(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量分析計で使用するための加速器であって、前記加速器は、伝導板のリングスタックを３つのみ含み、前記板の任意の対を分離する間隙を伴い、前記加速器は、
前記板に電気的に連結される第１の抵抗分圧器と、
前記板に連結される１つ以上のコンデンサであって、前記コンデンサは、前記スタックを横断する電圧パルスの印加に応答して、各板において、前記スタック内の第１の板から前記スタック内の最後の板まで実質的に直線的に変動する振幅を有する電圧パルスを生成することを可能にするように構成される、コンデンサと、
非直線性を引き起こす影響を補正するための１つ以上の平衡コンデンサと
を備える、加速器。
【請求項２】
前記コンデンサは、前記第１の抵抗分圧器と並列にコンデンサ分圧器を提供するように配列される、請求項１に記載の加速器。
【請求項３】
前記コンデンサ分圧器内の前記コンデンサは、前記伝導板の前記３つのリングスタック内の寄生容量を実質的に補償する値を有する離散コンデンサである、請求項２に記載の加速器。
【請求項４】
前記伝導板の前記３つのリングスタックによって生成される電場は、前記ＲＦパルスで通電させられたときに、少なくとも前記スタックの長手軸に沿って実質的に均質である、請求項１に記載の加速器。
【請求項５】
前記コンデンサは、前記板が前記ＲＦパルスの周波数において実質的に等しい電気インピーダンスを示すように構成される、請求項１に記載の加速器。
【請求項６】
前記板のそれぞれは、それを通した複数のイオンの通過を可能にするように開口部を備える、請求項１に記載の加速器。
【請求項７】
前記伝導板の前記３つのリングスタックのうちの第１の板は、前記ＲＦパルスを提供するように構成されるソースに電気的に連結される、請求項１に記載の加速器。
【請求項８】
質量分析計で使用するための加速器であって、前記加速器は、
スタックに配列される第１の複数の伝導板であって、前記板の任意の対を分離する間隙を伴う第１の複数の伝導板と、
前記板に電気的に連結される第１の抵抗分圧器と、
前記板に連結される１つ以上のコンデンサであって、前記コンデンサは、前記スタックを横断する電圧パルスの印加に応答して、各板において、前記スタック内の第１の板から前記スタック内の最後の板まで実質的に直線的に変動する振幅を有する電圧パルスを生成することを可能にするように構成される、コンデンサと、
非直線性を引き起こす影響を補正するための１つ以上の平衡コンデンサと、
スタックに配列される第２の複数の伝導板であって、前記板の任意の対を分離する間隙を伴う第２の複数の伝導板と、
前記第２の複数の伝導板に電気的に連結される第２の抵抗分圧器と
を備え、前記第２の複数の伝導板は、そこへのＤＣ電圧の印加を介して通電させられるように構成される、加速器。
【請求項９】
複数のイオンを受容し前記イオンを加速するためのリングスタック状加速器と、非直線性を引き起こす影響を補正するための１つ以上の平衡コンデンサと、前記加速器の下流に配置され、前記加速されたイオンの少なくとも１つの性質を検出するように構成される検出器とを含む質量分析計であって、前記リングスタック状加速器は、伝導板のリングスタックを３つのみ含み、前記板の任意の対を分離する間隙を伴い、前記リングスタック状加速器は、
前記板に電気的に連結される第１の抵抗分圧器と、
前記第１の抵抗分圧器と並列に前記板に電気的に連結されるコンデンサ分圧器であって、前記コンデンサ分圧器は、前記スタックへの電圧パルスの印加に応答して、前記伝導板の前記３つのリングスタックによって生成される電場が、少なくとも前記スタックの長手軸に沿って実質的に均質であるように構成される、コンデンサ分圧器と
を備える、質量分析計。
【請求項１０】
前記コンデンサ分圧器内の前記コンデンサは、前記伝導板の前記３つのリングスタック内の寄生容量を実質的に補償する値を有する離散コンデンサである、請求項９に記載の質量分析計。
【請求項１１】
前記伝導板の前記３つのリングスタックのうちの第１の板は、前記ＲＦパルスを提供するように構成されるソースに電気的に連結される、請求項９に記載の質量分析計。
【請求項１２】
複数のイオンを受容し前記イオンを加速するためのリングスタック状加速器と、非直線性を引き起こす影響を補正するための１つ以上の平衡コンデンサと、前記加速器の下流に配置され、前記加速されたイオンの少なくとも１つの性質を検出するように構成される検出器とを備える質量分析計であって、前記リングスタック状加速器は、
スタックに配列される第１の複数の伝導板であって、前記板の任意の対を分離する間隙を伴う第１の複数の伝導板と、
前記板に電気的に連結される第１の抵抗分圧器と、
前記第１の抵抗分圧器と並列に前記板に電気的に連結されるコンデンサ分圧器であって、前記コンデンサ分圧器は、前記スタックへの電圧パルスの印加に応答して、前記第１の複数の伝導板によって生成される電場が、少なくとも前記スタックの長手軸に沿って実質的に均質であるように構成される、コンデンサ分圧器と、
スタックに配列される第２の複数の伝導板であって、前記板の任意の対を分離する間隙を伴う第２の複数の伝導板と、
前記第２の複数の伝導板に電気的に連結される第２の抵抗分圧器と
を備え、前記第２の複数の伝導板は、ＤＣ電圧で通電させられるように構成される、質量分析計。
【請求項１３】
前記板のそれぞれは、それを通した前記イオンの通過のための中央開口部を備える、請求項９に記載の質量分析計。
【請求項１４】
前記長手軸は、前記中央開口部の中心を通って延在する、請求項１３に記載の質量分析計。
【請求項１５】
リングスタック状加速器を３つのみ有する質量分析計のＲＦ性能を向上させるための方法であって、前記方法は、
前記３つのリングスタック状加速器内の板の板間容量を推定するステップと、
１つ以上のＲＦ周波数において前記板の寄生容量を推定するステップと、
前記寄生容量を補償するための１つ以上の補償コンデンサの容量を判定するステップと、
前記スタック状加速器を横断する前記１つ以上の周波数を有するＲＦ電圧パルスの印加に応答して、前記板によって生成される電場が、コンデンサ分圧器がない場合に前記スタック状加速器への前記パルスの印加によって生成されるそれぞれの電場よりも均質であるように、前記スタック状加速器の前記板に電気的に連結するためのコンデンサ分圧器を形成するために、前記コンデンサを利用するステップと、
非直線性を引き起こす影響を補正するステップと
を含む、方法。
【請求項１６】
前記非直線性を引き起こす影響を補正するステップは、１つ以上の平衡コンデンサを提供することを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記ＲＦ電圧パルスが前記３つのリングスタック状加速器に印加されるときに、前記コンデンサ分圧器が前記質量分析計の性能を向上させることを確認するように、前記質量分析計を試験することをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記１つ以上の補償コンデンサの前記容量を判定するステップはさらに、各板における前記容量が前記１つ以上のＲＦ周波数において実質的に同一であるように、前記コンデンサ分圧器内の各コンデンサの値を計算することを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記コンデンサ分圧器を前記板に電気的に連結するステップに先立って、前記コンデンサ分圧器を用いて前記３つのリングスタック状加速器によって生成される電場をシミュレーションするステップをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
前記ＲＦパルスは、約１マイクロ秒の持続時間の高電圧パルスであり、随意に、前記ＲＦパルスは、前記パルス持続時間にわたって実質的に一様な振幅を有する、請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
本出願は、その全体が参考として本明細書中に援用される、２０１４年１月２日に出願された「Ｈｏｍｏｇｅｎｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｐｕｌｓｅｄ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｆｉｅｌｄ  Ｃｒｅａｔｅｄ  ｉｎ  ａ  Ｒｉｎｇ  Ｓｔａｃｋ  Ｉｏｎ  Ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ」と題する米国仮出願番号第６１／９２２，９７３号、およびその全体が参考として本明細書中に援用される、２０１４年１２月１９日に出願された「Ｈｏｍｏｇｅｎｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｐｕｌｓｅｄ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｆｉｅｌｄ  Ｃｒｅａｔｅｄ  ｉｎ  ａ  Ｒｉｎｇ  Ｓｔａｃｋ  Ｉｏｎ  Ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ」と題する米国仮出願番号第６２／０９４，２８３号に基づく優先権を主張している。
