(57)【要約】  イオン源は、電子ビームの方向に平行であり、かつ電子ビームと一致する方向に磁場を生成する、磁場発生器を含むことができる。ただし、この磁場は、イオン化されたサンプル成分がイオン源を通過して出るときに、それらの経路にも影響を与える可能性がある。イオン源には、この影響を埋め合わせるための電場発生器を含めることができる。一例として、電場発生器は、イオン源チャンバ内に電場を生成することができ、その結果、イオン化されたサンプル成分に、方向が反対で、イオン化されたサンプル成分に磁場によって加えられる力と実質的に等しい大きさの追加の力が与えられる。
2021524655.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン源チャンバであって、
第１の入口ポートと、
前記第１の入口ポートとは異なる第２の入口ポートと、
出口ポートと、
前記イオン源チャンバ内に磁場を生成する磁場発生器と、
前記イオン源チャンバ内に第１の電場を生成する第１の電場発生器と、
前記イオン源チャンバ内に第２の電場を生成する第２の電場発生器とを備えるイオン源チャンバを有するシステムにおいて、
前記イオン源チャンバは、動作中に、
前記第１の入口ポートから気相中性種を受け取る工程と、
前記第２の入口ポートから電子の流れを受け取る工程と、
前記磁場発生器を使用して、前記イオン源チャンバを通して電子を導く工程と、
前記気相中性種と前記電子の間の相互作用を通じて、前記イオン源チャンバ内のイオン化領域でイオンを生成する工程と、
前記第１の電場発生器を使用して、前記イオン源チャンバからのイオンの少なくとも一部を、イオンビーム軸に沿って出口ポートを通して集束及び加速する工程とを行い、
前記第２の電場発生器は、前記イオン源から加速されたイオンの少なくとも一部に対する磁場の影響を低減又は排除する、システム。 
【請求項２】
前記電子が前記イオン源チャンバ内を第１の横方向に流れ、前記第１の横方向はイオンビーム軸に直交し、
前記磁場発生器は、前記第１の横方向に、前記電子の流れと一致する磁場を生成する、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記磁場発生器が、少なくとも２つの永久磁石を有する、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記第２の電場発生器は、第２の横方向に第２の電場を生成し、前記第２の横方向は、前記第１の横方向に直交し、前記イオンビーム軸に直交する、請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
前記イオン源チャンバからのイオンの少なくとも一部を、イオンビーム軸に沿って出口ポートを通して集束及び加速する工程は、
第１のｍ／ｚ範囲を有する第１の部分集合のイオンの各イオンに、前記第１の磁場発生器を使用してイオンビーム軸に沿ってイオンを集束及び加速する第１の力を印加し、ここで、磁場中の第１の部分集合のイオンの動きにより、前記第１の部分集合のイオンは第２の力を受け、前記第２の力は前記イオンビーム軸と磁場の方向との両方に直交する、第１の力を印加する工程と、
前記第１の部分集合のイオンの各イオンに、前記第２の電場発生器を使用して第３の力を印加する工程と、
前記第１の部分集合のイオンを出口ポートに導繰工程とを含んでなり、
ここで、前記第１の部分集合のイオンの各イオンについて、前記第３の力と前記第２の力は方向が逆であり、大きさが実質的に等しい、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記イオン源チャンバからのイオンの少なくとも一部を、イオンビーム軸に沿って出口ポートを通して集束及び加速する工程は、
前記第１のｍ／ｚ範囲とは異なる第２のｍ／ｚ範囲を有するイオンの第２の部分集合の各イオンに、前記第１の電場発生器を使用して第４の力を印加し、それにより、前記第２の部分集合のイオンは、磁場中の前記第２の部分集合のイオンの動きによって第５の力を受け、前記第５の力は、イオンビーム軸と磁場の方向の両方に直交する、第４の力を印加する工程と、 
前記第２の部分集合のイオンの各イオンに、第２の電場発生器を使用して第６の力を印加する工程とを含んでなり、
前記第２の部分集合のイオンの各イオンについて、前記第５の力の大きさは、前記第６の力の大きさとは異なる、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記第２の電場発生器は、前記イオン化領域の周辺に沿って配置された第１の電極を含み、前記第２の電場発生器は、前記第１の電位を第１の電極に印加して、前記第２の電場を生成する、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記第２の電場発生器は、前記イオン化領域の周辺に沿って前記第１の電極の反対側に配置された第２の電極をさらに備え、前記第２の電場発生器は、第２の電場を生成するために第２の電位を前記第２の電極に印加する、請求項７に記載のシステム。電極。
【請求項９】
前記第１の電極と前記第２の電極との間に配置された１つ以上の電気要素をさらに含み、前記第２の電場発生器は、１つ以上の前記電気要素に第３の電位を印加し、前記第３の電位は、前記第１の電位と前記第２の電位の平均である、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記第１の電極の内側輪郭及び前記第２の電極の内側輪郭は、少なくとも部分的に、一定の断面形状を画定し、前記断面形状は、多角形、楕円、円、双曲線、又は放物線のうちの１つである、請求項８に記載のシステム。
【請求項１１】
質量分析器をさらに備え、前記質量分析器は、前記イオン源チャンバから前記出口ポートを介してイオンの少なくとも一部を受け取る、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記第１の電場発生器は、前記第１の入口ポートに近接して配置された入口電極を含み、前記第１の電場発生器は、前記入口電極に電位を印加して前記第１の電場を生成する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記第１の電場発生器は、前記出口ポートに近接して配置された出口電極を含み、前記第１の電場発生器は、前記出口電極に電位を印加して前記第１の電場を生成する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
柱状形状のイオン源チャンバにおいて、
前記チャンバの第１の端部に配置された入口電極アセンブリと、
前記チャンバの第２の端に配置された出口電極アセンブリと、
前記第１の端部と前記第２の端部との間の軸に沿って配置され、イオンが生成されるイオン源の体積を画成する、本体電極アセンブリと、
前記イオン源チャンバ内の第１の軸方向に第１の電場を生成して、イオン源チャンバから出口ポートを通って分析物イオンの少なくとも一部を集束及び加速する、第１の電場発生器と、
第２の電場発生器であって、動作中に、前記イオン源チャンバ内の軸に直交する第１の横方向に第２の電場を生成し、これにより、イオン源から加速される、第１のｍ／ｚを有するイオンの運動に対する磁場の影響の範囲が減少又は排除される、第２の電場発生器と、
前記電子源から電子を取り込むために、入口電極アセンブリ又は本体電極アセンブリに配置された第１の入口ポートと、
少なくとも１つの分析物を取り込むために、入口電極アセンブリ又は本体電極アセンブリに配置された第２の入口ポートと、
