(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空下で示差移動度分光分析（ＤＭＳ）を行うためのシステムであって、前記システムは、
真空チャンバであって、前記真空チャンバは、高圧領域から前記真空チャンバの中にイオンを受け取るための入口オリフィスおよび前記真空チャンバからイオンを送り出すための出口オリフィスを含む、真空チャンバと、
イオンを前記入口オリフィスから受け取る、前記真空チャンバ内に位置する第１のイオンガイドであって、前記第１のイオンガイドは、第１の入口端および第１の出口端を有し、前記第１のイオンガイドは、第１のイオンチャネルを画定する中心軸の周囲に配列される、複数の第１の電極を有し、前記複数の第１の電極はそれぞれ、イオンを前記第１のイオンチャネル内に集束させるために、前記第１の出口端より前記第１の入口端に大きい内接径を提供するようにテーパ状である、第１のイオンガイドと、
イオンを前記第１の出口端から受け取る、前記第１のイオンガイドと同軸方向かつ前記第１のイオンガイドに隣接して前記真空チャンバ内に位置するＤＭＳデバイスであって、前記ＤＭＳデバイスは、ＤＭＳ入口端およびＤＭＳ出口端を有し、前記ＤＭＳ入口端における内接径は、前記第１の出口端における内接径より大きく、前記第１のイオンガイドから前記ＤＭＳデバイスへのイオンの損失を最小限にし、前記ＤＭＳデバイスは、一定間隙を伴うＤＭＳイオンチャネル内のイオンを分離させるために、前記ＤＭＳイオンチャネルを画定する中心軸の周囲に配列される、複数のＤＭＳ電極を有する、ＤＭＳデバイスと、
イオンを前記ＤＭＳ出口端から受け取り、前記イオンを前記出口オリフィスに集束させる、前記ＤＭＳデバイスと同軸方向かつ前記ＤＭＳデバイスに隣接して前記真空チャンバ内に位置する第２のイオンガイドであって、前記第２のイオンガイドは、第２の入口端および第２の出口端を有し、前記第２の入口端における内接径は、前記ＤＭＳ出口端における内接径より大きく、前記ＤＭＳデバイスから前記第２のイオンガイドへのイオンの損失を最小限にし、前記第２のイオンガイドは、第２のイオンチャネルを画定する中心軸の周囲に配列される、複数の第２の電極を有し、前記複数の第２の電極はそれぞれ、イオンを前記第２のイオンチャネル内に集束させるために、前記第２の出口端より前記第２の入口端に大きい内接径を提供するようにテーパ状である、第２のイオンガイドと、
を備える、システム。
【請求項２】
イオンを前記第１のイオンガイドから前記ＤＭＳデバイスに通過させるための入口開口、イオンを前記ＤＭＳデバイスから前記第２のイオンガイドに通過させるための出口開口、およびガス入口を含む、前記ＤＭＳデバイスを封入する筐体をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記ガス入口は、ガスを受け取り、前記筐体内の圧力を前記真空チャンバの圧力を上回って増加させる、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記複数のテーパ状の第１の電極のそれぞれの平面表面は、前記第１のイオンガイドの内部に面し、徐々に狭窄化され、内向きに傾斜され、前記第１の入口端より前記第１の出口端において小さい内接径を提供し、
前記複数のテーパ状の第２の電極のそれぞれの平面表面は、前記第２のイオンガイドの内部に面し、徐々に狭窄化され、内向きに傾斜され、前記第２の入口端より前記第２の出口端において小さい内接径を提供する、請求項１〜３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項５】
前記第１のイオンガイドは、第１の多重極を備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項６】
前記第１の多重極は、２つの電極の任意の倍数のうちの１つから選択される、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記第２のイオンガイドは、第２の多重極を備える、請求項１〜６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項８】
前記第２の多重極は、２つの電極の任意の倍数のうちの１つから選択される、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記ＤＭＳデバイスは、ＤＭＳ多重極を備える、請求項１〜８のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１０】
前記ＤＭＳ多重極は、２つの電極の任意の倍数のうちの１つから選択される、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
