(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子増倍管（２９２０）に印加されるある範囲の電圧に対して、質量分析計の出射レンズ（２９５０）から直接的に前記電子増倍管（２９２０）のコレクタ面積（２９２５）に、かつ、前記電子増倍管（２９２０）のチャネル面積（２９２１）から離して、イオンを指向させるための方法（３０００）であって、
電子増倍管（２９２０）を質量分析計の出射レンズ（２９５０）に対して位置付けること（３０１０）により、少なくとも１つの電圧源（２９０５）によって前記電子増倍管（２９２０）に印加されるある範囲の電子増倍管電圧に対して、前記電子増倍管（２９２０）のコレクタ面積（２９２５）が前記電子増倍管（２９２０）のチャネル面積（２９２１）の２つ以上の検出器チャネルを横断してイオンビームを分散させるように、前記出射レンズ（２９５０）から直接的に、前記チャネル面積（２９２１）にではなく、前記コレクタ面積（２９２５）に前記イオンビームを指向させることであって、前記電子増倍管（２９２０）は、入射円錐部を伴う開口を含み、前記入射円錐部の壁は、前記コレクタ面積（２９２５）を含み、前記入射円錐部の頂点は、前記２つ以上の検出器チャネルを含む前記チャネル面積（２９２１）を含む、ことと、
前記少なくとも１つの電圧源（２９０５）を使用して、前記電子増倍管電圧の範囲の電子増倍管電圧を前記電子増倍管（２９２０）に印加する（３０２０）ことと
を含む、方法。
【請求項２】
質量分析計検出器サブシステムは、負イオンモードで動作され、前記イオンビームは、少なくとも２ｋｅＶのイオンエネルギーを伴う負イオンを含み、前記電子増倍管電圧の範囲は、０ｋＶ〜少なくとも＋５．５ｋＶを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
電子増倍管（３１２０）に印加されるある範囲の電圧に対して、前記電子増倍管（３１２０）のコレクタ面積（３１２５）に、かつ、前記電子増倍管（３１２０）のチャネル面積（３１２１）から離して、ダイノード（３１１０）によって生産された二次粒子を指向させる質量分析計検出器サブシステム（３１００）であって、
入射円錐部を伴う開口を含む電子増倍管（３１２０）であって、前記入射円錐部の壁は、前記コレクタ面積（３１２５）を含み、前記入射円錐部の頂点は、２つ以上の検出器チャネルを含むチャネル面積（３１２１）を含む、電子増倍管（３１２０）と、
少なくとも１つのダイノード（３１１０）と、
ある範囲の電子増倍管電圧の電子増倍管電圧を前記電子増倍管（３１２０）に印加し、かつ、ダイノード電圧を前記少なくとも１つのダイノード（３１１０）に印加する１つ以上の電圧源（３１０５）であって、前記電子増倍管（３１２０）は、前記少なくとも１つのダイノード（３１１０）に対して位置付けられ、前記１つ以上の電圧源によって前記電子増倍管（３１２０）に印加される前記電子増倍管電圧の範囲に対して、かつ、前記１つ以上の電圧源によって前記少なくとも１つのダイノード（３１１０）に印加されるダイノード電圧に対して、前記コレクタ面積（３１２５）が、前記チャネル面積（３１２１）の２つ以上の検出器チャネルを横断して二次粒子のビームを分散させるように、前記少なくとも１つのダイノード（３１１０）から、前記電子増倍管（３１２０）のチャネル面積（３１２１）にではなく、前記電子増倍管（３１２０）のコレクタ面積（３１２５）に、前記二次粒子のビームを指向させる、１つ以上の電圧源（３１０５）と
を備える、質量分析計検出器サブシステム。
【請求項４】
前記電子増倍管（３１２０）は、
前記電子増倍管（３１２０）の第１の軸（３１６２）および前記少なくとも１つのダイノード（３１１０）の第２の軸（３１６１）が、平行であるが、漸増距離だけ偏移され、前記漸増距離が、前記電子増倍管電圧の範囲に対して、前記二次粒子のビームが前記少なくとも１つのダイノード（３１１０）から、前記電子増倍管（３１２０）のチャネル面積（３１２１）にではなく、前記電子増倍管（３１２０）のコレクタ面積（３１２５）に指向させられることを確実にするように、前記少なくとも１つのダイノード（３１１０）に対して位置付けられている、請求項３に記載の質量分析計検出器サブシステム。
【請求項５】
前記漸増距離は、３ｍｍを含む、請求項４に記載の質量分析計検出器サブシステム。
【請求項６】
前記電子増倍管（３１２０）は、
前記電子増倍管（３１２０）の第１の軸（３１６２）および前記少なくとも１つのダイノード（３１１０）の第２の軸（３１６１）が、漸増角度で交差し、前記漸増角度が、前記二次粒子のビームが、前記電子増倍管電圧の範囲に対して、前記少なくとも１つのダイノード（３１１０）から、前記電子増倍管（３１２０）のチャネル面積（３１２１）にではなく、前記電子増倍管（３１２０）のコレクタ面積（３１２５）に指向させられることを確実にするように、前記少なくとも１つのダイノード（３１１０）に対して位置付けられている、請求項３に記載の質量分析計検出器サブシステム。
【請求項７】
電極電圧を前記１つ以上の電圧源（３１０５）から受信する、１つ以上の付加的電極（２５１０）をさらに備え、
前記電子増倍管（３１２０）は、前記電子増倍管（３１２０）と前記少なくとも１つのダイノード（３１１０）との間の経路が、前記１つ以上の付加的電極（２５１０）に近接し、前記１つ以上の付加的電極（２５１０）の電極電圧が、前記二次粒子のビームが、前記電子増倍管電圧の範囲に対して、前記少なくとも１つのダイノード（３１１０）から、前記電子増倍管（３１２０）のチャネル面積（３１２１）にではなく、前記電子増倍管（３１２０）のコレクタ面積（３１２５）に指向させられることを確実にするように前記少なくとも１つのダイノード（３１１０）に対して位置付けられている、請求項３に記載の質量分析計検出器サブシステム。
【請求項８】
前記検出器サブシステムが正イオンモードで動作されると、前記ダイノード電圧は、前記電子増倍管電圧の範囲よりも負となり、正イオンは、質量分析計の出射レンズから、前記少なくとも１つのダイノード（３１１０）に指向させられ、前記少なくとも１つのダイノード（３１１０）は、前記正イオンを前記二次粒子のビームに変換し、前記二次粒子のビームは、前記電子増倍管電圧の範囲に対して、前記少なくとも１つのダイノード（３１１０）から、前記電子増倍管（３１２０）のチャネル面積（３１２１）にではなく、前記電子増倍管（３１２０）のコレクタ面積（３１２５）に指向させられる、請求項３に記載の質量分析計検出器サブシステム。
【請求項９】
前記検出器サブシステムが負イオンモードで動作されると、前記ダイノード電圧は、前記電子増倍管電圧の範囲よりも負となり、負イオンは、前記電子増倍管電圧の範囲に対して、質量分析計の出射レンズから直接的に前記電子増倍管（３１２０）のチャネル面積（３１２１）にではなく、前記電子増倍管（３１２０）のコレクタ面積（３１２５）に指向させられる、請求項３に記載の質量分析計検出器サブシステム。
【請求項１０】
前記負イオンは、少なくとも２ｋｅＶのイオンエネルギーを伴って、前記質量分析計の出射レンズから直接的に前記電子増倍管（３１２０）に指向させられ、前記電子増倍管電圧の範囲は、０ｋＶ〜少なくとも＋５．５ｋＶを含む、請求項９に記載の質量分析計検出器サブシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、２０１５年２月１３日に出願された米国仮特許出願第６２／１１６，３５４号の利益を主張するものであり、該米国仮特許出願の内容は、その全体が参照により本明細書中に援用される。
【背景技術】
【０００２】
従来の質量分析計では、サンプルの分子が、イオン化チャンバ内でイオン化され、そこで生産されたイオンは、質量対電荷比（ｍ／ｚ）に関して質量フィルタによって分離される。次いで、イオンの一部は、質量フィルタを通して通過し、イオン検出器サブシステムに進入し、進入したイオンの数に対応する強度を有する、電気信号を生成する。したがって、ｍ／ｚに関する検出信号の分布の強度が、得られる。
【０００３】
図２は、イオンを質量分析計から受信する、例示的従来のイオン検出器サブシステムの断面側面図２００である。イオン検出器サブシステムは、電子増倍管または検出器２２０と、随意に、変換電極または高エネルギーダイノード（ＨＥＤ）２１０とを含む。従来、図２の検出器サブシステムは、２つの方法のうちの１つで動作される。第１の動作方法では、開口電極２５０からのイオンは、直接、経路２７０に沿って、検出器２２０に送信される。負イオン（負イオンモード）に対して、検出器２２０は、負イオンを検出器２２０に誘引するために、開口電極２５０の電圧よりも正である、電圧を有する。正イオン（正イオンモード）に対して、検出器２２０は、正イオンを検出器２２０に誘引するために、開口電極２５０の電圧よりも負である、電圧を有する。ＨＥＤ２１０は、本直接動作モードでは必要とされない。しかしながら、偏向器（図示せず）が、負または正イオンの軌道を調節し、最大利得を提供するために使用されることができる。
【０００４】
図２の検出器サブシステムの第２の動作方法では、開口電極２５０からのイオンは、検出器２２０によって間接的に検出される。開口電極２５０からのイオンは、最初に、直接、経路２８０に沿って、ＨＥＤ２１０に送信される。ＨＥＤ２１０からの二次粒子は、次いで、検出されるために、経路２９０に沿って、検出器２２０に送信される。本第２の動作方法もまた、２つのモードを有する。
【０００５】
負イオンモードでは、例えば、負イオンは、質量分析計の軸２４０に沿って、四重極２３０によって画定された空間を通して通過し、かつ開口電極２５０の開口部を通して通過する。電圧が、ＨＥＤ２１０に印加され、検出器２２０は、軸２６０に沿って、電場を確立する。
【０００６】
二次正粒子を検出器２２０に送信するために、ＨＥＤ２１０に印加される電圧は、検出器２２０に印加される電圧よりも正である。軸２６０に沿って結果として生じる電場は、経路２８０に沿って、出射レンズまたは開口電極２５０からＨＥＤ２１０に負イオンを指向させる。ＨＥＤ２１０は、負イオンを二次正粒子に変換する。二次正粒子は、次いで、電場によって、経路２９０に沿って検出器２２０に指向させられる。
【０００７】
正イオンモードでは、例えば、正イオンはまた、質量分析計の軸２４０に沿って、四重極２３０によって画定された空間を通して通過し、かつ開口電極２５０の開口部を通して通過する。電圧が、ＨＥＤ２１０に印加され、検出器２２０は、軸２６０に沿って、電場を確立する。正イオンモードでは、ＨＥＤ２１０に印加される電圧は、検出器２２０に印加される電圧よりも負である。しかしながら、軸２６０に沿って結果として生じる電場は、経路２８０に沿って、出射レンズまたは開口電極２５０からＨＥＤ２１０に正イオンを指向させる。ＨＥＤ２１０は、正イオンを二次電子に変換する。二次電子は、次いで、電場によって、経路２９０に沿って検出器２２０に指向させられる。
【０００８】
経路２７０ならびに経路２８０および２９０は、負および正イオンが追従し得る、多くの異なる経路の実施例にすぎない。これらの経路は、イオンのｍ／ｚ値およびＨＥＤ２１０と検出器との間の電圧差に基づいて変動する。しかしながら、従来、イオンは、開口電極２５０から検出器２２０の円錐形面積２２５の任意の部分に指向させられる、またはイオンは、開口電極２５０からＨＥＤ２１０の表面積２１５の任意の部分に指向させられ、順に、ＨＥＤ２１０によって生産された二次粒子は、検出器２２０の円錐形面積２２５の任意の部分に指向させられる。
【０００９】