【０００２】
（分野）
本発明は、概して、質量分析に関し、より具体的には、リングスタック状加速器を利用する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
（背景）
質量分析では、固体、液体、または気体サンプルは、研究（通常は、定量化または識別）のための標的である、原子または分子を含む。標的原子または分子は、イオン化され、そして気相において質量分析計に導入される。イオン化原子または分子（イオン）は、それらの電荷対質量比に従って分離され、荷電粒子を検出することが可能な機構によって検出される。結果として生じる信号は、処理され、イオン質量対電荷の関数として異なるイオンの相対的豊富さを提示するスペクトルに編成される。本情報は、識別および定量化に使用される。識別は、検出された質量対電荷を既知または予測質量対電荷と関連付けることによって達成される。代替として、一次分子構造の構造崩壊に起因するイオンが同様に分離されて検出される、特徴的な断片化パターンが使用されてもよい。
【０００４】
質量対電荷比に基づくイオンの分離は、多くの技法によって達成されることができる。１つのそのような技法は、飛行時間（ＴＯＦ）型質量分析である。飛行時間技法では、異なる質量対電荷比のイオンが、一定のエネルギー加速を受ける。次いで、イオンは、加速の場所から離れた距離において検出される。検出場所において、イオンは、以下の式に従ってイオン質量対電荷に関係付けられる異なる時間で検出器に衝突する。
【０００５】
【数１】
0006445021.tif 000002
【０００６】
式中、
ｔは、イオンが加速点から検出器までの距離を進行するために必要とされる時間であり、
ｍは、イオンの質量対電荷であり、
ｄは、加速点と検出器との間の距離であり、
ＫＥは、イオンが加速において受容するエネルギーである。
【０００７】
距離およびエネルギーが一定であると、イオン飛行時間は、質量対電荷の平方根に依存する。これは、多くの場合、イオンが加速器に進入し、次いで加速され、飛行時間技法をパルス技法にする場合である。これは、レーザイオン化の場合、または加速電場がパルス化される（急速にオンに切り替えられる）とき等に、イオンがパルスで生成されることを意味する。
【０００８】
加速器は、飛行時間技法の重要な構成要素である。これは、通常、任意の単一の加速事象の間に複数のイオンが存在する場合である。異なるイオンは、加速器内の同一の場所を共有しないかもしれない。したがって、加速器のタスクは、イオン場所にかかわらず、同一である加速電場を生成することである。換言すると、加速器は、加速器のアクティブ体積のための実質的に均質な電場を有するべきであり、アクティブ体積は、次いで検出される任意のイオンがそれを通って進行する、加速器内の空間である。
【０００９】
均質な電場は、理想的には、それらの間に電位差を伴ってＸおよびＹにおいて無限次元を有する、ある距離Ｚによって分離される２枚の完璧に平行な板によって生成される。実践では、次元ＸおよびＹは、有限であり、これは、板の縁からの電場浸透に関する問題を導入する。また、１枚の板は、典型的には、殆どのイオンが通過することを可能にするグリッドによって置換される。板が非常に小さいＺ間隔で離間される場合、電場浸透は減少される。しかしながら、ある理由で、大きいＺ間隔を有することが所望される場合、電場浸透は、均質性を破壊し、加速器は、同一の運動エネルギーを加速器内の異なる場所におけるイオンに印加しないで。この場合、イオン飛行時間の変動は大きくなり、分光計の分解能は減少する。側面からの電場浸透を最小限にする戦略は、当初の２枚の板の間に配置された「電場均質化」板を使用することである。これらの電場均質化板は、２枚の当初の板の間の位置に応じて直線的に変動する印加された電位を有する。本アセンブリは、リングスタック加速器（ＲＳＡ）と呼ばれることができる。イオンがレーザイオン化等においてパルスで生成される場合において、電位は、抵抗分圧器ネットワークによって電場均質化板に印加されることができる。本モードでは、オームの法則が適用される。しかし、原子および分子が他の場所でイオン化されてＲＳＡに導入された場合、ＲＳＡ内の電場は、イオンが進入することを可能にするようにオフに切り替えられ、次いで、加速を提供するようにオンに切り替えられる必要がある。本状況では、オンおよびオフに切り替えることは、非常に急速に起こり、オームの法則は適用されない。電圧分割は、大部分が、全ての板の間および板と周辺環境との間の容量値に依存する。電場がＲＳＡ内でオンおよびオフに切り替わる状況のために均質な電場を達成することが望ましいであろう。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（要旨）
一側面では、スタックに配列される第１の複数の導電板であって、前記導電版の任意の対を分離する間隙を伴う第１の複数の導電板と、これらの板に電気的に連結される第１の抵抗分圧器とを含む、質量分析計で使用するための加速器が開示される。複数のコンデンサは、これらの板に電気的に連結され、スタックを横断する電圧パルス（例えば、ＲＦ電圧パルス）の印加に応答して、各板において、スタック内の第１の板からスタック内の最後の板まで実質的に直線的に変動する振幅を有する電圧パルスを生成することを可能にするように構成される。例えば、電圧は、下流方向へ直線的に減少することができる。ＲＦパルスは、約１Ｈｚ〜約２００，０００Ｈｚの範囲内の周波数と、約１００ボルト〜約１０，０００ボルトの範囲内の振幅と、約１マイクロ秒〜約１００マイクロ秒の範囲内の持続時間とを有することができる。いくつかの実施形態では、スタックを横断して印加される電圧パルスの振幅は、パルス持続時間にわたって一定であり得る。一例として、ＲＦ電圧パルスは、スタック内の第１の板を電圧源に電気的に連結し、スタック内の最後の板を電気的に接地することによって、スタックを横断して印加されることができる。
【００１１】
コンデンサは、抵抗分圧器と並列にコンデンサ分圧器を提供するように配列されることができる。いくつかの実施形態では、コンデンサ分圧器内のコンデンサは、上記第１の複数の板内の寄生容量を実質的に補償する値を有する、離散コンデンサである。
【００１２】
いくつかの実施形態では、上記複数の導電板によって生成される電場は、少なくともスタックの長手軸に沿って、好ましくは、スタックのアクティブ体積内で、実質的に均質である。いくつかの実施形態では、上記コンデンサは、上記板がＲＦパルスの周波数において実質的に等しい電気インピーダンスを示すように構成される。上記コンデンサは、例えば、約２０ピコファラッド〜約１０ナノファラッドの範囲内の容量を有することができる。
【００１３】
いくつかの実施形態では、各板は、それを通した複数のイオンの通過を可能にするように、開口部、例えば、中央開口部を含む。
【００１４】
いくつかの実施形態では、加速器はさらに、スタックに配列される第２の複数の伝導板であって、これら伝導板の任意の対を分離する間隙を伴う第２の複数の伝導板と、これら第２の複数の伝導板に電気的に連結される、第２の抵抗分圧器とを含むことができ、これら第２の複数の伝導板は、そこへのＤＣ電圧の印加を介して通電させられるように構成される。
【００１５】
関連側面では、スタックに配列される第１の複数の伝導板であって、これら伝導板の任意の対を分離する間隙を伴う第１の複数の伝導板と、これら板に電気的に連結される第１の抵抗分圧器と、これら板に連結され、スタックを横断する電圧パルスの印加に応答して、各板において、上記スタック内の第１の板からこのスタック内の最後の板まで実質的に直線的に変動する振幅を有する電圧パルスを生成することを可能にするように構成される、１つまたはそれを上回るコンデンサと、非直線性を引き起こす影響を補正するための１つまたはそれを上回る平衡コンデンサとを備える、質量分析計で使用するための加速器が提供されることができる。
【００１６】
いくつかの実施形態では、上記コンデンサは、上記第１の抵抗分圧器と並列にコンデンサ分圧器を提供するように配列されることができる。
【００１７】
いくつかの実施形態では、コンデンサ分圧器内のコンデンサは、上記第１の複数の伝導板内の寄生容量を実質的に補償する値を有する、離散コンデンサであり得る。
【００１８】
いくつかの実施形態では、上記第１の複数の伝導板によって生成される電場は、上記ＲＦパルスで通電させられたときに、少なくとも上記スタックの長手軸に沿って実質的に均質であり得る。
【００１９】
いくつかの実施形態では、コンデンサは、上記板が上記ＲＦパルスの周波数において実質的に等しい電気インピーダンスを示すように構成されることができる。
【００２０】
いくつかの実施形態では、上記板のそれぞれは、それを通した複数のイオンの通過を可能にするように開口部を備えることができる。
【００２１】
いくつかの実施形態では、上記第１の複数の伝導板のうちの第１の板は、上記ＲＦパルスを提供するように構成されるソースに電気的に連結されることができる。
