＦ又はＡＣ電圧を前記電極に印加する工程を備え、前記電極アレイの各々に対して実質的に垂直に延在する方向に及び前記電極アレイの間に延在する方向にイオンを閉じ込める。
【００８６】
電極アレイの１つ又は２つは、実質的に平坦又は平面であってもよい。
【００８７】
１つ及び／又は２つの電極アレイは、好ましくは環状、円形状又は円板状である。
【００８８】
１つ及び／又は２つの電極アレイは湾曲、管状又は円錐状の構造であってもよい。
【００８９】
平行な電極アレイの各々は、管状又は円錐状であってもよく、電極アレイのうちの１つを他のアレイ内で同心円状に配置することができ、それらの間に前記トロイダル又は環状イオン閉じ込め体積を画定する。
【００９０】
管状又は円錐形のアレイの中心軸は好ましくは同軸であり、方法は、１つ以上のＲＦ又はＡＣ電圧を前記電極に印加する工程を備え、前記中心軸から実質的に半径方向に延在する方向にイオンを閉じ込める。
【００９１】
各電極アレイは２つの端部を有し、中心軸に沿って異なる位置に前記２つの端部を配置することができる。
【００９２】
管状アレイ又は円錐形アレイの中心軸は、好ましくは同軸であり、前記ＤＣポテンシャル井戸は前記中心軸に沿って延在する方向にイオンを閉じ込めるように作用することができる。
【００９３】
管状アレイ又は円錐アレイは、好ましくは広い端部から狭い端部に次第に細くなり、そして方法は、前記イオン閉じ込め体積から、前記アレイの１つから前記アレイの他のアレイへ延在する方向に対して垂直な方向に、かつ前記より広い端部から前記より狭い端部へ向かう方向へ、イオンを放出させる工程を備えることができる。
【００９４】
方法は、前記イオン閉じ込め体積から、前記アレイの１つから前記アレイの他のアレイへ延在する方向に対して実質的に垂直な方向にイオンを放出する工程を備えることができる。
【００９５】
前記ＤＣポテンシャル井戸は好ましくは、前記トロイダル又は環状イオン閉じ込め体積内で前記アレイの１つから前記アレイの他のアレイへ延在する方向に対して実質的に垂直な方向にイオンを閉じ込める。
【００９６】
前記複数の電極、又は前記電極アレイは、好ましくは装置の中心軸の周りに延在するトロイダル又は環状イオン閉じ込め体積を画定し、前記ＤＣポテンシャル井戸は、好ましくは前記中心軸から半径方向に延びる方向にイオンを閉じ込めるように作用する。
【００９７】
前記複数の電極、又は各電極アレイは、好ましくは、複数の閉ループ電極、円形電極、環状電極、長円形又は楕円形電極を備える。
【００９８】
複数の電極、又は各アレイ内の電極は、好ましくは共通の中心軸の周りに延在する。
【００９９】
上述したように、トロイダル又は環状トラップ領域は中心軸の周りに延在し、複数の電極のうちの異なる電極を中心軸から異なる距離に配置してもよい。
【０１００】
電極アレイが管状又は円錐状である実施形態では、閉ループ電極、円形電極、環状電極、長円形又は楕円形電極は、好ましくは、各管状又は円錐状アレイの中心軸に沿って互いに変位している。
【０１０１】
方法は、好ましくは、ＤＣポテンシャル井戸を除去することにより、又はイオンと出口との間のＤＣポテンシャル井戸の一部を除去することにより、そして前記イオン閉じ込め体積の外へ及びに前記出口の外へイオンを出す電極に１つ以上の電位を印加することにより、非質量選択的にイオントラップの出口からイオンを放出する。前記１つ以上の電位は、好ましくはＤＣポテンシャルの勾配を形成してイオンを出口の外へ放出する。
【０１０２】
前記出口の外へイオンを出す１つ以上の電位は、イオン引出し場を形成する。これらの電位は、好ましくは前記複数の電極に又は前記電極アレイに印加される。イオン引出し場は、好ましくはＤＣ引出し場である。
【０１０３】