図３は、例示的検出器の円錐形面積の上面図３００を示す、写真である。円錐形面積の直径は、１４ｍｍである。円錐形面積の中心には、３．５ｍｍの直径の円形面積がある。本円形面積は、１つまたはそれを上回る電子増倍管チャネルが位置する場所である。図３に描写される検出器は、６つのチャネルを含む。円形面積は、以降、チャネル面積と称される。円錐形面積の残りは、以降、コレクタ面積と称される。
【００１０】
図４は、例示的検出器の円錐形面積の断面側面図４００である。円錐形面積は、壁またはコレクタ面積４１０と、チャネル面積４２０とを含む。チャネル面積４２０は、６つのチャネルを含む。しかしながら、検出器は、１つまたはそれを上回るチャネルを含むことができる。検出器はまた、キャップ４３０と、メッシュ４４０とを含む。従来、正イオン、負イオン、二次正粒子、または二次電子は、コレクタ面積４１０およびチャネル面積４２０を含む、円錐形面積の任意の部分に指向させられる。従来、検出器の性能は、正イオン、負イオン、二次正粒子、または二次電子を受信する、円錐形面積の部分に依存しないと考えられている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
電子増倍管に印加されるある範囲の電圧に対して、直接、質量分析計の出射レンズから、電子増倍管のコレクタ面積に、電子増倍管のチャネル面積から離して、イオンを指向させる、質量分析計検出器サブシステムが、開示される。質量分析計検出器サブシステムは、電子増倍管と、少なくとも１つの電圧源とを含む。
【００１２】
電子増倍管は、入射円錐部を伴う開口を含む。入射円錐部の壁は、コレクタ面積を構成し、入射円錐部の頂点は、チャネル面積を構成する。
【００１３】
少なくとも１つの電圧源は、ある範囲の電子増倍管電圧の電子増倍管電圧を電子増倍管に印加する。電子増倍管は、質量分析計の出射レンズに対して位置付けられ、電子増倍管電圧の範囲に対して、直接、出射レンズから、電子増倍管のチャネル面積にではなく、電子増倍管のコレクタ面積に、イオンビームを指向させる。
【００１４】
電子増倍管に印加されるある範囲の電圧に対して、直接、質量分析計の出射レンズから、電子増倍管のコレクタ面積に、電子増倍管のチャネル面積から離して、イオンを指向させるための方法が、開示される。
【００１５】
電子増倍管が、質量分析計の出射レンズに対して位置付けられ、印加されるある範囲の電子増倍管電圧に対して、直接、出射レンズから、電子増倍管のチャネル面積にではなく、電子増倍管のコレクタ面積に、少なくとも１つの電圧源によって、電子増倍管にイオンビームを指向させる。電子増倍管は、入射円錐部を伴う開口を含む。入射円錐部の壁は、コレクタ面積を構成し、入射円錐部の頂点は、チャネル面積を構成する。
【００１６】
電子増倍管電圧の範囲の電子増倍管電圧は、少なくとも１つの電圧源を使用して、電子増倍管に印加される。
【００１７】
電子増倍管に印加されるある範囲の電圧に対して、電子増倍管のコレクタ面積に、電子増倍管のチャネル面積から離して、ダイノードによって生産された二次粒子を指向させる、質量分析計検出器サブシステムが、開示される。質量分析計検出器サブシステムは、電子増倍管と、少なくとも１つのダイノードと、１つまたはそれを上回る電圧源とを含む。
【００１８】
電子増倍管は、入射円錐部を伴う開口を含む。入射円錐部の壁は、コレクタ面積を構成し、入射円錐部の頂点は、チャネル面積を構成する。１つまたはそれを上回る電圧源は、ある範囲の電子増倍管電圧の電子増倍管電圧を電子増倍管に、およびダイノード電圧を少なくとも１つのダイノードに印加する。電子増倍管は、少なくとも１つのダイノードに対して位置付けられ、１つまたはそれを上回る電圧源によって電子増倍管に印加される電子増倍管電圧の範囲に対して、かつ１つまたはそれを上回る電圧源によって少なくとも１つのダイノードに印加されるダイノード電圧に対して、少なくとも１つのダイノードから、電子増倍管のチャネル面積にではなく、電子増倍管のコレクタ面積に、二次粒子のビームを指向させる。
【００１９】
電子増倍管に印加されるある範囲の電圧に対して、電子増倍管のコレクタ面積に、電子増倍管のチャネル面積から離して、ダイノードによって生産された二次粒子を指向させるための方法が、開示される。
【００２０】
電子増倍管が、少なくとも１つのダイノードに対して位置付けられ、１つまたはそれを上回る電圧源によって電子増倍管に印加されるある範囲の電子増倍管電圧に対して、かつ１つまたはそれを上回る電圧源によって少なくとも１つのダイノードに印加されるダイノード電圧に対して、少なくとも１つのダイノードから、電子増倍管のチャネル面積にではなく、電子増倍管のコレクタ面積に、二次粒子のビームを指向させる。電子増倍管は、入射円錐部を伴う開口を含む。入射円錐部の壁は、コレクタ面積を構成し、入射円錐部の頂点は、チャネル面積を構成する。
【００２１】
電子増倍管電圧の範囲の電子増倍管電圧は、電子増倍管に印加され、ダイノード電圧は、１つまたはそれを上回る電圧源を使用して、少なくとも１つのダイノードに印加される。
【００２２】
本出願人の教示のこれらおよび他の特徴も、本明細書に記載される。
例えば、本願は以下の項目を提供する。
（項目１）
電子増倍管に印加されるある範囲の電圧に対して、直接、質量分析計の出射レンズから、前記電子増倍管のコレクタ面積に、前記電子増倍管のチャネル面積から離して、イオンを指向させるための方法であって、
電子増倍管を質量分析計の出射レンズに対して位置付け、少なくとも１つの電圧源によって前記電子増倍管に印加されるある範囲の電子増倍管電圧に対して、直接、前記出射レンズから、前記電子増倍管のチャネル面積にではなく、前記電子増倍管のコレクタ面積にイオンビームを指向させるステップであって、前記電子増倍管は、入射円錐部を伴う開口を含み、前記入射円錐部の壁は、前記コレクタ面積を構成し、前記入射円錐部の頂点は、前記チャネル面積を構成する、ステップと、
前記少なくとも１つの電圧源を使用して、前記電子増倍管電圧の範囲の電子増倍管電圧を前記電子増倍管に印加するステップと、
を含む、方法。
（項目２）
質量分析計検出器サブシステムは、負イオンモードで動作され、前記イオンビームは、少なくとも２ｋｅＶのイオンエネルギーを伴う負イオンから成り、前記電子増倍管電圧の範囲は、０ｋＶ〜少なくとも＋５．５ｋＶを含む、前記方法項目の任意の組み合わせに記載の方法。
（項目３）
前記電子増倍管に印加されるある範囲の電圧に対して、ダイノードによって生産された二次粒子を、電子増倍管のコレクタ面積に、前記電子増倍管のチャネル面積から離して指向させる、質量分析計検出器サブシステムであって、
入射円錐部を伴う開口を含む、電子増倍管であって、前記入射円錐部の壁は、コレクタ面積を構成し、前記入射円錐部の頂点は、チャネル面積を構成する、電子増倍管と、
少なくとも１つのダイノードと、
ある範囲の電子増倍管電圧の電子増倍管電圧を前記電子増倍管に、およびダイノード電圧を前記少なくとも１つのダイノードに印加する、１つまたはそれを上回る電圧源であって、前記電子増倍管は、前記少なくとも１つのダイノードに対して位置付けられ、前記１つまたはそれを上回る電圧源によって前記電子増倍管に印加される前記電子増倍管電圧の範囲に対して、かつ前記１つまたはそれを上回る電圧源によって前記少なくとも１つのダイノードに印加されるダイノード電圧に対して、前記少なくとも１つのダイノードから、前記電子増倍管のチャネル面積にではなく、前記電子増倍管のコレクタ面積に、二次粒子のビームを指向させる、電圧源と、
を備える、質量分析計検出器サブシステム。
（項目４）
前記電子増倍管は、
前記電子増倍管の第１の軸および前記少なくとも１つのダイノードの第２の軸が、平行であるが、漸増距離だけ偏移され、前記漸増距離が、前記電子増倍管電圧の範囲に対して、前記二次粒子のビームが前記少なくとも１つのダイノードから、前記電子増倍管のチャネル面積にではなく、前記電子増倍管のコレクタ面積に指向させられることを確実にするように、前記少なくとも１つのダイノードに対して位置付けられる、
前記質量分析計検出器サブシステム項目の任意の組み合わせに記載の質量分析計検出器サブシステム。
（項目５）
前記漸増距離は、３ｍｍを含む、前記質量分析計検出器サブシステム項目の任意の組み合わせに記載の質量分析計検出器サブシステム。
（項目６）
前記電子増倍管は、
前記電子増倍管の第１の軸および前記少なくとも１つのダイノードの第２の軸が、漸増角度で交差し、前記漸増角度が、前記二次粒子のビームが、前記電子増倍管電圧の範囲に対して、前記少なくとも１つのダイノードから、前記電子増倍管のチャネル面積にではなく、前記電子増倍管のコレクタ面積に指向させられることを確実にするように、前記少なくとも１つのダイノードに対して位置付けられる、
前記質量分析計検出器サブシステム項目の任意の組み合わせに記載の質量分析計検出器サブシステム。
（項目７）
電極電圧を前記１つまたはそれを上回る電圧源から受信する、１つまたはそれを上回る付加的電極をさらに備え、
前記電子増倍管は、前記電子増倍管と前記少なくとも１つのダイノードとの間の経路が、前記１つまたはそれを上回る付加的電極に近接し、前記１つまたはそれを上回る付加的電極の電極電圧が、前記二次粒子のビームが、前記電子増倍管電圧の範囲に対して、前記少なくとも１つのダイノードから、前記電子増倍管のチャネル面積にではなく、前記電子増倍管のコレクタ面積に指向させられることを確実にするように前記少なくとも１つのダイノードに対して位置付けられる、
前記質量分析計検出器サブシステム項目の任意の組み合わせに記載の質量分析計検出器サブシステム。
（項目８）
前記検出器サブシステムが正イオンモードで動作されると、前記ダイノード電圧は、前記電子増倍管電圧の範囲よりも負となり、正イオンは、質量分析計の出射レンズから、前記少なくとも１つのダイノードに指向させられ、前記少なくとも１つのダイノードは、前記正イオンを前記二次粒子のビームに変換し、前記二次粒子のビームは、前記電子増倍管電圧の範囲に対して、前記少なくとも１つのダイノードから、前記電子増倍管のチャネル面積にではなく、前記電子増倍管のコレクタ面積に指向させられる、前記質量分析計検出器サブシステム項目の任意の組み合わせに記載の質量分析計検出器サブシステム。
（項目９）
前記検出器サブシステムが負イオンモードで動作されると、前記ダイノード電圧は、前記電子増倍管電圧の範囲よりも負となり、負イオンは、前記電子増倍管電圧の範囲に対して、質量分析計の出射レンズから、直接、前記電子増倍管のチャネル面積にではなく、前記電子増倍管のコレクタ面積に指向させられる、前記質量分析計検出器サブシステム項目の任意の組み合わせに記載の質量分析計検出器サブシステム。
（項目１０）
前記負イオンは、少なくとも２ｋｅＶのイオンエネルギーを伴って、前記質量分析計の出射レンズから、直接、前記電子増倍管に指向させられ、前記電子増倍管電圧の範囲は、０ｋＶ〜少なくとも＋５．５ｋＶを含む、前記質量分析計検出器サブシステム項目の任意の組み合わせに記載の質量分析計検出器サブシステム。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
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。
【００２４】
【図１】図１は、本教示の実施形態が実装され得るコンピュータシステムを図示するブロック図である。
【００２５】
【図２】図２は、イオンを質量分析計から受信する、例示的従来のイオン検出器サブシステムの断面側面図である。
【００２６】