フィルタリングが所望されるとき、前記ＤＭＳデバイスに非対称分離場およびＤＣ補償場を提供し、フィルタリングが所望されないとき、集束ＲＦ電位を提供するための手段を含む、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１２】
真空下で示差移動度分光分析（ＤＭＳ）を行うための方法であって、前記方法は、
真空チャンバを使用して、発生されたイオンを高圧領域から受け取ることであって、前記真空チャンバは、前記発生されたイオンを前記高圧領域から前記真空チャンバの中に受け取るための入口オリフィスおよびイオンを前記真空チャンバから送り出すための出口オリフィスを含む、ことと、
前記発生されたイオンを集束させる、前記真空チャンバ内に位置する第１のイオンガイドを使用して、前記発生されたイオンを前記入口オリフィスから受け取ることであって、前記第１のイオンガイドは、第１の入口端および第１の出口端を有し、前記第１のイオンガイドは、第１のイオンチャネルを画定する中心軸の周囲に配列される、複数の第１の電極を有し、前記複数の第１の電極はそれぞれ、イオンを前記第１のイオンチャネル内に集束させるために、前記第１の出口端より前記第１の入口端に大きい内接径を提供するようにテーパ状である、ことと、
前記集束されたイオンを分離させる、前記第１のイオンガイドと同軸方向かつ前記第１のイオンガイドに隣接して前記真空チャンバ内に位置するＤＭＳデバイスを使用して、前記集束されたイオンを前記第１のイオンガイドから受け取ることであって、前記ＤＭＳデバイスは、ＤＭＳ入口端およびＤＭＳ出口端を有し、前記ＤＭＳ入口端における内接径は、前記第１の出口端における内接径より大きく、前記第１のイオンガイドから前記ＤＭＳデバイスへのイオンの損失を最小限にし、前記ＤＭＳデバイスは、一定間隙を伴うＤＭＳイオンチャネル内のイオンを分離させるために、前記ＤＭＳイオンチャネルを画定する中心軸の周囲に配列される、複数のＤＭＳ電極を有する、ことと、
前記分離されたイオンを前記出口オリフィスに集束させる、前記ＤＭＳデバイスと同軸方向かつ前記ＤＭＳデバイスに隣接して前記真空チャンバ内に位置する第２のイオンガイドを使用して、前記分離されたイオンを前記ＤＭＳデバイスから受け取ることであって、前記第２のイオンガイドは、第２の入口端および第２の出口端を有し、前記第２の入口端における内接径は、前記ＤＭＳ出口端における内接径より大きく、前記ＤＭＳデバイスから前記第２のイオンガイドへのイオンの損失を最小限にし、前記第２のイオンガイドは、第２のイオンチャネルを画定する中心軸の周囲に配列される、複数の第２の電極を有し、前記複数の第２の電極はそれぞれ、イオンを前記第２のイオンチャネル内に集束させるために、前記第２の出口端より前記第２の入口端に大きい内接径を提供するようにテーパ状である、ことと、
を含む、方法。
【請求項１３】
前記集束されたイオンを前記第１のイオンガイドから受け取ることは、
前記集束されたイオンを前記ＤＭＳデバイスを封入する筐体の入口開口を通して受け取ることであって、前記筐体は、イオンを前記第１のイオンガイドから前記ＤＭＳデバイスに通過させるための前記入口開口、イオンを前記ＤＭＳデバイスから前記第２のイオンガイドに通過させるための出口開口、およびガス入口を含む、こと
を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
ガスを前記ガス入口を通して受け取り、前記筐体内の圧力を前記真空チャンバの圧力を上回って増加させることをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
フィルタリングが所望されるとき、前記ＤＭＳデバイスに非対称分離場およびＤＣ補償場を印加し、フィルタリングが所望されないとき、集束ＲＦ電位を印加することをさらに含む、請求項１２〜１４のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
（関連出願に対する相互参照）
本願は、２０１３年１２月３１日に出願された米国仮特許出願第６１／９２２，５４７号および２０１４年１月２７日に出願された米国仮特許出願第６１／９３１，７９３号の利益を主張するものであり、これらの内容は、参照によりその全体が本明細書中に援用される。
【０００２】
示差移動度分光分析（ＤＭＳ）デバイスは、典型的には、大気圧で動作される。ＤＭＳデバイスを質量分析計の真空システムの中に設置することは、恒久的に、オン／オフ制御を搭載したデバイスを電気的に作動されたままにできる可能性等の利点を提供し得る。しかしながら、ＤＭＳデバイスが、質量分析計の入口光学を通るイオン伝送を損なわせないことを確実にすることが重要である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