引出し場は、好ましくはイオンを半径方向内側に装置の中心軸に向って、すなわち中心軸に向って放出されたイオンの運動の少なくとも１つの成分を送り出す。
【０１０４】
好ましくは、イオントラップ内の実質的に全てのイオンは、実質的に同時に又は同じイオン放出パルスでイオントラップから放出され、及び／又は、
さまざまな異なる質量電荷比範囲を有するイオンがイオントラップから実質的に同時に放出され、及び／又は、
さまざまな異なる質量電荷比範囲を有するイオンがイオントラップから実質的に同時に放出され、放出された最大電荷質量比の放出された最小電荷質量比に対する比は、＞１．１、＞１．２、＞１．４、＞１．６、＞１．８、＞２、＞２．５、＞３、＞４、＞５、又は＞１０から選択される。
【０１０５】
好ましくは、イオントラップから放出されたイオンは、下流のイオンガイド、イオントラップ、質量分析計若しくはイオン移動度分光計に、又は検出計に導かれる。
【０１０６】
第３の態様により、本発明は、
中心軸の周りに延在するトロイダル又は環状イオン閉じ込め体積を画定する複数の電極と、
前記トロイダル又は環状イオン閉じ込め体積内にイオンを閉じ込めるように作用するポテンシャル井戸を生成するために、前記複数の電極に１つ以上の電圧を印加するように配置及び適用される第１の装置と、を備えるイオントラップを提供する。
【０１０７】
イオントラップは、本発明の第１又は第２の態様に関連して上述した特徴の、任意の１つ又は任意の２つ以上の任意の組み合わせを有してもよい。
【０１０８】
イオントラップは、前記トロイダル又は環状イオン閉じ込め体積から非質量選択的にイオンを放出するように配置及び適用されることができる制御システムを備えることができる。
【０１０９】
ポテンシャル井戸は、ＤＣポテンシャル井戸であっても良い。
【０１１０】
ポテンシャル井戸は、記径方向にイオンを閉じ込めることができ、好ましくは前記半径方向は前記中心軸に実質的に垂直である。
【０１１１】
第４の態様により、本発明はイオントラップを提供し、イオントラップは、
２つの実質的に平行な電極アレイを備え、電極アレイはトロイダル又は環状イオン閉じ込め体積をそれらの間に画定するように離間され、
更にイオントラップは装置を備え、装置は前記電極に１つ以上の電圧を印加するように配置及び適用され、前記トロイダル又は環状イオン閉じ込め体積内にイオンを閉じ込めるように作用するポテンシャル井戸を生成し、各アレイはアレイの２つの端部の間に配置された複数の電極を備え、前記ＤＣポテンシャル井戸は各アレイの前記２つの端部の間の方向にイオンを閉じ込めるように作用する。
【０１１２】
イオントラップは、本発明の第１又は第２の態様に関連して上述した特徴の、任意の１つ又は任意の２つ以上の任意の組み合わせを有してもよい。
【０１１３】
ポテンシャル井戸は、ＤＣポテンシャル井戸であっても良い。
【０１１４】
ポテンシャル井戸は、好ましくは前記トロイダル又は環状イオン閉じ込め体積内で前記アレイに実質的に平行な方向にイオンを閉じ込めるように作用し、各アレイはアレイの２つの端部の間に配置された複数の電極を備え、及び前記ＤＣポテンシャル井戸は各アレイの前記２つの端部の間の方向にイオンを閉じ込めるように作用する。
【０１１５】
イオントラップは、前記トロイダル又は環状イオン閉じ込め体積から非質量選択的にイオンを放出するように配置及び適用される制御システムを備えることができる。
【０１１６】
また本発明は、前記第３及び第４の態様に係るイオントラップを備える反応装置又はフラグメンテーション装置を提供することができる。
【０１１７】
また本発明は、上記のように、イオントラップ又は反応装置若しくはフラグメンテーション装置を備える質量分析計及び／又はイオン移動度分光計を提供することができる。
【０１１８】