【００２２】
いくつかの実施形態では、加速器はさらに、スタックに配列される第２の複数の伝導板であって、これら伝導板の任意の対を分離する間隙を伴う第２の複数の伝導板と、これら第２の複数の伝導板に電気的に連結される、第２の抵抗分圧器とを備えることができ、これら第２の複数の伝導板は、そこへのＤＣ電圧の印加を介して通電させられるように構成されることができる。
【００２３】
関連側面では、複数のイオンを受容し、そしてイオンを加速するためのリングスタック状加速器を含む、質量分析計が開示される。リングスタック状加速器は、スタックに配列される第１の複数の導電板であって、これら導電板の任意の対分離する間隙を伴う第１の複数の導電板と、これら板に電気的に連結される第１の抵抗分圧器と、第１の抵抗分圧器と並列に板に電気的に連結される、コンデンサ分圧器とを含むことができ、このコンデンサ分圧器は、上記スタックへのＲＦ電圧パルスの印加に応答して、上記第１の複数の伝導板によって生成される電場が、少なくともスタックの長手軸に沿って、好ましくは、そのアクティブ体積内で、実質的に均質であるように構成される。質量分析計はさらに、加速器の下流に配置され、加速されたイオンの少なくとも１つの性質、例えば、それらの相対的ｍ／ｚ比を検出するように構成される、検出器を含むことができる。いくつかの実施形態では、スタック内の第１の板は、電圧源に連結され、最後の板は、スタックを横断する電圧パルスの印加のために電気的に接地される。
【００２４】
上記の質量分析計の中のコンデンサ分圧器内のコンデンサは、上記第１の複数の伝導板内の寄生容量を実質的に補償する値を有する、離散コンデンサであり得る。一例として、コンデンサは、約２０ピコファラッド〜約１０ナノファラッドの範囲内の容量を有することができる。
【００２５】
いくつかの実施形態では、質量分析計内のリングスタック状加速器は、スタックに配列される第２の複数の導電板であって、これら導電板の任意の対を分離する間隙を伴う第２の複数の伝導板と、第２の複数の伝導板に電気的に連結される第２の抵抗分圧器とを含むことができ、第２の複数の伝導板は、ＤＣ電圧で通電させられるように構成される。いくつかの実施形態では、これら板のそれぞれは、それを通したイオンの通過を可能にするための中央開口部を含むことができる。開口部を伴う板はまた、リングと称されることもできる。スタックの長手軸は、上記中央開口部の中心を通って延在することができる。
【００２６】
関連側面では、複数のイオンを受容し、これらイオンを加速するためのリングスタック状加速器であって、スタックに配列される第１の複数の伝導板であって、これら伝導板の任意の対を分離する間隙を伴う第１の複数の伝導板と、これら板に電気的に連結される第１の抵抗分圧器と、第１の抵抗分圧器と並列に上記板に電気的に連結されるコンデンサ分圧器であって、このコンデンサ分圧器は、上記スタックへの電圧パルスの印加に応答して、上記第１の複数の伝導板によって生成される電場が、少なくとも上記スタックの長手軸に沿って実質的に均質であるように構成される、コンデンサ分圧器とを備えることができる、上記リングスタック状加速器と、非直線性を引き起こす影響を補正するための１つまたはそれを上回る平衡コンデンサと、上記加速器の下流に配置され、上記加速されたイオンの少なくとも１つの性質を検出するように構成される、検出器とを備える、質量分析計が提供されることができる。
【００２７】
いくつかの実施形態では、コンデンサ分圧器内のコンデンサは、第１の複数の伝導板内の寄生容量を実質的に補償する値を有する、離散コンデンサであり得る。
【００２８】
いくつかの実施形態では、上記第１の複数の伝導板のうちの第１の板は、上記ＲＦパルスを提供するように構成されるソースに電気的に連結されることができる。
【００２９】
いくつかの実施形態では、リングスタック状加速器はさらに、スタックに配列される第２の複数の伝導板であって、これら伝導板の任意の対を分離する間隙を伴う第２の複数の伝導板と、上記第２の複数の伝導板に電気的に連結される第２の抵抗分圧器とを備えることができ、第２の複数の伝導板は、ＤＣ電圧で通電させられるように構成されることができる。
【００３０】
いくつかの実施形態では、上記板のそれぞれは、それを通した上記イオンの通過のための中央開口部を備えることができる。
【００３１】
いくつかの実施形態では、長手軸は、上記中央開口部の中心を通って延在する。
【００３２】
別の側面では、リングスタック状加速器内の板の板間容量を推定するステップと、１つまたはそれを上回るＲＦ周波数において板の寄生容量を推定するステップと、上記寄生容量を補償するための複数の補償コンデンサのそれぞれの容量を判定するステップと、上記スタック状加速器を横断する上記１つまたはそれを上回る周波数を有するＲＦ電圧パルスの印加に応答して、板によって生成される電場が、コンデンサ分圧器がない場合にスタック状加速器への上記パルスの印加によって生成されるそれぞれの電場よりも均質であるように、スタック状加速器の板に電気的に連結するためのコンデンサ分圧器を形成するために、上記コンデンサを利用するステップとを含む、リング加速器を有する質量分析計のＲＦ性能を向上させるための方法が、開示される。
【００３３】
いくつかの実施形態では、上記補償コンデンサの容量を判定するステップは、各板における容量が上記１つまたはそれを上回るＲＦ周波数において実質的に同一であるように、コンデンサ分圧器内の各コンデンサの値を計算するステップを含むことができる。
【００３４】
いくつかの実施形態では、本方法はさらに、コンデンサ分圧器を板に電気的に連結するステップに先立って、スタックに組み込まれるコンデンサ分圧器を用いてリングスタック状加速器によって生成される電場をシミュレーションするステップを含むことができる。いくつかの実施形態では、ＲＦ電圧パルスの持続時間は、約１〜約１００マイクロ秒の範囲内であり得、その振幅は、約１００ボルト〜約１００，０００ボルトの範囲内であり得る。ある場合には、ＲＦ電圧パルスは、パルス持続時間にわたって一様な振幅を有する。
【００３５】
関連側面では、リングスタック状加速器内の板の板間容量を推定するステップと、１つまたはそれを上回るＲＦ周波数において板の寄生容量を推定するステップと、上記寄生容量を補償するための１つまたはそれを上回る補償コンデンサの容量を判定するステップと、上記スタック状加速器を横断する上記１つまたはそれを上回る周波数を有するＲＦ電圧パルスの印加に応答して、板によって生成される電場が、コンデンサ分圧器がない場合にスタック状加速器への上記パルスの印加によって生成されるそれぞれの電場よりも均質であるように、スタック状加速器の板に電気的に連結するためのコンデンサ分圧器を形成するために、上記コンデンサを利用するステップと、非直線性を引き起こす影響を補正するステップとを含む、リングスタック状加速器を有する質量分析計のＲＦ性能を向上させるための方法が、開示される。
【００３６】
いくつかの実施形態では、非直線性を引き起こす影響を補正するステップは、１つまたはそれを上回る平衡コンデンサを提供するステップを含むことができる。
【００３７】
いくつかの実施形態では、本方法はさらに、上記ＲＦ電圧パルスがリングスタック状加速器に印加されるときに、コンデンサ分圧器が質量分析計の性能を向上させることを確認するように、質量分析計を試験するステップを含むことができる。
【００３８】
いくつかの実施形態では、上記１つまたはそれを上回る補償コンデンサの容量を判定するステップはさらに、各板における容量が上記１つまたはそれを上回るＲＦ周波数において実質的に同一であり得るように、コンデンサ分圧器内の各コンデンサの値を計算するステップを含むことができる。
【００３９】
いくつかの実施形態では、本方法はさらに、コンデンサ分圧器を板に電気的に連結するステップに先立って、コンデンサ分圧器を用いてリングスタック状加速器によって生成される電場をシミュレーションするステップを含むことができる。
【００４０】
いくつかの実施形態では、ＲＦパルスは、約１マイクロ秒の持続時間の高電圧パルスであり得、随意に、上記ＲＦパルスは、パルス持続時間にわたって実質的に一様な振幅を有することができる。
本明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
（項目１）
スタックに配列される第１の複数の伝導板であって、前記板の任意の対を分離する間隙を伴う第１の複数の伝導板と、
前記板に電気的に連結される、第１の抵抗分圧器と、
前記板に連結され、前記スタックを横断する電圧パルスの印加に応答して、各板において、前記スタック内の第１の板から前記スタック内の最後の板まで実質的に直線的に変動する振幅を有する電圧パルスを生成することを可能にするように構成される、１つまたはそれを上回るコンデンサと、
非直線性を引き起こす影響を補正するための１つまたはそれを上回る平衡コンデンサと
を備える、質量分析計で使用するための加速器。
（項目２）
前記コンデンサは、前記第１の抵抗分圧器と並列にコンデンサ分圧器を提供するように配列される、項目１に記載の加速器。
（項目３）
