(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１段または２段ガスクロマトグラフィと、
約（０．１から１）平方ｃｍの間の面積を有するソース開口および電子ビーム用の正にバイアスされたスリットの形を定めるセミオープンＥＩ源であって、別々の差動ポンプステージに配置され、前記電子ビーム内でイオン貯蔵を行い、蓄積されたイオンのパルス状放出を行うセミオープンＥＩ源と、
周期的レンズおよび飛行時間検出器を有する多重反射飛行時間分析器と、
前記イオン源の空間発散度が前記分析器の受容性にマッチングされ、前記空間発散度によるイオン信号の時間広がりが前記検出器において少なくともテイラー展開の一次までなくされるように前記イオン源を前記分析器と結合する１セットの集束および偏向用のイオン光要素を備えるインターフェースと
を備えるクロマトグラフィ質量分析計であって、
前記ｓｏ−ＥＩ源の中に外部のイオンを導入するためのイオン輸送光学系と、（ｉ）化学イオン化源、（ｉｉ）光化学イオン化源、および（ｉｉｉ）プラズマ状態のイオン源からなる群から選択される１つの源とをさらに備える、クロマトグラフィ質量分析計。
【請求項２】
１段または２段ガスクロマトグラフィと、
約（０．１から１）平方ｃｍの間の面積を有するソース開口および電子ビーム用の正にバイアスされたスリットの形を定めるセミオープンＥＩ源であって、別々の差動ポンプステージに配置され、前記電子ビーム内でイオン貯蔵を行い、蓄積されたイオンのパルス状放出を行うセミオープンＥＩ源と、
周期的レンズおよび飛行時間検出器を有する多重反射飛行時間分析器と、
前記イオン源の空間発散度が前記分析器の受容性にマッチングされ、前記空間発散度によるイオン信号の時間広がりが前記検出器において少なくともテイラー展開の一次までなくされるように前記イオン源を前記分析器と結合する１セットの集束および偏向用のイオン光要素を備えるインターフェースと
を備えるクロマトグラフィ質量分析計であって、
（ｉ）分子ビーム発生器、（ｉｉ）ヘリウムおよび検査対象の流れを分割するための分子分離器、および（ｉｉｉ）それらの組み合わせからなる群から選択される１つの源から検査対象分子を外部送達するため入口をさらに備える、クロマトグラフィ質量分析計。
【請求項３】
１段または２段ガスクロマトグラフィと、
約（０．１から１）平方ｃｍの間の面積を有するソース開口および電子ビーム用の正にバイアスされたスリットの形を定めるセミオープンＥＩ源であって、別々の差動ポンプステージに配置され、前記電子ビーム内でイオン貯蔵を行い、蓄積されたイオンのパルス状放出を行うセミオープンＥＩ源と、
周期的レンズおよび飛行時間検出器を有する多重反射飛行時間分析器と、
前記イオン源の空間発散度が前記分析器の受容性にマッチングされ、前記空間発散度によるイオン信号の時間広がりが前記検出器において少なくともテイラー展開の一次までなくされるように前記イオン源を前記分析器と結合する１セットの集束および偏向用のイオン光要素を備えるインターフェースと
を備えるクロマトグラフィ質量分析計であって、
前記検出器は、磁性イオン／電子変換器と、伝導性メッシュによって覆われたシンチレータと、寿命が延長された光電子増倍管とを備える、クロマトグラフィ質量分析計。
【請求項４】
間隔の短い符号化パルス生成によってダイナミックレンジを増加させるために、（ｉ）１０ｎｓ以下の時間増分でプログラムされた不均一な時間間隔においてトリガできる同期クロック、（ｉｉ）平均周波数少なくとも３０ｋＨｚでパルス生成することができるパルス発生器、および（ｉｉｉ）スペクトル復号化のためのデータシステムをさらに備える、請求項１から３のいずれか一項に記載の質量分析計。
【請求項５】
前記インターフェースは、（ｉ）前記イオン源を収容するとともに前記イオンミラー間に配置される差動ポンプ式チャンバと、（ｉｉ）前記源を外部取り付けするための等時性の１セットの曲がった静電セクタと、（ｉｉｉ）イオン軌道を変位させるための等時性の１セットの曲がった静電セクタと、（ｉｖ）空間集束レンズと共に組み合わされる静電セクタまたはデフレクタで構成されるエネルギーフィルタと、（ｖ）ヘリウムイオンを偏向させるためにまたは粗い質量選択のためにパルス電源を備えたレンズデフレクタと、（ｖｉ）前記イオン源の背後に配置されたグリッドレスイオンミラーと、（ｖｉｉ）等時性空間集束のために前記源に組み入れられた曲がった場の加速器と、（ｖｉｉｉ）空間集束の平面に配置されその後に空間集束レンズ続く差動穴と、（ｉｘ）角度広がりを広げることを犠牲にして空間パケットサイズを減少させるための望遠レンズ系と、（ｘ）それらの組み合わせとからなる群から選択される、請求項１から４のいずれか一項に記載の質量分析計。
【請求項６】
前記ＭＲ−ＴＯＦ分析器のパラメータは、（ｉ）０．５ｍから１．５ｍの間のキャップ間の距離、（ｉｉ）５ｍｍから２０ｍｍの間のレンズピッチを有する周期的レンズ、（ｉｉｉ）７から３０ｍの間のイオン飛行経路、（ｉｖ）３ｋｅＶから１０ｋｅＶの間の加速電圧、および（ｖ）それらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１から５のいずれか一項に記載の質量分析計。
【請求項７】
前記ＭＲ−ＴＯＦ分析器は、平面対称性または円筒対称性のいずれかである、請求項１から６のいずれか一項に記載の質量分析計。
【請求項８】
ＭＳ−ＭＳ能力を提供するために、（ｉ）前記イオン源の後の親イオンを選択する時限イオン選択器、（ｉｉ）一次イオンをフラグメンテーションセルに同時に時間的および空間的に集束するための前記ｓｏ−ＥＩ源の背後のグリッドレスイオンミラー、（ｉｉｉ）一次イオンをフラグメンテーションセルに同時に時間的および空間的に集束するための前記ｓｏ−ＥＩ源に組み入れられた曲がった場の加速器、（ｉｖ）一次イオンパケットに面する表面誘起解離ＳＩＤセル、（ｖ）親イオンパケットの軌道に対して滑空角で配置された表面誘起解離ＳＩＤ、（ｖｉ）親イオンの単一の平均衝突に対応する１から５ｃｍ＊ｍＴｏｒの間のＰ＊Ｌ積に調節されたガス圧Ｐで長さＬが１ｃｍ未満である短いＣＩＤセル内の衝突誘起解離ＣＩＤ、（ｖｉｉ）０．１から０．３ｃｍ２の間で前記ソース開口を選ぶことによって前記源内に配置された衝突誘起解離ＣＩＤセル、（ｖｉｉｉ）フラグメンテーションセルの後のパルス式加速器、（ｉｘ）フラグメンテーションセルの後の空間集束レンズ、および（ｘ）フラグメンテーションセルの後のフラグメントイオンパケットの後段加速、（ｘｉ）フラグメンテーションセルの後の舵取り手段、ならびに（ｘｉｉ）それらの組み合わせからなる群から選択される少なくとも１つの手段をさらに備える、請求項１から７のいずれか一項に記載の質量分析計。