軸及び第１の横方向に垂直な第２の横方向に双極子磁場を生成する磁石アセンブリと、
前記チャンバ内に電子ビームの一部がある状態で、穿孔されたイオン化チャンバを、前記磁場と一致する第２の横方向に通過する電子ビームを生成する電子源とを備える、イオン源チャンバ。
【請求項１５】
前記入口電極アセンブリの内面が円錐台状構造である、請求項１４に記載のイオン源。
【請求項１６】
前記本体電極アセンブリが中空の柱状構造のものであり、
前記本体電極の、前記軸に垂直な横断面上での断面形状は、円、双曲線、放物線、多角形のうちの１つであり、
前記軸に垂直な横断面上での、前記本体電極の断面形状は、軸対称又は軸非対称のいずれかである、請求項１４に記載のイオン源。
【請求項１７】
前記入口電極アセンブリ、前記出口電極アセンブリ、及び前記本体電極アセンブリに供給されるそれぞれのＤＣ電圧をリアルタイムで変化させる制御モジュールを備え、その結果、請求項１６の前記第１のｍ／ｚ範囲は、動作中に全質量範囲をスキャンすることができる、システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、質量分析システム、より詳細には、イオン化されたサンプル成分をイオン源から質量分析器に移動させることに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスクロマトグラフィ／質量分析（ＧＣ／ＭＳ）は、ガスクロマトグラフィと質量分析の機能を組み合わせて、テストサンプル内のさまざまな物質を同定する分析手法である。
一部のＧＣ／ＭＳ機器では、サンプルが成分に分離され、イオン源によってイオン化される。次に、イオン化されたサンプル成分は、検査のために下流の質量分析計（四重極質量フィルターなど）に移される。イオンの収集を改善するために、電極レンズ（例えば、直流レンズ）を使用して、イオンを下流の輸送チャンバ及び質量分析器に集束させることができる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
この開示は、質量分析機器において、イオン源から下流の質量分析計の入口にイオンを効率的に移動させるためのシステム及び技術を特徴とする。
ＧＣ／ＭＳ機器では、ガスクロマトグラフィによってサンプルがその成分に分離される。一例として、キャピラリーカラムを使用して、カラム内での相対的な保持に基づいてサンプル成分を分離することができる。続いて、カラムから溶出したサンプル成分をイオン化し、イオン化したサンプル成分を質量分析計で分析する。
【０００４】
サンプル成分は、イオン源を使用してイオン化できる。イオン源の例には、電子イオン化（ＥＩ）イオン源及び化学イオン化（ＣＩ）イオン源が含まれる。
一例として、ＥＩイオン源は、ガスクロマトグラフィから溶出されたサンプル成分の流入物を受け取り、サンプル成分をイオン源内のイオン化領域に向けることができる。さらに、イオン源は、イオン化領域を介して電子ビームを生成することができ、電子ビーム内の電子との相互作用によって、溶出された成分の一部をイオン化させる。次に、イオン化されたサンプル成分は、イオン源から加速され（ＤＣ電極レンズを使用するなど）、分析のために下流の質量分析計に送られる。
【０００５】
一般に、質量分析計の性能は、少なくとも部分的には、受け取ったイオン化サンプル成分の焦点と角度の広がりに依存する。特に、質量分析計の性能は、イオン化されたサンプル成分の、角度の広がりが小さくなるように精密に集束されている流れを受け取ると改善される。したがって、ＧＣ／ＭＳ機器の性能を向上させるために、イオン化されたサンプル成分は、理想的には、精密に集束されたビーム経路に沿って、角度広がりの程度が低い状態でイオン源チャンバを出る必要がある。
【０００６】
さらに、場合によっては、イオン源は、電子ビームの方向に平行であり、かつ電子ビームと一致する方向に、磁場を生成するように構成された磁場発生器を含むことができる。これは、例えば、電子ビームの電子を電子ビームの方向の周りにらせん方向に移動させるので、有用であり得る。これにより、イオン源チャンバ内の各電子の経路が長くなり、各電子がサンプル成分と相互作用してイオン化する可能性が高くなる。その結果、イオン源の効率が向上する。
【０００７】
ただし、この磁場は、イオン化されたサンプル成分がイオン源を通過して出るときに、それらの経路にも影響を与える可能性がある。例えば、磁場は、イオン化されたサンプル成分に、それらの進行方向に直交する方向にローレンツ力を与え、それらの経路から逸脱させる可能性がある。結果として、イオン化されたサンプル成分は、曲がった経路に沿って、及び／又は不均一又は散乱した方式でイオン源を出る可能性があり、それによって質量分析計の性能に悪影響を与える。さらに、場合によっては、イオン化されたサンプル成分がイオン源のチャンバ壁と衝突し、イオン源チャンバからまったく出ないことがある。
【０００８】
イオン源は、この効果を埋め合わせるために電場発生器を含むことができる（例えば、イオン化されたサンプル成分に対する磁場の効果を低減又は排除することによって）。一例として、電場発生器は、イオン源チャンバ内に電場を生成するように構成することができ、その結果、イオン化されたサンプル成分に追加の力が与えられる。電場によってイオン化されたサンプル成分に与えられる力は、磁場によってイオン化されたサンプル成分に与えられる力と方向が反対であるが、実質的に等しい大きさであり得、その結果、２つの力は互いに実質的に打ち消し合う。その結果、イオン化されたサンプル成分は、直線経路から逸脱したり散乱したりする可能性が低くなり、したがって、より集束された態様でイオン源チャンバから排出される。
【０００９】
一態様では、システムは、イオン源チャンバを有する。イオン源チャンバは、第１の入口ポートと、第１の入口ポートとは異なる第２の入口ポートと、出口ポートと、イオン源チャンバ内で磁場を生成するように構成された磁場発生器と、イオン源チャンバ内に第１の電場を生成するように構成された第１の電場発生器と、イオン源チャンバ内に第２の電場を生成するように構成された第２の電場発生器とを有する。イオン源チャンバは、動作中に、第１の入口ポートを介して気相の中性種を受け取り、第２の入口ポートを介して電子の流れを受け取り、磁場発生器を使用してイオン源チャンバを通して電子を導き、気相中性種と電子の間の相互作用によって、イオン源チャンバ内のイオン化領域でイオンを生成し、第１の電場発生器を使用して、イオンビーム軸に沿ってイオン源チャンバから出口ポートを通ってイオンの少なくとも一部を集束及び加速するように構成される。第２の電場発生器は、イオン源から加速されたイオンの少なくとも一部に対する磁場の影響を低減又は排除するように構成される。
【００１０】
この実施形態の実施には、以下の技術的特徴の１つ以上を含めることができる。
いくつかの実施形態では、電子は、イオン源チャンバ内で第１の横方向に流れることができる。第１の横方向は、イオンビーム軸に直交してもよい。磁場発生器は、第１の横方向に、電子の流れと一致する磁場を生成するように構成することができる。磁場発生器は、少なくとも２つの永久磁石を含むことができる。第２の電場発生器は、第２の横方向に第２の電場を生成するように構成することができる。第２の横断方向は、第１の横断方向に直交し、イオンビーム軸に直交することができる。
【００１１】