また本発明は、質量分析計及び／又はイオン移動度分光計などを備える質量分析計及び／又はイオン移動度分光計の方法を提供することができる。
【０１１９】
また本発明は、
第１の電極アレイ及び第２の電極アレイを備え、それらの間に配置されたトロイダルイオン閉じ込め体積を有するトロイダルイオントラップと、
前記トロイダルイオントラップの下流側に配置されたイオン光学装置と、
前記トロイダルイオン閉じ込め体積から前記イオン光学装置内へ、前記イオンの少なくとも一部を非質量選択的に放出されるように配置及び適用される制御システムと、を備える質量分析計を提供する。
【０１２０】
イオン光学装置は、飛行時間質量分析計、イオン移動度分光計若しくはセパレータ、又は静電イオントラップ若しくは質量分析計を備えてもよい。
【０１２１】
また、本発明は、
トロイダルイオン閉じ込め体積内にイオンをトラップする工程と、
その後、前記イオン閉じ込め体積から光学装置内へ、非質量選択的に前記イオンの少なくとも一部を放出する工程と、を備える質量分析法の方法を提供する。
【０１２２】
イオン光学装置は、飛行時間質量分析計、イオン移動度分光計若しくはセパレータ、又は静電イオントラップ若しくは質量分析計を備えても良い。
【０１２３】
本明細書中に記載の分析計は、
（ａ）（ｉ）エレクトロスプレーイオン化（「ＥＳＩ」）イオン源、（ｉｉ）の大気圧フォトイオン化（「ＡＰＰＩ」）イオン源、（ｉｉｉ）の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）電界イオン化（「ＦＩ」）イオン源、（ｘｉ）電界脱離（「ＦＤ」）イオン源、（ｘｉｉ）誘導結合プラズマ（「ＩＣＰ」）イオン源、（ｘｉｉｉ）高速原子衝突（「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ーイオン化（「ＤＥＳＩ」）イオン源、（ｘｖｉ）ニッケル６３放射性イオン源、（ｘｖｉｉ）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（「ＡＳＧＤＩ」）イオン源、（ｘｘ）グロー放電（「ＧＤ」）イオン源、（ｘｘｉ）インパクターイオン源、（ｘｘｉｉ）リアルタイム直接分析（「ＤＡＲＴ」）イオン源、（ｘｘｉｉｉ）レーザースプレーイオン化（「ＬＳＩ」）イオン源、（ｘｘｉｖ）ソニックスプレーイオン化（「ＳＳＩ」）イオン源、（ｘｘｖ）マトリックス支援インレットイオン化（「ＭＡＩＩ」）イオン源、及び（ｘｘｖｉ）溶媒支援インレットイオン化（「ＳＡＩＩ」）イオン源から成る群から選択されるイオン源、並びに／又は、
（ｂ）１つ以上の連続若しくはパルス化イオン源、及び／又は、
（ｃ）１つ以上のイオンガイド、及び／又は、
（ｄ）１つ以上のイオン移動度分離装置及び／又は１つ以上の電界非対称性イオン移動度分光計、並びに／又は、
（ｅ）１つ以上のイオントラップ若しくは１つ以上のイオントラップ領域、及び／又は、
（ｆ）（ｉ）衝突誘起解離（「ＣＩＤ」）フラグメンテーション装置、（ｉｉ）表面誘起解離（「ＳＩＤ」）フラグメンテーション装置、（ｉｉｉ）電子移動解離（「ＥＴＤ」）フラグメンテーション装置、（ｉｖ）電子捕獲解離（「ＥＣＤ」）フラグメンテーション装置、（ｖ）電子衝突又は衝撃解離フラグメンテーション装置、（ｖｉ）光誘起解離（「ＰＩＤ」）フラグメンテーション装置、（ｖｉｉ）レーザー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）熱源又は温度源フラグメンテーション装置、（ｘｉｖ）電界誘起フラグメンテーション装置、（ｘｖ）磁界誘起フラグメンテーション装置、（ｘｖｉ）酵素消化又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