【請求項９】
（ｉ）パルスが前記源から放出された後にイオンパケットの時間焦点面を調整すること、（ｉｉ）パルスが前記源から放出された後にイオンパケットのエネルギーまたはエネルギー広がりを調整すること、および（ｉｉｉ）前記源を通り過ぎた連続流をイオンパケットに変換し、その後に前記イオンパケットのエネルギーフィルタリングが続くことからなる群から選択される目的のために前記源の後にパルス発生器をさらに備える、請求項１から８のいずれか一項に記載の質量分析計。
【請求項１０】
１段または２段ガスクロマトグラフィによって検査対象混合物を分離するステップと、
検査対象分子対化学物質バックグラウンドの間の比を改善するために約（０．１から１）ｃｍ２の間の開口を有するイオン化チャンバの中に検査対象分子を入射するステップと、
検査対象イオンを保持するとともに二次電子を除去するためにイオン化体積を囲む電極に対して正にバイアスされたスリットを通過した電子ビームによって検査対象分子をイオン化するステップと、
イオンパケットをパルス放出するステップと、
下記質量スペクトル分析の受容性にマッチングするように前記イオンパケットの空間的広がりを調整するとともにエネルギー広がりをフィルタリングするステップと、
イオン検出器においてイオン信号の最小の時間拡散に到達するように前記イオンパケットのタイムフロントの傾きを調整するステップと、
位置合わせのためにイオンパケットのパルス状または連続の舵取りを行うステップと、
フィールドフリー領域によって分離されたグリッドレスイオンミラーの電場間で等時性の複数の反射の時にイオンパケットを分離し、前記フィールドフリー領域内に配置された周期的集束レンズによって前記イオンパケットをドリフト方向に空間的に閉じ込めるステップと、
飛行時間検出器を用いて前記イオンパケットを検出して波形信号を形成するステップと、
前記信号を分析して質量スペクトルおよびクロマト質量スペクトル情報を抽出するステップと
を含む、クロマト質量分光分析の方法であって、
前記イオン化チャンバの外側に検査対象イオンを形成し、５ｅＶから１００ｅＶの間のイオンエネルギーで前記イオン化チャンバの中に外側に形成されたイオンの連続イオンビームを移動させるステップと、
前記連続イオンビームの一部を飛行時間分離器の中にパルス加速するステップと、
このように形成されたイオンパケットを舵取りして飛行時間分離ステップのためにそれらの軌道を揃えるステップと
をさらに含み、
前記外部のイオンのイオン化方法は、（ｉ）化学イオン化、（ｉｉ）光化学イオン化、および（ｉｉｉ）プラズマ状態のイオン化からなる群から選択される、クロマト質量分光分析の方法。
【請求項１１】
１段または２段ガスクロマトグラフィによって検査対象混合物を分離するステップと、
検査対象分子対化学物質バックグラウンドの間の比を改善するために約（０．１から１）ｃｍ２の間の開口を有するイオン化チャンバの中に検査対象分子を入射するステップと、
検査対象イオンを保持するとともに二次電子を除去するためにイオン化体積を囲む電極に対して正にバイアスされたスリットを通過した電子ビームによって検査対象分子をイオン化するステップと、
イオンパケットをパルス放出するステップと、
下記質量スペクトル分析の受容性にマッチングするように前記イオンパケットの空間的広がりを調整するとともにエネルギー広がりをフィルタリングするステップと、
イオン検出器においてイオン信号の最小の時間拡散に到達するように前記イオンパケットのタイムフロントの傾きを調整するステップと、
位置合わせのためにイオンパケットのパルス状または連続の舵取りを行うステップと、
フィールドフリー領域によって分離されたグリッドレスイオンミラーの電場間で等時性の複数の反射の時にイオンパケットを分離し、前記フィールドフリー領域内に配置された周期的集束レンズによって前記イオンパケットをドリフト方向に空間的に閉じ込めるステップと、
飛行時間検出器を用いて前記イオンパケットを検出して波形信号を形成するステップと、
前記信号を分析して質量スペクトルおよびクロマト質量スペクトル情報を抽出するステップと
を含む、クロマト質量分光分析の方法であって、
イオン入射を前記イオン化チャンバの中に入れる前記ステップは、（ｉ）超音速ガスジェットのコリメーションで差動ポンプシステム内で振動的に冷たい検査対象分子の有向分子ビームを形成するステップ、（ｉｉ）差動ポンプ式システム内の検査対象分子流およびクロマトグラフのガス流の一部を分割するステップ、および（ｉｉｉ）それらの組み合わせのうちの１つを含む、クロマト質量分光分析の方法。
【請求項１２】
１段または２段ガスクロマトグラフィによって検査対象混合物を分離するステップと、
検査対象分子対化学物質バックグラウンドの間の比を改善するために約（０．１から１）ｃｍ２の間の開口を有するイオン化チャンバの中に検査対象分子を入射するステップと、
検査対象イオンを保持するとともに二次電子を除去するためにイオン化体積を囲む電極に対して正にバイアスされたスリットを通過した電子ビームによって検査対象分子をイオン化するステップと、
イオンパケットをパルス放出するステップと、
下記質量スペクトル分析の受容性にマッチングするように前記イオンパケットの空間的広がりを調整するとともにエネルギー広がりをフィルタリングするステップと、
イオン検出器においてイオン信号の最小の時間拡散に到達するように前記イオンパケットのタイムフロントの傾きを調整するステップと、
位置合わせのためにイオンパケットのパルス状または連続の舵取りを行うステップと、
フィールドフリー領域によって分離されたグリッドレスイオンミラーの電場間で等時性の複数の反射の時にイオンパケットを分離し、前記フィールドフリー領域内に配置された周期的集束レンズによって前記イオンパケットをドリフト方向に空間的に閉じ込めるステップと、
飛行時間検出器を用いて前記イオンパケットを検出して波形信号を形成するステップと、
前記信号を分析して質量スペクトルおよびクロマト質量スペクトル情報を抽出するステップと