いくつかの実施形態では、イオン源チャンバから出口ポートを介してイオンの少なくとも一部を集束及び加速することには、第１のｍ／ｚ範囲を有するイオンの第１の部分集合の各イオンに、第１の電場発生器を使用する第１の力を加えてイオンビーム軸に沿ってイオンを集束及び加速し、これにより、第１の部分集合のイオンは、磁場中の第１の部分集合のイオンの移動により第２の力であって、第２の力は両方のイオンビーム軸と磁場の方向に直交する第２の力を受けることを含み得る。イオン源チャンバから出口ポートを介したイオンの少なくとも一部の集束及び加速することはまた、第１の部分集合のイオンの各イオンに、第２の電場発生器を使用する第３の力を印加し、第１の部分集合のイオンを出口ポートから誘導することを含み得る。第１の部分集合のイオンの各イオンについて、第３の力及び第２の力は、方向が反対であり、大きさが実質的に等しいものであってよい。イオン源チャンバから出口ポートを介してイオンの少なくとも一部を集束及び加速することは、第１のｍ／ｚ範囲とは異なる第２のｍ／ｚ範囲を有する第２の部分集合のイオンの各イオンに、第１の電場発生器を使用して第４の力を適用し、これにより、第２の部分集合のイオンは、磁場中の第２の部分集合のイオンの運動により第５の力であってイオンビーム軸及び磁場の方向の両方に直交する第５の力を受けることを含み得る。イオン源チャンバから出口ポートを介してイオンの少なくとも一部を集束及び加速することは、第２の部分集合のイオンの各イオンに、第２の電場発生器を使用して第６の力を加えることも含み得る。第２の部分集合のイオンの各イオンについて、第５の力の大きさは、第６の力の大きさとは異なる可能性がある。
【００１２】
いくつかの実施形態では、第２の電場発生器は、イオン化領域の周辺に沿って配置された第１の電極を含むことができる。第２の電場発生器は、第１の電位を第１の電極に印加して第２の電場を生成するように構成することができる。第２の電場発生器は、イオン化領域の周辺に沿って第１の電極の反対側に配置された第２の電極をさらに含むことができる。第２の電場発生器は、第２の電位を第２の電極に印加して第２の電場を生成するように構成することができる。システムは、第１の電極と第２の電極との間に配置された１つ以上の電気要素をさらに含むことができる。第２の電場発生器は、１つ以上の電気要素に第３の電位を印加するように構成することができる。第３の電位は、第１の電位及び第２の電位の平均であり得る。第１の電極の内部輪郭及び第２の電極の内部輪郭は、少なくとも部分的に、一定の断面形状を画定することができる。断面形状は、多角形、楕円、円、双曲線、又は放物線のいずれかになる。
【００１３】
いくつかの実施形態では、システムはさらに質量分析器を有することができる。質量分析計は、イオン源チャンバから出口ポートを介してイオンの少なくとも一部を受け取るように構成できる。
【００１４】
いくつかの実施形態では、第１の電場発生器は、第１の入口ポートの近傍に配置された入口電極を有することができる。第１の電場発生器は、入口電極に電位を印加して第１の電場を生成するように構成することができる。
【００１５】
いくつかの実施形態では、第１の電場発生器は、出口ポートの近傍に配置された出口電極を有することができる。第１の電場発生器は、電位を出口電極に印加して第１の電場を生成するように構成することができる。
【００１６】
別の態様では、柱状形状のイオン源チャンバは、チャンバの第１の端部に配置された入口電極アセンブリと、チャンバの第２の端部に配置された出口電極アセンブリと、第１の端と第２の端の間の軸に沿って、イオンが生成されるソースの空間容積を含むように配置された本体電極アセンブリとを含むことができる。イオン源チャンバはまた、イオン源チャンバ内の第１の軸方向に第１の電場を生成して、イオン源チャンバから出口ポートを通って分析物イオンの少なくとも一部を集束及び加速するように構成された第１の電場発生器と、動作中に、イオン源チャンバ内の軸に直交する第１の横方向に第２の電場を生成するように構成された第２の電場発生器とを含むことができ、これにより、イオン源から加速され、第１のｍ／ｚ数値範囲を有するイオンの運動に対する磁場の影響が減少又は排除される。イオン源チャンバはまた、電子源から電子を導入するために、入口電極アセンブリ又は本体電極アセンブリに配置された第１の入口ポートと、少なくとも１つの分析物を導入するために、入口電極アセンブリ又は本体電極アセンブリに配置された第２の入力ポートと、軸及び第１の横方向に垂直な第２の横方向に双極磁場を生成するように構成された磁石アセンブリと、チャンバ内に電子ビームの一部がある状態で、磁場に一致する第２の横方向へ、有孔イオン化チャンバを通過する電子ビームを生成するように構成された電子源とを有することができる。
【００１７】
この実施形態の実施には、以下の技術的特徴の１つ以上を含めることができる。
いくつかの実施形態では、入口電極アセンブリの内面は、円錐体状構造であり得る。
いくつかの実施形態では、本体電極アセンブリは、中空の柱状構造であり得る。軸に垂直な横断面上の本体電極の断面形状は、円、双曲線、放物線、多角形のいずれかであり得る。軸に垂直な横断面上の本体電極の断面形状は、軸対称又は軸非対称のいずれかであり得る。
【００１８】
別の態様では、システムは、入口電極アセンブリ、出口電極アセンブリ、及び本体電極アセンブリに供給されるそれぞれのＤＣ電圧をリアルタイムで変化させる制御モジュールを含むことができ、その結果、請求項１６の第１のｍ／ｚ範囲は、動作中に全質量範囲をスキャンすることができる。
【００１９】
１つ以上の実施形態の詳細は、添付の図面及び以下の説明に記載されている。他の特徴の利点は、説明及び図面、ならびに特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】例示のガスクロマトグラフィ／質量分析（ＧＣ／ＭＳ）システムを示す概略図。
【図２】例示のイオン源を示す断面図。
【図３Ａ】ＧＣ／ＭＳシステムにおいてイオン化されたサンプル成分に対する例示の磁場の影響を示す概略図。
【図３Ｂ】ＧＣ／ＭＳシステムにおいてイオン化されたサンプル成分に対する例示の補償電場の影響を示す概略図。
【図４Ａ】例示のイオン源の断面図。
【図４Ｂ】イオン源の構成例の断面図。
【図４Ｃ】イオン源の構成例の断面図。
【図４Ｄ】イオン源の構成例の断面図。
【図５】イオン源チャンバの例を通過するイオン化されたサンプル成分の軌跡を例示する図。
【図６Ａ】イオン源チャンバの例を通過するイオン化されたサンプル成分の軌跡を例示する図（電場による補償なしのイオン化されたサンプル成分の軌跡の例）。
【図６Ｂ】イオン源チャンバの例を通過するイオン化されたサンプル成分の軌跡を例示する図（電場による補償を伴うイオン化されたサンプル成分の軌跡の例）。
【図６Ｃ】イオン源チャンバの例を通過するイオン化されたサンプル成分の軌跡を例示する図（電場による補償なしのイオン化されたサンプル成分の軌跡の例）。
【図６Ｄ】イオン源チャンバの例を通過するイオン化されたサンプル成分の軌跡を例示する図（電場による補償を伴うイオン化されたサンプル成分の軌跡の例）。
【図７Ａ】従来のＧＣ／ＭＳシステムのシミュレートされた性能と比較した、本明細書に記載の例示的なＧＣ／ＭＳシステムのシミュレートされた性能を示すグラフ。
【図７Ｂ】従来のＧＣ／ＭＳシステムのシミュレートされた性能と比較した、本明細書に記載の例示的なＧＣ／ＭＳシステムのシミュレートされた性能を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
例示的なガスクロマトグラフィ／質量分析（ＧＣ／ＭＳ）システム１００の簡略化された概略図が図１に示されている。システム１００は、ガスクロマトグラフィ１１０、イオン源１２０、イオン輸送チャンバ１３０、四重極質量分析計１４０、及び制御モジュール１５０を有する。