前記コンデンサ分圧器内の前記コンデンサは、前記第１の複数の伝導板内の寄生容量を実質的に補償する値を有する、離散コンデンサである、項目２に記載の加速器。
（項目４）
前記第１の複数の伝導板によって生成される電場は、前記ＲＦパルスで通電させられたときに、少なくとも前記スタックの長手軸に沿って実質的に均質である、項目１に記載の加速器。
（項目５）
前記コンデンサは、前記板が前記ＲＦパルスの周波数において実質的に等しい電気インピーダンスを示すように構成される、項目１に記載の加速器。
（項目６）
前記板のそれぞれは、それを通した複数のイオンの通過を可能にするように開口部を備える、項目１に記載の加速器。
（項目７）
前記第１の複数の伝導板のうちの第１の板は、前記ＲＦパルスを提供するように構成されるソースに電気的に連結される、項目１に記載の加速器。
（項目８）
スタックに配列される、第２の複数の伝導板であって、前記板の任意の対を分離する間隙を伴う第２の複数の伝導板と、
前記第２の複数の伝導板に電気的に連結される、第２の抵抗分圧器と
をさらに備え、前記第２の複数の伝導板は、そこへのＤＣ電圧の印加を介して通電させられるように構成される、項目１に記載の加速器。
（項目９）
複数のイオンを受容し、前記イオンを加速するためのリングスタック状加速器であって、
スタックに配列される第１の複数の伝導板であって、前記板の任意の対を分離する間隙を伴う第１の複数の伝導板と、
前記板に電気的に連結される、第１の抵抗分圧器と、
前記第１の抵抗分圧器と並列に前記板に電気的に連結される、コンデンサ分圧器であって、前記コンデンサ分圧器は、前記スタックへの電圧パルスの印加に応答して、前記第１の複数の伝導板によって生成される電場が、少なくとも前記スタックの長手軸に沿って実質的に均質であるように構成される、コンデンサ分圧器と、
を備える、リングスタック状加速器と、
非直線性を引き起こす影響を補正するための１つまたはそれを上回る平衡コンデンサと、
前記加速器の下流に配置され、前記加速されたイオンの少なくとも１つの性質を検出するように構成される、検出器と
を備える、質量分析計。
（項目１０）
前記コンデンサ分圧器内の前記コンデンサは、前記第１の複数の伝導板内の寄生容量を実質的に補償する値を有する、離散コンデンサである、項目９に記載の質量分析計。
（項目１１）
前記第１の複数の伝導板のうちの第１の板は、前記ＲＦパルスを提供するように構成されるソースに電気的に連結される、項目９に記載の質量分析計。
（項目１２）
前記リングスタック状加速器はさらに、
スタックに配列される第２の複数の伝導板であって、前記板の任意の対を分離する間隙を伴う第２の複数の伝導板と、
前記第２の複数の伝導板に電気的に連結される、第２の抵抗分圧器と
を備え、前記第２の複数の伝導板は、ＤＣ電圧で通電させられるように構成される、項目９に記載の質量分析計。
（項目１３）
前記板のそれぞれは、それを通した前記イオンの通過を可能にするための中央開口部を備える、項目９に記載の質量分析計。
（項目１４）
前記長手軸は、前記中央開口部の中心を通って延在する、項目１３に記載の質量分析計。
（項目１５）
リングスタック状加速器を有する質量分析計のＲＦ性能を向上させるための方法であって、
前記リングスタック状加速器内の板の板間容量を推定するステップと、
１つまたはそれを上回るＲＦ周波数において前記板の寄生容量を推定するステップと、
前記寄生容量を補償するための１つまたはそれを上回る補償コンデンサの容量を判定するステップと、
前記スタック状加速器を横断する前記１つまたはそれを上回る周波数を有するＲＦ電圧パルスの印加に応答して、前記板によって生成される電場が、コンデンサ分圧器がない場合に前記スタック状加速器への前記パルスの印加によって生成されるそれぞれの電場よりも均質であるように、前記スタック状加速器の前記板に電気的に連結するためのコンデンサ分圧器を形成するために、前記コンデンサを利用するステップと、
非直線性を引き起こす影響を補正するステップと
を含む、方法。
（項目１６）
非直線性を引き起こす影響を補正する前記ステップは、１つまたはそれを上回る平衡コンデンサを提供するステップを含む、項目１５に記載の方法。
（項目１７）
前記ＲＦ電圧パルスが前記リングスタック状加速器に印加されるときに、前記コンデンサ分圧器が前記質量分析計の性能を向上させることを確認するように、前記質量分析計を試験するステップをさらに含む、項目１５に記載の方法。
（項目１８）
前記１つまたはそれを上回る補償コンデンサの前記容量を判定する前記ステップはさらに、各板における前記容量が前記１つまたはそれを上回るＲＦ周波数において実質的に同一であるように、前記コンデンサ分圧器内の各コンデンサの値を計算するステップを含む、項目１５に記載の方法。
（項目１９）
前記コンデンサ分圧器を前記板に電気的に連結するステップに先立って、前記コンデンサ分圧器を用いて前記リングスタック状加速器によって生成される電場をシミュレーションするステップをさらに含む、項目１５に記載の方法。
（項目２０）
前記ＲＦパルスは、約１マイクロ秒の持続時間の高電圧パルスであり、随意に、前記ＲＦパルスは、前記パルス持続時間にわたって実質的に一様な振幅を有する、項目１５に記載の方法。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】図１は、いくつかの実施形態とともに使用されることができる、例示的質量分析計の切断図である。
【００４２】
【図２】図２は、いくつかの実施形態とともに使用されることができる、例示的リングスタック状加速器（ＲＳＡ）の斜視図である。
【００４３】
【図３】図３は、回路要素を含む、例示的な先行技術のＲＳＡの側面図である。
【００４４】
【図４】図４は、回路要素を含む、いくつかの実施形態とともに使用されることができる、例示的ＲＳＡの側面図である。
【００４５】
【図５】図５は、例示的ＲＳＡ内の板において測定された電圧を描写するグラフである。
【００４６】
【図６】図６は、例示的ＲＳＡ内の板において測定された理想からの電圧誤差を描写するグラフである。
【００４７】
【図７】図７は、パルスで通電させられたときにＲＳＡが補正されていないときの例示的試験結果を描写するグラフである。
【００４８】
【図８】図８は、パルスで通電させられたときにＲＳＡがいくつかの実施形態に従って補正されるときの例示的試験結果を描写するグラフである。
【００４９】
【図９】図９は、寄生容量を補正しないＲＳＡの回路図である。
【００５０】
【図１０】図１０は、いくつかの実施形態による、寄生容量を補正するＲＳＡの回路図である。
【００５１】
【図１１】図１１は、寄生容量を補正するための例示的方法を描写するフローチャートである。
【００５２】
【図１２】図１２は、いくつかの実施形態による、３枚板ＲＳＡの３Ｄ等角図を図示する。
【００５３】
【図１３】図１３は、いくつかの実施形態による、図１２で描写される３枚板ＲＳＡの断面図である。
【００５４】
【図１４】図１４は、いくつかの実施形態による、寄生容量をまさに補正する３枚板ＲＳＡの回路図である。
【００５５】
【図１５】図１５は、いくつかの実施形態による、３枚板ＲＳＡの回路図である。
【００５６】
【図１６】図１６は、いくつかの実施形態による、典型的質量スペクトルを示す。
【００５７】
【図１７】図１７は、図１６で描写される質量スペクトルで観察された質量の表を示す。
【００５８】
【図１８】図１８は、グラフで図１７に列挙される質量を示す。
【００５９】
【図１９】図１９は、いくつかの実施形態による、３枚の板のスタックの写真を示す。
【発明を実施するための形態】
【００６０】
（詳細な説明）
本発明は、概して、スタック状加速器を横断する、電圧パルス、例えば、高周波（ＲＦ）電圧パルスの印加に応答して、スタック状加速器の体積内で、かつ少なくともその長手軸に沿って、実質的に均質な（一様な）電場を生成するために利用されることができる、質量分析計で使用するためのリングスタック状加速器（ＲＳＡ）を対象とする。リングスタック加速器の目標は、２つの状態、すなわち、オンおよびオフ状態を有する、電場である。オン状態は、検出器におけるイオンの時空間速度集束につながるために必要な大きさを有する、ゼロではない電場である。電場オン状態は、最も遅い最高質量対電荷イオンが加速器を退出するために要する時間よりも長い期間を有していなければならない。本期間は、着目イオンの質量対電荷比に応じて、約１〜２０マイクロ秒である。本持続時間全体にわたって、パルスは、電場を一定に維持しなければならない。電場は、イオンが電場内にある間に変化してはならない。そうでなければ、質量依存性影響として現れ得る、時間依存性影響が観察され得る。より速く移動する低質量対電荷イオンは、より遅く移動する高質量対電荷イオンと異なる加速を経験し得る。電場は、制御可能かつ把握可能な値を有していなければならず、そして電場は、性能要件に応じて、非常に均質でなければならない（電場が動作可能体積内の全ての場所において０．１％〜０．００００１％以内の同一の値を有することを意味する）。オフ状態の間に、イオンは、電場に進入させられる。ゼロ電場は、イオン軌道が摂動されず、ニュートンの第１法則が適用され得ることを意味する。オン状態の間に、イオンは、周知かつ制御された質量／空間／初期イオン速度依存性速度でＴＯＦ分析器の残りの区分の中へ加速され、それによって、検出器上の質量対電荷によるイオンの時間集束を可能にする。オフ状態とオン状態との間の時間は、高精度集束の目的を達成することにおいて問題を引き起こし得る任意の影響を防止するために、可能な限り短く保たれなければならない。非常に速い立ち上がり時間、非常に少ないリンギング、および非常に平坦なトップを有する、必要電圧パルスを生成することができるデバイスを作成するために、多大な努力を要する。そのようなパルスが掌握されていると仮定しても、問題は、依然として、挙げられる理由（寄生容量および時間依存性充電）により、リングスタック加速器をもたらす。本発明は、これらの問題に対処する。