を含む、クロマト質量分光分析の方法であって、
前記検出ステップは、
イオンパケットのタイムフロントに平行な面におけるイオン／電子変換と、
前記変換面と前記フィールドフリー領域との間の電位差だけ電子を加速させることと、
二次電子を３０度から１８０度の間で磁気的舵取りすることと、
静電帯電を除去するために前記二次電子を伝導性メッシュによって覆われたシンチレータへ加速し、これによってただ１つの電子あたり複数の光子を生成し、前記光子を光電子増倍管を用いて検出することと
を含む、クロマト質量分光分析の方法。
【請求項１３】
１段または２段ガスクロマトグラフィによって検査対象混合物を分離するステップと、
検査対象分子対化学物質バックグラウンドの間の比を改善するために約（０．１から１）ｃｍ２の間の開口を有するイオン化チャンバの中に検査対象分子を入射するステップと、
検査対象イオンを保持するとともに二次電子を除去するためにイオン化体積を囲む電極に対して正にバイアスされたスリットを通過した電子ビームによって検査対象分子をイオン化するステップと、
イオンパケットをパルス放出するステップと、
下記質量スペクトル分析の受容性にマッチングするように前記イオンパケットの空間的広がりを調整するとともにエネルギー広がりをフィルタリングするステップと、
イオン検出器においてイオン信号の最小の時間拡散に到達するように前記イオンパケットのタイムフロントの傾きを調整するステップと、
位置合わせのためにイオンパケットのパルス状または連続の舵取りを行うステップと、
フィールドフリー領域によって分離されたグリッドレスイオンミラーの電場間で等時性の複数の反射の時にイオンパケットを分離し、前記フィールドフリー領域内に配置された周期的集束レンズによって前記イオンパケットをドリフト方向に空間的に閉じ込めるステップと、
飛行時間検出器を用いて前記イオンパケットを検出して波形信号を形成するステップと、
前記信号を分析して質量スペクトルおよびクロマト質量スペクトル情報を抽出するステップと
を含む、クロマト質量分光分析の方法であって、
前記分析のダイナミックレンジを改善するために、前記方法は、イオン放出間でイオンパケット強度（利得）を交互にするステップと、異なる利得に対応する別個のデータセットを記録するステップとを含み、前記強度交互方法は、（ｉ）電子ビームイオン化の期間を変えるようにプッシュアウトパルスの期間を交互にするステップ、（ｉｉ）イオン移動の初期段階よりもむしろ任意の段階でイオンパケットの空間集束を交互するステップ、（ｉｉｉ）検出器利得を交互するステップ、（ｖ）広く開きかつより小さい面積の穴の間でイオン経路を交互するステップ、および（ｖ）それらの組み合わせからなる群の１つを含む、クロマト質量分光分析の方法。
【請求項１４】
１段または２段ガスクロマトグラフィによって検査対象混合物を分離するステップと、
検査対象分子対化学物質バックグラウンドの間の比を改善するために約（０．１から１）ｃｍ２の間の開口を有するイオン化チャンバの中に検査対象分子を入射するステップと、
検査対象イオンを保持するとともに二次電子を除去するためにイオン化体積を囲む電極に対して正にバイアスされたスリットを通過した電子ビームによって検査対象分子をイオン化するステップと、
イオンパケットをパルス放出するステップと、
下記質量スペクトル分析の受容性にマッチングするように前記イオンパケットの空間的広がりを調整するとともにエネルギー広がりをフィルタリングするステップと、
イオン検出器においてイオン信号の最小の時間拡散に到達するように前記イオンパケットのタイムフロントの傾きを調整するステップと、
位置合わせのためにイオンパケットのパルス状または連続の舵取りを行うステップと、
フィールドフリー領域によって分離されたグリッドレスイオンミラーの電場間で等時性の複数の反射の時にイオンパケットを分離し、前記フィールドフリー領域内に配置された周期的集束レンズによって前記イオンパケットをドリフト方向に空間的に閉じ込めるステップと、
飛行時間検出器を用いて前記イオンパケットを検出して波形信号を形成するステップと、
前記信号を分析して質量スペクトルおよびクロマト質量スペクトル情報を抽出するステップと
を含む、クロマト質量分光分析の方法であって、
（ｉ）電子イオン化ステップで用いられる多孔性磁石の無電解ニッケルで囲繞するまたはコーティングするステップ、（ｉｉ）機械式ポンプからの油の拡散を防ぐためにソースハウジングをターボポンプした後にさらなるガス流を導入するステップ、（ｉｉｉ）前記機械式ポンプの系統内で十分に粘性のある流れを保持するように小さいサイズ０．５から１Ｌ／ｓの機械式ポンプを選び、これにより油拡散を防ぐステップ、および（ｉｖ）それらの組み合わせからなる群から選択される１つのステップにより、検査対象分子とポンプシステムの化学物質バックグラウンドとの比を改善するステップをさらに含む、クロマト質量分光分析の方法。
【請求項１５】
前記分析のダイナミックレンジを増大させるために、イオン放出の前記ステップは、前記時間分離ステップにおけるイオン飛行時間に比べて少なくとも１０倍小さい期間に配置され、
イオンパケットの時間幅以上の時間増分における隣接パルス間のほとんど固有の時間間隔で放出パルスを符号化するステップと、前記スペクトル分析ステップでの複数の放出パルスに対応する部分的に重なった信号を復号化するステップと
をさらに含む、請求項１０から１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記イオンのイオン化ステップの後にイオンを再集束しイオンパケットを位置合わせする前記ステップは、（ｉ）前記イオンミラー間に前記イオン化チャンバを収容し、イオンパケットの舵取りを最小にするために前記チャンバを囲むハウジングを差動ポンプするステップ、（ｉｉ）前記イオンミラーの外側に前記イオン化チャンバを収容し、等時性の１セットの曲がった静電セクタの電場を通じてイオンパケットを移動させるステップ、（ｉｉｉ）等時性の１セットの曲がった静電セクタの電場を用いてイオン軌道を変位させるステップ、（ｉｖ）静電セクタ内でまたは前記イオンパケットを空間的に集束および偏向させることによってイオンパケットのエネルギーをフィルタリングするステップ、（ｖ）ある予め設定された質量閾値の下でヘリウムイオンまたはイオンをパルス偏向させるステップ、（ｖｉ）前記イオン化チャンバの背後に配置されたグリッドレスイオンミラーによってイオンパケットを等時性空間集束するステップ、（ｖｉｉ）前記イオン化チャンバ内および前記イオン化チャンバの後に配置された等時性の曲がった場を用いてイオンパケットをパルス加速するステップ、（ｖｉｉｉ）イオンパケットを差動穴の中に空間集束し、その後に続いて前記穴の後に空間集束してほぼ平行なイオン軌道を形成するステップ、（ｉｘ）前記イオンパケットの角度広がりを広げることを犠牲にして空間パケットサイズを減少させるために前記イオンパケットを望遠集束するステップ、および（ｘ）それらの組み合わせからなる群から選択される少なくとも１つのステップを含む、請求項１０から１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