【００２２】
システム１００の動作中、サンプルは、ガスクロマトグラフィ１１０のインジェクタポート１５２に注入され、キャピラリーカラム１５４に入る。サンプルは、ヘリウムガスの流れの助けを借りて、キャピラリーカラム１５４及び加熱されたオーブン１５６を通って流れる。サンプルは、カラム１５４内のそれらの相対的保持比に従ってそれらの成分に分離される。たとえば、サンプル成分の分離は、カラムの寸法（長さ、直径、膜厚など）とその相特性に依存する可能性がある。サンプル中の異なる分子間の化学的性質の違いと、カラムの固定相に対する相対的な親和性により、サンプルがカラムの全長を移動するときに分子の分離が促進される。
【００２３】
カラム１５４の出口部分１５８は、加熱された輸送構成要素１６０を通過し、イオン源１２０内に配置されたポート１６２で終端する。カラム１５４で分離された後、サンプル成分は、ポート１６２からイオン源１２０のチャンバに順次溶出する。場合によっては、サンプル成分に１つ以上の気相中性種を含めることができる。
【００２４】
場合によっては、イオン源１２０は、電子イオン化（ＥＩ）イオン源であり得る。例えば、図１に示されるように、イオン源１２０は、イオン源１２０のチャンバを通して電子ビーム１６６を生成することができ、これにより、溶出成分の一部が、イオン化領域１６４（例えば、イオン源１２０のチャンバ内のボイド領域）内の電子ビーム１６６の電子との相互作用によってイオン化される。図１では、電子ビーム１６６は十字で表されており、電子ビーム１６６の方向が紙面内にあることを示している。場合によっては、イオン化は、サンプル成分の気相中性種と電子ビーム１６６の電子との間の相互作用のために起こり得る。
【００２５】
イオン源１２０はまた、引き出し電極１７０、及び／又はリペラ電極（図示せず）、及び／又はイオン化領域１６４の周辺に沿って配置された電極に電圧を印加することによって、イオン化領域１６４（図１に等電位線１６８によって示される）内に電場を生成する。イオン化領域１６４内に形成されたサンプルイオンは、電場に応答し、出口ポート１７２を介してイオン源１２０のチャンバから加速される。
【００２６】
サンプルイオンは、出口ポート１７２を介して引き出され、イオン輸送チャンバ１３０によって四重極質量分析計１４０の入口に輸送される。
四重極質量分析計１４０の透過効率及び分解能は、四重極質量分析計１４０に入るサンプルイオンのビームの特性（例えば、それらが四重極質量分析計１４０に入るときのサンプルイオンの半径方向の位置、角度、及び／又は運動エネルギー）に依存する。そして、これらのイオンビーム特性は、システム１００で使用される任意のイオン輸送光学系（例えば、ＤＣ電極レンズ）の集束特性の制限と併せて、イオン源１２０のイオン化効率及び放出特性による制約を受ける。
【００２７】
これらの特性を改善するために、場合によっては、イオン輸送チャンバ１３０は、イオン輸送チャンバ１３０内に無線周波数（ＲＦ）場を生成するイオンガイド１７４を含むことができる。場合によっては、イオン輸送チャンバ１３０はまた、軸方向電場（例えば、サンプルイオンビームの進行経路の方向に沿って延びる電場）を生成することができる。サンプルイオンがイオン輸送チャンバ１３０を通過するとき、特定のｍ／ｚ比又は／ｚ比の範囲のイオンのみが次の段階に到達する。他のイオンは不安定な軌道を有し、イオンガイド１７４と衝突する。これにより、特定のｍ／ｚ比又はｍ／ｚ比の範囲を有したイオンを選択できる。
【００２８】
場合によっては、イオン輸送チャンバ１３０は、ガスで加圧することができる。例えば、イオン源を出るサンプルイオンは、加圧されたイオン輸送チャンバ１３０に通され得、そしてそれらがイオン輸送チャンバ１３０の全長を横切るときにイオンガイド軸１７６の周りで振動するようにＲＦ場によって拘束され得る。ガス分子との衝突により、サンプルイオンの運動エネルギーが散逸し、その結果、半径方向の偏位と運動エネルギーが減少する。運動エネルギーの散逸により、イオン輸送チャンバ１３０の出口１７８に到達した時に、サンプルイオンは、改善されたビーム特性（例えば、径方向の位置及び角度の変動が少ない、及び運動エネルギーが低い）に集中し、従来の静電光学系よりも、質量分析計によるイオン透過率及び／又は分解能が高くなる。これはまた、例えば、イオン源１２０から生成されるような、最初は空間的及び角度的に広いイオン分布の伝達効率を改善するので、有益であり得る。
【００２９】
イオン輸送チャンバ１３０の出口１７８に集束されたイオンビームは、サンプルイオンの質量分析のために四重極質量分析器１４０の入口に注入される。
たとえば、四重極質量分析計は、質量電荷比（ｍ／ｚ）に基づいてサンプルイオンを質量分解できる。一例として、四重極質量分析計１４０は、２×２構成に配置された４つの平行な導電性ロッドを含むことができ、それぞれの対向するロッド対は、互いに電気的に接続されている。ＤＣオフセット電圧のＲＦ電圧を、ロッドの一方のペアともう一方のペアの間に印加できる。サンプルイオンがロッド間の四重極を下流に移動すると、特定の質量電荷比のイオンのみが、特定の電圧比で検出器に到達する。他のイオンは弾道が不安定で、ロッドと衝突する。これにより、特定のｍ／ｚ比のイオンを選択できる。続いて、質量分解されたイオンがイオン検出器によって検出される。イオン検出器からの出力信号は、制御モジュール１５０によって処理され、そこで、送信されたｍ／ｚ比のイオンの信号強度が記録される。
【００３０】
イオン検出器からの出力信号を処理することに加えて、制御モジュール１５０はまた、システム１００の他の構成要素のいくつか又はすべての動作を制御することができる。例えば、場合によっては、制御モジュール１５０は、イオン源１２０、イオン輸送チャンバ１３０、及び／又は四重極質量分析器１４０に通信可能に結合され得、それらの性能を調整するために各構成要素に命令又はコマンドを提供する。場合によっては、制御モジュール１５０は、少なくとも部分的に、１つ以上のコンピューティングデバイスを使用して実装することができる（例えば、１つ以上の電子処理デバイスは、それぞれ、パーソナルコンピュータ、スマートフォン、タブレットコンピュータ、サーバーコンピュータなどなどの１つ以上のマイクロプロセッサを有する。）。
【００３１】
場合によっては、イオン源は、電子ビームの方向に平行であり、電子ビームと一致する方向に磁場を生成するように構成された磁場発生器を含むことができる。これは、例えば、電子ビームの電子を電子ビームの方向の周りにらせん方向に移動させるので、有用であり得る。これにより、イオン源チャンバ内の各電子の経路が長くなり、各電子がサンプル成分と相互作用してイオン化する可能性が高くなる。その結果、イオン源のイオン化効率が向上する。
【００３２】
例えば、図２は、イオン源１２０の簡略化された断面図を示している。上記のように、イオン源１２０は、イオン源１２０のイオン化領域１６４を介して電子ビーム１６６を生成することができ、イオン化領域１６４内の溶出成分の一部を、電子ビーム１６６内の電子との相互作用によってイオン化させる。図２では、電子ビーム１６６は、垂直の点線で表されている。
【００３３】
イオン源１２０はまた、イオン化領域１６４（点線の垂直線によって表される）内に磁場２０４を生成するように構成された磁場発生器２０２を含む。場合によっては、磁場発生器２０２は、電子ビーム１６６の両端に配置され、電子ビーム１６６の方向に平行な方向に整列された２つの磁石２０６ａ及び２０６ｂ（例えば、永久磁石）を有することができる。