【００６１】
開口部を伴う板はまた、リングと称されることもできる。「平衡コンデンサ」および「補償コンデンサ」という用語は、本明細書では同義的に使用されることができる。本明細書で使用されるような「実質的に一様な電場」という用語は、異なる空間点、例えば、スタック状加速器の体積内、またはスタック状加速器の長手軸に沿った空間点において、大きさが０．１％またはそれを下回る非常に少ない量だけ変動する、電場を指す。本明細書で使用されるような「ＲＦ電圧パルス」という用語は、例えば、約１マイクロ秒〜約１００マイクロ秒の範囲内の有限持続時間と、約１Ｈｚ〜約２００，０００Ｈｚの範囲内、例えば、約３０００Ｈｚ〜約２００，０００Ｈｚの範囲内の周波数とを有する、時変電圧を指す。いくつかの実施形態では、そのような電圧パルスは、実質的に一様な振幅、例えば、パルス持続時間にわたって、約０．１０％未満またはそれを下回る変動を呈する振幅を有する。いくつかの実施形態では、ＲＳＡは、導電板のうちのいずれか２枚を分離する間隙を伴ってスタックに配列される、複数の導電板を含む。抵抗分圧器は、上記導電板に電気的に連結される。加えて、コンデンサ分圧器は、抵抗分圧器と並列に板に連結される。コンデンサ分圧器は、それぞれがスタック状加速器の導電板のうちの１枚に並列に電気的に連結される、複数のコンデンサを含む。リングスタック加速器は、容量電圧分割を提供するように、スタック内のリングの間の容量に完全に依拠する。リングスタック加速器で使用されるパルスの時間的尺度では、オームまたは抵抗電圧分割は、使用されることができない。これは、遅すぎて、抵抗器に電流を通過させることによって板を充電することができない。十分に長い時間的尺度（１ミリ秒を上回る）では、電圧分割は、完全にオームの法則に従う抵抗になる。しかし、（数ナノ秒〜数マイクロ秒である）関連する期間の間に、電圧を分割するのは容量ネットワークである。リングスタック加速器が、同一の距離による複数の同一の板の間隔によって構築され、いかなる寄生容量もない状態で同一のコンデンサを作成することが、極めて有用である。付加的な問題がある。再度、これは、時間的尺度の問題である。多くの板を伴うリングスタック加速器に関して、これらの板は、端部の間に位置し、中央にある板は、動作電圧になるのが最も遅い。これは、質量較正および質量範囲にわたる均質な質量分解能に関する問題において明白であり得る時間依存性挙動を引き起こす。本発明、すなわち、補償コンデンサの使用は、寄生容量およびリングの時間依存性充電に起因することの両方によって、リングスタック加速器に導入される問題を是正するに違いない。本発明の一実施形態は、寄生容量の問題および時間依存性問題を是正するように、板の間に補償コンデンサを取り付けることである。別の実施形態は、板間容量が、正確に、寄生容量および時間依存性問題を是正するために必要な値である、板間コンデンサ値を生成する、リングスタック加速器に沿って変動するように、板の寸法を調節することであろう。
【００６２】
３種類の容量があり、２つは、制御可能かつ正確に把握可能であり、１つは、大部分は未知であり、制御可能ではない。
【００６３】
第１の種類の容量は、板間容量である。これらの容量の値は、板およびリングの間隔および寸法に依存する。各対の板またはリングは、相互と正確に平行に位置し、したがって、従来の標準的なコンデンサを備える。全ての板間容量の値は、正確に把握可能で測定可能であり、他の制約を与えられた範囲内で制御可能である。制約のうちのいくつかは、利用可能な減圧チャンバの中への設置を可能にする寸法、アーク放電を防止するために十分な板分離寸法、イオンの進入および退出を可能にする電極形状およびサイズ、最後に、検出器におけるイオンの時空間速度集束を最終的に可能にする電場寸法および大きさを含む。
【００６４】
第２の種類の容量は、補償コンデンサである。これらは、利用可能性の制約が与えられれば、正確に把握可能かつ制御可能な標準コンデンサである。
【００６５】
第３の種類の容量は、寄生容量である。これは、各電極と環境との間の容量である。本種類の容量に影響を及ぼす環境の要素は、減圧チャンバ、近傍イオンガイド、または接地電圧もしくは環境要素とリングスタック電極内のリングのうちのいずれか１つとの間にゼロではない容量値を生成するために十分に近い任意の他の電圧で保持される任意の導体を含む。これらの容量は、把握することが困難であり、大部分は制御されていない。これらの容量の影響は、予測コンデンサ電圧分割を予測直線的挙動から逸脱させ、検出器においてイオンを時空間速度集束させる飛行時間型質量分析器システムの能力の損失につながることである。
【００６６】
コンデンサの容量値は、各板がＲＦパルスの周波数において実質的に一様なインピーダンスを示すように、例えば、以下でさらに詳細に議論される様式で選択される。例えば、ある場合には、ＲＦ周波数における板のインピーダンスは、１０％または５％未満だけ変動する。いくつかの実施形態では、各コンデンサの容量は、コンデンサが連結される板と関連付けられる寄生容量を補償するように選択される。さらに、いくつかの実施形態では、コンデンサは、コンデンサおよび抵抗分圧器の組み合わせが、スタックを横断する、すなわち、ＲＳＡの第１の上流板およびその最後の下流板を横断する、ＲＦ電圧パルスの印加に応答して、ＲＳＡの連続板において、すなわち、前述の第１の板から最後の板まで、電圧の実質的に直線的な変動を可能にするように構成される。換言すると、板における電圧は、第１の上流板から下流板まで直線的に変動するか、またはそのような直線性から約１％未満もしくはそれを下回る偏差を示す。例えば、いくつかの実施形態では、板における電圧は、第１の上流板から最後の下流板まで実質的に直線的に減少する。いくつかの実施形態では、補償コンデンサのそれぞれの容量は、約２０ピコファラッド〜約１０ナノファラッドの範囲内であり得る。
【００６７】
本明細書で使用されるような「約」という用語は、１０％未満または５％未満の変動を示す。
【００６８】
いくつかの実施形態では、リングスタック状加速器（ＲＳＡ）は、スタック内の板の間に所定の実質的に一様な間隙を伴って配列される、複数の実質的に平行なリング形状プレートを含むことができる。抵抗分圧器またはラダーは、隣接する板の間の生成された電場が実質的に同一であるように、各板において実質的に一様にスタック全体を横断して印加される電圧を分割するよう板に接続されることができる。スタック内の各板は、上記で議論されるＤＣ実施例と同様に、等価な値の抵抗器を介してその隣接する板に接続されることができる。
【００６９】
板の間の固有の容量ならびに板と環境との間の寄生容量がある。ＤＣ電圧が板に印加されるとき、板の間の容量は、相互に対する板のサイズおよび配列に基づいてモデル化されることができる。板への（例えば、約１Ｈｚ〜約２００，０００Ｈｚの範囲内の周波数における）ＲＦ電圧の印加は、板の間の容量および環境とし寄生容量の変動が非直線的な電圧分割および非均質な電場につながり得る、より複雑な状況をもたらし得る。
【００７０】
実施形態は、これらの寄生容量に対処し、したがって、問題を軽減するように付加的補償コンデンサを追加することによって、より高い周波数におけるインピーダンスに対処することができる。これは、抵抗分圧器のみとともに板のスタックを使用して生成される電場よりも均質なパルス化電場を生成することを可能にすることができる。これらのコンデンサは、抵抗分圧器と並列な（それによって、板と並列な）コンデンサ分圧器として配列されることができる。並列分圧器において追加する付加的コンデンサの慎重な選択は、所定の特性の電気パルスでスタックを通電させるときに、リングスタックにおいて実質的により一様な電場をもたらすことができる。いくつかの実施形態では、コンデンサの選択は、シミュレーション、実験的試験、またはそれらの任意の組み合わせの結果として行われることができる。いくつかの実施形態では、周辺板および環境によって各板において生成される容量の有効インピーダンスは、シミュレーションによって計算され、低容量プローブを用いた測定によって向上させられることができる。いったん各板の容量の近似値が生成されると、各板の有効容量が実質的に同一であるように、コンデンサは、板の各対の容量を実質的に正規化するように、隣接する板の各対と並列に追加されることができる。コンデンサが適切に選択される場合、各板における容量は、実質的に一様であり得、ＲＳＡの高周波数有効回路を、ＲＳＡの理想的ＤＣモデルと実質的に類似させることを理解されたい。