【図３】図３は、例示的検出器の円錐形面積の上面図を示す、写真である。
【００２７】
【図４】図４は、例示的検出器の円錐形面積の断面側面図である。
【００２８】
【図５】図５は、種々の実施形態による、入射粒子ビームのための２つの異なる場所を示す、例示的検出器の円錐形面積の断面側面図である。
【００２９】
【図６】図６は、種々の実施形態による、負イオン対ｍ／ｚの直接検出および間接検出の信号強度の比率のプロットである。
【００３０】
【図７】図７は、質量分析計の検出器サブシステムの３次元図であって、高エネルギーダイノード（ＨＥＤ）および検出器の位置は、相互に対して偏移されていない。
【００３１】
【図８】図８は、種々の実施形態による、図７の質量分析計の検出器サブシステムの３次元図であって、ＨＥＤの位置は、検出器に対して偏移されている。
【００３２】
【図９】図９は、種々の実施形態による、検出器に対してＨＥＤの位置を偏移させることの効果を示す、４つの例示的実験に対する総イオン電流（ＴＩＣ）対ＨＥＤ電位のプロットである。
【００３３】
【図１０】図１０は、種々の実施形態による、図９に関して説明される同一の４つの例示的実験に対する強度対ｍ／ｚのプロットである。
【００３４】
【図１１】図１１は、種々の実施形態による、ｍ／ｚ９０７を伴う正イオンに対して、かつ検出器電位０ｋＶに対して、図７の検出器サブシステムをシミュレーションすることによって生産された、正イオンモードでシミュレーションされたイオン軌道の側面図である。
【００３５】
【図１２】図１２は、種々の実施形態による、ｍ／ｚ９０７を伴う正イオンに対して、かつ検出器電位＋５．５ｋＶに対して、図７の検出器サブシステムをシミュレーションすることによって生産された、正イオンモードでシミュレーションされたイオン軌道の側面図である。
【００３６】
【図１３】図１３は、種々の実施形態による、検出器の入射円錐部を覗き込んだ図であって、ｍ／ｚ９０７を伴う正イオンに対して、かつ検出器電位０ｋＶに対して、図７の検出器サブシステムをシミュレーションすることによって生産された、正イオンモードでシミュレーションされたイオン軌道の終端点を示す。
【００３７】
【図１４】図１４は、種々の実施形態による、検出器の入射円錐部を覗き込んだ図であって、ｍ／ｚ９０７を伴う正イオンに対して、かつ検出器電位＋５．５ｋＶに対して、図７の検出器サブシステムをシミュレーションすることによって生産された、正イオンモードでシミュレーションされたイオン軌道の終端点を示す。
【００３８】
【図１５】図１５は、種々の実施形態による、ｍ／ｚ９０７を伴う正イオンに対して、かつ検出器電位０ｋＶに対して、図８の検出器サブシステムをシミュレーションすることによって生産された、正イオンモードでシミュレーションされたイオン軌道の側面図である。
【００３９】
【図１６】図１６は、種々の実施形態による、ｍ／ｚ９０７を伴う正イオンに対して、かつ検出器電位＋５．５ｋＶに対して、図８の検出器サブシステムをシミュレーションすることによって生産された、正イオンモードでシミュレーションされたイオン軌道の側面図である。
【００４０】
【図１７】図１７は、種々の実施形態による、検出器の入射円錐部を覗き込んだ図であって、ｍ／ｚ９０７を伴う正イオンに対して、かつ検出器電位０ｋＶに対して、図８の検出器サブシステムをシミュレーションすることによって生産された、正イオンモードでシミュレーションされたイオン軌道の終端点を示す。
【００４１】
【図１８】図１８は、種々の実施形態による、検出器の入射円錐部を覗き込んだ図であって、ｍ／ｚ９０７を伴う正イオンに対して、かつ検出器電位＋５．５ｋＶに対して、図８の検出器サブシステムをシミュレーションすることによって生産された、正イオンモードでシミュレーションされたイオン軌道の終端点を示す。
【００４２】
【図１９】図１９は、種々の実施形態による、チャネル面積対検出器電圧に伴う二次電子衝突のパーセンテージのプロットであって、図８の検出器サブシステム（ＨＥＤおよび検出器の位置に偏移はない）および図８の検出器サブシステム（ＨＥＤおよび検出器の位置が３ｍｍ偏移される）に対する結果を示す。
【００４３】
【図２０】図２０は、種々の実施形態による、負イオンモードで図８の検出器サブシステムをシミュレーションすることによって生産された、直接検出器に送信される、シミュレーションされたｍ／ｚ９３３を伴う負イオンの軌道の側面図である。
【００４４】
【図２１】図２１は、種々の実施形態による、負イオンモードで図８の検出器サブシステムをシミュレーションすることによって生産された、ＨＥＤに送信されるシミュレーションされたｍ／ｚ９３３を伴う負イオンおよびそれに応答して検出器に送信される二次正粒子の軌道の側面図である。
【００４５】
【図２２】図２２は、種々の実施形態による、図７の質量分析計の検出器サブシステムの３次元図であって、ＨＥＤの位置は、検出器に対して回転される。
【００４６】
【図２３】図２３は、種々の実施形態による、検出器の入射円錐部を覗き込んだ図であって、ｍ／ｚ９０７を伴う正イオンに対して、かつ検出器電位０ｋＶに対して、図２２の検出器サブシステムをシミュレーションすることによって生産された、正イオンモードでシミュレーションされたイオン軌道の終端点を示す。
【００４７】
【図２４】図２４は、種々の実施形態による、検出器の入射円錐部を覗き込んだ図であって、ｍ／ｚ９０７を伴う正イオンに対して、かつ検出器電位＋５．５ｋＶに対して、図２２の検出器サブシステムをシミュレーションすることによって生産された、正イオンモードでシミュレーションされたイオン軌道の終端点を示す。
【００４８】
【図２５】図２５は、種々の実施形態による、図７の質量分析計の検出器サブシステムの３次元図であって、付加的電極２５１０が、ＨＥＤおよび検出器の近傍に追加される。
【００４９】
【図２６】図２６は、種々の実施形態による、検出器の入射円錐部を覗き込んだ図であって、ｍ／ｚ９０７を伴う正イオンに対して、かつ検出器電位０ｋＶに対して、図２５の検出器サブシステムをシミュレーションすることによって生産された、正イオンモードでシミュレーションされたイオン軌道の終端点を示す。
【００５０】
【図２７】図２７は、種々の実施形態による、検出器の入射円錐部を覗き込んだ図であって、ｍ／ｚ９０７を伴う正イオンに対して、かつ検出器電位＋５．５ｋＶに対して、図２５の検出器サブシステムをシミュレーションすることによって生産された、正イオンモードでシミュレーションされたイオン軌道の終端点を示す。
【００５１】
【図２８】図２８は、種々の実施形態による、２つのダイノードを含む、検出器サブシステムの側面図である。
【００５２】
【図２９】図２９は、種々の実施形態による、電子増倍管に印加されるある範囲の電圧に対して、直接、質量分析計の出射レンズから、電子増倍管のコレクタ面積に、電子増倍管のチャネル面積から離して、イオンを指向させる、質量分析計検出器サブシステムの概略図である。
【００５３】
【図３０】図３０は、種々の実施形態による、電子増倍管に印加されるある範囲の電圧に対して、直接、質量分析計の出射レンズから、電子増倍管のコレクタ面積に、電子増倍管のチャネル面積から離して、イオンを指向させるための方法を示す、フロー図である。
【００５４】
【図３１】図３１は、種々の実施形態による、電子増倍管に印加されるある範囲の電圧に対して、ダイノードによって生産された二次粒子を、電子増倍管のコレクタ面積に、電子増倍管のチャネル面積から離して指向させる、質量分析計検出器サブシステムの概略図である。
【００５５】
【図３２】図３２は、種々の実施形態による、電子増倍管に印加されるある範囲の電圧に対して、電子増倍管のコレクタ面積に、電子増倍管のチャネル面積から離して、ダイノードによって生産された二次粒子を指向させるための方法を示す、フロー図である。
【００５６】
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、その用途において、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】
【００５７】
コンピュータ実装システム
図１は、本教示の実施形態が実装され得る、コンピュータシステム１００を図示するブロック図である。コンピュータシステム１００は、情報を通信するためのバス１０２または他の通信機構と、情報を処理するためにバス１０２と結合されたプロセッサ１０４とを含む。コンピュータシステム１００は、プロセッサ１０４によって実行される命令を記憶するために、バス１０２に結合されるランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）または他の動的記憶デバイスであり得るメモリ１０６も含む。メモリ１０６は、プロセッサ１０４によって実行される命令の実行の間、一時的変数または他の中間情報を記憶するためにも使用され得る。コンピュータシステム１００は、プロセッサ１０４のための静的情報および命令を記憶するために、バス１０２に結合された読取専用メモリ（ＲＯＭ）１０８または他の静的記憶デバイスをさらに含む。磁気ディスクまたは光ディスク等の記憶デバイス１１０は、情報および命令を記憶するために提供され、バス１０２に結合される。
【００５８】
コンピュータシステム１００は、情報をコンピュータユーザに表示するために、バス１０２を介して、ブラウン管（ＣＲＴ）または液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）等のディスプレイ１１２に結合され得る。英数字および他のキーを含む入力デバイス１１４は、情報およびコマンド選択をプロセッサ１０４に通信するために、バス１０２に結合される。別のタイプのユーザ入力デバイスは、方向情報およびコマンド選択をプロセッサ１０４に通信し、ディスプレイ１１２上のカーソル移動を制御するためのマウス、トラックボール、またはカーソル方向キー等のカーソル制御１１６である。本入力デバイスは、典型的には、デバイスが平面において位置を指定することを可能にする２つの軸、すなわち、第１の軸（すなわち、ｘ）および第２の軸（すなわち、ｙ）において、２自由度を有する。
【００５９】
コンピュータシステム１００は、本教示を行うことができる。本教示のある実装によると、結果は、メモリ１０６内に含まれる１つまたはそれを上回る命令の１つまたはそれを上回るシーケンスをプロセッサ１０４が実行することに応答して、コンピュータシステム１００によって提供される。そのような命令は、記憶デバイス１１０等の別のコンピュータ可読媒体から、メモリ１０６内に読み込まれ得る。メモリ１０６内に含まれる命令のシーケンスの実行は、プロセッサ１０４に、本明細書に説明されるプロセスを行わせる。代替として、有線回路が、本教示を実装するためのソフトウェア命令の代わりに、またはそれと組み合わせて、使用され得る。したがって、本教示の実装は、ハードウェア回路およびソフトウェアの任意の具体的組み合わせに制限されない。
【００６０】
種々の実施形態では、コンピュータシステム１００は、ネットワークシステムを形成するために、ネットワークを横断して、コンピュータシステム１００のような１つまたはそれを上回る他のコンピュータシステムに接続されることができる。ネットワークは、インターネット等のプライベートネットワークまたはパブリックネットワークを含むことができる。ネットワークシステムでは、１つまたはそれを上回るコンピュータシステムは、データを記憶し、それを他のコンピュータシステムに提供することができる。データを記憶しかつ提供する、１つまたはそれを上回るコンピュータシステムは、クラウド算出シナリオにおいて、サーバまたはクラウドと称されることができる。１つまたはそれを上回るコンピュータシステムは、例えば、１つまたはそれを上回るウェブサーバを含むことができる。サーバまたはクラウドに、かつそれからデータを送信かつ受信する、他のコンピュータシステムは、例えば、クライアントまたはクラウドデバイスと称されることができる。