イオン時間分離の前記ステップは、（ｉ）０．４から１．５ｍの間のキャップ間の距離で前記イオンミラーを配置するステップ、（ｉｉ）５ｍｍから２０ｍｍの間の周期でドリフト方向に前記周期的空間集束を配置するステップ、（ｉｉｉ）７から３０ｍの間のイオン飛行経路を配置するステップ、（ｉｖ）入射されたイオンパケットを３と１０ｋｅＶの間の電圧によって加速するステップ、および（ｖ）それらの組み合わせのうちの少なくとも１つを特徴とする、請求項１０から１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
イオンミラーの電場は、平面対称性または円筒対称性のいずれかである、請求項１０から１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
さらなるＭＳ−ＭＳ能力を与えるために、（ｉ）前記イオン化ステップの後の親イオンの定期的イオン選択、（ｉｉ）前記イオン化チャンバの背後に配置されたグリッドレスイオンミラーの静電場の中に逆方向でイオンを放出すると同時に、前記イオン化チャンバ内部に形成されたまたは前記イオン化チャンバを通り過ぎたフラグメンテーションセルの中に一次イオンパケットの時間および空間集束を放出すること、（ｉｉｉ）同時に、前記イオン化チャンバ内の加速器の曲がった場内のおよび前記イオン化チャンバ通過後のフラグメンテーションセルの中に一次イオンの時間および空間集束を入れること、（ｉｖ）前記イオンパケットのタイムフロントに平行に配置された面との衝突時にイオンパケットをフラグメント化し、その後にこのように形成されたフラグメントイオンの遅延したパルス式の抽出が続くこと、（ｖ）親イオン軌道に対して滑空角で配置された面との衝突時にイオンパケットをフラグメント化し、その後にこのように形成されたフラグメントイオンの静的加速またはパルス式加速が続くこと、（ｖｉ）親イオンの単一の平均衝突に対応する１から５ｃｍ＊ｍＴｏｒの間のＰ＊Ｌ積に調節されたガス圧Ｐで長さＬが１ｃｍ未満であるセル内に配置された衝突誘起解離、（ｖｉｉ）前記クロマトグラフからの１ｍｌ／分ガス流において０．１から０．３ｃｍ２の間の前記チャンバ開口を選ぶことによる前記イオン化チャンバ内に配置された衝突誘起解離、（ｖｉｉｉ）フラグメンテーションステップの後のパルス式加速、（ｉｘ）フラグメンテーションステップ後の空間集束、（ｘ）フラグメンテーションステップ後のフラグメントイオンパケットの後段加速、（ｘｉ）フラグメンテーションステップ後の舵取り、および（ｘｉｉ）それらの組み合わせからなる群から選択されるステップをさらに含む、請求項１０から１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
（ｉ）イオン放出の前記ステップの後にイオンパケットの時間焦点面を調整するステップ、（ｉｉ）イオン放出の前記ステップの後にイオンパケットのエネルギーまたはエネルギー広がりを調整するステップ、（ｉｉｉ）前記イオン化チャンバを過ぎた後の連続または準連続流を変換するステップ、その後に続く前記パルス加速されたイオンパケットのエネルギーフィルタリングのステップ、および（ｉｖ）それらの組み合わせからなる群から選択される目的のためにイオンパケットをパルス式加速するステップ
をさらに含む、請求項１０から１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
０．１から１平方ｃｍの間のソース開口の形を定めるとともに蓄積されたイオンのパルス状放出を行うようになされたセミオープンＥＩ源と、
飛行時間検出器を有する飛行時間分析器と、
ＭＳ−ＭＳ能力のために前記ＴＯＦ分析器に組み込まれたフラグメンテーションセルと、
（ｉ）前記イオン源の後の親イオンを選択する時限イオン選択器、（ｉｉ）一次イオンをフラグメンテーションセルに同時に時間的および空間的に集束するための前記ｓｏ−ＥＩ源の背後のグリッドレスイオンミラー、（ｉｉｉ）一次イオンをフラグメンテーションセルに同時に時間的および空間的に集束するための前記ｓｏ−ＥＩ源に組み入れられた曲がった場の加速器、（ｉｖ）一次イオンパケットに面する表面誘起解離ＳＩＤセル、（ｖ）親イオンパケットの軌道に対して滑空角で配置された表面誘起解離ＳＩＤ、（ｖｉ）親イオンの単一の平均衝突に対応する１から５ｃｍ＊ｍＴｏｒの間のＰ＊Ｌ積に調節されたガス圧Ｐで長さＬが１ｃｍ未満である短いＣＩＤセル内の衝突誘起解離ＣＩＤ、（ｖｉｉ）０．１から０．３ｃｍ２の間で前記ソース開口を選ぶことによって前記源内に配置された衝突誘起解離ＣＩＤセル、（ｖｉｉｉ）フラグメンテーションセルの後のパルス式加速器、（ｉｘ）フラグメンテーションセルの後の空間集束レンズ、および（ｘ）フラグメンテーションセルの後のフラグメントイオンパケットの後段加速、（ｘｉ）フラグメンテーションセルの後の舵取り手段、ならびに（ｘｉｉ）それらの組み合わせからなる群から選択される分析計の前記ＭＳ−ＭＳ能力を強化する手段と
を備える質量分析計であって、
前記ｓｏ−ＥＩ源の中に外部のイオンを導入するためのイオン輸送光学系と、（ｉ）化学イオン化源、（ｉｉ）光化学イオン化源、および（ｉｉｉ）プラズマ状態のイオン源からなる群から選択される１つの源とをさらに備える、質量分析計。
【請求項２２】
０．１から１平方ｃｍの間のソース開口の形を定めるとともに蓄積されたイオンのパルス状放出を行うようになされたセミオープンＥＩ源と、
飛行時間検出器を有する飛行時間分析器と、
ＭＳ−ＭＳ能力のために前記ＴＯＦ分析器に組み込まれたフラグメンテーションセルと、