【００７１】
いくつかの実施形態では、スタックに配列される第１の複数の伝導板であって、これら導電板の任意の対を分離する間隙を伴う第１の複数の伝導板と、上記板に電気的に連結される第１の抵抗分圧器と、上記板に連結され、スタックを横断する電圧パルスの印加に応答して、各板において、上記スタック内の第１の板から上記スタック内の最後の板まで実質的に直線的に変動する振幅を有する電圧パルスを生成することを可能にするように構成される、１つまたはそれを上回るコンデンサと、非直線性を引き起こす影響を補正するための１つまたはそれを上回る平衡コンデンサとを備える、質量分析計で使用するための加速器が、提供されることができる。
【００７２】
いくつかの実施形態では、コンデンサは、上記第１の抵抗分圧器と並列にコンデンサ分圧器を提供するように配列されることができる。
【００７３】
いくつかの実施形態では、コンデンサ分圧器内のコンデンサは、第１の複数の伝導板内の寄生容量を実質的に補償する値を有する、離散コンデンサであり得る。
【００７４】
いくつかの実施形態では、第１の複数の伝導板によって生成される電場は、上記ＲＦパルスで通電させられたときに、少なくとも上記スタックの長手軸に沿って実質的に均質であり得る。
【００７５】
いくつかの実施形態では、コンデンサは、板が上記ＲＦパルスの周波数において実質的に同じ電気インピーダンスを示すように構成されることができる。
【００７６】
いくつかの実施形態では、上記板のそれぞれは、それを通した複数のイオンの通過を可能にするように開口部を備えることができる。
【００７７】
いくつかの実施形態では、第１の複数の伝導板のうちの第１の板は、上記ＲＦパルスを提供するように構成されるソースに電気的に連結されることができる。
【００７８】
いくつかの実施形態では、加速器はさらに、スタックに配列される第２の複数の伝導板であって、これら伝導板の任意の対を分離する間隙を伴う第２の複数の伝導板と、上記第２の複数の伝導板に電気的に連結される、第２の抵抗分圧器とを備えることができ、第２の複数の伝導板は、そこへのＤＣ電圧の印加を介して通電させられるように構成されることができる。
【００７９】
いくつかの実施形態では、複数のイオンを受容し、上記イオンを加速するためのリングスタック状加速器であって、スタックに配列される第１の複数の伝導板であって、これら伝導板の任意の対を分離する間隙を伴う第１の複数の伝導板と、上記板に電気的に連結される第１の抵抗分圧器と、第１の抵抗分圧器と並列に上記板に電気的に連結されるコンデンサ分圧器であって、上記コンデンサ分圧器は、上記スタックへの電圧パルスの印加に応答して、上記第１の複数の伝導板によって生成される電場が、少なくとも上記スタックの長手軸に沿って実質的に均質であるように構成される、コンデンサ分圧器とを備えることができる、上記リングスタック状加速器と、非直線性を引き起こす影響を補正するための１つまたはそれを上回る平衡コンデンサと、上記加速器の下流に配置され、上記加速されたイオンの少なくとも１つの性質を検出するように構成される、検出器とを備える、質量分析計が提供されることができる。
【００８０】
いくつかの実施形態では、コンデンサ分圧器内のコンデンサは、第１の複数の伝導板内の寄生容量を実質的に補償する値を有する、離散コンデンサであり得る。
【００８１】
いくつかの実施形態では、第１の複数の伝導板のうちの第１の板は、上記ＲＦパルスを提供するように構成されるソースに電気的に連結されることができる。
【００８２】
いくつかの実施形態では、リングスタック状加速器はさらに、スタックに配列される第２の複数の伝導板であって、これら伝導板の任意の対を分離する間隙を伴う第２の複数の伝導板と、上記第２の複数の伝導板に電気的に連結される第２の抵抗分圧器とを備えることができ、第２の複数の伝導板は、ＤＣ電圧で通電させられるように構成されることができる。
【００８３】
いくつかの実施形態では、上記板のそれぞれは、それを通した上記イオンの通過のための中央開口部を備えることができる。
【００８４】
いくつかの実施形態では、長手軸は、上記中央開口部の中心を通って延在する。
【００８５】
いくつかの実施形態では、リングスタック状加速器内の板の板間容量を推定するステップと、１つまたはそれを上回るＲＦ周波数において板の寄生容量を推定するステップと、上記寄生容量を補償するための１つまたはそれを上回る補償コンデンサの容量を判定するステップと、上記スタック状加速器を横断する上記１つまたはそれを上回る周波数を有するＲＦ電圧パルスの印加に応答して、板によって生成される電場が、コンデンサ分圧器がない場合にスタック状加速器への上記パルスの印加によって生成されるそれぞれの電場よりも均質であるように、スタック状加速器の板に電気的に連結するためのコンデンサ分圧器を形成するために、上記コンデンサを利用するステップと、非直線性を引き起こす影響を補正するステップとを含む、リングスタック状加速器を有する質量分析計のＲＦ性能を向上させるための方法が、提供されることができる。
【００８６】
いくつかの実施形態では、非直線性を引き起こす影響を補正するステップは、１つまたはそれを上回る平衡コンデンサを提供するステップを含むことができる。
【００８７】
いくつかの実施形態では、本方法はさらに、上記ＲＦ電圧パルスがリングスタック状加速器に印加されるときに、コンデンサ分圧器が質量分析計の性能を向上させることを確認するように、質量分析計を試験するステップを含むことができる。
【００８８】
いくつかの実施形態では、上記１つまたはそれを上回る補償コンデンサの容量を判定するステップはさらに、各板における容量が上記１つまたはそれを上回るＲＦ周波数において実質的に同一であり得るように、コンデンサ分圧器内の各コンデンサの値を計算するステップを含むことができる。
【００８９】
いくつかの実施形態では、本方法はさらに、コンデンサ分圧器を板に電気的に連結するステップに先立って、コンデンサ分圧器を用いてリングスタック状加速器によって生成される電場をシミュレーションするステップを含むことができる。
【００９０】
いくつかの実施形態では、ＲＦパルスは、約１マイクロ秒の持続時間の高電圧パルスであり得、随意に、上記ＲＦパルスは、パルス持続時間にわたって実質的に一様な振幅を有することができる。
【００９１】
図１は、質量分析計２０の例示的実施形態の構成要素の略図である。イオン源２２は、試験されているサンプルからイオンを提供する。リングスタック状加速器２４および２６は、イオン経路３０に沿ってイオン源２２からイオンを加速するための電場を提供する。ＲＳＡ２４は、要求に応じてイオンを加速するようにゲーティング機能を提供することを可能にする、パルス化加速器である。ＲＳＡ２６は、ＲＳＡ区分２４による加速を受けたイオンをさらに加速する、一様なＤＣ電場を提供する、ＤＣ区分を含む。いくつかの実施形態では、イオンミラー３４および３６は、質量分析計がよりコンパクトな筐体の中に配置されることを可能にする、イオン経路３０を反射する電場を提供する。イオン経路３０に沿って進行した後、イオンは、分光計検出が起こり得る検出器３８に着地する。イオン経路３０のいくつかの部分では、イオンは、（例えば、領域４０中で、またはイオンミラー３４および３６内で）電場を受け得る。イオン経路３０の最後の部分は、検出器３８に到達するようにイオンが通過する、フィールドフリー領域を備える。イオン検出器３８によるイオンの本検出は、当技術分野で理解されるような任意の技法に従って起こり得る。
【００９２】
図２は、ＤＣ  ＲＳＡ区分２６およびＲＦパルス化ＲＳＡ区分２４の両方を含む、図１の例示的質量分析計のＲＳＡの外部斜視図である。ＲＳＡのＲＦパルス区分２４は、板１−１５を含む。板１−１５のそれぞれおよび示される他の板は、イオンがそれを通過することを可能にする開口を含む。本開口は、各板がリングスタック内のリングの役割を果たすことを可能にする。接地された板２８から最も遠い板１は、高電圧パルス４９の印加を介して充電されることができる。板１−１５と並列な分圧器は、連続的により小さい電圧を板１−１５のそれぞれに印加することができる。理想的には、分圧器は、板１と２の間の電圧差が、板５と６、９と１０、１４と１５等の間の電圧差と実質的に同一であるように、板１から板１５まで直線的に変動する電圧を板に印加することを可能にする。高電圧パルス４９の極性は、加速されているイオンの種類に基づいて選定されることができると理解されたい。板１−１５に印加される電圧は、イオンを加速する軸方向電場を生成する。加速されたイオンは、接地された板２８を通り過ぎて移動し、ＤＣ  ＲＳＡ区分２６によってイオンミラー３４に向かってさらに加速される。
【００９３】