【００６１】
用語「コンピュータ可読媒体」は、本明細書で使用される場合、実行のために、命令をプロセッサ１０４に提供する際に関与する任意の媒体を指す。そのような媒体は、不揮発性媒体、揮発性媒体、および伝送媒体を含むが、それらに制限されない、多くの形態をとり得る。不揮発性媒体は、例えば、記憶デバイス１１０等の光学または磁気ディスクを含む。揮発性媒体は、メモリ１０６等の動的メモリを含む。伝送媒体は、バス１０２を備えている配線を含む、同軸ケーブル、銅線、および光ファイバを含む。
【００６２】
コンピュータ可読媒体またはコンピュータプログラム製品の一般的形態として、例えば、フロッピー（登録商標）ディスク、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ、または任意の他の磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭ、デジタルビデオディスク（ＤＶＤ）、ブルーレイディスク、任意の他の光学媒体、サムドライブ、メモリカード、ＲＡＭ、ＰＲＯＭ、およびＥＰＲＯＭ、フラッシュ−ＥＰＲＯＭ、任意の他のメモリチップまたはカートリッジ、もしくはコンピュータが読み取ることができる、任意の他の有形媒体が挙げられる。
【００６３】
コンピュータ可読媒体の種々の形態は、実行のために、１つまたはそれを上回る命令の１つまたはそれを上回るシーケンスをプロセッサ１０４に搬送することに関わり得る。例えば、命令は、最初は、遠隔コンピュータの磁気ディスク上で搬送され得る。遠隔コンピュータは、命令をその動的メモリ内にロードし、モデムを使用して、電話回線を介して、命令を送信することができる。コンピュータシステム１００にローカルのモデムは、データを電話回線上で受信し、赤外線送信機を使用して、データを赤外線信号に変換することができる。バス１０２に結合された赤外線検出器は、赤外線信号で搬送されるデータを受信し、データをバス１０２上に配置することができる。バス１０２は、データをメモリ１０６に搬送し、そこから、プロセッサ１０４は、命令を読み出し、実行する。メモリ１０６によって受信された命令は、随意に、プロセッサ１０４による実行の前後のいずれかに、記憶デバイス１１０上に記憶され得る。
【００６４】
種々の実施形態によると、方法を実施するためにプロセッサによって実行されるように構成される命令は、コンピュータ可読媒体上に記憶される。コンピュータ可読媒体は、デジタル情報を記憶するデバイスであることができる。例えば、コンピュータ可読媒体は、ソフトウェアを記憶するために、当技術分野において周知のように、コンパクトディスク読取専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）を含む。コンピュータ可読媒体は、実行されるように構成される命令を実行するために好適なプロセッサによってアクセスされる。
【００６５】
本教示の種々の実装の以下の説明は、例証および説明の目的のために提示されている。これは、包括的でもなく、本教示を開示される精密な形態に制限するものでもない。修正および変形例が、前述の教示に照らして可能である、または本教示の実践から取得され得る。加えて、説明される実装は、ソフトウェアを含むが、本教示は、ハードウェアおよびソフトウェアの組み合わせとして、またはハードウェア単独において、実装され得る。本教示は、オブジェクト指向および非オブジェクト指向両方のプログラミングシステムによって実装され得る。
【００６６】
（イオンおよび粒子を指向させるためのシステムおよび方法）
図４を参照して前述のように、質量分析計の典型的検出器は、円錐形面積を含む。本円錐形面積は、順に、壁またはコレクタ面積４１０と、チャネル面積４２０とを含む。チャネル面積４２０は、６つのチャネルを伴って、図４に示される。しかしながら、検出器は、１つまたはそれを上回るチャネルを含むことができる。従来、正イオン、負イオン、二次正粒子、または二次電子は、コレクタ面積４１０およびチャネル面積４２０を含む、円錐形面積の任意の部分に指向させられる。従来、検出器の性能は、負イオン、二次正粒子、または二次電子を受信する円錐形面積の部分に依存しないと考えられている。
【００６７】
種々の実施形態では、質量分析計検出器の全体的利得は、正イオン、負イオン、二次正粒子、または二次電子を検出器のコレクタ面積、例えば、図４のコレクタ面積４１０のみに指向させることによって増加される。換言すると、質量分析計検出器の性能は、負イオン、二次正粒子、または二次電子が、例えば、図４のチャネル面積４２０のチャネル面積に衝突することを防止することによって改良される。
【００６８】
また、種々の実施形態では、検出器サブシステムの全体的性能は、負イオンを直接検出器に負イオンモードで送信することによって、かつ正イオンをＨＥＤに正イオンモードで送信することによって向上される。性能は、ＨＥＤが、概して、小負イオンに対して不良変換効率を有するために改良される。
【００６９】
粒子を検出器のコレクタ面積に指向させることによって性能を改良することに関して、図２のＨＥＤ２１０等の高エネルギーダイノード（ＨＥＤ）と図２の検出器２２０等の検出器との間の場強度が変化すると、ＨＥＤ上のイオンの焦点が偏移し、ＨＥＤにおいて生産された粒子（正イオンに対する電子、負イオンに対する小正粒子）もまた偏移させ、そこで、検出器の入射円錐部、すなわち、コレクタ面積内に衝打する。検出器における粒子の焦点が、検出器入射円錐部の頂点に近すぎる場合、準最適検出器利得が被られると仮定される。結果として、検出システムに対して予期される感度より低くなる。別の仮定は、低開口比が問題を生じさせるというものである。開口比は、チャネル直径とチャネル間の中実面積との比率である。粒子がチャネル間の面積にぶつかる場合、それは検出されず、検出システムに対して予期される感度より低い結果となる。
【００７０】
検出システムのＳｉｍｉｏｎモデルを使用したイオン軌道シミュレーションと併せて、ＨＥＤに印加される電位の関数としてのイオンの信号強度の実験観察に基づいて、検出器入射円錐部の頂点またはその近傍に衝打する電子（正イオンモード）から生じる全体的検出器利得は、最適ではないことが明白である。また、電子が入射円錐部の壁のさらに上方に衝打することを可能にすることは、検出器の入射円錐部の頂点を横断して、入射電子の初期衝突から生産された二次電子のより優れた分散を可能にすることも明白である。二次電子および二次粒子は、本願全体を通して説明されることに留意されたい。概して、一次粒子は、検出器サブシステムによって受信されたイオンである。二次粒子、二次電子、または二次正粒子は、一次粒子から派生した粒子である。二次粒子は、一次粒子または他の二次粒子から派生もしくは変換された三次またはさらに後の粒子を含むことができる。
【００７１】
図３は、入射にわたってキャップおよびメッシュを伴わない、５９０３Ｍａｇｎｕｍ検出器の入射円錐部、すなわち、円錐形面積の写真である。本検出器は、中実コアを中心として捻転された６つのチャネルを使用する。６つのチャネルは、入射円錐部の頂点、すなわち、チャネル面積において約３．５ｍｍの直径の面積を占める。本領域内に衝打する電子は、最適検出器利得につながらないと考えられる。これは、小サイズの入射電子ビームが全６つのチャネルにアクセスしない結果または前述のような開口比等の他の要因であり得る。
【００７２】
図５は、種々の実施形態による、入射粒子ビームのための２つの異なる場所を示す、例示的検出器の円錐形面積の断面側面図５００である。粒子ビームは、正イオン、負イオン、二次正粒子、または二次電子を含むことができる。検出器の性能を改良するために、入射粒子ビームは、場所５１０から場所５２０に移動される。粒子ビームを場所５２０（コレクタ面積上）に移動させることは、粒子が、例えば、チャネル面積の６つのチャネルにわたって滝のように落ちることを可能にし得る。
【００７３】
負イオンを直接検出器に負イオンモードで送信することによって性能を改良することに関して、図６は、有益である。図６は、種々の実施形態による、負イオンの直接検出および間接検出の信号強度の比率対ｍ／ｚのプロット６００である。図６では、直接検出器内で検出された負イオン対ＨＥＤに衝打し、小正粒子に変換され、次いで、検出器によって検出される負イオンの信号強度の比率が、プロットされる。プロット６００は、特に、約ｍ／ｚ２００を下回る質量に対して、検出効率に有意な改良があることを示す。これは、ＨＥＤが衝突されるときの小正粒子への小負イオンの不良変換効率に関係がある。したがって、改良された性能のために、負イオンを直接検出することが好ましい。
【００７４】
負イオンを直接検出するために、検出器は、検出器表面との衝突に応じて、二次電子が効率的に生産される十分な電位（≧３ｋＶ）を伴う正電位にフロートされる。本理由から、検出器は、例えば、フロート（電圧電位）＋５．５ｋＶに設定される。最大フロートは、典型的には、電子雑音の発生によって限定され、電力供給源限界、クリーページ等を含む、高電圧を取り扱うときには、注意が必要である。
【００７５】
種々の実施形態では、従来の方法とは対照的に、正イオンは、次いで、ＨＥＤを使用して、間接的に検出される。正イオンは、検出器フロート電位の切替が、時間がかかりすぎる、典型的には、５０ｍｓまたはそれを上回るため、直接検出されない。検出器フロート電位の極性切替もまた、トランスインピーダンス増幅器を使用するときに問題となる。検出器フロート電位を両極性に対して同一に保ち、単に、ＨＥＤに印加される電位を切り替えることが好ましい。これは、迅速に
【化１】
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行われることができ、検出器増幅器回路と別個であって、したがって、トランスインピーダンス増幅器は、衝突されない。正イオンを間接的に検出する別の理由は、高質量イオンの変換効率がＨＥＤの表面における衝突エネルギーに伴って増加することである。ＨＥＤに印加される電位を増加させることは、検出器のフロート電位を増加させることより有意に容易である。ＨＥＤを用いることによって、電位が、金属片に印加される一方、検出器を用いることによって、関連付けられた回路が考慮される。
（相対的位置の偏移）
【００７６】
種々の実施形態では、二次正粒子または二次電子が検出器の入射円錐部に衝打する場所を偏移させるために、ＨＥＤおよび検出器の相対的位置が、変化される。換言すると、ＨＥＤが、検出器に対して偏移されることができる、または検出器が、ＨＥＤに対して偏移されることができる
【００７７】
図７は、質量分析計の検出器サブシステムの３次元図７００であって、ＨＥＤ７１０および検出器７２０の位置は、相互に対して偏移されていない。検出器サブシステムは、ＨＥＤ７１０と、検出器７２０とを含む。ＨＥＤ７１０は、ＨＥＤマウント７１５を含む。検出器７２０は、検出器マウント７２５を含む。検出器サブシステムは、例えば、イオンを質量分析計の四重極７３０から受信する。イオンは、例えば、第１の出射レンズまたは開口電極７５１および第２の出射レンズまたは開口電極７５２を通して、四重極７３０から退出する。ＨＥＤ７１０および検出器７２０は、軸７６０を共有する。換言すると、ＨＥＤ７１０および検出器７２０は、相互に対して偏移されない。