と（ｘｘｉｉ）イオン−準安定原子反応フラグメンテーション装置、（ｘｘｉｉｉ）付加イオン又は生成イオンを形成するイオンを反応させるためのイオン−イオン反応装置、（ｘｘｉｖ）付加イオン又は生成イオンを形成するイオンを反応させるためのイオン分子反応装置、（ｘｘｖ）付加イオン又は生成イオンを形成するイオンを反応させるためのイオン−原子反応装置、（ｘｘｖｉ）付加イオン又は生成イオンを形成するイオンを反応させるためのイオン−準安定イオン反応装置、（ｘｘｖｉｉ）付加イオン又は生成イオンを形成するイオンを反応させるためのイオン−準安定分子反応装置、（ｘｘｖｉｉｉ）付加イオン又は生成イオンを形成するイオンを反応させるためのイオン−準安定原子反応装置、及びに（ｘｘｉｘ）電子イオン化解離（「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、１つ以上の衝突、フラグメンテーション若しくは反応セル、並びに／又は、
（ｇ）（ｉ）四重極質量分析計、（ｉｉ）２Ｄ又は線形四重極質量分析計、（ｉｉｉ）ポール又は３Ｄ四重極質量分析計、（ｉｖ）ペニングトラップ質量分析計、（ｖ）イオントラップ質量分析計、（ｖｉ）磁場型質量分析計、（ｖｉｉ）イオンサイクロトロン共鳴（「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（「ＦＴＩＣＲ」）質量分析計、（ｉｘ）静電又はオービトラップ質量分析計、（ｘ）フーリエ変換静電又はオービトラップ質量分析計、（ｘｉ）フーリエ変換質量分析計、（ｘｉｉ）飛行時間型質量分析計、（ｘｉｉｉ）直交加速飛行時間質量分析計、及び（ｘｉｖ）線形加速飛行時間質量分析計から成る群から選択される質量分析計、並びに／又は、
（ｈ）１つ以上のエネルギー分析計若しくは静電エネルギー分析計、及び／又は、
（ｉ）１つ以上のイオン検出器、及び／又は、
（ｊ）（ｉ）四重極質量フィルタ、（ｉｉ）２Ｄ又は線形四重極イオントラップ、（ｉｉｉ）ポール又は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、（ｖｉｉ）飛行時間質量フィルタ、及び（ｖｉｉｉ）ウィーンフィルタからなる群から選択される１つ以上の質量フィルタ、並びに／又は、
（ｋ）イオンをパルス化する装置若しくはイオンゲート、及び／又は、
（ｌ）実質的に連続するイオンビームをパルスイオンビームに変換する装置、
を備えることができる。
【０１２４】
分析計は、
（ｉ）Ｃトラップ及びに外側樽状電極及び同軸の内側紡錘状電極を備えるオービトラップ（ＲＴＭ）質量分析計であって、第１の動作モードにおいてイオンがＣトラップに伝達され、次いでオービトラップ（ＲＴＭ）質量分析器へ注入され、第２の動作モードにおいてイオンはＣトラップに、次いで少なくともいくつかのイオンがフラグメントイオンに断片化されるコリジョンセル又は電子移動解離デバイスに伝達され、次いでフラグメントイオンはオービトラップ（ＲＴＭ）質量分析計に注入される前にＣトラップに伝達されるオービトラップ（ＲＴＭ）質量分析計、及び／又は、
（ｉｉ）使用時にイオンが通過する開口部をそれぞれが有する複数の電極を備える積層リングイオンガイドであって、電極の間隔がイオン経路の長さに沿って増大し、イオンガイドの上流部分における電極の開口部は第１の直径を有し、イオンガイドの下流部分における電極の開口は第１の直径よりも小さい第２の直径を有し、使用時にＡＣ電圧又はＲＦ電圧の逆位相が連続した電極に印加される、積層リングイオンガイド、のいずれかを備えることができる。
【０１２５】