真空下で示差移動度分光分析（ＤＭＳ）を行うためのシステムが、開示される。本システムは、真空チャンバと、第１のイオンガイドと、ＤＭＳデバイスと、第２のイオンガイドとを含む。真空チャンバは、イオンを高圧領域から真空チャンバの中に受け取るための入口オリフィスを含む。真空チャンバはさらに、イオンを真空チャンバから送り出すための出口オリフィスを含む。第１のイオンガイドは、真空チャンバ内に位置する。第１のイオンガイドは、イオンを真空チャンバの入口オリフィスから受け取る。第１のイオンガイドは、第１の入口端および第１の出口端を有する。第１のイオンガイドは、第１のイオンチャネルを画定する中心軸の周囲に配列される、複数の第１の電極を有する。複数の第１の電極はそれぞれ、イオンを第１のイオンチャネル内に集束させるために、第１の出口端より第１の入口端に大きい内接径を提供するようにテーパ状である。
【０００４】
ＤＭＳデバイスは、第１のイオンガイドと同軸方向かつそれに隣接して真空チャンバ内に位置する。ＤＭＳデバイスは、イオンを第１のイオンガイドの第１の出口端から受け取る。ＤＭＳデバイスは、ＤＭＳ入口端と、ＤＭＳ出口端とを有する。ＤＭＳ入口端における内接径は、第１のイオンガイドの第１の出口端における内接径より大きく、第１のイオンガイドからＤＭＳデバイスへのイオンの損失を最小限にする。ＤＭＳデバイスは、ＤＭＳイオンチャネル内のイオンを分離させるために、一定間隙を伴うＤＭＳイオンチャネルを画定する中心軸の周囲に配列される、複数のＤＭＳ電極を有する。
【０００５】
第２のイオンガイドは、ＤＭＳデバイスと同軸方向かつそれに隣接して真空チャンバ内に位置する。第２のイオンガイドは、イオンをＤＭＳ出口端から受け取り、イオンを真空チャンバの出口オリフィスに集束させる。第２のイオンガイドは、第２の入口端と、第２の出口端とを有する。第２の入口端における内接径は、ＤＭＳ出口端における内接径より大きく、ＤＭＳデバイスから第２のイオンガイドへのイオンの損失を最小限にする。第２のイオンガイドは、第２のイオンチャネルを画定する中心軸の周囲に配列される、複数の第２の電極を有する。複数の第２の電極はそれぞれ、イオンを第２のイオンチャネル内に集束させるために、第２の出口端より第２の入口端に大きい内接径を提供するようにテーパ状である。
【０００６】
好ましい実施形態では、本システムはさらに、ＤＭＳデバイスを封入する筐体を含む。筐体は、ＤＭＳデバイス内の圧力を最適化するために使用される。例えば、筐体は、ＤＭＳデバイスが、第１のイオンガイドおよび第２のイオンガイドの両方を上回る圧力で動作することを可能にする。筐体は、イオンを第１のイオンガイドからＤＭＳデバイスに通過させるための入口開口を含む。筐体は、イオンをＤＭＳデバイスから第２のイオンガイドに通過させるための出口開口を含む。筐体はまた、ガス入口を含む。ガス入口は、ガスを受け取り、例えば、筐体内の圧力を真空チャンバの圧力を上回って増加させる。
【０００７】
真空下でＤＭＳを行うための方法が、開示される。発生されたイオンは、真空チャンバを使用して、高圧領域から受け取られる。真空チャンバは、発生されたイオンを高圧領域から真空チャンバの中に受け取るための入口オリフィスを含む。真空チャンバはさらに、イオンを真空チャンバから送り出すための出口オリフィスを含む。発生されたイオンは、発生されたイオンを集束させる、真空チャンバ内に位置する第１のイオンガイドを使用して、真空チャンバの入口オリフィスから受け取られる。第１のイオンガイドは、第１の入口端および第１の出口端を有する。第１のイオンガイドは、第１のイオンチャネルを画定する中心軸の周囲に配列される、複数の第１の電極を有する。複数の第１の電極はそれぞれ、イオンを第１のイオンチャネル内に集束させるために、第１の出口端より第１の入口端に大きい内接径を提供するようにテーパ状である。
【０００８】
集束されたイオンは、ＤＭＳデバイスを使用して、第１のイオンガイドから受け取られる。ＤＭＳデバイスは、集束されたイオンを分離させる、第１のイオンガイドと同軸方向かつそれに隣接して真空チャンバ内に位置する。ＤＭＳデバイスは、ＤＭＳ入口端と、ＤＭＳ出口端とを有する。ＤＭＳ入口端における内接径は、第１のイオンガイドの第１の出口端における内接径より大きく、第１のイオンガイドからＤＭＳデバイスへのイオンの損失を最小限にする。ＤＭＳデバイスは、ＤＭＳイオンチャネル内のイオンを分離させるために、一定間隙を伴うＤＭＳイオンチャネルを画定する中心軸の周囲に配列される、複数のＤＭＳ電極を有する。
【０００９】
分離されたイオンは、第２のイオンガイドを使用して、ＤＭＳデバイスから受け取られる。第２のイオンガイドは、ＤＭＳデバイスと同軸方向かつそれに隣接して真空チャンバ内に位置する。第２のイオンガイドは、分離されたイオンを真空チャンバの出口オリフィスに集束させる。第２のイオンガイドは、第２の入口端と、第２の出口端とを有する。第２の入口端における内接径は、ＤＭＳ出口端における内接径より大きく、ＤＭＳデバイスから第２のイオンガイドへのイオンの損失を最小限にする。第２のイオンガイドは、第２のイオンチャネルを画定する中心軸の周囲に配列される、複数の第２の電極を有する。複数の第２の電極はそれぞれ、イオンを第２のイオンチャネル内に集束させるために、第２の出口端より第２の入口端に大きい内接径を提供するようにテーパ状である。