【００７８】
ＨＥＤ７１０に印加される電位は、例えば、−１５ｋＶであって、電子への高質量正イオンの増加した変換効率を提供し、感度利得につながる。小正粒子に対する利得は、ＨＥＤにおける変換効率がすでに１に近いため、最小限である。フロートされた検出サブシステムの場合、負イオンは、ＨＥＤ７１０を偏向器として使用しながら、イオンを直接検出器７２０の中に誘導することによって検出される。これは、検出器７２０を高正電位、すなわち、＋５．５ｋＶにフロートすることによって遂行される。極性が負イオンモードから正イオンモードに切り替えられると、フロート電位は、＋５．５ｋＶに保たれ、これは、ＨＥＤに印加される電位が、切り替えられる必要がある検出システム内の唯一の高電位であることを意味する。これは、システムの高速極性切替能力を保存する。これはまた、フロートされた検出システムがＨＥＤ（−１５ｋＶ）と検出器入射（＋５．５ｋＶ）との間に電位差２０．５ｋＶを有することを意味する。比較として、質量分析計のある他の例示的サブシステムは、検出器の入射を、例えば、バイアス電位−１．５ｋＶに保持させる一方、ＨＥＤは、電位差わずか８．５ｋＶのために−１０ｋＶに保持される。
【００７９】
図８は、種々の実施形態による、図７の質量分析計の検出器サブシステムの３次元図８００であって、ＨＥＤ７１０の位置は、検出器７２０に対して偏移される。ＨＥＤ７１０は、出射レンズ７５２に向かって、例えば、３ｍｍ偏移される。偏移８１０は、以前の共有軸７６０に対してＨＥＤ７１０の移動を描写する。検出器７２０は、軸７６０上に留まるが、ＨＥＤは、ここでは、偏移８１０だけ軸７６０から偏移される。図７では、ＨＥＤ７１０は、出射レンズ７５２から１６ｍｍである場合、図８では、ＨＥＤ７１０は、ここでは、例えば、出射レンズ７５２から１３ｍｍである。
【００８０】
（相対的位置偏移の実験データ）
図９は、種々の実施形態による、検出器に対するＨＥＤの位置を偏移させることの効果を示す、４つの例示的実験に対する総イオン電流（ＴＩＣ）対ＨＥＤ電位のプロット９００である。４つの実験のそれぞれにおいて、ポリプロピレングリコール（ＰＰＧ）の溶液からの同位体集団が、分析される。第１の同位体集団は、質量対電荷比（ｍ／ｚ）９０６．７を有し、９０４〜９１０の範囲を伴い、付加的同位体を包含する。続くピークは、ｍ／ｚ９０７．７、９０８．７等にある。
【００８１】
第１の２つの実験では、ＨＥＤおよび検出器の位置は、例えば、図７に示されるように、相互に対して偏移されない。しかしながら、検出器電位は、２つの実験において異なる。データ点９１５は、ＨＥＤおよび検出器の相対的位置に偏移がないときであって、かつ検出器フロートまたは電位が＋５．５ｋＶであるとき、ＴＩＣがＨＥＤ電位に伴ってどのように変動するかを示す。データ点９１０は、ＨＥＤおよび検出器の相対的位置に偏移がないときであって、かつ検出器電位が０ｋＶであるとき、ＴＩＣがＨＥＤ電位に伴ってどのように変動するかを示す。
【００８２】
最終の２つの実験では、ＨＥＤの位置は、図８に示されるように、検出器に対して３ｍｍ偏移される。検出器電位はまた、２つの最終実験間でも変動される。データ点９２５は、ＨＥＤおよび検出器の相対的位置において３ｍｍ偏移されているときであって、かつ検出器フロートまたは電位が＋５．５ｋＶであるとき、ＴＩＣがＨＥＤ電位に伴ってどのように変動するかを示す。データ点９２０は、ＨＥＤおよび検出器の相対的位置において３ｍｍ偏移されているときであって、かつ検出器フロートまたは電位が０ｋＶであるとき、ＴＩＣがＨＥＤ電位に伴ってどのように変動するかを示す。
【００８３】
データ点９１０および９１５の比較は、ＨＥＤおよび検出器の位置が相互に対して偏移されない、従来の検出サブシステムに関する問題が存在することを示す。データ点９１０をもたらす実験のための検出器電位は、０ｋＶであって、データ点９１５をもたらす実験のための検出器電位は、＋５．５ｋＶである。ＨＥＤにおける二次粒子への正イオンの変換は、検出器電位から独立することが予期される。変換効率は、ＨＥＤに衝打する正イオンの運動エネルギーに依存する。線９１５および９１０の傾きは、約−７ｋＶを上回るＨＥＤ電位を超えると類似するはずであることが予期されるが、そうではなく、検出器における問題の指標である。
【００８４】
プロット９００は、ＨＥＤの位置を検出器に対して３ｍｍ偏移させることが、本影響を除去することを示す。データ点９２０および９２５の比較は、ＨＥＤがある負電位（ここでは、約−５．５ｋＶ）に到達後、データ点９２５の傾きが、データ点９２０の傾きに類似することを示す。
【００８５】
プロット９００はまた、ＨＥＤの位置を検出器に対して３ｍｍ偏移させることがまた、信号強度またはＴＩＣにおいて全体的利得を提供することを示す。例えば、データ点９１０をもたらす実験およびデータ点９２０をもたらす実験は両方とも、検出器電圧０ｋＶを有する。しかしながら、データ点９２０のＴＩＣは、データ点９１０のＴＩＣより一貫して高い。ＨＥＤは、データ点９２０をもたらす実験において偏移され、データ点９１０をもたらす実験ではそうではないため、これは、ＨＥＤを偏移させることがＴＩＣを増加させることを示す。
【００８６】
同様に、データ点９１５およびデータ点９２５も、比較され得る。データ点９２５のＴＩＣは、データ点９１５のＴＩＣより一貫して高い。ＨＥＤは、データ点９２５をもたらす実験において偏移されており、データ点９１５をもたらす実験ではそうではないため、これもまた、ＨＥＤを偏移させることがＴＩＣを増加させることを示す。
【００８７】
表１はさらに、ＨＥＤの位置を検出器に対して３ｍｍ偏移させることによって得られたＴＩＣの改良を定量化する。表１に示されるパーセント増加は、ＨＥＤ電位−１０ｋＶ〜−１５ｋＶから生じるＴＩＣのパーセント増加である。
【表１】
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【００８８】
図１０は、種々の実施形態による、図９に関して説明される同一の４つの例示的実験に対する強度対ｍ／ｚのプロット１０００である。４つの実験のそれぞれにおいて、ポリプロピレングリコール（ＰＰＧ）の溶液からの同位体集団（ｍ／ｚ９０６．７）が、分析される。４つの実験からの同位体集団に対する強度は、１００４〜１０１０のｍ／ｚ範囲に対してプロットされる。強度は、ＨＥＤ電位−１５ｋＶに対するものである。
【００８９】
データ点１０１５は、ＨＥＤおよび検出器の相対的位置に偏移がないときであって、検出器フロートまたは電位が＋５．５ｋＶであるときの同位体集団に対する強度を示す。データ点１０１０は、ＨＥＤおよび検出器の相対的位置に偏移がないときであって、検出器電位が０ｋＶであるときの同位体集団に対する強度を示す。データ点１０２５は、ＨＥＤおよび検出器の相対的位置に３ｍｍの偏移があるときであって、検出器フロートまたは電位が＋５．５ｋＶであるときの同位体集団に対する強度を示す。データ点１０２０は、ＨＥＤおよび検出器の相対的位置に３ｍｍの偏移があるときであって、検出器電位が０ｋＶであるときの同位体集団に対する強度を示す。
【００９０】
プロット１０００は、ＨＥＤの位置を検出器に対して３ｍｍ偏移させることがまた、同位体集団に対してより高いピーク強度を提供することを示す。例えば、データ点１０１０をもたらす実験およびデータ点１０２０をもたらす実験は両方とも、検出器電圧０ｋＶを有する。しかしながら、データ点１０２０は、同位体集団に対してデータ点１０１０より高いピークをもたらす。ＨＥＤは、データ点１０２０をもたらす実験では偏移されており、データ点１０１０をもたらす実験ではそうではないため、これは、ＨＥＤを偏移させることが、同位体集団に対してより高いピーク強度を提供することを示す。
【００９１】
同様に、データ点１０１５およびデータ点１０２５も、比較され得る。データ点１０２５は、同位体集団に対してデータ点１０１５より高いピークをもたらす。ＨＥＤは、データ点１０２５をもたらす実験では偏移されており、データ点１０１５をもたらす実験ではそうではないため、これもまた、ＨＥＤを偏移させることがＴＩＣを増加させることを示す。
【００９２】
（相対的位置偏移のシミュレーションデータ）
図７の検出器サブシステムはまた、例えば、Ｓｉｍｉｏｎを使用してシミュレーションされることができる。図７の検出器サブシステムでは、ＨＥＤ７１０および検出器７２０の位置は、相互に対して偏移されない。図７のシミュレーションでは、最後の１０ｍｍの質量分析用の第３の四重極（Ｑ３）７３０、グリッド付き出射レンズ７５１、非グリッド付き第２の出射レンズ７５２、グリッド付き検出器７２０を伴う検出器マウント７２５、およびＨＥＤ７１０が、含まれる。検出器７２０の出射は、検出器７２０の入射に対して正の電位２ｋＶが与えられる。これは、バイアス電位２ｋＶを表す。表２は、図７のシミュレーションにおいて使用される電位およびいくつかの他のパラメータを示す。
【表２】
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【００９３】
図１１は、種々の実施形態による、ｍ／ｚ９０７を伴う正イオンに対して、かつ検出器電位０ｋＶに対して、図７の検出器サブシステムをシミュレーションすることによって生産された、正イオンモードでシミュレーションされたイオン軌道の側面図１１００である。図１１は、ｍ／ｚ９０７を伴う正イオン１１８０がＨＥＤ７１０に指向させられることを示す。ＨＥＤ７１０は、次いで、検出器７２０に指向させられる、二次電子１１９０を生産する。表２に示されるような検出器電位０ｋＶおよびＨＥＤ電位−１５ｋＶは、正イオン１１８０および二次電子１１９０を指向させる電場を生産する。図１１は、本電場が二次電子１１９０を検出器７２０の入射円錐部のコレクタ面積４１０に指向させることを示す。
【００９４】
結果として、検出器の性能または信号利得は、低減されない。
【００９５】
図１２は、種々の実施形態による、ｍ／ｚ９０７を伴う正イオンに対して、かつ検出器電位＋５．５ｋＶに対して、図７の検出器サブシステムをシミュレーションすることによって生産された、正イオンモードでシミュレーションされたイオン軌道の側面図１２００である。図１２は、ｍ／ｚ９０７を伴う正イオン１２８０がＨＥＤ７１０に指向させられることを示す。ＨＥＤ７１０は、次いで、検出器７２０に指向させられる、二次電子１２９０を生産する。表２に示されるような検出器電位＋５．５ｋＶおよびＨＥＤ電位−１５ｋＶは、正イオン１２８０および二次電子１２９０を指向させる電場を生産する。図１２は、本電場が、ここでは、二次電子１２９０を検出器７２０の入射円錐部のチャネル面積４２０に指向させることを示す。
【００９６】
図１２は、検出器電位が＋５．５ｋＶであるとき、ｍ／ｚ９０７を伴うイオンが、主に、検出器の入射円錐部のチャネル面積に指向させられることを示す。結果として、検出器の性能または信号利得は、低減される。図１１および１２におけるｍ／ｚ９０７に対するイオン軌道内の拡散は、四重極ロッドおよび質量分析計の出射レンズに印加される高周波（ＲＦ）電圧の結果である。
【００９７】