分析計は、電極にＡＣ又はＲＦ電圧を供給するように配置及び適用される装置を備えることができる。ＡＣ電圧又はＲＦ電圧は、好ましくは、（ｉ）＜５０Ｖの最大振幅、（ｉｉ）５０−１００Ｖの最大振幅、（ｉｉｉ）１００−１５０Ｖの最大振幅、（ｉｖ）１５０−２００の最大振幅、（ｖ）２００−２５０Ｖの最大振幅、（ｖｉ）２５０−３００Ｖの最大振幅、（ｖｉｉ）３００−３５０Ｖの最大振幅、（ｖｉｉｉ）３５０−４００Ｖの最大振幅、（ｉｘ）４００−４５０の最大振幅、（ｘ）４５０−５００Ｖの最大振幅、及び（ｘｉ）＞５００Ｖの最大振幅、からなる群から選択される振幅を有する。
【０１２６】
ＡＣ電圧又はＲＦ電圧は、好ましくは、（ｉ）＜１００ｋＨｚ、（ｉｉ）１００−２００ｋＨｚ、（ｉｉｉ）２００−３００ｋＨｚ、（ｉｖ）３００−４００ｋＨｚ、（ｖ）は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、及び（ｘｘｖ）＞１０．０ＭＨｚからなる群から選択される周波数を有する。
【０１２７】
イオントラップの特に好ましい特徴は、イオントラップから放出されるイオンは、イオンは放出されてイオントラップの閉じ込め体積よりも小さいイオン閉じ込め体積を占有するので集束されることである。これは、質量分析計にイオントラップを結合するのに特に有利である。またイオンは、好ましくは、国際出願第２０１３／０２７０５４号の図１１Ａ及び１１Ｂに開示された配列とは対照的に、イオントラップから軸方向に抜け出す。
【０１２８】
本発明は、大きな体積のイオンが非常に短時間で同時にイオントラップから放出されて収束され、下流の飛行時間質量分析計又は静電イオントラップ若しくは質量分析計等のイオン光学装置に注入される点で特に有利である。これは、国際公開第２０１３／０２７０５４号（特許文献３）に開示された配列では可能ではない。
【０１２９】
本発明の特徴によれば、イオンがランダムに分布している大容量トロイダル若しくは環状イオントラップ、又はイオントラップ領域が設けられる。イオンは、好ましくは同時に、イオンがトラップ内の異なる場所から最初のトラップ半径又はトラップ体積よりも小さい半径又は体積に実質的に収束するような軌道で、トラップ領域の外側に放出される。
【０１３０】
イオン放出の間にトラップ場を除去してもよく、及び／又はパルスＤＣ加速場の迅速な印加によってイオンを放出してもよい。
【０１３１】
飛行時間質量分析計、イオン移動度分光計若しくはセパレータ（「ＩＭＳ」）又は静電型イオントラップ等の下流の分析計のイオンパルス源を生成するために、好ましい装置を使用することができる。
【０１３２】
好ましい実施形態では、非常に大きい容量のイオン蓄積装置を提供し、その装置は静電イオントラップ又は多重反射時間飛行型質量分析計へ注入するのに適切な方法で放出されたイオンを集束することが本質的に可能である。
【０１３３】
更に、他の既知の配置の場合と同様に、トロイダルデザインは、装置の入口と出口の端部のトラップ場内での歪みにより、トラップされたイオン雲内に歪みがない。
【０１３４】
イオンがＲＦ閉じ込め場によって一方向に、及びにＤＣポテンシャル井戸によって半径方向にトラップされた好ましい実施の形態に係るオープン電極構造は、イオントラップをオープン構造で構成することを可能にする。これにより、他の既知の配置に比較してイオンを容易に導入し、放出することが可能になる。
【０１３５】
好適な装置は、好ましくは、トロイダルトラッピング体積を備え、その体積内にＲＦ閉じ込め場により第１の方向に、及びＤＣ閉じ込め場により第２の方向へイオンを閉じ込める。
【０１３６】
好ましい実施形態は、好ましくは、線形又は三次元イオントラップと比較して非常に高い電荷容量を有するという利点を有し、また２つのＲＦ閉じ込め表面との間のＤＣトラップ領域内にイオンを容易に注入できることを可能にするオープンな電極構造も提供する。
【０１３７】