【００３４】
図２に示すように、磁場２０４は、電子ビーム１６６の方向に平行であり、電子ビーム１６６と一致する方向に生成される。これにより、電子ビーム１６６の電子は、電子ビーム１６６の方向の周りにらせん方向に移動し、それによって、イオン化領域１６４内の各電子の経路を長くし、各電子がイオン化領域１６４内のサンプル成分と相互作用してイオン化する可能性を高める。
【００３５】
ただし、この磁場は、イオン化されたサンプル成分がイオン源を通過して出るときに、それらの経路にも影響を与える可能性がある。例えば、磁場は、イオン化されたサンプル成分に、それらの進行方向に直交する方向にローレンツ力を与え、それらの経路から逸脱させる可能性がある。結果として、イオン化されたサンプル成分は、曲がった経路に沿って、及び／又は不均一又は散乱した方式でイオン源１２０を出て、それによって質量分析器の性能に悪影響を与える可能性がある。さらに、場合によっては、イオン化されたサンプル成分がイオン源チャンバのチャンバ壁と衝突し、イオン源からまったく出ないことがある。
【００３６】
例えば、図３Ａに示されるように、磁場２０４は、電子ビームの方向に平行であり、溶出されたサンプル成分の経路に直交する方向に生成される。磁場２０４は十字で表され、磁場２０４の方向が紙面内にあることを示している。
【００３７】
さらに、外部電場Ｅと磁場Ｂにより、瞬間速度ｖで電荷ｑの粒子に作用する力Ｆは、次の式で与えられる（ＳＩ単位系）。
Ｆ＝ｑ（Ｅ＋ｖ×Ｂ）
ここで、×はベクトル積である。
【００３８】
イオン化されたサンプル成分は正に帯電した粒子であるため、力３００（上方向に垂直に整列した矢印で表される）がイオン化されたサンプル成分に進行方向に直交する方向に与えられ、経路から外れる。結果として、サンプル成分は、イオン源１２０を通る直線経路ではなく、湾曲した経路又は曲がった経路３０２を横断する。したがって、イオン化されたサンプル成分は、不均一又は散乱した方式でイオン源１２０を出る可能性があり、それにより、質量分析器の性能に悪影響を与える。さらに、磁場Ｂの大きさが十分に大きい場合、イオン化されたサンプル成分の経路３０２は、イオン化されたサンプル成分がイオン源１２０のチャンバ壁と衝突する程度に逸脱し得、それによってそれらがイオン源１２０から出るのを妨げる。
【００３９】
イオン化されたサンプル成分に対する磁場の影響を低減又は排除するために、イオン源チャンバは、この影響を埋め合わせるための電場発生器を含むことができる。一例として、電場発生器は、イオン源チャンバ内に電場を生成するように構成することができ、その結果、イオン化されたサンプル成分に追加の力が与えられる。電場によってイオン化されたサンプル成分に与えられる力は、磁場によってイオン化されたサンプル成分に与えられる力と方向が反対であるが、実質的に等しい大きさであり得、その結果、２つの力は互いに実質的に打ち消し合う。結果として、イオン化されたサンプル成分は、それらの経路から逸脱したり、飛散したりする可能性が低くなり、したがって、より集中的にイオン源チャンバを出る。
【００４０】
例えば、図３Ｂに示されるように、イオン源１２０は、電場発生器３１０を含むことができる。電場発生器３１０は、電位が電極に印加されると、電場がイオン源１２０のチャンバ内に生成されるように、イオン化領域１６４に対して配置された１つ以上の電極を含む。例えば、図３Ｂに示されるように、電場発生器３１０は、イオン化領域１６４の周辺に沿って配置された電極３１２ａ及び３１２ｂを含むことができる。電極３１２ａと３１２ｂとの間に（例えば、電極３１２ａが電極３１２ｂよりも高い電位を有するように）電位が印加されると、磁場は、磁場２０４の方向に直交する方向、かつ力３００に逆平行な方向に生成される。イオン化されたサンプル成分は正に帯電した粒子であるため、力３１４（下方向に垂直に整列した矢印によって表される）が、力３００と反対の方向にイオン化されたサンプル成分に与えられる。
【００４１】
電場発生器３１０は、電場を選択的に生成して、イオン化されたサンプル成分に対する磁場の影響を埋め合わせるように構成することができる。例えば、磁場２０４の強度に基づいて、電場発生器３１０は、結果として生じる電場によってイオン化されたサンプル粒子に加えられる力３１４が、磁場によって与えられる力３００と等しくなるように、又は、実質的に等しい大きさであるように、対応する電位を電極３１２ａ及び３１２ｂに選択的に印加することができる。例えば、特定の電荷ｑ、速度ｖ、及び磁場Ｂが与えられると、電場発生器３１０は、対応する電位を電極３１２ａ及び３１２ｂに印加して、ｑ（Ｅ＋ｖ×Ｂ）がゼロに等しい、又は実質的にゼロに等しくなるように電場Ｅを生成することができる。したがって、イオン化されたサンプル成分は、それらの経路から散逸する可能性が低く、より集中的にイオン源チャンバを出る（例えば、イオン輸送チャンバ１３０及び／又は四重極質量分析器１４０に向かう直線経路３１６に沿って）。
【００４２】
場合によっては、電場発生器３１０は、特定のｍ／ｚ比又はｍ／ｚ比の範囲を有するイオン化サンプル成分を、異なるｍ／ｚ比又はｍ／ｚの範囲を有するイオン化サンプル成分からフィルタ又は単離するように構成することができる。
【００４３】
例えば、上記のように、外部電場Ｅと磁場Ｂにより、瞬間速度ｖで電荷ｑの粒子に作用する力Ｆは、次の式で与えられる（ＳＩ単位系）。
Ｆ＝ｑ（Ｅ＋ｖ×Ｂ）
さらに、対象に作用する力Ｆは、対象の質量ｍにその加速度ａを乗算したものに等しくなる。
【００４４】
Ｆ＝ｍａ
したがって、イオン化されたサンプル成分が受ける加速度は、次のように表すことができる。
【００４５】
【数１】
2021524655.tif 000003
特に、加速度ａは、イオン化されたサンプル成分の電荷ｑ（又は、ｚ）とイオン化されたサンプル成分の質量ｍの両方に依存する。したがって、イオン化されたサンプル成分のそれぞれは、それぞれのｍ／ｚ比に応じて、異なって加速され得る。
【００４６】
特定のタイプのイオン化されたサンプル成分を分離又はフィルタリングするために、電場発生器３１０は、それらのイオン化されたサンプル成分に固有の電場を生成するように構成することができる。例えば、対象のイオン化されたサンプル成分がｍ１／ｚ１のｍ／ｚ比を有する場合、電場発生器３１０は、下記式となるような電場Ｅ１を生成することができる。
【００４７】
【数２】
2021524655.tif 000004
したがって、対象のイオン化されたサンプル成分は、磁場と電場の複合効果のために正味ゼロの加速及び／又は正味ゼロの力を受け、直線経路に沿ってイオン源１２０から出る。
【００４８】
ただし、ｍ１／ｚ１とは異なるｍ／ｚ比を持つイオン化されたサンプル成分は、磁場と電場の複合効果により、ゼロ以外の加速度及び／又はゼロ以外の力を受ける。したがって、それらは、対象のイオン化されたサンプル成分の直線経路から離れるように加速され得る。したがって、対象のイオン化サンプル成分は、他のイオン化サンプル成分から物理的に分離することができる。
【００４９】
これにより、特定のｍ／ｚ比又はｍ／ｚ比範囲を有したイオンを選択できる。例えば、対象となるイオン化されたサンプル成分は、分析のために四重極質量分析計１４０に移され得、一方、他のイオン化されたサンプル成分のいくつか又はすべては、収集及び除去され得る。
【００５０】