図１３は、種々の実施形態による、検出器の入射円錐部を覗き込んだ図１３００であって、ｍ／ｚ９０７を伴う正イオンに対して、かつ検出器電位０ｋＶに対して、図７の検出器サブシステムをシミュレーションすることによって生産された、正イオンモードでシミュレーションされたイオン軌道を示す。図１３は、ｍ／ｚ９０７を伴う正イオンから生産された二次電子１３９０が、主に、チャネル面積４２０にではなく、入射円錐部のコレクタ面積４１０に指向させられることを示す。最小限の量が、チャネル面積にぶつかる。したがって、信号にある程度の低減が存在するであろう。これは、図９における曲線９１０と９２０との間の差異として現れる。全イオンがコレクタ面積４１０にぶつかる場合、曲線９１０および曲線９２０は同じとなることが予期されるであろう。
【００９８】
図１１と同様に、図１３も、検出器電位が０ｋＶであるとき、ｍ／ｚ９０７を伴うイオンが、主に、検出器のチャネル面積にではなく、検出器の入射円錐部のコレクタ面積に指向させられることを示す。結果として、検出器の性能または信号利得は、低減されない。
【００９９】
図１４は、種々の実施形態による、検出器の入射円錐部を覗き込んだ図１４００であって、ｍ／ｚ９０７を伴う正イオンに対して、かつ検出器電位＋５．５ｋＶに対して、図７の検出器サブシステムをシミュレーションすることによって生産された、正イオンモードでシミュレーションされたイオン軌道を示す。図１４は、ｍ／ｚ９０７を伴う正イオンから生産された二次電子１４９０が、ここでは、主に、コレクタ面積４１０にではなく、入射円錐部のチャネル面積４２０に指向させられることを示す。
【０１００】
図１２と同様に、図１４も、検出器電位が＋５．５ｋＶであるとき、両方ともｍ／ｚ９０７を伴うイオンが、主に、検出器の入射円錐部のチャネル面積に指向させられることを示す。結果として、検出器の性能または信号利得は、低減される。
【０１０１】
図１１から１４は、図７に示されるように、ＨＥＤおよび検出器の位置が相互に対して偏移されないとき、ＨＥＤと検出器との間のある電圧差が、イオン軌道を、主に、検出器のチャネル面積に指向させ得ることを示す。これは、検出器の全体的性能を低減させる。
【０１０２】
図８では、ＨＥＤの位置は、検出器に対して偏移される。これは、ＨＥＤと検出器との間の電圧差が増加されるときでも、イオン軌道を、主に、検出器のコレクタ面積に指向させる。ＨＥＤは、図８では、例えば、検出器に対して３ｍｍ偏移される。
【０１０３】
ＨＥＤがどの程度偏移されるべきかの疑問は、検出器入射円錐部の開口に依存する。キャップおよびメッシュを伴うＭａｇｎｕｍ５９０３の場合、キャップの内径は、１３．２ｍｍ（半径＝６．６ｍｍ）である。検出器入射円錐部の頂点に６つのチャネルを備える、チャネル面積の直径は、約３．５ｍｍ（半径＝１．７５ｍｍ）である。粒子ビームをキャップの縁とチャネルとの間の半分の点まで移動させることは、粒子ビームが（６．６ｍｍ＋１．７５ｍｍ）／２＝４．１８ｍｍ偏移されることを要求する。不明であることは、電子ビームの開始場所である。実験的に、ＨＥＤを検出器に対して３ｍｍ偏移させることは、検出器電位０ｋＶおよび＋５．５ｋＶに対して、ビームをチャネル面積上ではなく、主に、コレクタ面積上に保つ。しかしながら、他の偏移距離も、可能性として考えられ得る。
【０１０４】
ＨＥＤが偏移される前の粒子ビームの直径および粒子ビームが検出器に衝打する場所の知識が、粒子ビームを検出器表面に沿った点に正確に配置するために、ＨＥＤが偏移され得る前に要求される。その知識がない場合、最適場所は、実験方法の使用を通して見出されてもよい。判定はまた、シミュレーションの使用を通して行われることもできる。
【０１０５】
図１５は、種々の実施形態による、ｍ／ｚ９０７を伴う正イオンに対して、かつ検出器電位０ｋＶに対して、図８の検出器サブシステムをシミュレーションすることによって生産された、正イオンモードでシミュレーションされたイオン軌道の側面図１５００である。図１５は、ｍ／ｚ９０７を伴う正イオン１５８０が、ＨＥＤ７１０に指向させられることを示す。ＨＥＤ７１０は、次いで、検出器７２０に指向させられる、二次電子１５９０を生産する。表２に示されるような検出器電位０ｋＶおよびＨＥＤ電位−１５ｋＶは、正イオン１５８０および二次電子１５９０を指向させる電場を生産する。図１５は、本電場が二次電子１５９０を検出器７２０の入射円錐部のコレクタ面積４１０に指向させることを示す。
【０１０６】
図１５は、検出器電位が０ｋＶであるとき、ｍ／ｚ９０７を伴うイオンが、主に、検出器のチャネル面積にではなく、検出器の入射円錐部のコレクタ面積に指向させられることを示す。結果として、検出器の性能または信号利得は、低減されない。
【０１０７】
図１６は、ｍ／ｚ９０７を伴う正イオンに対して、かつ検出器電位＋５．５ｋＶに対して、図８の検出器サブシステムをシミュレーションすることによって生産された、種々の実施形態による、正イオンモードでシミュレーションされたイオン軌道の側面図１６００である。図１６は、ｍ／ｚ９０７を伴う正イオン１６８０が、ＨＥＤ７１０に指向させられることを示す。ＨＥＤ７１０は、次いで、検出器７２０に指向させられる、二次電子１６９０を生産する。表２に示されるような検出器電位＋５．５ｋＶおよびＨＥＤ電位−１５ｋＶは、正イオン１６８０および二次電子１６９０を指向させる電場を生産する。図１６は、本電場が、依然として、二次電子１６９０を検出器７２０の入射円錐部のコレクタ面積４１０に指向させることを示す。
【０１０８】
図１２とは対照的に、図１６は、検出器電位が＋５．５ｋＶであるとき、ｍ／ｚ９０７を伴うイオンが、主に、依然として、検出器の入射円錐部のコレクタ面積に指向させられることを示す。結果として、検出器の性能または信号利得は、低減されない。その結果、検出器に対してＨＥＤを偏移させることは、全体的性能を改良することが示される。
【０１０９】
図１７は、種々の実施形態による、検出器の入射円錐部を覗き込んだ図１７００であって、ｍ／ｚ９０７を伴う正イオンに対して、かつ検出器電位０ｋＶに対して、図８の検出器サブシステムをシミュレーションすることによって生産された、正イオンモードでシミュレーションされたイオン軌道を示す。図１７は、ｍ／ｚ９０７を伴う正イオンから生産された二次電子１７９０が、主に、チャネル面積４２０にではなく、入射円錐部のコレクタ面積４１０に指向させられることを示す。
【０１１０】
図１５同様に、図１７は、検出器電位が０ｋＶであるとき、ｍ／ｚ９０７を伴うイオンが、主に、検出器のチャネル面積にではなく、検出器の入射円錐部のコレクタ面積に指向させられることを示す。結果として、検出器の性能または信号利得は、低減されない。
【０１１１】
図１８は、種々の実施形態による、検出器の入射円錐部を覗き込んだ図１８００であって、ｍ／ｚ９０７を伴う正イオンに対して、かつ検出器電位＋５．５ｋＶに対して、図８の検出器サブシステムをシミュレーションすることによって生産された、正イオンモードでシミュレーションされたイオン軌道を示す。図１８は、ｍ／ｚ９０７を伴う正イオンから生産された二次電子１８９０が、依然として、主に、チャネル面積４２０にではなく、入射円錐部のコレクタ面積４１０に指向させられることを示す。
【０１１２】
図１４とは対照的に、図１８は、検出器電位が＋５．５ｋＶであるとき、ｍ／ｚ９０７を伴うイオンが、主に、依然として、検出器の入射円錐部のコレクタ面積に指向させられることを示す。結果として、検出器の性能または信号利得は、低減されない。その結果、検出器に対してＨＥＤを偏移させることは、全体的性能を改良することが示される。
【０１１３】
図１５−１８は全て、図８に示されるように、検出器に対してＨＥＤを偏移させることに関する。しかしながら、類似結果は、代わりに、検出器がＨＥＤに対して偏移される場合にも予期され得る。
【０１１４】
種々の実施形態では、ＨＥＤおよび検出器の相対的位置を偏移させることは、ある範囲の電圧に対する検出器サブシステムの性能を改良する。図１３および１４は、ＨＥＤおよび検出器が相互に対して偏移されないときの検出器衝突面積を示す。図１３は、検出器電圧０ｋＶに対して、ＨＥＤからの電子が部分的にのみチャネル面積４２０（破線円形内の面積）に衝打することを示す。電圧を＋５．５ｋＶまで増加させることは、図１４に示されるように、電子ビームをさらにより多くチャネル面積４２０の中に偏向させる。これは、望ましくない。しかしながら、負イオンを直接検出し、したがって、前述のように、最初にイオンを直接ＨＥＤに送信するよりも低質量感度を改良する利点を得るために、検出器電圧を増加させることは望ましい。
【０１１５】
図１９は、種々の実施形態による、チャネル面積対検出器電圧に伴う二次電子衝突のパーセンテージのプロット１９００であって、図７の検出器サブシステム（ＨＥＤおよび検出器の位置に偏移はない）および図８の検出器サブシステム（ＨＥＤおよび検出器の位置が３ｍｍ偏移される）に対する結果を示す。データ点１９１０は、図７の検出器サブシステム（ＨＥＤおよび検出器の位置に偏移はない）に対して、検出器のチャネル面積内の衝突の割合が、フロート電位が増加されるにつれて増加することを示す。データ点１９２０は、ＨＥＤが３ｍｍ偏移されるとき（図８の検出器サブシステムにおけるのと同様）、チャネル面積内にある衝突の数が、シミュレーションされた全フロート電位においてゼロまで降下することを示す。
【０１１６】
結果として、種々の実施形態では、図８の検出器サブシステムは、直接、四重極の出射開口からそれらを受信することによって、負イオンを検出し、ＨＥＤに衝突する正イオンから生産された二次電子をＨＥＤから受信することによって、正イオンを間接的に検出するために使用される。負イオンのイオンエネルギーは、例えば、２ｋｅＶまたはそれを上回る。正および負イオンの両方に対する検出器電圧は、＋２ｋＶを上回るまたはそれに等しい。これは、検出器が四重極オフセットに対して＋２ｋＶまたはそれを上回るまでフロートされることを意味する。（利得は、直接検出器に向かうイオンに対して、２ｋＶまたはそれ未満では不良である。）ＨＥＤに印加される電位は、イオンが検出器またはＨＥＤに誘導されるかどうかを判定する。対照的に、従来、検出器は、接地電位またはバイアス電位（負ｋＶである）のいずれかに保たれる。
【０１１７】
図１５−１６は、正イオンモードで動作する図８の検出器サブシステムに対してシミュレーションされた正イオンおよび二次電子軌道を描写する。図８の検出器サブシステムはまた、負イオンモードで動作されることもできる。前述のように、負イオンモードでは、電圧は、ＨＥＤおよび検出器に印加され、負イオンを直接検出器に送信するか、または二次正粒子を検出器に送信するかのいずれかであることができる。
【０１１８】
負イオンを直接検出器に送信するために、ＨＥＤに印加される電圧は、検出器に印加される電圧よりも負にされる。負イオンを直接検出器に送信するシミュレーションに対して、検出器電位は、＋５．５ｋＶに設定され、ＨＥＤ電位は、０ｋＶに設定される。
【０１１９】
図２０は、種々の実施形態による、負イオンモードで図８の検出器サブシステムをシミュレーションすることによって生産された、直接検出器に送信される、シミュレーションされたｍ／ｚ９３３を伴う負イオンの軌道の側面図２０００である。図２０は、ｍ／ｚ９３３を伴う負イオン２０７０が、直接検出器７２０に指向させられることを示す。検出器電位＋５．５ｋＶおよびＨＥＤ電位０ｋＶは、負イオン２０７０を指向させる電場を生産する。図２０は、本電場が負イオン２０７０を検出器７２０の入射円錐部のコレクタ面積４１０に指向させることを示す。
【０１２０】
図２０は、検出器電位が＋５．５ｋＶであって、ＨＥＤ電位が０ｋＶであるとき、ｍ／ｚ９３３を伴う負イオンが、主に、検出器の入射円錐部のコレクタ面積に指向させられることを示す。結果として、検出器の性能または信号利得は、低減されない。その結果、ＨＥＤの電位を０ｋＶに変化させることは、負イオンが直接検出器に送信される負イオンモードにおいて、全体的性能を改良することが示される。