トラップされたイオンは、好ましくは自由にトロイダルイオントラップ体積内の任意の場所の位置を取り、そしてイオンは好ましくは運動エネルギーが減少し、又はそうでなければ、残留ガス分子との衝突によって冷却される。
【０１３８】
トラップされたイオンを、円環の中心に向かって作用するＤＣ加速電界の印加により、トラップ領域の外へ非質量選択的に急速に加速することができる。環状デザインの性質は、イオンは、イオントラップの体積又は半径よりも小さい半径又は体積に実質的に集束することが好ましい。この特性により、好ましくはこの装置は理想的な状態になり、イオンの入口においてイオンの集束集団を必要とする静電イオントラップ又は飛行時間質量分析計又はイオン移動度分光計等の分析装置に、イオンの大集団を定期的に供給する。
【図面の簡単な説明】
【０１３９】
本発明の様々な実施形態を、添付の図面を参照して例として説明する。
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の一実施形態によるトロイダルイオントラップを示す。
【図１Ｂ】図１Ｂは、イオントラップモード時の断面のイオントラップを示す。
【図２Ａ】図２Ａは、イオントラップの平面図を示す。
【図２Ｂ】図２Ｂは、イオン引き出しモード時の断面図を示す。
【図３Ａ】図３Ａは、別の実施形態に係るイオントラップの断面図を示す。
【図３Ｂ】図３Ｂは、トラップ電極の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０１４０】
図１Ａは、本発明の好ましい実施形態に係る装置の斜視図を示す。トロイダルイオントラップが示され、上部平面電極板又はアレイ１及び対応する下部平面電極板又はアレイ２を備える。ｙ方向に延在するトロイダルイオントラップの中心軸を形成するように、電極板の中心軸の位置合わせを行う。電極板は、中心軸に垂直な平面内で、中心軸から半径方向外側に半径方向ｒに延在する。電極板１，２は、好ましくはプリント回路基板（「ＰＣＢ」）材料から構成されている。各電極板１、２は、好ましくは形状が環状であり、好ましくは、イオントラップの中心軸が貫通する穴を中心に有している。
【０１４１】
イオンでイオントラップを充填するために、イオンビームは、好ましくは矢印３によって示される方向にイオントラップ上に入射するように配置される。この方向は、イオントラップの半径方向に対して実質的に垂直であってもよい。図１Ｂを参照して記載されるように、平面電極板１，２が提供する円周方向に開放な構造は電極板１、２の間と、電極板によって設定される１つ以上の閉じ込めＤＣポテンシャル井戸中にイオンを容易に注入することを可能にする。イオンがＤＣ閉じ込め場に注入される時、イオンに好ましくは装置内に存在する残留バッファーガスとの衝突により冷却する又は運動エネルギーを失う最大時間を与えるように、イオンは、トラップ中で、好ましくは、イオントラップの半径方向に対して実質的に垂直な方向に、又はトロイダルイオン閉じ込め体積に対して実質的に接線方向に注入される。
【０１４２】
図１Ｂは、図１Ａに示した装置の（ｙ、ｒ）面の断面図を示す。上部及び下部電極板１、２の内側に面した側は、環状電極４を備える。環状電極は、中心軸に対して垂直な平面内で中心軸の周りに延在している。各平面は、好ましくは、中心軸からの異なる半径を有する複数の環状電極４を備え、環状電極４は電極板１、２上に同心円状に配置される。電極４は、好ましくは、ＰＣＢ基板に取り付けられた同心円の帯を形成する。放射状に隣接する環状電極４は、好ましくは、無線周波数ＲＦで振動する交流電圧の逆位相が供給される。電極板１、２の同じ半径位置の環状電極４には、好ましくは、ＲＦ電圧の同じ位相が供給される。ＲＦ電圧は、ｙ方向に、即ち電極板１、２の間の方向にイオンを閉じ込める疑似ポテンシャルのイオン閉じ込め場を提供するのに役立つ。