（ｉ）前記イオン源の後の親イオンを選択する時限イオン選択器、（ｉｉ）一次イオンをフラグメンテーションセルに同時に時間的および空間的に集束するための前記ｓｏ−ＥＩ源の背後のグリッドレスイオンミラー、（ｉｉｉ）一次イオンをフラグメンテーションセルに同時に時間的および空間的に集束するための前記ｓｏ−ＥＩ源に組み入れられた曲がった場の加速器、（ｉｖ）一次イオンパケットに面する表面誘起解離ＳＩＤセル、（ｖ）親イオンパケットの軌道に対して滑空角で配置された表面誘起解離ＳＩＤ、（ｖｉ）親イオンの単一の平均衝突に対応する１から５ｃｍ＊ｍＴｏｒの間のＰ＊Ｌ積に調節されたガス圧Ｐで長さＬが１ｃｍ未満である短いＣＩＤセル内の衝突誘起解離ＣＩＤ、（ｖｉｉ）０．１から０．３ｃｍ２の間で前記ソース開口を選ぶことによって前記源内に配置された衝突誘起解離ＣＩＤセル、（ｖｉｉｉ）フラグメンテーションセルの後のパルス式加速器、（ｉｘ）フラグメンテーションセルの後の空間集束レンズ、および（ｘ）フラグメンテーションセルの後のフラグメントイオンパケットの後段加速、（ｘｉ）フラグメンテーションセルの後の舵取り手段、ならびに（ｘｉｉ）それらの組み合わせからなる群から選択される分析計の前記ＭＳ−ＭＳ能力を強化する手段と
を備える質量分析計であって、
（ｉ）分子ビーム発生器、（ｉｉ）ヘリウムおよび検査対象の流れを分割するための分子分離器、および（ｉｉｉ）それらの組み合わせからなる群から選択される１つの源から検査対象分子を外部送達するため入口をさらに備える、質量分析計。
【請求項２３】
０．１から１平方ｃｍの間のソース開口の形を定めるとともに蓄積されたイオンのパルス状放出を行うようになされたセミオープンＥＩ源と、
飛行時間検出器を有する飛行時間分析器と、
ＭＳ−ＭＳ能力のために前記ＴＯＦ分析器に組み込まれたフラグメンテーションセルと、
（ｉ）前記イオン源の後の親イオンを選択する時限イオン選択器、（ｉｉ）一次イオンをフラグメンテーションセルに同時に時間的および空間的に集束するための前記ｓｏ−ＥＩ源の背後のグリッドレスイオンミラー、（ｉｉｉ）一次イオンをフラグメンテーションセルに同時に時間的および空間的に集束するための前記ｓｏ−ＥＩ源に組み入れられた曲がった場の加速器、（ｉｖ）一次イオンパケットに面する表面誘起解離ＳＩＤセル、（ｖ）親イオンパケットの軌道に対して滑空角で配置された表面誘起解離ＳＩＤ、（ｖｉ）親イオンの単一の平均衝突に対応する１から５ｃｍ＊ｍＴｏｒの間のＰ＊Ｌ積に調節されたガス圧Ｐで長さＬが１ｃｍ未満である短いＣＩＤセル内の衝突誘起解離ＣＩＤ、（ｖｉｉ）０．１から０．３ｃｍ２の間で前記ソース開口を選ぶことによって前記源内に配置された衝突誘起解離ＣＩＤセル、（ｖｉｉｉ）フラグメンテーションセルの後のパルス式加速器、（ｉｘ）フラグメンテーションセルの後の空間集束レンズ、および（ｘ）フラグメンテーションセルの後のフラグメントイオンパケットの後段加速、（ｘｉ）フラグメンテーションセルの後の舵取り手段、ならびに（ｘｉｉ）それらの組み合わせからなる群から選択される分析計の前記ＭＳ−ＭＳ能力を強化する手段と
を備える質量分析計であって、
前記検出器は、磁性イオン／電子変換器と、伝導性メッシュによって覆われたシンチレータと、寿命が延長された光電子増倍管とを備える、質量分析計。
【請求項２４】
前記ＴＯＦ分析器は、（ｉ）リニアＴＯＦ、（ｉｉ）単反射ＴＯＦ、（ｉｉｉ）少なくとも１つの静電セクタを含むＴＯＦ、（ｉｖ）多重反射ＴＯＦ分析器という群のうちの１つである、請求項２１から２３のいずれか一項に記載の質量分析計。
【請求項２５】
（ｉ）パルスが前記源から放出された後にイオンパケットの時間焦点面を調整するステップ、（ｉｉ）パルスが前記源から放出された後にイオンパケットのエネルギーまたはエネルギー広がりを調整するステップ、（ｉｉｉ）前記源を通り過ぎた連続流をイオンパケットに変換し、その後に前記イオンパケットのエネルギーフィルタリングが続くステップ、および（ｉｖ）それらの組み合わせからなる群から選択される目的のために前記源の後にパルス発生器をさらに備える、請求項２１から２４のいずれか一項に記載の質量分析計。
【請求項２６】
間隔の短い符号化パルス生成によってダイナミックレンジを増大させるために、（ｉ）１０ｎｓ以下の時間増分を用いてプログラムされた不均一な時間間隔においてトリガする能力を有する同期クロック、（ｉｉ）平均周波数少なくとも３０ｋＨｚでパルス生成する能力を有するパルス発生器、および（ｉｉｉ）スペクトル復号化のためのデータシステムをさらに備える、請求項２１から２５のいずれか一項に記載の質量分析計。
【請求項２７】
（ｉ）前記イオン源を収容するとともに前記イオンミラー間に配置される差動ポンプ式チャンバ、（ｉｉ）前記源を外部取り付けするための等時性の１セットの曲がった静電セクタ、（ｉｉｉ）イオン軌道を変位させるための等時性の１セットの曲がった静電セクタ、（ｉｖ）空間集束レンズと共に組み合わされる静電セクタまたはデフレクタで構成されるエネルギーフィルタ、（ｖ）ヘリウムイオンを偏向させるためにまたは粗い質量選択のためにパルス電源を備えたレンズデフレクタ、（ｖｉ）前記イオン源の背後に配置されたグリッドレスイオンミラー、（ｖｉｉ）等時性空間集束のために前記源に組み入れられた曲がった場の加速器、（ｖｉｉｉ）空間集束の平面に配置されその後に空間集束レンズ続く差動穴、（ｉｘ）角度広がりを広げることを犠牲にして空間パケットサイズを減少させるための望遠レンズ系、および（ｘ）それらの組み合わせからなる群から選択されるインターフェースをさらに備える、請求項２１から２６のいずれか一項に記載の質量分析計。
【請求項２８】
前記ＭＲ−ＴＯＦ分析器のパラメータは、（ｉ）０．５ｍから１．５ｍの間のキャップ間の距離、（ｉｉ）５ｍｍから２０ｍｍの間のレンズピッチを有する周期的レンズ、（ｉｉｉ）７から３０ｍの間のイオン飛行経路、（ｉｖ）３ｋｅＶから１０ｋｅＶの間の加速電圧、および（ｖ）それらの組み合わせからなる群から選択される、請求項２１から２７のいずれか一項に記載の質量分析計。
【請求項２９】
前記ＭＲ−ＴＯＦ分析器は、平面対称性または円筒対称性のいずれかである、請求項２１から２８のいずれか一項に記載の質量分析計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]本開示は、一般に、質量分光分析に関し、より具体的には、ガスクロマトグラフおよび電子衝撃イオン源を有しＭＳ−ＭＳの特徴をそのような装置に与えた飛行時間質量分析計の感度を改善することに関する。