【００１０】
本出願人の教示のこれらおよび他の特徴が、本明細書に記載される。
本明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
（項目１）
真空下で示差移動度分光分析（ＤＭＳ）を行うためのシステムであって、
高圧領域から真空チャンバの中にイオンを受け取るための入口オリフィスおよび真空チャンバからイオンを送り出すための出口オリフィスを含む、真空チャンバと、
イオンを前記入口オリフィスから受け取る、前記真空チャンバ内に位置する第１のイオンガイドであって、前記第１のイオンガイドは、第１の入口端および第１の出口端を有し、第１のイオンチャネルを画定する中心軸の周囲に配列される、複数の第１の電極を有し、前記複数の第１の電極はそれぞれ、イオンを前記第１のイオンチャネル内に集束させるために、前記第１の出口端より前記第１の入口端に大きい内接径を提供するようにテーパ状である、第１のイオンガイドと、
イオンを前記第１の出口端から受け取る、前記第１のイオンガイドと同軸方向かつそれに隣接して前記真空チャンバ内に位置するＤＭＳデバイスであって、前記ＤＭＳデバイスは、ＤＭＳ入口端およびＤＭＳ出口端を有し、前記ＤＭＳ入口端における内接径は、前記第１の出口端における内接径より大きく、前記第１のイオンガイドから前記ＤＭＳデバイスへのイオンの損失を最小限にし、前記ＤＭＳデバイスは、ＤＭＳイオンチャネル内のイオンを分離させるために、一定間隙を伴うＤＭＳイオンチャネルを画定する中心軸の周囲に配列される、複数のＤＭＳ電極を有する、ＤＭＳデバイスと、
イオンを前記ＤＭＳ出口端から受け取り、前記イオンを前記出口オリフィスに集束させる、前記ＤＭＳデバイスと同軸方向かつそれに隣接して前記真空チャンバ内に位置する第２のイオンガイドであって、前記第２のイオンガイドは、第２の入口端および第２の出口端を有し、前記第２の入口端における内接径は、前記ＤＭＳ出口端における内接径より大きく、前記ＤＭＳデバイスから前記第２のイオンガイドへのイオンの損失を最小限にし、前記第２のイオンガイドは、第２のイオンチャネルを画定する中心軸の周囲に配列される、複数の第２の電極を有し、前記複数の第２の電極はそれぞれ、イオンを前記第２のイオンチャネル内に集束させるために、前記第２の出口端より前記第２の入口端に大きい内接径を提供するようにテーパ状である、第２のイオンガイドと、
を備える、システム。
（項目２）
イオンを前記第１のイオンガイドから前記ＤＭＳデバイスに通過させるための入口開口、イオンを前記ＤＭＳデバイスから前記第２のイオンガイドに通過させるための出口開口、およびガス入口を含む、前記ＤＭＳデバイスを封入する筐体をさらに備える、システムに係る前記項目の任意の組み合わせに記載のシステム。
（項目３）
前記ガス入口は、ガスを受け取り、前記筐体内の圧力を前記真空チャンバシステムの圧力を上回って増加させる、システムに係る前記項目の任意の組み合わせに記載のシステム。
（項目４）
前記複数のテーパ状の第１の電極のそれぞれの平面表面は、前記第１のイオンガイドの内部に面し、徐々に狭窄化され、内向きに傾斜され、前記第１の入口端より前記第１の出口端において小さい内接径を提供し、
前記複数のテーパ状の第２の電極のそれぞれの平面表面は、前記第２のイオンガイドの内部に面し、徐々に狭窄化され、内向きに傾斜され、前記第２の入口端より前記第２の出口端において小さい内接径を提供する、システムに係る前記項目の任意の組み合わせに記載のシステム。
（項目５）
前記第１のイオンガイドは、第１の多重極を備える、システムに係る前記項目の任意の組み合わせに記載のシステム。
（項目６）
前記第１の多重極は、２つの電極の任意の倍数のうちの１つから選択される、システムに係る前記項目の任意の組み合わせに記載のシステム。
（項目７）
前記第２のイオンガイドは、第２の多重極を備える、システムに係る前記項目の任意の組み合わせに記載のシステム。
（項目８）
前記第２の多重極は、２つの電極の任意の倍数のうちの１つから選択される、システムに係る前記項目の任意の組み合わせに記載のシステム。
（項目９）
前記ＤＭＳデバイスは、ＤＭＳ多重極を備える、システムに係る前記項目の任意の組み合わせに記載のシステム。
（項目１０）
前記ＤＭＳ多重極は、２つの電極の任意の倍数のうちの１つから選択される、システムに係る前記項目の任意の組み合わせに記載のシステム。
（項目１１）
フィルタリングが所望されるとき、前記ＤＭＳデバイスに非対称分離場およびＤＣ補償場を提供し、フィルタリングが所望されないとき、集束ＲＦ電位を提供するための手段を含む、システムに係る前記項目の任意の組み合わせに記載のシステム。
（項目１２）
真空下で示差移動度分光分析（ＤＭＳ）を行うための方法であって、