【０１２１】
二次正粒子を検出器に負イオンモードで送信するために、ＨＥＤに印加される電圧は、検出器に印加される電圧よりも正にされる。二次正粒子を検出器に送信するシミュレーションに対して、検出器電位は、０ｋＶに設定され、ＨＥＤ電位は、＋１５ｋＶに設定される。
【０１２２】
低質量（＜ｍ／ｚ２００）では、小正粒子を生産する効率は、有意に降下し（質量が減少するにつれて低下する）、低減された感度につながることに留意されたい。また、検出器入口にわたって置かれるメッシュまたはグリッドは、性能を改良することに留意されたい。検出器円錐部に衝打する小正粒子は、電子を生産する。検出器円錐部内の場所において生産された電子のある割合は、ＨＥＤに向かう場を被る。全体的結果として、感度が損失される。グリッドを検出器入口にわたって設置することは、検出器の円錐部内に生産された電子が、ここでは、電子が検出器のチャネルに向かってもたらす場に追従するであろうことを確実にする。
【０１２３】
図２１は、種々の実施形態による、負イオンモードで図８の検出器サブシステムをシミュレーションすることによって生産された、ＨＥＤに送信されたシミュレーションされたｍ／ｚ９３３を伴う負イオンと、それに応答して検出器に送信される二次正粒子の軌道の側面図２１００である。図２１は、ｍ／ｚ９３３を伴う負イオン２１８０が、ＨＥＤ７１０に指向させられることを示す。ＨＥＤ７１０は、次いで、検出器７２０に指向させられる、二次正粒子２１９０を生産する。検出器電位０ｋＶおよびＨＥＤ電位＋１５ｋＶは、負イオン２１８０および二次正粒子２１９０を指向させる電場を生産する。図２１は、本電場が二次正粒子２１９０を検出器７２０の入射円錐部のコレクタ面積４１０に指向させることを示す。
【０１２４】
図２１は、検出器電位が０ｋＶに設定され、ＨＥＤ電位が＋１５ｋＶに設定されるとき、ＨＥＤによってｍ／ｚ９３３を伴う負イオンから生産された二次正粒子が、主に、検出器の入射円錐部のコレクタ面積に指向させられることを示す。結果として、検出器の性能または信号利得は、低減されない。その結果、検出器に対してＨＥＤを偏移させることは、二次正粒子が検出器に送信される負イオンモードでもまた、全体的性能を改良することが示される。
【０１２５】
（相対的位置の回転）
種々の実施形態では、負イオン、二次正粒子、または二次電子が、検出器の入射円錐部に衝打する、場所を偏移させるために、ＨＥＤおよび検出器は、相互に対して回転されることができる。換言すると、ＨＥＤが、検出器に対して回転されることができる、または検出器が、ＨＥＤに対して回転されることができる。
【０１２６】
図２２は、種々の実施形態による、図７の質量分析計の検出器サブシステムの３次元図２２００であって、ＨＥＤ７１０の位置は、検出器７２０に対して回転される。ＨＥＤ７１０は、第２の出射レンズまたは開口電極７５２の平面と平行な平面において、例えば、５度回転される。角度２２１０は、以前の共有軸６６０に対してＨＥＤ７１０の回転を描写する。検出器７２０は、軸６６０上に留まるが、ＨＥＤは、ここでは、角度２２１０だけ軸６６０から回転される。
【０１２７】
ＨＥＤ７１０を５度回転させることは、粒子ビーム（正イオンモードに対して電子および負イオンモードに対して小正粒子）が検出器円錐部に衝打する、場所を移動させる。ＨＥＤ７１０が回転される必要がある量は、いくつかの要因に依存する。１つの要因は、ＨＥＤと検出器との間の距離である。距離が大きいほど、検出器円錐部において同一偏移を得るための回転は少なくなる。別の要因は、検出器内のチャネル面積のサイズである。図３に示される例示的検出器では、チャネル面積は、約３．５ｍｍの直径である。単一チャネルは、約１ｍｍの直径である。回転の程度は、したがって、回避されるべきスポットのサイズによって左右される。例えば、ＨＥＤ７１０は、検出器７２０の単一チャネルに指向させられることを回避するために、粒子ビームが０．５ｍｍを上回って移動されるように回転されることができる。
【０１２８】
図２２では、ＨＥＤ７１０は、第２の出射レンズまたは開口電極７５２の平面と平行な平面において回転される。種々の実施形態では、ＨＥＤ７１０または検出器７２０は、任意の平面において回転され、負イオン、二次正粒子、または二次電子が、検出器７２０の入射円錐部に衝打する、場所を偏移させることができる。
【０１２９】
（相対的位置の回転のシミュレーションデータ）
図２２の検出器サブシステムはまた、例えば、Ｓｉｍｉｏｎを使用してシミュレーションされることができる。表２の電位およびパラメータが、例えば、使用される。
【０１３０】
図２３は、種々の実施形態による、検出器の入射円錐部を覗き込んだ図２３００であって、ｍ／ｚ９０７を伴う正イオンに対して、かつ検出器電位０ｋＶに対して、図２２の検出器サブシステムをシミュレーションすることによって生産された、正イオンモードでシミュレーションされたイオン軌道を示す。図２３は、ｍ／ｚ９０７を伴う正イオンから生産された二次電子２３９０が、主に、チャネル面積４２０にではなく、入射円錐部のコレクタ面積４１０に指向させられることを示す。
【０１３１】
図２３は、検出器電位が０ｋＶであるとき、ｍ／ｚ９０７を伴うイオンの二次電子が、主に、検出器のチャネル面積にではなく、検出器の入射円錐部のコレクタ面積に指向させられることを示す。結果として、検出器の性能または信号利得は、低減されない。
【０１３２】
図２４は、種々の実施形態による、検出器の入射円錐部を覗き込んだ図２４００であって、ｍ／ｚ９０７を伴う正イオンに対して、かつ検出器電位＋５．５ｋＶに対して、図２２の検出器サブシステムをシミュレーションすることによって生産された、正イオンモードでシミュレーションされたイオン軌道を示す。図２４は、ｍ／ｚ９０７を伴う正イオンから生産された二次電子２４９０が、主に、チャネル面積４２０にではなく、入射円錐部のコレクタ面積４１０に指向させられることを示す。
【０１３３】
図２４は、検出器電位が＋５．５ｋＶであるとき、ｍ／ｚ９０７を伴うイオンが、主に、依然として、検出器の入射円錐部のコレクタ面積に指向させられることを示す。結果として、検出器の性能または信号利得は、有意に低減されない。粒子のある割合が、依然として、チャネル面積に衝打するため、わずかな低減は、存在する。依然として、これは、回転を伴わない場合よりはるかに優れている。その結果、検出器に対してＨＥＤを回転させることは、全体的性能を改良することが示される。
【０１３４】
（電極の追加）
種々の実施形態では、負イオン、二次正粒子、または二次電子が、検出器の入射円錐部に衝打する、場所を偏移させるために、付加的電極が、ＨＥＤおよび検出器に近接して設置されることができる。付加的電極は、ＨＥＤと検出器との間の電場に影響を及ぼすことによって、負イオン、二次正粒子、または二次電子が、検出器の入射円錐部に衝打する、場所を偏移させる。
【０１３５】
図２５は、種々の実施形態による、図７の質量分析計の検出器サブシステムの３次元図２５００であって、付加的電極２５１０が、ＨＥＤ７１０および検出器７２０の近傍に追加される。図２５は、第２の出射レンズまたは開口電極７５２の平面と平行な平面において、付加的電極２５１０、ＨＥＤ７１０、および検出器７２０の位置を示す。
【０１３６】
付加的電極２５１０は、いくつかの異なる形状を有することができる。付加的電極２５１０は、検出器７２０の入射円錐部に衝打する前に、負イオン、二次正粒子、または二次電子に影響を及ぼす。電位が、粒子が検出器７２０のコレクタ面積にのみ衝打することを確実にするために、付加的電極２５１０に印加されることができる。印加される電位は、軌道内に偏移を生じさせるために十分でなければならない。付加的電極２５１０は、図２５では、ＨＥＤ７１０と検出器７２０との間であって、その片側に示される。しかしながら、付加的電極２５１０は、ＨＥＤ７１０および検出器７２０に近接して、多くの他の場所に設置されることができる。付加的電極２５１０はまた、図２５では、独立電極として示される。種々の実施形態では、１つまたはそれを上回る電極が、検出器７２０の入射円錐部に衝打する前に、負イオン、二次正粒子、または二次電子に影響を及ぼすために使用されることができる。１つまたはそれを上回る電極はまた、検出器サブシステムを封入するチャンバの一部であることができる。
【０１３７】
（電極追加のシミュレーションデータ）
図２５の検出器サブシステムはまた、例えば、Ｓｉｍｉｏｎを使用してシミュレーションされることができる。表２の電位およびパラメータが、例えば、使用される。付加的電極に印加される電位は、検出器に印加される電位と同一にされる。これは、例えば、付加的電極および検出器の両方に対して同一電力供給源を可能にする。
【０１３８】
図２６は、種々の実施形態による、検出器の入射円錐部を覗き込んだ図２６００であって、ｍ／ｚ９０７を伴う正イオンに対して、かつ検出器電位０ｋＶに対して、図２５の検出器サブシステムをシミュレーションすることによって生産された、正イオンモードでシミュレーションされたイオン軌道を示す。図２６は、ｍ／ｚ９０７を伴う正イオンから生産された二次電子２６９０が、主に、チャネル面積４２０にではなく、入射円錐部のコレクタ面積４１０に指向させられることを示す。
【０１３９】
図２６は、検出器電位が０ｋＶであるとき、ｍ／ｚ９０７を伴うイオンが、主に、検出器のチャネル面積にではなく、検出器の入射円錐部のコレクタ面積に指向させられることを示す。結果として、検出器の性能または信号利得は、低減されない。
【０１４０】
図２７は、種々の実施形態による、検出器の入射円錐部を覗き込んだ図２７００であって、ｍ／ｚ９０７を伴う正イオンに対して、かつ検出器電位＋５．５ｋＶに対して、図２５の検出器サブシステムをシミュレーションすることによって生産された、正イオンモードでシミュレーションされたイオン軌道を示す。図２７は、ｍ／ｚ９０７を伴う正イオンから生産された二次電子２７９０が、主に、チャネル面積４２０にではなく、入射円錐部のコレクタ面積４１０に指向させられることを示す。
【０１４１】
図２７は、検出器電位が＋５．５ｋＶであるとき、ｍ／ｚ９０７を伴うイオンが、主に、依然として、検出器の入射円錐部のコレクタ面積に指向させられることを示す。結果として、検出器の性能または信号利得は、低減されない。その結果、付加的電極をＨＥＤおよび検出器の近傍に設置することは、全体的性能を改良することが示される。
【０１４２】
（付加的ダイノード）
図７、８、１１、１２、１５、１６、２０、２１、２２、および２５は全て、１つのＨＥＤまたはダイノードの使用を示す。種々の実施形態では、２つまたはそれを上回るダイノードも、使用されることができる。
【０１４３】
図２８は、種々の実施形態による、２つのダイノードを含む、検出器サブシステムの側面図２８００である。検出器サブシステムは、第１のダイノード２８１０と、第２の整合ダイノード２８１５と、電子増倍管または検出器２８２０とを含む。四重極２８３０からのイオンは、例えば、第１のダイノード２８１０に衝打する。第１のダイノード２８１０からの二次粒子は、第２の整合ダイノード２８１５に指向させられる。二次粒子が、第２の整合ダイノード２８１５に衝打すると、第２の整合ダイノード２８１５は、次いで、検出器２８２０に進む、三次粒子を生産する。二次正粒子または二次電子が検出器の入射円錐部に衝打する場所を偏移させるための前述の実施形態のいずれも、図２８の検出器サブシステムに適用されることができる。例えば、第１のダイノード２８１０、第２の整合ダイノード２８１５、および検出器２８２０のうちの１つまたはそれを上回るものは、偏移または回転されることができる。加えて、電極が、図２８の検出器サブシステムに追加されてもよい。