電場発生器３１０は、様々な電場を選択的に印加して、対象となる異なるイオン化されたサンプル成分をフィルタリング又は分離することができる。例えば、電場発生器３１０は、第１の電場Ｅ１を選択的に適用して、対象の第１のイオン化されたサンプル成分（例えば、第１のｍ／ｚ比を有する）をフィルタリング又は分離することができる。続いて、電場発生器３１０は、第２の電場を選択的に印加して、対象の第２のイオン化サンプル成分（例えば、第２の異なるｍ／ｚ比を有する）をフィルタリング又は分離することができる。したがって、電場発生器３１０は、それぞれの特定の用途に適合するように、生成された電場の特性を変えることができる。
【００５１】
場合によっては、電場発生器３１０は、少なくとも部分的に、ユーザによって制御することができる。例えば、場合によっては、ユーザは、適用されるべき特定の電場を指定することができる（例えば、制御モジュール１５０に命令を提供することによって）。場合によっては、電場発生器３１０は、少なくとも部分的に、システム１００によって自動的に制御することができる。例えば、場合によっては、制御モジュール１５０は、ユーザからの入力なしに、印加されるべき特定の電場を自動的に指定することができる。
【００５２】
上記のように、電場発生器３１０は、特定の範囲のｍ／ｚ比を有するイオン化サンプル成分を、異なる範囲のｍ／ｚ比を有するイオン化サンプル成分からフィルタリング又は分離するように構成することができる。これは、例えば、特定の電場Ｅを選択的に印加することによって実行でき、その結果、目標範囲内のｍ／ｚ比を有するイオン化サンプル成分は、イオン源１２０を通って直線又は十分に直線の経路を移動し、四重極質量分析器１４０に到達する。さらに、目標範囲外のｍ／ｚ比を有するイオン化されたサンプル成分は、直線経路から離れるように加速され、四重極質量分析計１４０に到達する可能性が低い。
【００５３】
上記のように、イオン輸送チャンバ１３０は、特定のｍ／ｚ比のイオンのみが次の段階に到達するように、イオン輸送チャンバ１３０内にＲＦ場を生成するイオンガイド１７４を含むことができる。さらに、四重極質量分析計１４０はまた、導電性ロッドにＲＦ電圧を印加することにより、特定のｍ／ｚを有するイオンの選択を可能にすることができる。場合によっては、電場発生器３１０、イオン伝達チャンバ１３０、及び／又は四重極質量分析器１４０は、電場発生器３１０、イオン伝達チャンバ１３０、及び／又は四重極質量分析器１４０の選択ウィンドウが重なるように動作するように構成することができる。これは、たとえば、これらの各部分が連携して動作し、ｍ／ｚ比に基づいてイオン化されたサンプル成分を選択できるため、有益な場合がある。
【００５４】
一例として、Ｎ１＜Ｎ２の値が与えられた場合、イオン輸送チャンバ１３０及び／又は四重極質量分析計１４０は、第１の範囲のｍ／ｚ比、すなわちＮ１＜ｍ／ｚ＜Ｎ２を有するイオン化されたサンプル成分を選択するように構成することができる。さらに、電場発生器３１０もまた、同じ範囲内のｍ／ｚ比、Ｎ１＜ｍ／ｚ＜Ｎ２を有するイオン化されたサンプル成分を選択するように構成することができる。併せて、これらの部分により、ｍ／ｚ比がＮ１＜ｍ／ｚ＜Ｎ２の範囲のイオン化サンプル成分を選択できる。
【００５５】
別の例として、Ｎ１＜Ｎ２＜Ｎ３＜Ｎ４の値が与えられた場合、イオン輸送チャンバ１３０及び／又は四重極質量分析計１４０は、第１の範囲の比Ｎ１＜ｍ／ｚ＜Ｎ３を有するイオン化されたサンプル成分を選択するように構成することができる。さらに、電場発生器３１０は、同じ範囲内の比率Ｎ２＜ｍ／ｚ＜Ｎ４を有するイオン化されたサンプル成分を選択するように構成することができる。併せて、これらの部品により、次の範囲の比率Ｎ２＜ｍ／ｚ＜Ｎ３を持つイオン化されたサンプル成分の選択が可能になる。
【００５６】
別の例として、Ｎ１＜Ｎ２＜Ｎ３＜Ｎ４の値が与えられた場合、イオン輸送チャンバ１３０及び／又は四重極質量分析計１４０は、第１の範囲の比Ｎ１＜ｍ／ｚ＜Ｎ４を有するイオン化されたサンプル成分を選択するように構成することができる。さらに、電場発生器３１０は、同じ範囲内の比率Ｎ２＜ｍ／ｚ＜Ｎ３を有するイオン化されたサンプル成分を選択するように構成することができる。併せて、これらの部分により、次の範囲Ｎ２＜ｍ／ｚ＜Ｎ３の比率を持つイオン化されたサンプル成分の選択が可能になる。
【００５７】
別の例として、Ｎ１＜Ｎ２＜Ｎ３＜Ｎ４の値が与えられた場合、イオン輸送チャンバ１３０及び／又は四重極質量分析計１４０は、第１の範囲の比Ｎ２＜ｍ／ｚ＜Ｎ３を有するイオン化されたサンプル成分を選択するように構成することができる。さらに、電場発生器３１０は、同じ範囲内のｍ／ｚ比Ｎ１＜ｍ／ｚ＜Ｎ４を有するイオン化されたサンプル成分を選択するように構成することができる。併せて、これらの部分により、ｍ／ｚ比が次の範囲Ｎ２＜ｍ／ｚ＜Ｎ３のイオン化サンプル成分を選択できる。
【００５８】
選択ウィンドウの例を上記で説明したが、これらは単なる例示的な例である。実際には、選択ウィンドウの任意の組み合わせを使用して、特定の範囲のｍ／ｚ比内のイオン化サンプル成分を選択できる。
【００５９】
上記のように、電場発生器は、電位が電極に印加されると、電場がイオン化領域内に生成されるように、イオン化領域に対して配置された１つ以上の電極を含むことができる。実際には、１つ以上の電極は、実装に応じて、異なる方式で配置することができる。
【００６０】
例として、図４Ａは、例示的なイオン源１２０（図３Ｂと同様の視点から描かれる）の断面図を示し、図４Ｂは、平面Ａにおけるイオン源１２０の例示的な構成を示す。図４Ｂに示すように、イオン源１２０は、イオン化領域１６４の周辺に沿って配置された２つの電極４０２ａ及び４０２ｂを含む。電極４０２ａ及び４０２ｂは、非導電性の間隙４０４ａ及び４０４ｂによって分離されている。電極４０２ａと４０２ｂとの間に電位が印加されると（例えば、電極４０２ａが電極４０２ｂよりも高い電位を有する場合）、電場４０６（下方向に垂直に整列した矢印によって表される）がイオン化領域１６４内に生成される。場合によっては、より低い電位を有する電極（例えば、電極４０２ｂ）を接地することができる。
【００６１】
図４Ｃは、平面Ａに対するイオン源１２０の別の例示的な構成の断面図を示す。図４Ｃに示すように、イオン源１２０は、イオン化領域１６４の周辺に沿って配置された４つの電極４１０ａ〜ｄを含む。電極４１０ａ〜ｄは、非導電性の間隙４１２ａ〜ｄによって分離されている。電極４１０ａと４１０ｃとの間に電位が印加されると（例えば、電極４１０ａが電極４１０ｃよりも高い電位を有する場合）、電場４１４（下方向に垂直に整列した矢印によって表される）がイオン化領域１６４内に生成される。場合によっては、電極４１０ｂ及び４１０ｄはそれぞれ、電極４１０ａ及び４１０ｃの電位の間の電位を有することができる。場合によっては、電極４１０ｂ及び４１０ｄの電位は、電極４１０ａ及び４１０ｃの電位の平均であり得る。
【００６２】
図４Ｄは、平面Ａに対するイオン源１２０の別の例示的な構成の断面図を示す。図４Ｄに示すように、イオン源１２０は、イオン化領域１６４の周辺に沿って配置された電極４２０を含む。電極４２０の端部は、非導電性の間隙４２２によって分離されている。電位が電極４２０に印加されると（例えば、電極４１０ａが周囲環境よりも高い電位を有する場合）、電場４２４（下方向に垂直に整列した矢印によって表される）がイオン化領域１６４内に生成される。
【００６３】
図４Ｂ〜４Ｄに示す例では、電極及び非導電性の間隙は、イオン化領域１６４の周辺に沿って分布され、少なくとも部分的に、円形の断面プロファイルを定義する。例えば、電極及び非導電性の間隙のそれぞれは、弧状又は環状の断面を有し、これらは、組み合わせて、円形の形状の少なくとも一部を画定する。ただし、これらは単なる例示である。実際には、電極と非導電性の間隙が他の断面形状を画定することができる。例えば、場合によっては、電極及び非導電性の間隙は、少なくとも部分的に、多角形、楕円、円、双曲線、放物線、又はそれらの組み合わせを画定することができる。