発生されたイオンを高圧領域から真空チャンバの中に受け取るための入口オリフィスおよびイオンを真空チャンバから送り出すための出口オリフィスを含む、真空チャンバを使用して、発生されたイオンを高圧領域から受け取るステップと、
前記発生されたイオンを集束させる、前記真空チャンバ内に位置する第１のイオンガイドを使用して、前記発生されたイオンを前記入口オリフィスから受け取るステップであって、前記第１のイオンガイドは、第１の入口端および第１の出口端を有し、前記第１のイオンガイドは、第１のイオンチャネルを画定する中心軸の周囲に配列される、複数の第１の電極を有し、前記複数の第１の電極はそれぞれ、イオンを前記第１のイオンチャネル内に集束させるために、前記第１の出口端より前記第１の入口端に大きい内接径を提供するようにテーパ状である、ステップと、
前記集束されたイオンを分離させる、前記第１のイオンガイドと同軸方向かつそれに隣接して前記真空チャンバ内に位置するＤＭＳデバイスを使用して、前記集束されたイオンを前記第１のイオンガイドから受け取るステップであって、前記ＤＭＳデバイスは、ＤＭＳ入口端およびＤＭＳ出口端を有し、前記ＤＭＳ入口端における内接径は、前記第１の出口端における内接径より大きく、前記第１のイオンガイドから前記ＤＭＳデバイスへのイオンの損失を最小限にし、前記ＤＭＳデバイスは、ＤＭＳイオンチャネル内のイオンを分離させるために、一定間隙を伴うＤＭＳイオンチャネルを画定する中心軸の周囲に配列される、複数のＤＭＳ電極を有する、ステップと、
前記分離されたイオンを前記出口オリフィスに集束させる、前記ＤＭＳデバイスと同軸方向かつそれに隣接して前記真空チャンバ内に位置する第２のイオンガイドを使用して、前記分離されたイオンを前記ＤＭＳデバイスから受け取るステップであって、前記第２のイオンガイドは、第２の入口端および第２の出口端を有し、前記第２の入口端における内接径は、前記ＤＭＳ出口端における内接径より大きく、前記ＤＭＳデバイスから前記第２のイオンガイドへのイオンの損失を最小限にし、前記第２のイオンガイドは、第２のイオンチャネルを画定する中心軸の周囲に配列される、複数の第２の電極を有し、前記複数の第２の電極はそれぞれ、イオンを前記第２のイオンチャネル内に集束させるために、前記第２の出口端より前記第２の入口端に大きい内接径を提供するようにテーパ状である、ステップと、
を含む、方法。
（項目１３）
前記集束されたイオンを前記第１のイオンガイドから受け取るステップは、
前記集束されたイオンを前記ＤＭＳデバイスを封入する筐体の入口開口を通して受け取るステップであって、前記筐体は、イオンを前記第１のイオンガイドから前記ＤＭＳデバイスに通過させるための入口開口、イオンを前記ＤＭＳデバイスから前記第２のイオンガイドに通過させるための出口開口、およびガス入口を含む、ステップ
を含む、方法に係る前記項目の任意の組み合わせに記載の方法。
（項目１４）
ガスを前記ガス入口を通して受け取り、前記筐体内の圧力を前記真空チャンバシステムの圧力を上回って増加させるステップをさらに含む、方法に係る前記項目の任意の組み合わせに記載の方法。
（項目１５）
フィルタリングが所望されるとき、前記ＤＭＳデバイスに非対称分離場およびＤＣ補償場を印加し、フィルタリングが所望されないとき、集束ＲＦ電位を印加するステップをさらに含む、方法に係る前記項目の任意の組み合わせに記載の方法。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
当業者は、後述の図面が、例証目的にすぎないことを理解するであろう。図面は、本教示の範囲をいかようにも制限することを意図するものではない。
【００１２】
【図１】図１は、種々の実施形態による、真空下で示差移動度分光分析（ＤＭＳ）を行うためのシステムの概略図である。
【００１３】
【図２】図２は、種々の実施形態による、４つの電極ＤＭＳデバイスを含む、真空下でＤＭＳを行うためのシステムの正面図である。
【００１４】
【図３】図３は、種々の実施形態による、１２の電極ＤＭＳデバイスを含む、真空下でＤＭＳを行うためのシステムの正面図である。
【００１５】
【図４】図４は、種々の実施形態による、真空下でＤＭＳを行うための方法を示す、フロー図である。
【００１６】
本教示の１つまたはそれを上回る実施形態を詳細に説明する前に、当業者は、本教示が、その適用において、以下の発明を行うための形態に記載される、または図面に図示される、構造、構成要素の配列、およびステップの配列の詳細に制限されないことを理解するであろう。また、本明細書で使用される表現および専門用語は、説明の目的のためであって、制限として見なされるべきではないことを理解されたい。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
前述のように、示差移動度分光分析（ＤＭＳ）デバイスを質量分析計の真空システムの中に設置することは、デバイスが分光計に恒久的に搭載されたままであることを可能にし得る。しかしながら、イオンを自由噴流膨張から捕捉するための効率的手段を提供するシステムは、まだ開発されていない。