【０１４３】
イオンは、ＤＣ閉じ込め電圧を電極４に印加することにより、好ましくは半径方向ｒに閉じ込められる。好ましいＤＣ閉じ込めポテンシャルの一般的な形態は、図１Ｂに示されたポテンシャル対距離の図に示される。ポテンシャルは、好ましくは半径方向に実質的に二次であり、電極板１、２の内側と外側の周縁部との間に配置された最低ポテンシャルを有する。これは、最小ＤＣ電圧を電極板１，２上に配置された同心円電極４へ印加することにより、同心円状電極４から徐々に増加する半径方向位置に位置する同心円電極４へ徐々に次第に高いＤＣ電圧を印加することにより、同心円状電極４から徐々に減少する半径位置に位置する同心円電極４へ徐々に次第に高いＤＣ電圧を印加することにより、達成することができる。中心軸の周りに円環中に半径方向にイオンを閉じ込めるように形成された少なくとも１つのポテンシャルの最小値があれば、ＤＣポテンシャルは任意の形態をとることができると考えられる。イオントラップを充填する時には、ポテンシャル井戸の側面は円環の半径方向内側に比べて円環のイオン入力側（即ち、半径方向外側）でより浅いように、半径方向に非対称のＤＣポテンシャル井戸を生成することが有利である場合がある。
【０１４４】
図２Ａは、図１Ａ及び１Ｂに示す装置の平面図を示す。イオン引き出しの方向が矢印で示されている。
【０１４５】
図２Ｂは、装置からイオンを迅速に引き出す時のｙ−ｒ平面における装置の断面図を示す。イオンが中にイオントラップ内に導入されトラップされると、イオンはバックグラウンドの緩衝ガスとの衝突の結果エネルギーを減少させる。その後、イオンは装置によって引き出される。これを達成するために、ＲＦ閉じ込めポテンシャルは、好ましくは遮断され又は減少され、そして好ましくはＤＣ引き出しポテンシャルを印加することにより、イオンをトラップ領域の外へデバイスの中心点に向かって加速する。ＤＣポテンシャルを環状電極４に印加することにより、ＤＣ取り出しポテンシャルを形成する。電極４に印加されるＤＣポテンシャルはイオンを半径方向内側に加速するポテンシャル勾配を生成するために半径方向位置の増加と共に徐々に増加する。引き出しポテンシャルの一般的な形式は、ポテンシャル対距離８の図に示されている。
【０１４６】
装置の半径方向の対称性により、好ましくは、イオンは装置の中心の一点に向かって加速される。イオン偏向電極６は、好ましくは、装置の半径方向中央に配置され、電極板１の一方の開口を通って延在することができる。電位がこの偏向電極に印加され、イオンを強制的に離し、イオンを中心軸ｙに沿って移動させる。あるいは、又は更に、引き出し電極７は、装置の中心に、好ましくは電極板の外に、位置することができる。電位は、この偏向電極に印加され、イオンを引き付けて中心軸ｙに沿って移動させる。偏向及び／又は引き出し電極６，７にポテンシャルを印加することにより、好ましくは、イオンは、トラップ装置の平面、即ち半径方向に対して実質的に直交する方向に、中心軸ｙに沿って方向付けられる。イオンは、この引き出し工程の間に、例えば質量電荷比又はイオン移動度に従ってイオンの飛行時間により有利に分離できる。そして、イオンを検出器上に又は飛行時間質量分析計等の質量分析計内に放出することができる。あるいは、イオンを静電イオントラップ等の他の装置に放出することができる。
【０１４７】
図３Ａ及び３Ｂは別の実施形態の図を示し、図１Ａ〜２Ｂの平行平面電極板１、２は、同心の円錐形又は管状電極部材１、２によって置き換えられる。
【０１４８】