【００６４】
図５は、例示的なイオン源１２０及び例示的なイオン輸送チャンバ１３０の断面図を示している（図３Ｂと同様の視点から描かれている）。さらに、図５は、いくつかのトレース５０２を含み、それぞれが、イオン源１２０及びイオン輸送チャンバ１３０を通るイオン化されたサンプル成分のシミュレートされた軌道を表す。ここで、イオン源１２０内の磁場の影響は、対応する電場を使用して電場によって埋め合わせされ、その結果、イオン化されたサンプル成分に磁場によって与えられる力は、イオン化されたサンプル成分に電場によって与えられる力によって相殺される。したがって、イオン化されたサンプル成分は、ビームに集束され、直線経路５０４に沿ってイオン源１２０から加速される。
【００６５】
図６Ａ〜６Ｄは、例示的なイオン源１２０、例示的なイオン輸送チャンバ１３０、及び例示的な四重極質量分析計１４０（図３Ｂと同様の視点から描かれている）の断面図を示す。
【００６６】
図６Ａは、いくつかのトレース６０２を含み、それぞれが、イオン源１２０、イオン輸送チャンバ１３０、及び四重極質量分析器１４０を通る、ｍ／ｚ比２０を有するイオン化サンプル成分のシミュレートされた軌道を表す。ここで、イオン源１２０内の磁場の影響は、対応する電場によって埋め合わせされない。したがって、正味の力は、磁場によってイオン化されたサンプル成分に付与される。したがって、イオン化されたサンプル成分は、曲がった経路に沿ってイオン源１２０を出て、イオン輸送チャンバ１３０及び四重極質量分析器１４０内に広く散乱される。
【００６７】
図６Ｂは、いくつかのトレース６０４を含み、それぞれが、イオン源１２０、イオン輸送チャンバ１３０、及び四重極質量分析器１４０を通る、ｍ／ｚ比２０を有するイオン化サンプル成分のシミュレートされた軌道を表す。ここで、イオン源１２０内の磁場の影響は、対応する電場を使用して電場によって埋め合わせされ、その結果、イオン化されたサンプル成分に磁場によって与えられる力は、イオン化されたサンプル成分に電場によって与えられる力によって相殺される。したがって、イオン化されたサンプル成分は、ビームに集束され、比較的直線的な経路に沿ってイオン源１２０から加速される。したがって、システムの分析性能が向上する。
【００６８】
図６Ｃは、いくつかのトレース６０６を含み、それぞれが、イオン源１２０、イオン輸送チャンバ１３０、及び四重極質量分析器１４０を通る、ｍ／ｚ比１０００を有するイオン化サンプル成分のシミュレートされた軌道を表す。図６Ａに関して説明したのと同様の方法で、イオン源１２０内の磁場の影響は、対応する電場によって埋め合わせされない。したがって、正味の力は、磁場によってイオン化されたサンプル成分に付与される。したがって、イオン化されたサンプル成分は、曲がった経路に沿ってイオン源１２０を出て、イオン輸送チャンバ１３０及び四重極質量分析器１４０内に広く散乱される。
【００６９】
図６Ｄは、いくつかのトレース６０８を含み、それぞれは、イオン源１２０、イオン輸送チャンバ１３０、及び四重極質量分析器１４０を通る、ｍ／ｚ比１００を有するイオン化サンプル成分のシミュレートされた軌道を表す。図６Ｂに関して説明したのと同様の方法で、イオン源１２０内の磁場の影響は、対応する電場を使用して電場によって埋め合わせされ、その結果、イオン化されたサンプル成分に磁場によって与えられる力は、イオン化されたサンプル成分に電場によって与えられる力によって相殺される。したがって、イオン化されたサンプル成分は、ビームに集束され、比較的直線的な経路に沿ってイオン源１２０から加速される。したがって、システムの分析性能が向上する。
【００７０】
図７Ａ及び７Ｂは、本明細書に記載のＧＣ／ＭＳシステムのシミュレートされた性能（例えば、イオン源における磁場の影響を埋め合わせるための電場発生器を備えたイオン源を有する）を、従来のＧＣ／ＭＳシステム（例えば、前述の電場発生器のないイオン源を有する）と比較して示す。特に、図７Ａ及び７Ｂは、改良されたＧＣ／ＭＳシステム（トレース７００ａ及び７００ｂ）と従来のＧＣ／ＭＳシステム（トレース７１０ａ及び７１０ｂ）の、異なる２つのｍ／ｚ比のスペクトルに関する質量分解サンプル粒子のシミュレーション分布を示す。
【００７１】
図７Ａ及び７Ｂに示すように、分布には２つのピークがあり、第１のピークは約１９〜１０．８ｍ／ｚ（図７Ａに示す）、第２のピークは約９９８．８〜１０００．４ｍ／ｚ（図７Ｂに示す）である。図７Ａに示すように、分布は改良されたＧＣ／ＭＳシステムでは大幅に集中している（たとえば、トレース７００ａはトレース７１０ａと比較して低いｍ／ｚ範囲で約２０倍の改善を示し、トレース７００ｂはトレース７１０ｂと比較して、より高いｍ／ｚ範囲で約８倍の改善を示す。）。したがって、改良されたＧＣ／ＭＳシステムは、サンプル粒子の質量分解において非常に効果的であり、ＧＣ／ＭＳシステムの性能が向上する。
【００７２】
いくつかの実施形態が説明されてきた。それにもかかわらず、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、様々な修正を行うことができることが理解されよう。したがって、他の実施形態は、特許請求の範囲内にある。
【図１】
2021524655.tif 000005
【図２】
2021524655.tif 000006
【図３Ａ】
2021524655.tif 000007
【図３Ｂ】
2021524655.tif 000008
【図４Ａ】
2021524655.tif 000009
【図４Ｂ】
2021524655.tif 000010
【図４Ｃ】
2021524655.tif 000011
【図４Ｄ】
2021524655.tif 000012
【図５】
2021524655.tif 000013
【図６Ａ】
2021524655.tif 000014
【図６Ｂ】
2021524655.tif 000015
【図６Ｃ】
2021524655.tif 000016
【図６Ｄ】
2021524655.tif 000017
【図７Ａ】
2021524655.tif 000018
【図７Ｂ】
2021524655.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】令和3年1月29日(2021.1.29)
【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】
イオン源チャンバであって、
第１の入口ポートと、
前記第１の入口ポートとは異なる第２の入口ポートと、
出口ポートと、
前記イオン源チャンバ内に磁場を生成する磁場発生器と、
前記イオン源チャンバ内に第１の電場を生成する第１の電場発生器と、
前記イオン源チャンバ内に第２の電場を生成する第２の電場発生器とを備えるイオン源チャンバを有するシステムにおいて、
前記イオン源チャンバは、動作中に、
前記第１の入口ポートから気相中性種を受け取る工程と、
前記第２の入口ポートから電子の流れを受け取る工程と、
前記磁場発生器を使用して、前記イオン源チャンバを通して電子を導く工程と、
前記気相中性種と前記電子の間の相互作用を通じて、前記イオン源チャンバ内のイオン化領域でイオンを生成する工程と、