【背景技術】
【０００２】
[0002]クロマトグラフィ質量分析計ＧＣ−ＭＳは、ガスクロマトグラフ（ＧＣ）、電子衝撃イオン化源（ＥＩ）、および質量分析計（ＭＳ）の組み合わせである。ＧＣ−ＭＳは、環境用途、司法用途、および臨床用途のために広く使用される。検査対象化合物が十分に揮発性であるときにはいつでも、ＧＣ−ＭＳは、高分解能かつ高予測のクロマトグラフィ、定量的イオン化、およびＮＩＳＴライブラリ確認をそれが提供するので、ＬＣ−ＭＳよりも好ましい。
【０００３】
[0003]ＧＣ−ＭＳは、６桁または７桁を超える幅広いダイナミックレンジにおける分析を必要とするＰＣＢおよび農薬の分析などのいくつかの用途に使用することができる。ＧＣカラムの中への上側荷重は、（１ｍＬ／分のヘリウム流における）ガスクロマトグラフィとＥＩ源の線形応答の両方によって化合物あたり約１０ｎｇ（１Ｅ−８ｇ）に制限される。したがって、大きいダイナミックレンジの要望は、錯体マトリックス内の関心の微量化合物あたり１〜１０ｆｇ（１Ｅ−１５ｇ〜１Ｅ−１４ｇ）ぐらいのレベルまで検出限界（ＬＯＤ）を改善することにつながる。
【０００４】
[0004]最も一般的なＧＣ−ＭＳ装置は、四重極分析器をその費用の低さにより用いる。この装置は、試料を濃縮しイオン化効率を約１％まで改善するいわゆる「クローズド」ＥＩ源を用いるが、四重極ＧＣ−ＭＳのＬＯＤは、主に四重極分析器内の質量走査損および質量分析器の低分解能により、約１ｐｇ（１Ｅ−１２ｇ）に到達するにすぎない。
【０００５】
[0005]（ＬＥＣＯ  Ｃｏｒｐ、Ｍｉｃｈｉｇａｎ、米国によるＰｅｇａｓｕｓ  ＧＣ−ＴＯＦなどの）ＧＣ−ＴＯＦは、四重極ＧＣ−ＭＳを上回るいくつかの分析上の利点をもたらす。単反射飛行時間（ＴＯＦ  ＭＳ）分析器は、迅速なスペクトル取得を実現し、走査損なしで全質量レンジ内の全部のイオンを検出する。この分析器は、単位イオンの伝達に十分である広い空間受容性を有する。高速かつ歪みのないスペクトル取得のために、ＧＣ−ＴＯＦは、約１０，０００個の成分までの分離促進のために、多次元ＧＣ（ＧＣ×ＧＣ）のような一部重なり合っているＧＣピークの高速ＧＣおよびより良いデコンボリューションを可能にする。
【０００６】
[0006]四重極ＧＣ−ＭＳは、連続イオンビームを生成するいわゆる「クローズド」ＥＩ源を用いるが、ＧＣ−ＴＯＦは、電子ビームのポテンシャル井戸内にイオンを蓄積するいわゆる「オープン」ＥＩ源を用い、それによってＴＯＦ分析器のパルス間のイオン損失をなくす。「オープン」電子衝撃（ＥＩ）イオン源は、ロバストで掃除不要のＥＩ源の評判を得てきた。ＧＣ−ＴＯＦは、１０ｋＨｚの周波数でパルスあたり１０，０００個のイオンまでの強いイオン信号をもたらす。しかしながら、検出限界（ＬＯＤ）は、四重極ＧＣ−ＭＳ（すなわち、１ｐｇ）に匹敵していた。
【０００７】
[0007]「オープン」源と比較して、ＧＣ−ＴＯＦのＬＯＤは、イオン蓄積の特徴をなお保存しつつ試料イオン化効率を改善するとともに（化学物質バックグラウンドではなく）検査対象分子を濃縮する国際公開第２０１３１６３５３０号によるセミオープンＥＩイオン源（ｓｏ−ＥＩ）の導入に伴って約１００ｆｇまで改善された。ＬＯＤは、化学物質バックグラウンドおよびマトリックスを上回る時間的試料濃度のために標準的な「オープン」ＥＩ源および２段ＧＣ×ＧＣを用いるときに１００ｆｇまでやはり改善する。両観察は、ＬＯＤが錯体マトリックスおよび化学物質バックグラウンド（例えば、ポンプシステムからの油）との質量スペクトル干渉によって主に制限され得ることを示す。そして、単一のＭＳでより高い解像度またはタンデムＭＳ−ＭＳでより高い選択性のいずれかのより高い特異性の装置を用いるときにより良いＬＯＤを人は期待するものである。
【０００８】
[0008]最近導入された（ＬＥＣＯ  Ｃｏｒｐによる「Ｃｉｔｉｕｓ  ＧＣ−ＨＲＴ」などの）ＧＣ−ＭＲ−ＴＯＦは、直交加速部（ＯＡ：ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ  ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ）を有するクローズドＥＩ源および高分解能多反射ＴＯＦ（ＭＲ−ＴＯＦ）分析器を用いる。高分解能（Ｒ＝２５〜４０Ｋ）にかかわらず、この装置は、たぶん稀なＭＲ−ＴＯＦパルスにおけるＯＡ内のデューティサイクル損失のために匹敵するＬＯＤ＝０．１〜１ｐｇも有する。
【０００９】
[0009]最近台頭しつつあるＧＣ−Ｑ−ＴＯＦタンデム（例えば、ＡｇｉｌｅｎｔによるＧＣ−Ｑ−ＴＯＦ）は、「クローズド」ＥＩ源、親イオンを選択するための四重極フィルタ、イオンフラグメンテーションのためのＣＩＤセル、およびフラグメント分析のために直交加速部を有する単反射ＴＯＦを用いる。改善された特異性（ＭＳ−ＭＳは、マトリックスおよび化学物質バックグラウンドから検体信号を分離することが期待されている）にもかかわらず、ＧＣ−Ｑ−ＴＯＦは、おそらく輸送光学系におけるイオン損失および直交加速部におけるデューティサイクル損失により、わずか約０．１ｐｇのＬＯＤ（すなわち、従前のＧＣ−ＭＳと比較してまあまあの改善）を実演した。
【００１０】
[0010]したがって、既存のＧＣ−ＭＳ計装は、非常に効率の良い「クローズド」ＥＩ源、蓄積式オープンおよびセミオープンＥＩ源、広い受容性を有する無走査式ＴＯＦ分析器、高分解能ＭＲ−ＴＯＦ装置、および高選択性ＭＳ−ＭＳ装置を含む複数の手段を用いることによって、１〜１０ｆｇレベルまでＬＯＤを改善していない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
[0011]したがって、好ましくは複雑さの少ない一方でロバストかつ高速な応答のＥＩ源を用いるとともにソフトイオン化の特徴も有する装置で実施されるＧＣ−ＭＳ分析における感度の改善に関する実際問題はまだそのままである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