図３は、加速器パルス化区分２４およびＤＣ区分２６内の板と並列に配置された分圧器の例示的配列を示す。パルス化区分２４内の板１−１５は、板の各対の間に配置された複数の抵抗器を含む。板が伝導性であるため、各板は、固有の容量を伴う他の板と相互作用し、抵抗器は、板によって生成される自然の容量分圧器と並列な抵抗分圧器の役割を果たす。板１−１５内の各板は、抵抗器のそれぞれが同一である場合に板１−１５の間で直線的に分割される定常状態電圧を経験する。同一の分圧器が、ＤＣ区分２６において適用されることができる。本配列は、先行技術において見られることができる。しかしながら、補償がないと、パルス化区分内の板１−１５は、ＲＦパルスがスタックを横断して印加されるときに、非直線的な過渡電圧を経験し得る。本過渡的挙動は、例えば、複数の板と分光計の壁との間の寄生容量に起因して、板の間の実際の有効容量が変動するため起こる。
【００９４】
図４は、ＲＳＡのパルス化区分を通電させるためにＲＦパルスを使用するときに、板１−１５における寄生容量を補償するために補償コンデンサ１ａ−１５ａを利用する、本教示によるＲＳＡの例示的実施形態を示す。本実施例では、パルス化区分４０は、抵抗器１ｂ−１５ｂと並列に補償コンデンサ１ａ−１５ａを含む。抵抗器と並列にコンデンサを配置することによって、各板において経験される容量の差を補償するように、補償容量分圧器が作成されることができる。補償コンデンサがない場合、ＲＦパルスの印加の間等のより高い周波数において、異なる板の間の容量の変動は、板１−１５の間の分圧器において不均質なインピーダンスを生成し得る。これらの不均質なインピーダンスは、順に不均質な電場をもたらし得る、板１−１５の間の非直線的な電圧をもたらし得る。コンデンサ分圧器で使用される容量は、生成された電場におけるそのような不均質性を改善し、好ましくは、排除するように、図１１に示される技法を含む、シミュレーションまたは測定もしくは両方等の種々の技法を通して、選定されることができる。
【００９５】
図５は、完璧な電圧分割を仮定する、これらの板のそれぞれの理想電圧と対比した、図３および４の実施例の例示的実装で観察されるＲＦパルスの間の板１−１５のそれぞれにおける電圧を示す。これらの実施例で採用された抵抗器１ｂ−１５ｂの抵抗は、それぞれ、１メガオームであり、これらの実施例で採用されたコンデンサ１ａ−１５ａの容量は、それぞれ、８８ｐＦ、６８ｐＦ、３７ｐＦ、２７ｐＦ、２０ｐＦ、１０ｐＦ、１ｐＦ、１ｐＦ、１ｐＦ、１ｐＦ、１ｐＦ、１ｐＦ、１ｐＦ、および１ｐＦであった。ＲＦパルスは、板１において、１０，０００Ｈｚの周波数と、２０００Ｖのパルス振幅とを有した。上の線は、分圧器内の各抵抗器が同等である、理想的ＤＣ電圧分割に類似する、理想的な直線的電圧分割を表す。本理想からわずかに逸脱する第２の線は、図４に示されるような補償コンデンサが各板におけるインピーダンスを正規化することに役立てるために使用されるときのＲＦパルスの間の板のそれぞれにおける観察された電圧である。理想からより実質的に逸脱する下の線は、図３に示されるように、インピーダンスを補償するためにいかなるコンデンサも使用されなかったときのＲＦパルスの間の各板における観察された電圧である。分かり得るように、補償コンデンサを利用するＲＦパルス化ＲＳＡ区分は、ＲＦパルスを使用してＲＳＡが通電させられるときの動作の間に、より一様な電場をもたらす、理想的電圧分割により密接に近似する。
【００９６】
図６は、抵抗分圧器のみが使用されるときと対比した、補償コンデンサが使用されるときの理想電圧に対する、図５に関連して上記で議論される実施例においてＲＳＡ区分２４の板１−１５のそれぞれで観察されたＲＦ電圧の偏差を示す。より具体的には、上の曲線は、補償コンデンサが使用されるときの観察された電圧と理想電圧との間の誤差率を示し、下の曲線は、抵抗分圧器のみが使用されるときの誤差率を示す。分かり得るように、補償コンデンサが使用されたとき、多数の板が３０％未満の誤差を経験した。その一方で、抵抗分圧器のみが使用されたとき、ほぼ全ての板が３０％を上回る誤差を経験した。補償コンデンサの使用と関連付けられる、より低い誤差は、イオンを加速するためのＲＳＡ区分２４の板１−１５によって生成される、より均質な電場を示す。より一様な電場は、順に、イオン検出の間に、より大きな忠実性をもたらし得る。図７は、（図３のように）抵抗分圧器のみが使用されるときの例においてＴＯＦ質量分析計の検出回路で観察された例示的信号を示す。分かり得るように、ピークは、概して、広く、低い分解能を示す。例えば、分光計の中へのイオンの初期加速の間にイオンに印加される不均質な電場は、同一のｍ／ｚ比を有するイオンに付随するエネルギー拡散を広げ得、それによって、低い分解能および広い非対称ピークをもたらす、同一の質量対電荷のイオンの飛行時間の変動の増加につながる。
【００９７】
対照的に、図８は、それぞれ、８８ｐＦ、６８ｐＦ、３７ｐＦ、２７ｐＦ、２０ｐＦ、１０ｐＦ、１ｐＦ、１ｐＦ、１ｐＦ、１ｐＦ、１ｐＦ、１ｐＦ、１ｐＦ、および１ｐＦの容量を有する、図４に示されるような補償コンデンサ１ａ−１５ａがＲＳＡのＲＦパルス化区分で使用されたときの６０３．２５〜６０４．０７Ｄａの範囲内の観察された質量信号を示す。ここで、同一の質量対電荷であるが、加速器内に異なる開始場所を伴うイオンは、加速点と検出との間を進行する時間の低い変動を有した。分解能は、はるかにより高く、ピークは、より狭く、そして信号対ノイズは増加した。これは、ＲＦパルス事象の間にＲＳＡ内に生成されたより均質な電場によるものであった。これは、分光計内でより高品質の検出をもたらし得る。
【００９８】
図９は、各板が約５０ｐＦの隣接する板に対する容量を有すると仮定されるモデルの下で、ＲＳＡのパルス区分において予期される例示的等価回路を示す。本実施例では、１６リングのリングスタック加速器の回路が示される。分圧器の各抵抗器は、約３００ｋΩの抵抗を有する。本実施例では、寄生遮蔽コンデンサが、最初の５枚の板と併せて使用される。しかしながら、隣接する板の間の容量に関する仮定は、高い周波数では正しくない場合があり、非一様なインピーダンス、したがって、非一様な電場をもたらす。コンデンサＣ４４−Ｃ５７およびＣ１５は、板間容量である。抵抗器Ｒ１７−Ｒ３１は、リングの間の適用された抵抗器である。コンデンサＣ１−Ｃ５は、寄生容量の推定値である。高電圧パルスは、抵抗器Ｒ１７およびコンデンサＣ１５が接合される接合部で印加される。ＲＳＡは、抵抗器Ｒ３１およびコンデンサＣ４４が接合される接合部で接地される。
【００９９】
実施例として、図１０に示される１６リングＲＳＡの回路は、本問題に対処することができる。ここで、隣接する板の間の容量の理想モデルに加えて、右側に示される付加的容量分圧器が追加される。これは、一例として、図４に示される構造、ならびに図５、６、および８の関連結果をもたらす。これらのコンデンサの個々の値は、図１１に示され、以下で議論される方法を含む、シミュレーション、実験的観察、またはそれらの任意の組み合わせ等の任意の好適な手段を使用して選択されることができる。これらのコンデンサを追加することによって、各板において経験される寄生容量は、補償されることができる。コンデンサＣ４４−Ｃ５７およびＣ１５は、板間容量である。抵抗器Ｒ１７−Ｒ３１は、リングの間の適用された抵抗器である。コンデンサＣ１−Ｃ５は、寄生容量の推定値である。コンデンサＣ６−Ｃ２１は、適用された補償コンデンサである。高電圧パルスは、抵抗器Ｒ１７ならびにコンデンサＣ６およびＣ１５が接合される接合部で印加される。ＲＳＡは、抵抗器Ｒ３１ならびにコンデンサＣ４４およびＣ２１が接合される接合部で接地される。
【０１００】
図１１は、図４に示されるようなＲＳＡ分圧器で使用するために、本教示による補償コンデンサを選定するための例示的方法１００を示す。ステップ１０１において、リングスタック内の各板の間の板間容量が、板へのＤＣ電圧の印加のための静的モデルにおいて推定されることができる。一例として、これは、シミュレーション、計算を通して、または低容量プローブを使用して板の各対の間の相対的容量を測定することによって、行われることができる。ステップ１０２において、補償コンデンサを伴わない加速器の性能は、サンプル、例えば、既知の較正サンプルの質量スペクトルを得るために、加速器への１マイクロ秒等の所定の持続時間の高電圧パルスの印加によって、試験されることができる。本ステップは、随意的であり得、結果として生じるスペクトルが手元のタスクのために十分な分解能を有するならば、不必要な補償を回避することに役立ち得る。しかしながら、多くの場合、本試験の結果は、例えば、ＲＳＡによって生成されるパルス化電場の不均質性に起因する質量ピークの広がりを示す、図７に示されるスペクトルに類似して見えるであろうことが予期される。
【０１０１】
ステップ１０３において、板に付随する寄生容量は、シミュレーションツールを使用して推定されることができる。好適なシミュレーションツールの例は、例えば、Ｃａｄｅｎｃｅ  Ｄｅｓｉｇｎ  Ｓｙｓｔｅｍｓ，  Ｉｎｃ．（Ｓａｎ  Ｊｏｓｅ，  Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）によって市販されているＰＳＰＩＣＥを含む。寄生容量は、例えば、板間容量、板の群と単一の板との間の寄生容量、ならびに板・壁間容量を含むことができる。シミュレーションは、所与の板のための全体的環境を考慮することができる。ステップ１０４において、各板に付随する寄生容量の推定値は、ステップ１０１で得られた板間容量を調節するために使用されることができる。