【０１４４】
（イオンを直接電子増倍管に指向させるためのシステム）
図２９は、種々の実施形態による、電子増倍管に印加されるある範囲の電圧に対して、直接、質量分析計の出射レンズから、電子増倍管のコレクタ面積に、電子増倍管のチャネル面積から離して、イオンを指向させる、質量分析計検出器サブシステムの概略図２９００である。図２９の検出器サブシステムは、検出器または電子増倍管２９２０と、少なくとも１つの電圧源２９０５とを含む。少なくとも１つの電圧源２９０５は、電子増倍管２９２０と電気接触する。
【０１４５】
電子増倍管２９２０は、入射円錐部を伴う開口を含む。入射円錐部の壁は、コレクタ面積２９２５を構成し、入射円錐部の頂点は、チャネル面積２９２１を構成する。少なくとも１つの電圧源２９０５は、ある範囲の電子増倍管電圧の電子増倍管電圧を電子増倍管２９２０に印加する。
【０１４６】
電子増倍管２９２０は、質量分析計の出射レンズ２９５０に対して位置付けられ、少なくとも１つの電圧源２９０５によって電子増倍管２９２０に印加される電子増倍管電圧の範囲に対して、直接、出射レンズ２９５０から、電子増倍管２９２０のチャネル面積２９２１にではなく、電子増倍管２９２０のコレクタ面積２９２５にイオンビームを指向させる。経路２９７０は、イオンビームの軌道を示す。出射レンズ２９５０は、限定ではないが、四重極の出射レンズまたはイオントラップの出射レンズであることができる。出射レンズ電圧はまた、出射レンズ２９５０にも印加される。
【０１４７】
種々の実施形態では、図２９の質量分析計検出器サブシステムは、負イオンモードで動作される。イオンビームは、少なくとも２ｋｅＶのイオンエネルギーを伴う負イオンから成り、電子増倍管電圧の範囲は、例えば、０ｋＶ〜少なくとも＋５．５ｋＶを含む。
【０１４８】
種々の実施形態では、図２９の質量分析計検出器サブシステムはさらに、プロセッサ（図示せず）を含む。プロセッサは、限定ではないが、コンピュータ、マイクロプロセッサ、または制御信号およびデータを図２９の質量分析計検出器サブシステムへおよびそこから送受信し、データを処理可能な任意のデバイスであることができる。プロセッサは、例えば、図１のコンピュータシステム１００であることができる。プロセッサは、例えば、少なくとも１つの電圧源２９０５が電子増倍管２９２０に印加する、電子増倍管電圧の範囲の電子増倍管電圧を選択することができる。
【０１４９】
（イオンを直接電子増倍管に指向させるための方法）
図３０は、種々の実施形態による、電子増倍管に印加されるある範囲の電圧に対して、直接、質量分析計の出射レンズから、電子増倍管のコレクタ面積に、電子増倍管のチャネル面積から離して、イオンを指向させるための方法３０００を示す、フロー図である。
【０１５０】
方法３０００のステップ３０１０において、電子増倍管が、質量分析計の出射レンズに対して位置付けられ、電子増倍管に印加されるある範囲の電子増倍管電圧に対して、直接、出射レンズから、電子増倍管のチャネル面積にではなく、電子増倍管のコレクタ面積に、少なくとも１つの電圧源によってイオンビームを指向させる。電子増倍管は、入射円錐部を伴う開口を含む。入射円錐部の壁は、コレクタ面積を構成し、入射円錐部の頂点は、チャネル面積を構成する。
【０１５１】
ステップ３０２０において、電子増倍管電圧の範囲の電子増倍管電圧は、少なくとも１つの電圧源を使用して、電子増倍管に印加される。
【０１５２】
種々の実施形態では、質量分析計検出器サブシステムは、負イオンモードで動作され、イオンビームは、少なくとも２ｋｅＶのイオンエネルギーを伴う負イオンから成り、電子増倍管電圧の範囲は、０ｋＶ〜少なくとも＋５．５ｋＶを含む。
【０１５３】
（ダイノードによって生産された二次粒子を指向させるためのシステム）
図３１は、種々の実施形態による、電子増倍管に印加されるある範囲の電圧に対して、ダイノードによって生産された二次粒子を、電子増倍管のコレクタ面積に、電子増倍管のチャネル面積から離して指向させる、質量分析計検出器サブシステムの概略図３１００である。図３１の検出器サブシステムは、検出器または電子増倍管３１２０と、少なくとも１つのダイノード３１１０と、１つまたはそれを上回る電圧源３１０５とを含む。１つまたはそれを上回る電圧源３１０５は、ある範囲の電子増倍管電圧の電子増倍管電圧を電子増倍管３１２０に、ダイノード電圧を少なくとも１つのダイノード３１１０に印加する。１つまたはそれを上回る電圧源３１０５は、電子増倍管３１２０および少なくとも１つのダイノード３１１０と電気接触する。種々の実施形態では、少なくとも１つのダイノード３１１０は、２つまたはそれを上回るダイノードの最後のダイノード（図２８の２８１５）である。
【０１５４】
図３１では、電子増倍管３１２０は、入射円錐部を伴う開口を含む。入射円錐部の壁は、コレクタ面積３１２５を構成し、入射円錐部の頂点は、チャネル面積３１２１を構成する。電子増倍管３１２０は、少なくとも１つのダイノード３１１０に対して位置付けられ、１つまたはそれを上回る電圧源３１０５によって電子増倍管３１２０に印加される電子増倍管電圧の範囲に対して、かつ１つまたはそれを上回る電圧源３１０５によって少なくとも１つのダイノード３１１０に印加される電圧に対して、少なくとも１つのダイノード３１１０から、電子増倍管３１２０のチャネル面積３１２１にではなく、電子増倍管３１２０のコレクタ面積３１２５に、二次粒子のビームを指向させる。
【０１５５】
種々の実施形態では、図３１の質量分析計検出器サブシステムはさらに、プロセッサ（図示せず）を含む。プロセッサは、限定ではないが、コンピュータ、マイクロプロセッサ、または図３１の質量分析計検出器サブシステムへおよびそこから制御信号およびデータを送受信し、データを処理可能な任意のデバイスであることができる。プロセッサは、例えば、図１のコンピュータシステム１００であることができる。プロセッサは、例えば、１つまたはそれを上回る電圧源３１０５が電子増倍管３１２０に印加する、電子増倍管電圧の範囲の電子増倍管電圧を選択することができる。
【０１５６】
種々の実施形態では、電子増倍管３１２０は、電子増倍管３１２０の第１の軸３１６２および少なくとも１つのダイノード３１１０の第２の軸３１６１が平行であるが、漸増距離だけ偏移されるように、少なくとも１つのダイノード３１２０に対して位置付けられる。漸増距離は、二次粒子３１９０のビームが、電子増倍管電圧の範囲に対して、少なくとも１つのダイノード３１１０から、電子増倍管３１２０のチャネル面積３１２１にではなく、電子増倍管３１２０のコレクタ面積３１２５に指向させられることを確実にする。漸増距離は、例えば、３ｍｍであることができる。
【０１５７】
種々の実施形態では、電子増倍管３１２０は、電子増倍管３１２０の第１の軸３１６２および少なくとも１つのダイノード３１１０の第２の軸３１６１が漸増角度で交差するように、少なくとも１つのダイノード３１１０に対して位置付けられる。漸増角度は、二次粒子３１９０のビームが、電子増倍管電圧の範囲に対して、少なくとも１つのダイノード３１１０から、電子増倍管３１２０のチャネル面積３１２１にではなく、電子増倍管３１２０のコレクタ面積３１２５に指向させられることを確実にする。
【０１５８】
種々の実施形態では、図３１の検出器サブシステムはさらに、電極電圧を１つまたはそれを上回る電圧源３１０５から受信する、１つまたはそれを上回る付加的電極（図示せず）を含む。電子増倍管３１２０は、電子増倍管３１２０と少なくとも１つのダイノード３１１０との間の経路が１つまたはそれを上回る付加的電極に近接するように、少なくとも１つのダイノード３１１０に対して位置付けられる。１つまたはそれを上回る付加的電極の電極電圧は、二次粒子のビーム３１９０が、電子増倍管電圧の範囲に対して、少なくとも１つのダイノード３１１０から、電子増倍管３１２０のチャネル面積３１２１にではなく、電子増倍管３１２０のコレクタ面積３１２５に指向させられることを確実にする。
【０１５９】
種々の実施形態では、図３１の検出器サブシステムが正イオンモードで動作されると、ダイノード電圧は、電子増倍管電圧の範囲よりも負となり、正イオンは、質量分析計の出射レンズ（図示せず）から少なくとも１つのダイノード３１１０に指向させられ、少なくとも１つのダイノード３１１０は、正イオンを二次粒子のビーム３１９０に変換し、二次粒子のビーム３１９０は、電子増倍管電圧の範囲に対して、少なくとも１つのダイノード３１１０から、電子増倍管３１２０のチャネル面積３１２１にではなく、電子増倍管３１２０のコレクタ面積３１２５に指向させられる。
【０１６０】
種々の実施形態では、図３１の検出器サブシステムが負イオンモードで動作されると、ダイノード電圧は、電子増倍管電圧の範囲よりも負となり、負イオンは、電子増倍管電圧の範囲に対して、質量分析計の出射レンズ（図示せず）から、電子増倍管３１２０のチャネル面積３１２１にではなく、直接、電子増倍管３１２０のコレクタ面積３１２５に指向させられる。負イオンは、少なくとも２ｋｅＶのイオンエネルギーを伴って、質量分析計の出射レンズから、直接、電子増倍管３１２０に指向させられ、電子増倍管電圧の範囲は、例えば、０ｋＶ〜少なくとも＋５．５ｋＶを含む。
【０１６１】
（ダイノードによって生産された二次粒子を指向させるための方法）
図３２は、種々の実施形態による、電子増倍管に印加されるある範囲の電圧に対して、電子増倍管のコレクタ面積に、電子増倍管のチャネル面積から離して、ダイノードによって生産された二次粒子を指向させるための方法３２００を示す、フロー図である。
【０１６２】
方法３２００のステップ３２１０において、電子増倍管が、少なくとも１つのダイノードに対して位置付けられ、１つまたはそれを上回る電圧源によって電子増倍管に印加されるある範囲の電子増倍管電圧に対して、かつ１つまたはそれを上回る電圧源によって少なくとも１つのダイノードに印加されるダイノード電圧に対して、少なくとも１つのダイノードから、電子増倍管のチャネル面積にではなく、電子増倍管のコレクタ面積に、二次粒子のビームを指向させる。電子増倍管は、入射円錐部を伴う開口を含む。入射円錐部の壁は、コレクタ面積を構成し、入射円錐部の頂点は、チャネル面積を構成する。
【０１６３】
ステップ３２２０において、電子増倍管電圧の範囲の電子増倍管電圧は、電子増倍管に印加され、ダイノード電圧は、１つまたはそれを上回る電圧源を使用して、少なくとも１つのダイノードに印加される。
【０１６４】
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。
【０１６５】
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ていない限り、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はない。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にではなく、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】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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