[0012]本発明者は、（オープンＥＩ源および単反射ＴＯＦ分析器を有する）広く普及したＧＣ−ＴＯＦ装置の感度は、イオン化または分析器伝達の効率によってではなく、マトリックスおよび化学物質バックグラウンドとの質量スペクトル干渉によって主に制限されることを理解した。したがって、ＬＯＤを改善するために、高いイオン移送を保ちつつ、タンデムＭＳ−ＭＳの特徴を用いて分析器の分解能または分析の特異性を強化することが、当業界で必要とされている。
【００１３】
[0013]国際公開第２０１３１６３５３０号において発明者によって提案されたセミオープン電子衝撃イオン源（ｓｏ−ＥＩ）は、イオン化効率と検査対象ごとのバックグラウンド比との両方を改善することにも発明者は気付いた。現在開示されている発明に関連したｓｏ−ＥＩ源の研究では、ｓｏ−ＥＩ源がＴＯＦ  ＭＳに以前使用されたオープン源と比較してずっとより高い輝度（すなわち、信号とイオンパケット位相空間との比）を与えることを発明者はさらに発見した。
【００１４】
[0014]高いイオン移送、低い飛行時間収差、および大きいダイナミックレンジをもたらすｓｏ−ＥＩ源と高分解能多反射飛行時間（ＭＲ−ＴＯＦ）分析器との間で有効に結合する新規な方法が開示されている。ｓｏ−ＥＩ源を低ガス圧ＣＩＤおよび様々なＳＩＤフラグメンテーションセルと結合するさらなる新規な方法は、高いイオン移送、低い飛行時間収差、および大きいダイナミックレンジをもたらし、したがって、ｓｏ−ＥＩ−ＭＲ−ＴＯＦを様々なタンデムＴＯＦ技法に適したものにさせることも開示されている。それらの機器および方法は、分析の特異性（すなわち、試料、錯体、および化学物質バックグラウンド間の差異化）を改善すること、したがって、分析の感度および信頼性を改善することが期待される。
【００１５】
[0015]ｓｏ−ＥＩ−ＭＲ−ＴＯＦの感度は、頻繁でソフトなパルス状イオン放出モードでクローズドＥＩ源を動作させ、その後に続いてパルス式に「束ねる」こと（すなわち、イオンパケットの時間拡散を圧縮するためのパルス式加速）によって改善することもできることに本発明者はさらに気付いた。ＧＣ−ＭＳ  ＬＯＤのもっとさらなる改善は、いくつかの簡単なやり方で化学物質バックグラウンドを抑制することによって開示される。
【００１６】
[0016]本開示の第１の態様によれば、クロマトグラフィ質量分析計は、１段または２段ガスクロマトグラフィと、セミオープンｎＥＩ源と、多重反射飛行時間分析器と、インターフェースとを備える。セミオープンＥＩ源は、約０．１から１ｃｍ２の間のソース開口を有するとともに、電子ビーム用に正にバイアスされたスリットを有する。セミオープンＥＩ源は、別々の差動ポンプステージに配置され、電子ビーム内でイオン貯蔵を行い、蓄積されたイオンのパルス状放出を行う。多重反射飛行時間分析器は、周期的レンズおよび飛行時間検出器を備える。インターフェースは、イオン源の空間発散度が分析器の受容性にマッチングされ、空間発散度によるイオン信号の時間広がりが検出器において少なくともテイラー展開の一次までなくされるようにイオン源を分析器と結合する１セットの集束および偏向用のイオン光要素を備える。
【００１７】
[0017]好ましくは、間隔の短い符号化パルス生成によってダイナミックレンジを増加させるために、機器は、（ｉ）約１０ｎｓ以下の時間増分でプログラムされた不均一な時間間隔においてトリガする能力を有する同期クロック、（ｉｉ）平均周波数で少なくとも約３０ｋＨｚでパルス生成するように構成されたパルス発生器、および（ｉｉｉ）スペクトル復号化のためのデータシステムをさらに備えてもよい。好ましくは、検出器は、磁性イオン／電子変換器と、伝導性メッシュによって覆われたシンチレータと、寿命が延長された光電子増倍管とを備える。それらの特徴は、１Ｅ＋９個のイオン／秒の範囲内で予期される大きいイオンフラックスを取り扱うのに役立ち得る。
【００１８】
[0018]一実施では、インターフェースは、（ｉ）前記イオン源を収容するとともに前記イオンミラー間に配置される差動ポンプ式チャンバと、（ｉｉ）前記源を外部取り付けするための等時性の１セットの曲がった静電セクタと、（ｉｉｉ）イオン軌道を変位させるための等時性の１セットの曲がった静電セクタと、（ｉｖ）空間集束レンズと共に組み合わされる静電セクタまたはデフレクタで構成されるエネルギーフィルタと、（ｖ）ヘリウムイオンを偏向させるためにまたは粗い質量選択のためにパルス電源を備えたレンズデフレクタ、（ｖｉ）前記イオン源の背後に配置されたグリッドレスイオンミラーと、（ｖｉｉ）等時性空間集束のために前記源に組み入れられた曲がった場の加速器と、（ｖｉｉｉ）空間集束の平面に配置されその後に空間集束レンズが続く差動穴と、（ｉｘ）角度広がりを広げることを犠牲にして空間パケットサイズを減少させるための望遠レンズ系と、（ｘ）それらの組み合わせとからなる群から選択することができる。それらの実施形態は、ｓｏ−ＥＩ源の後の幅広いかつ発散するパケットを限られた位相空間受容性および空間的に幅広い源とは異なるイオン入射を有するＭＲ−ＴＯＦ分析器に実際に結合するのを助ける。
【００１９】
[0019]一実施では、好ましくは、ＭＲ−ＴＯＦ分析器のパラメータは、（ｉ）約０．５ｍから１．５ｍの間のキャップ間の距離、（ｉｉ）約５ｍｍから２０ｍｍの間のレンズピッチを有する周期的レンズ、（ｉｉｉ）約７ｍから３０ｍの間のイオン飛行経路、および（ｉｖ）約３ｋｅＶから１０ｋｅＶの間の加速電圧のうちの少なくとも１つを特徴とする。好ましくは、前記ＭＲ−ＴＯＦ分析器は、平面対称性または円筒対称性のいずれかである。そのようなパラメータは、窒素および酸素の成分を有する半揮発性化合物をいたるところに存在する炭化水素から分離するために、少なくとも約２０〜２５Ｋの分解能を与えるように選ばれる。
【００２０】
[0020]一実施では、機器は、ｓｏ−ＥＩ源の中に外部のイオンを導入するためのイオン輸送光学系と、（ｉ）化学イオン化源、（ｉｉ）光化学イオン化源、および（ｉｉｉ）プラズマ状態のイオン源からなる群から選択される１つの源とをさらに備えてもよい。一実施では、好ましい前記機器は、（ｉ）分子ビーム発生器、（ｉｉ）ヘリウムおよび検査対象の流れを分割するための分子分離器からなる群から選択される検査対象分子を外部送達するため入口をさらに備えてもよい。それらの実施形態は、試料導入時に類似または同一の差動ポンプ構成を用いつつよりソフトなイオン化およびより広い範囲のガスクロマトグラフィック束のＧＣ−ＭＳ能力を拡張する。
【００２１】