【００１８】
種々の実施形態では、質量分析計の真空システム内の区画化された無線周波数（ＲＦ）多重極構成は、ＤＭＳのためのイオンを自由噴流膨張から捕捉するための効率的手段を提供する。具体的には、イオンガイド（レンズとは対照的に）は、高効率イオン伝送を提供するために使用される。区画は、第１のＲＦ多重極イオンガイドと、第１のＲＦイオンガイドの出口における多重極ＤＭＳデバイスと、ＤＭＳデバイスの出口における第２のＲＦ多重極イオンガイドとを含む。第１のＲＦイオンガイドは、自由噴流ガス膨張を囲繞するバレル衝撃の直径の少なくとも５０％を、例えば、真空チャンバの中に受け入れるために十分な内接径を入口に含む。第１のＲＦイオンガイドは、捕捉されたイオンが出口に先立って集束されるように、テーパ状である。第１のＲＦイオンガイドの出口寸法は、ＤＭＳデバイスへの移送の際のイオンの損失を最小限にするために、ＤＭＳデバイスの入口寸法より小さい。イオンは、次いで、ＤＭＳデバイス内で分離されることができる。
【００１９】
第２のＲＦイオンガイドもまた、テーパ状である。第２のＲＦイオンガイドは、ＤＭＳデバイスの出口寸法を上回る内接径を入口に有する。第２のＲＦイオンガイドのテーパは、差動圧送される真空領域を分離する開口に先立って、移動度フィルタイオンを集束させる。ＤＭＳデバイスは、差動圧送される真空チャンバの出口からのガス流が、層流流線をＤＭＳデバイスを通して引き込むように、筐体内に封入されることができる。加えて、第１のＲＦイオンガイドおよび第２のＲＦイオンガイドの長さは、十分な集束特性および有害ビーム／衝撃波の排除を確実にするために最適化されることができる。集束電位もまた、ＤＭＳデバイスに印加され、伝送を改善することができる。
【００２０】
（真空下でのＤＭＳのためのシステム）
図１は、種々の実施形態による、真空下でＤＭＳを行うためのシステム１００の概略図である。システム１００は、真空チャンバ１１０と、第１のイオンガイド１２０と、ＤＭＳデバイス１３０と、第２のイオンガイド１４０とを含む。第１のイオンガイド１２０および第２のイオンガイド１４０は、例えば、ＲＦイオンガイドであって、それぞれ、ＲＦ電圧を提供する電力供給源によって供給される。
【００２１】
真空チャンバ１１０は、イオンを高圧領域から真空チャンバ１１０の中に受け取るための入口オリフィス１１１と、イオンを真空チャンバ１１０から送り出す出口オリフィス１１２とを含む。イオン源（図示せず）は、例えば、イオンを高圧領域（図示せず）内のサンプルから発生させる。真空チャンバ１１０はまた、ポンプポート１１５を含む。粗引ポンプが、ポンプポート１１５に取り付けられ、例えば、真空チャンバ１１０内の圧力の制御を提供することができる。
【００２２】
第１のイオンガイド１２０は、真空チャンバ１１０内に位置する。第１のイオンガイド１２０は、イオンを入口オリフィス１１１から受け取る。第１のイオンガイド１２０は、第１の入口端１２１と、第１の出口端１２２とを有する。第１のイオンガイド１２０は、第１のイオンチャネル１２４を画定する中心軸１１３の周囲に配列される、複数の第１の電極１２３を有する。複数の第１の電極１２３はそれぞれ、イオンを第１のイオンチャネル１２４内に集束させるために、第１の出口端１２２より第１の入口端１２１に大きい内接径を提供するようにテーパ状である。
【００２３】
ＤＭＳデバイス１３０は、第１のイオンガイド１２０と同軸方向かつそれに隣接する、真空チャンバ１１０内に位置する。ＤＭＳデバイス１３０は、イオンを第１のイオンガイド１２０の第１の出口端１２２から受け取る。ＤＭＳデバイス１３０は、ＤＭＳ入口端１３１と、ＤＭＳ出口端１３２とを有する。ＤＭＳ入口端１３１における内接径は、第１のイオンガイド１２０からＤＭＳデバイス１３０へのイオンの損失を最小限にするために、第１のイオンガイド１２０の第１の出口端１２２における内接径より大きい。ＤＭＳデバイス１３０は、中心軸１１３の周囲に配列される複数のＤＭＳ電極１３３を有する。複数のＤＭＳ電極１３３は、ＤＭＳイオンチャネル１３４内のイオンを分離させるために、一定間隙を有するＤＭＳイオンチャネル１３４を画定する。
【００２４】
第２のイオンガイド１４０は、第１のＤＭＳデバイス１３０と同軸方向かつそれに隣接する、真空チャンバ１１０内に位置する。第２のイオンガイド１４０は、イオンをＤＭＳデバイス１３０のＤＭＳ出口端１３２から受け取る。第２のイオンガイド１４０は、イオンを真空チャンバ１１０の出口オリフィス１１２に集束させる。第２のイオンガイド１４０は、第２の入口端１４１と、第２の出口端１４２とを有する。第２の入口端１４１における内接径は、ＤＭＳデバイス１３０から第２のイオンガイド１４０へのイオンの損失を最小限にするために、ＤＭＳ出口端１３２における内接径より大きい。第２のイオンガイド１４０は、第２のイオンチャネル１４４を画定する中心軸１１３の周囲に配列される複数の第２の電極１４３を有する。複数の第２の電極１４３はそれぞれ、イオンを第２のイオンチャネル１４４内に集束させるために、第２の出口端１４２より第２の入口端１４１に大きい内接径を提供するようにテーパ状である。