【０１０２】
いったん寄生容量がリングスタックのモデルにおいて考慮されると、ステップ１０５において、推定寄生容量を含むＲＳＡの電気有効回路モデルが生成されることができる。本回路モデルは、ＲＳＡの性能をシミュレーションするために利用されることができる。シミュレーションは、従来のコンピュータ支援シミュレーションツールを使用して行われることができる。方法１００におけるシミュレーションステップは、概して、ワークステーション、ＰＣ、ラップトップ、好適な処理能力を有するハンドヘルドデバイス等のプロセッサおよび関連コンピュータハードウェアを使用して行われることを理解されたい。いくつかの実施形態では、プロセッサは、ウェブベースのプロセッサであってもよい。
【０１０３】
ステップ１０６において、回路モデルは、寄生容量の影響を償うよう、補償コンデンサを選択するために採用されることができる。例えば、補償コンデンサの容量値の初期セットに関して、所与のＲＦ周波数におけるコンデンサの各対の間の有効容量が、シミュレーションされることができる。板の各対の間の有効容量がほぼ同一となるまで、例えば、異なる複数対の板の間の有効容量の変動が約５％未満になり得るまで、容量値が調節され、そしてシミュレーションが繰り返されることができる。いくつかの実施形態では、本ステップは、補償コンデンサを推奨するソフトウェアを通して等、手動または自動的であり得る。ソフトウェアはまた、補償コンデンサの容量のための最適な値に到達するように、多数の反復ステップの実施を可能にすることもできる。
【０１０４】
ステップ１０７において、例えば、抵抗分圧器と並列に補償コンデンサを組み込む容量分圧器を含む、従来のソフトウェアパッケージを利用することによって、回路概略を生成するために、補償コンデンサの容量の最適な値が採用され得る。いくつかの実施形態では、いったん最終回路概略が生成されると、抵抗分圧器と、選定されたコンデンサとを含む、プリント回路基板（ＰＣＢ）が生成されることができる。本ＰＣＢは、質量分析計内のイオンを加速するためのＲＳＡの加速器に組み込まれることができる。
【０１０５】
いくつかの実施形態では、随意のステップ１０８において、補償コンデンサを組み込む加速器は、例えば、１マイクロ秒等の所定の持続時間を有する高電圧ＲＦパルスを使用することによって、研究室内で、または現場条件下で試験されることができる。本ステップの間に、低容量プローブが、リングスタック内の各板における実際の容量を観察するために採用されることができる。これは、回路のモデルを調節するために使用されることができる。いくつかの実施形態では、各板における容量は、器具が通電させられていない間に、補償コンデンサを追加する前に観察されることができる。いくつかの実施形態では、ＲＳＡは、板にアクセスすることをより容易にするように、分光計の他の部分と独立して操作されることができる。
【０１０６】
随意のステップ１０９において、いくつかの実施形態では、試験１０８の結果は、例えば、ステップ１０１−１０７の繰り返しにおいて、寄生容量のモデルを更新するか、または他の容量を選定するために使用されてもよい。リングスタックを駆動させ得る抵抗およびコンデンサ分圧器の概略が仕上げられ得る。シミュレーションはさらに、回路が最適化されていることを検証するように行われることができる。いったん回路が仕上げられると、その回路を有するＰＣＢが生成され、リングスタック内の板を駆動させるように器具に適用されることができる。ステップ１１０において、器具全体は、試験スペクトルを生成するために試験サンプルを使用する、補償された回路を利用して試験されることができる。本スペクトルは、補償コンデンサが適切に選定された場合に図８に示されるスペクトルに実質的に類似する特性を有し得る。
【０１０７】
種々の実施形態では、補償コンデンサとも称される、単一の平衡コンデンサが、図１２に示されるように使用され得る、３枚板配列が提供されることができる。図１２は、３枚板加速器スタックの可能な実施形態の３Ｄ等角図を示す。パルス化区分の後には、ＤＣ区分が続くことに留意されたい。補償コンデンサの場所および取付が、示されている。板間および寄生容量は、示されていない。抵抗器も、簡単にするために示されていない。図１３は、図１２で描写される３リングＲＳＡの断面図を示す。単一の補償コンデンサまたは平衡コンデンサは、Ｃ１と標識される。Ｃ１の値は、寄生容量の影響を補正するように選定される。Ｃ１の典型的値は、５ピコファラッドである。板間容量および寄生容量は、示されていない。抵抗器Ｒ１−Ｒ１３が、示されている。ＡＣ区分は、加速器のＤＣ区分（Ｒ３−Ｒ１３）と異なる値抵抗器（Ｒ１およびＲ２）を有する。Ｒ１およびＲ２の値は、等しくなければならない。Ｒ３−Ｒ１３の値は、相互と等しくなければならないが、必ずしもＲ１およびＲ２に等しくなければならないことはない。種々の実施形態では、図１４は、３リングＲＳＡのための回路を示す。コンデンサＣ３−Ｃ１５は、特定のサイズおよび間隔（７０ｍｍ×７６ｍｍおよび４ｍｍ間隔）のための板間容量である。補償コンデンサまたは平衡コンデンサは、Ｃ１と標識される。抵抗器も使用され、Ｒ１−Ｒ１３と標識される。抵抗器Ｒ１−Ｒ１３は、適用された抵抗器であり、典型的値が示される。高電圧パルスは、コンデンサＣ１およびＣ１５ならびに抵抗器Ｒ１が接合される接合部で印加される。高電圧ＤＣは、コンデンサＣ３および抵抗器Ｒ１３が接合される接合部で印加される。本アセンブリは、コンデンサＣ１３およびＣ１４ならびに抵抗器Ｒ２およびＲ３が接合される接合部で接地される。加速器のパルス化区分は、加速器の静的電圧区分よりも低い値の抵抗器を有する。パルス化区分内の抵抗器の主要な機能は、パルスが接地に戻った後すぐに、全てのパルス化板の電圧がゼロであると確実にすることである。パルス化区分内の電圧の分割は、抵抗性ではなく容量性であることに留意されたい。静的電圧区分またはＤＣ区分では、電圧分割は、完全にオームの法則に従う。板は、コンデンサを生成する。種々の実施形態では、本容量の値は、約５０ピコファラッド（ｐＦ）である。本図（図１４）では、寄生容量の推定値は示されていない。
【０１０８】
図１５は、寄生容量を含む、３リングのリングスタック加速器の回路図を示す。また、加速器のＤＣ区分も同様に示されている。この場合、寄生容量の問題は、１つだけのリング、すなわち、パルス化板と接地リング／グリッドとの間に位置するリングに影響を及ぼす。１つだけの補償または平衡コンデンサが、３リングのリングスタック加速器のために必要とされる。
【０１０９】
図１６は、補償または平衡コンデンサが適用されるときに得られることができる、典型的質量スペクトルを示す。これは、４０電子ボルトの衝突エネルギーを伴う、ｇｌｕフィブリノペプチドの衝突で誘発された断片化スペクトルである。窒素が、衝突ガスとして使用された。分解能は、極めて良好であり、全ての質量について２０，０００を上回った。
【０１１０】
図１７は、図１６に示されるスペクトルで観察された質量の表を示す。非常に広い質量対電荷範囲（７２ａｍｕ〜１２８５ａｍｕ）にわたって、観察された質量が理論的質量に極めて近いことに留意されたい。この場合、線形質量較正方程式が使用された。
【０１１１】
図１８は、図１７に列挙される質量をグラフで示す。
【０１１２】
図１９は、本発明の一実施形態の写真を示す。３つのリングのスタックが示されている。リングは、「板」、「リング」、および「グリッド」と標識される。「板」と標識されるリングは、高電圧パルスに接続される。「グリッド」と標識されるリングは、接地に接続される。「リング」と標識されるリングは、２５０ｋΩ抵抗器によって「板」および「グリッド」の両方に接続される。「リング」はまた、この場合は５ピコファラッド（ｐＦ）である補償コンデンサによって、「板」に接続される。「板」と「リング」との間の間隙は、「リング」と「グリッド」との間の間隙と正確に等しく、そして板は正確に平行である。３リングスタックの場合、寄生容量による影響を受ける唯一の電極は、中央のもの、すなわち、「リング」である。補償コンデンサを本スタックに適用する方法を判定するために、「板」と「リング」との間の容量が測定された。「リング」と「グリッド」との間の容量も、測定された。値が比較され、５ｐＦの差があったことが判定された。したがって、５ｐＦ補償コンデンサが選定され、容量を平衡するために適用された。寄生容量が周辺環境に応じて高度に可変であるため、可能な限り最終設置に類似するような環境で測定を行うことが重要であった。３リングスタックの場合、補償コンデンサの選択を行うことは、より多くのリングを有する、他の多重リングスタックより有意に容易である。３つより多くのリングが使用される場合、シミュレーションが、寄生の影響を推定するために必要とされ得る。
【０１１３】
当業者は、本発明の範囲から逸脱することなく、種々の変更が上記の実施形態に行われ得ることを理解し得る。
【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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