図３Ｂは、イオントラップの斜視図を示す。トロイダルイオントラップが示されており、トロイダルイオントラップは外側の円錐形の電極部材２に囲まれた内側の円錐形の電極部材１を備える。円錐状電極部材の中心軸の位置合わせを行い、ｙ方向に延在するトロイダルイオントラップの中心軸を形成する。円錐形の電極部材１、２は、好ましくは、プリント回路基板（「ＰＣＢ」）材料から構成される。
【０１４９】
図３Ａは、図３Ｂに示す装置のｙ−ｒ平面における断面図を示す。内側の円錐形の電極部材１の径方向外側に面している側は、内側円錐状電極部材１の周囲に円周方向に延在する複数の環状電極４を備える。図３Ａに示すように、別の環状電極４は、中心軸に沿った異なる軸方向位置における円錐形電極部材１の周囲に設けられている。外側の円錐形の電極部材２の半径方向内側に面した側も、外側の円錐形の電極部材２の周りに円周方向に延在する複数の環状電極４を含む。異なる環状電極４は、中心軸に沿った異なる軸方向位置での円錐形電極部材２の周囲に設けられる。電極４は、好ましくは、ＰＣＢ基板に取り付けられた同心円の帯を形成する。
【０１５０】
任意の与えられた円錐形の電極部材１、２に隣接する環状電極４は、好ましくは、無線周波数ＲＦで振動する交流電圧の逆位相が供給される。ＲＦ電圧は、円錐形の電極部材１、２の間の第１の方向にイオンを閉じ込める疑似ポテンシャルのイオン閉じ込め場を提供するのに役立つ。
【０１５１】
イオンは、好ましくは、電極４にＤＣ閉じ込め電圧を印加することにより円錐形の電極部材１、２の間に延在する方向に対して直交する第２の方向に円錐形電極部材１、２の間に閉じ込められる。好適なＤＣ閉じ込めポテンシャルの一般的な形態は、図３Ａに示したポテンシャル対距離の図に示されている。ポテンシャルは、好ましくは円錐形電極部材１、２の上端部と下端部との間に配置された最低ポテンシャルを有して第２の方向に実質的に二次である。中心軸の周りの円環中で半径方向にイオンを閉じ込めるように形成された少なくとも１つのポテンシャルの最小値があれば、ＤＣポテンシャルは任意の形態をとることができると考えられる。イオントラップを充填する時には、ポテンシャル井戸の側面は円環のイオン入力側で他の側面と比べてより浅いように、半径方向に非対称のＤＣポテンシャル井戸を生成することが有利である場合がある。
【０１５２】
本実施形態によれば、円錐形電極部材１、２は、中心軸に対して好ましくは傾斜し、同心の円錐状構造を形成している。イオンは、図１及び２に示された実施形態に関連して上述したものと同様の方法で、注入され、引き出されることができる。しかし、傾斜した円錐状構造の利点は、イオンが円環の円周のまわりの異なる位置から放出される際に、イオンが装置の中心軸に沿って配置された同一の焦点に導かれることである。これは、図３Ａに矢印で示されている。イオンは、偏向又は引き出し電極を必要とせずに実質的に空間の同一の点に集束する。トラップ構造の中心からこの焦点までの距離は、図３Ａに示す角度Φ、即ち第２の方向と中心軸との間の角度を選択することによって選択することができる。
【０１５３】
本発明は、好ましい実施形態を参照して説明されてきたが、形態及び詳細における様々な変更は、添付の特許請求の範囲に記載された本発明の範囲から逸脱することなくなされ得ることは、当業者によって理解されるであろう。
【０１５４】
例えば、電極構造は、中心軸の周りに円形である必要はなく、他の形状の形態をとることができる。
【０１５５】
装置は、反応又はフラグメンテーションセルとして使用される場合があると考えられる。
【０１５６】
ＤＣ閉じ込め井戸は唯一の最小値を有することを説明してきたが、１つ以上のＤＣ閉じ込め井戸が提供される場合があると考えられる。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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