【００２５】
種々の実施形態では、システム１００はさらに、ＤＭＳデバイス１３０を封入する筐体１５０を含む。筐体１５０は、ＤＭＳデバイス１３０が、第１のイオンガイド１２０および第２のイオンガイド１４０の両方を上回る圧力で動作することを可能にするために使用される。ＲＦイオンガイドは、中間圧力域においてより良好に機能し、ＤＭＳデバイスは、さらにより高い圧力においてより良好に機能する。例えば、第１のイオンガイド１２０および第２のイオンガイド１４０は、圧力２０トル未満で動作され、ＤＭＳデバイス１３０は、２０トルより高い圧力で動作される。種々の実施形態では、ＤＭＳデバイス１３０は、第１のイオンガイド１２０および第２のイオンガイド１４０より１０倍高い圧力で動作される。他の実施形態では、ＤＭＳ圧力は、真空チャンバ１１０と同一圧力で、またはチャンバ１１０と同一圧力から大気圧もしくはそれを上回る圧力に及ぶ範囲にわたる任意の圧力で最適化されてもよい。ＤＭＳセル内のより高い圧力は、開口１５１および１５２からのガスの流出に起因して、所与の圧力をチャンバ１１０内に維持するために、より大きい真空ポンプを要求するであろうことに留意されたい。
【００２６】
筐体１５０は、イオンを第１のイオンガイド１２０からＤＭＳデバイス１３０に通過させるための入口開口１５１を含む。筐体１５０は、イオンをＤＭＳデバイス１３０から第２のイオンガイド１４０に通過させるための出口開口１５２を含む。筐体１５０はまた、ガス入口１５５を含む。ガス入口１５５は、ガスを受け取り、例えば、筐体１５０内の圧力を真空チャンバ１１０の圧力を上回って増加させる。
【００２７】
ＤＭＳデバイス１３０は、真空チャンバ１１０および筐体１５０を異なる圧力レベルに真空化せずに、第１のイオンガイド１２０および第２のイオンガイド１４０の両方を上回る圧力で動作されることに留意することが重要である。代わりに、ＤＭＳデバイス１３０は、ガスをガス入口１５５を通して筐体１５０の中に導入し、筐体１５０内の圧力を真空チャンバ１１０の圧力を上回って増加させることによって、第１のイオンガイド１２０および第２のイオンガイド１４０の両方を上回る圧力で動作される。
【００２８】
種々の実施形態では、複数のテーパ状の第１の電極１２３のそれぞれの平面表面は、第１のイオンガイド１２０の内部に面し、徐々に狭窄化され、内向きに傾斜され、第１のイオンガイド１２０の第１の入口端１２１より第１の出口端１２２において小さい内接径を提供する。同様に、複数のテーパ状の第２の電極１４３のそれぞれの平面表面は、第２のイオンガイド１４０の内部に面し、徐々に狭窄化され、内向きに傾斜され、第２のイオンガイド１４０の第２の入口端１４１より第２の出口端１４２において小さい内接径を提供する。
【００２９】
種々の実施形態では、第１のイオンガイド１２０、ＤＭＳデバイス１３０、または第２のイオンガイド１４０は、多重極デバイスであることができる。第１のイオンガイド１２０、ＤＭＳデバイス１３０、および第２のイオンガイド１４０は、２つの電極の任意の倍数を含むことができる。例えば、第１のイオンガイド１２０、ＤＭＳデバイス１３０、または第２のイオンガイド１４０は、４つの電極、６つの電極、８つの電極、１０の電極、１２の電極、１４の電極、１６の電極等を含むことができる。
【００３０】
種々の実施形態では、フィルタリングが所望されるとき、ＤＭＳデバイスに非対称分離場およびＤＣ補償場が印加され、ＤＭＳがフィルタリングされないとき、集束ＲＦ電位を印加する。非対称分離場、ＤＣ補償場、および集束ＲＦ電位は、プログラム制御下で電圧または電場を切替可能な任意の手段を使用して、印加される。本手段は、限定ではないが、プロセッサ、コントローラ、特定用途デジタル回路、または特定用途アナログ回路を含むことができる。
【００３１】
図２は、種々の実施形態による、４つの電極のＤＭＳデバイス２４０を含む、真空下でＤＭＳを行うためのシステム２００の正面図である。真空チャンバ２１０は、入口オリフィス２１１と、出口オリフィス２１２と、ポンプポート２１５とを含む。ポンプポート２１５の場所は、真空チャンバ２１０の背面に移動され、真空チャンバ２１０の背面に向かってガス流を提供することができる。真空チャンバ２１０は、例えば、任意のタイプのスリーブまたは封入体であることができる。
【００３２】
第１のイオンガイド２２０、ＤＭＳデバイス２３０、および第２のイオンガイド２４０は、真空チャンバ２１０内に位置する区画化されたイオンガイドの一部である。第１のイオンガイド２２０および第２のイオンガイド２４０は、テーパ状十二重極デバイスである。ＤＭＳデバイス２３０は、電極として４つの平坦プレートを含む。ＤＭＳ分離波形は、反対に面した電極の２つの間に印加されてもよい。さらに、ＤＣまたはＲＦ電位が、他の対の電極に印加されてもよい。ＤＭＳ分離が所望されないとき、対称ＲＦ集束電位が、４電極に印加され、高伝送を確実にしてもよい。