前記第１の電場発生器を使用して、前記イオン源チャンバからのイオンの少なくとも一部を、イオンビーム軸に沿って出口ポートを通して集束及び加速する工程とを行い、
前記第２の電場発生器は、前記イオン源から加速されたイオンの少なくとも一部に対する磁場の影響を低減又は排除し、
前記第２の電場の強度は前記磁場の強度に基づいて選択される、システム。 
【請求項２】
前記電子が前記イオン源チャンバ内を第１の横方向に流れ、前記第１の横方向はイオンビーム軸に直交し、
前記磁場発生器は、前記第１の横方向に、前記電子の流れと一致する磁場を生成する、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記磁場発生器が、少なくとも２つの永久磁石を有する、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記第２の電場発生器は、第２の横方向に第２の電場を生成し、前記第２の横方向は、前記第１の横方向に直交し、前記イオンビーム軸に直交する、請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
前記イオン源チャンバからのイオンの少なくとも一部を、イオンビーム軸に沿って出口ポートを通して集束及び加速する工程は、
第１の質量電荷比（ｍ／ｚ）範囲を有する第１の部分集合のイオンの各イオンに、前記第１の磁場発生器を使用してイオンビーム軸に沿ってイオンを集束及び加速する第１の力を印加し、ここで、磁場中の第１の部分集合のイオンの動きにより、前記第１の部分集合のイオンは第２の力を受け、前記第２の力は前記イオンビーム軸と磁場の方向との両方に直交する、第１の力を印加する工程と、
前記第１の部分集合のイオンの各イオンに、前記第２の電場発生器を使用して第３の力を印加する工程と、
前記第１の部分集合のイオンを出口ポートに導繰工程とを含んでなり、
ここで、前記第１の部分集合のイオンの各イオンについて、前記第３の力と前記第２の力は方向が逆であり、大きさが実質的に等しく、前記第２の電場の強度はさらに、前記第１の部分集合のイオンの速度に基づいて選択される、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記イオン源チャンバからのイオンの少なくとも一部を、イオンビーム軸に沿って出口ポートを通して集束及び加速する工程は、
前記第１のｍ／ｚ範囲とは異なる第２のｍ／ｚ範囲を有するイオンの第２の部分集合の各イオンに、前記第１の電場発生器を使用して第４の力を印加し、それにより、前記第２の部分集合のイオンは、磁場中の前記第２の部分集合のイオンの動きによって第５の力を受け、前記第５の力は、イオンビーム軸と磁場の方向の両方に直交する、第４の力を印加する工程と、 
前記第２の部分集合のイオンの各イオンに、第２の電場発生器を使用して第６の力を印加する工程とを含んでなり、
前記第２の部分集合のイオンの各イオンについて、前記第５の力の大きさは、前記第６の力の大きさとは異なる、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記第２の電場発生器は、前記イオン化領域の周辺に沿って配置された第１の電極を含み、前記第２の電場発生器は、前記第１の電位を第１の電極に印加して、前記第２の電場を生成する、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記第２の電場発生器は、前記イオン化領域の周辺に沿って前記第１の電極の反対側に配置された第２の電極をさらに備え、前記第２の電場発生器は、第２の電場を生成するために第２の電位を前記第２の電極に印加する、請求項７に記載のシステム。電極。
【請求項９】
前記第１の電極と前記第２の電極との間に配置された１つ以上の電気要素をさらに含み、前記第２の電場発生器は、１つ以上の前記電気要素に第３の電位を印加し、前記第３の電位は、前記第１の電位と前記第２の電位の平均である、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記第１の電極の内側輪郭及び前記第２の電極の内側輪郭は、少なくとも部分的に、一定の断面形状を画定し、前記断面形状は、多角形、楕円、円、双曲線、又は放物線のうちの１つである、請求項８に記載のシステム。
【請求項１１】
質量分析器をさらに備え、前記質量分析器は、前記イオン源チャンバから前記出口ポートを介してイオンの少なくとも一部を受け取る、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記第１の電場発生器は、前記第１の入口ポートに近接して配置された入口電極を含み、前記第１の電場発生器は、前記入口電極に電位を印加して前記第１の電場を生成する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記第１の電場発生器は、前記出口ポートに近接して配置された出口電極を含み、前記第１の電場発生器は、前記出口電極に電位を印加して前記第１の電場を生成する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
柱状形状のイオン源チャンバにおいて、
前記チャンバの第１の端部に配置された入口電極アセンブリと、
前記チャンバの第２の端に配置された出口電極アセンブリと、
前記第１の端部と前記第２の端部との間の軸に沿って配置され、イオンが生成されるイオン源の体積を画成する、本体電極アセンブリと、
前記イオン源チャンバ内の第１の軸方向であって前記軸と平行である前記第１の軸方向に第１の電場を生成して、イオン源チャンバから出口ポートを通って分析物イオンの少なくとも一部を集束及び加速する、第１の電場発生器と、
第２の電場発生器であって、動作中に、前記イオン源チャンバ内の軸に直交する第１の横方向に第２の電場を生成し、これにより、イオン源から加速される、第１のｍ／ｚを有するイオンの運動に対する磁場の影響の範囲が減少又は排除され、前記第２の電場の強度は前記磁場の強度に基づいて選択される、第２の電場発生器と、
前記電子源から電子を取り込むために、入口電極アセンブリ又は本体電極アセンブリに配置された第１の入口ポートと、
少なくとも１つの分析物を取り込むために、入口電極アセンブリ又は本体電極アセンブリに配置された第２の入口ポートと、
軸及び第１の横方向に垂直な第２の横方向に双極子磁場を生成する磁石アセンブリと、
前記チャンバ内に電子ビームの一部がある状態で、前記イオン源チャンバを、前記磁場と一致する第２の横方向に通過する電子ビームを生成する電子源とを備える、イオン源チャンバ。
【請求項１５】
前記入口電極アセンブリの内面が円錐台状構造である、請求項１４に記載のイオン源。
【請求項１６】
前記本体電極アセンブリが中空の柱状構造のものであり、
前記本体電極の、前記軸に垂直な横断面上での断面形状は、円、双曲線、放物線、多角形のうちの１つであり、
前記軸に垂直な横断面上での、前記本体電極の断面形状は、軸対称又は軸非対称のいずれかである、請求項１４に記載のイオン源。
【請求項１７】
前記入口電極アセンブリ、前記出口電極アセンブリ、及び前記本体電極アセンブリに供給されるそれぞれのＤＣ電圧をリアルタイムで変化させる制御モジュールを備え、その結果、請求項１６の前記第１のｍ／ｚ範囲は、動作中に全質量範囲をスキャンすることができる、システム。
【請求項１８】
前記第２の電場の強度はさらにｍ及びｚに基づいて選択される、請求項５に記載のシステム。
【国際調査報告】
2021524655.tif 000020
2021524655.tif 000021
2021524655.tif 000022