【００３３】
図３は、種々の実施形態による、１２の電極ＤＭＳデバイス３４０を含む、真空下でＤＭＳを行うためのシステム３００の正面図である。真空チャンバ３１０は、入口オリフィス３１１と、出口オリフィス３１２と、ポンプポート３１５とを含む。第１のイオンガイド３２０、ＤＭＳデバイス３３０、および第２のイオンガイド３４０は、真空チャンバ３１０内に位置する区画化されたイオンガイドの一部である。第１のイオンガイド３２０および第２のイオンガイド３４０は、テーパ状十二重極デバイスである。ＤＭＳデバイス３３０は、非テーパ状十二重極デバイスである。ＤＭＳ波形は、フィルタリングが所望されるとき、十二重極デバイスに印加されてもよく、集束ＲＦ電位は、フィルタリングが所望されないとき、印加されてもよい。
【００３４】
（真空下でＤＭＳを行うための方法）
図４は、種々の実施形態による、真空下でＤＭＳを行うための方法４００を示す、フロー図である。
【００３５】
方法４００のステップ４１０では、発生されたイオンは、真空チャンバを使用して、高圧領域から受け取られる。真空チャンバは、発生されたイオンを高圧領域から真空チャンバの中に受け取るための入口オリフィスと、イオンを真空チャンバから送り出すための出口オリフィスとを含む。
【００３６】
ステップ４２０では、発生されたイオンは、真空チャンバ内に位置する第１のイオンガイドを使用して、入口オリフィスから受け取られる。第１のイオンガイドは、発生されたイオンを集束させる。第１のイオンガイドは、第１の入口端および第１の出口端を有する。第１のイオンガイドは、第１のイオンチャネルを画定する中心軸の周囲に配列される、複数の第１の電極を有する。複数の第１の電極はそれぞれ、イオンを第１のイオンチャネル内に集束させるために、第１の出口端より第１の入口端に大きい内接径を提供するようにテーパ状である。
【００３７】
ステップ４３０では、集束されたイオンは、第１のイオンガイドと同軸方向かつそれに隣接して真空チャンバ内に位置する、ＤＭＳデバイスを使用して、第１のイオンガイドから受け取られる。ＤＭＳデバイスは、集束されたイオンを分離させる。ＤＭＳデバイスは、ＤＭＳ入口端と、ＤＭＳ出口端とを有する。ＤＭＳ入口端における内接径は、第１のイオンガイドの第１の出口端における内接径より大きく、第１のイオンガイドからＤＭＳデバイスへのイオンの損失を最小限にする。ＤＭＳデバイスは、ＤＭＳイオンチャネル内のイオンを分離させるために、一定間隙を伴うＤＭＳイオンチャネルを画定する中心軸の周囲に配列される、複数のＤＭＳ電極を有する。
【００３８】
ステップ４４０では、分離されたイオンは、ＤＭＳデバイスと同軸方向かつそれに隣接して真空チャンバ内に位置する、第２のイオンガイドを使用して、ＤＭＳデバイスから受け取られる。第２のイオンガイドは、分離されたイオンを出口オリフィスに集束させる。第２のイオンガイドは、第２の入口端と、第２の出口端とを有する。第２の入口端における内接径は、ＤＭＳ出口端における内接径より大きく、ＤＭＳデバイスから第２のイオンガイドへのイオンの損失を最小限にする。第２のイオンガイドは、第２のイオンチャネルを画定する中心軸の周囲に配列される、複数の第２の電極を有する。複数の第２の電極はそれぞれ、イオンを第２のイオンチャネル内に集束させるために、第２の出口端より第２の入口端に大きい内接径を提供するようにテーパ状である。
【００３９】
本教示は、種々の実施形態と併せて説明されるが、本教示が、そのような実施形態に制限されることを意図するものではない。対照的に、本教示は、当業者によって理解されるように、種々の代替、修正、および均等物を包含する。
【００４０】
さらに、種々の実施形態の説明において、本明細書は、ステップの特定のシーケンスとして、方法および／またはプロセスを提示し得る。しかしながら、方法またはプロセスが本明細書に記載されるステップの特定の順序に依拠しない程度において、方法またはプロセスは、説明されるステップの特定のシーケンスに制限されるべきではない。当業者が理解するであろうように、ステップの他のシーケンスも可能であり得る。したがって、本明細書に記載されるステップの特定の順序は、請求項に関する制限として解釈されるべきでない。加えて、方法および／またはプロセスを対象とする請求項は、そのステップの実施を書かれた順序に制限されるべきではなく、当業者は、シーケンスが、変動され得、依然として、種々の実施形態の精神および範囲内にあることを容易に理解することができる。
【図１】
0006492090.tif 000002
【図２】
0006492090.tif 000003
【図３】
0006492090.tif 000004
【図４】
0006492090.tif 000005