[0021]一実施では、好ましくは、ＭＳ−ＭＳ能力を提供する目的で、機器は、（ｉ）前記イオン源の後の親イオンを選択する時限イオン選択器、（ｉｉ）一次イオンをフラグメンテーションセルに同時に時間的および空間的に集束するための前記ｓｏ−ＥＩ源の背後のグリッドレスイオンミラー、（ｉｉｉ）一次イオンをフラグメンテーションセルに同時に時間的および空間的に集束するための前記ｓｏ−ＥＩ源に組み入れられた曲がった場の加速器、（ｉｖ）一次イオンパケットに面する表面誘起解離ＳＩＤセル、（ｖ）親イオンパケットの軌道に対して滑空角で配置された表面誘起解離ＳＩＤ、（ｖｉ）親イオンの単一の平均衝突に対応する約１から５ｃｍ＊ｍＴｏｒまたは約１から５ｃｍ＊ｍＴｏｒの間のＰ＊Ｌ積に調整されたガス圧Ｐで長さＬが約１ｃｍ未満である短いＣＩＤセル内の衝突誘起解離ＣＩＤ、（ｖｉｉ）約０．１から０．３ｃｍ２の間で前記ソース開口を選ぶことによって前記源内に配置された衝突誘起解離ＣＩＤセル、（ｖｉｉｉ）フラグメンテーションセルの後のパルス式加速器、（ｉｘ）フラグメンテーションセルの後の空間集束レンズ、（ｘ）フラグメンテーションセルの後のフラグメントイオンパケットの後段加速、（ｘｉ）フラグメンテーションセルの後の舵取り手段、および（ｘｉｉ）それらの組み合わせからなる群から選択される少なくとも１つの手段をさらに備える。好ましくは、機器は、（ｉ）パルスが前記源から放出された後にイオンパケットの時間焦点面を調整すること、（ｉｉ）パルスが前記源から放出された後にイオンパケットのエネルギーまたはエネルギー広がりを調整すること、（ｉｉｉ）前記源を通り過ぎた連続流をイオンパケットに変換し、その後に前記イオンパケットのエネルギーフィルタリングが続くことからなる群のうちの１つの目的のために前記源の後にパルス発生器をさらに備える。
【００２２】
[0022]本開示の第２の態様によれば、クロマト質量分光分析の方法は、
・  １段または２段ガスクロマトグラフィによって検査対象混合物を分離するステップと、
検査対象分子対化学物質バックグラウンドの間の比を改善するために約０．１から１ｃｍ２の間の開口を有するイオン化チャンバの中に検査対象分子を入射するステップと、
・  検査対象イオンを保持するとともに二次電子を除去するためにイオン化体積を囲む電極に対して正にバイアスされたスリットを通過した電子ビームによって検査対象分子をイオン化するステップと、イオンパケットをパルス放出するステップと、
・  下記質量スペクトル分析の発散度にマッチングするように前記イオンパケットを空間的および時間的に再集束するステップと、
・  下記質量スペクトル分析の受容性にマッチングするように前記イオンパケットの空間的広がりを調整するとともにエネルギー広がりをフィルタリングするステップと、
・  イオン検出器においてイオン信号の最小の時間拡散に到達するように前記イオンパケットのタイムフロントの傾きを調整するステップと、
・  位置合わせのためにイオンパケットのパルス状または連続の舵取りを行うステップと、
・  フィールドフリー領域によって分離されたグリッドレスイオンミラーの電場間で等時性の複数の反射の時にイオンパケットを分離し、前記フィールドフリー領域内に配置された周期的集束レンズによって前記イオンパケットをドリフト方向に空間的に閉じ込めるステップと、
・  飛行時間検出器を用いて前記イオンパケットを検出して波形信号を形成するステップと、
・  前記信号を分析して質量スペクトルおよびクロマト質量スペクトル情報を抽出するステップとを含む。
【００２３】
[0023]一実施では、好ましくは、前記分析のダイナミックレンジを増大させる目的で、イオン放出の前記ステップは、前記時間分離ステップにおけるイオン飛行時間に比べて少なくとも約１０倍小さい期間に配置され、イオンパケットの時間幅以上の時間増分における隣接パルス間のほとんど固有の時間間隔で放出パルスを符号化し、前記スペクトル分析ステップでの複数の放出パルスに対応する部分的に重なった信号を復号化する。
【００２４】
[0024]一実施では、好ましくは、前記イオンのイオン化ステップの後にイオンを再集束しイオンパケットを位置合わせする前記ステップは、（ｉ）前記イオンミラー間に前記イオン化チャンバを収容し、イオンパケットの舵取りを最小にするために前記チャンバを囲むハウジングを差動ポンプするステップ、（ｉｉ）前記イオンミラーの外側に前記イオン化チャンバを収容し、等時性の１セットの曲がった静電セクタの電場を通じてイオンパケットを移動させるステップ、（ｉｉｉ）等時性の１セットの曲がった静電セクタの電場を用いてイオン軌道を変位させるステップ、（ｉｖ）静電セクタ内でまたは前記イオンパケットを空間的に集束および偏向させることによってイオンパケットのエネルギーをフィルタリングするステップ、（ｖ）ある予め設定された質量閾値の下でヘリウムイオンまたはイオンをパルス偏向させるステップ、（ｖｉ）前記イオン化チャンバの背後に配置されたグリッドレスイオンミラーによってイオンパケットを等時性空間集束するステップ、（ｖｉｉ）前記イオン化チャンバ内および前記イオン化チャンバの後に配置された等時性の曲がった場を用いてイオンパケットをパルス加速するステップ、（ｖｉｉｉ）イオンパケットを差動穴の中に空間集束し、その後に続いて前記穴の後に空間集束してほぼ平行なイオン軌道を形成するステップ、（ｉｘ）イオンパケットの角度広がりを広げることを犠牲にして空間パケットサイズを減少させるために前記イオンパケットを望遠集束するステップ、および（ｘ）それらの組み合わせからなる群のうちの少なくとも１つのステップを含むことができる。
【００２５】
[0025]一実施では、好ましくは、イオン時間分離の前記ステップは、（ｉ）約０．４ｍから１．５ｍの間のキャップ間の距離でイオンミラーを配置するステップ、（ｉｉ）約５ｍｍから２０ｍｍの間の周期でドリフト方向に前記周期的空間集束を配置するステップ、（ｉｉｉ）約７ｍから３０ｍの間のイオン飛行経路を配置するステップ、（ｉｖ）入射されたイオンパケットを約３ｋｅＶと１０ｋｅＶの間の電圧によって加速するステップ（好ましくは、前記イオンミラーの電場は平面対称性または円筒対称性のいずれかである）、（ｖ）それらの組み合わせからなる群から選択される。
【００２６】
[0026]好ましくは、方法は、前記イオン化チャンバの外側に検査対象イオンを形成し、約５ｅＶから１００ｅＶの間のイオンエネルギーで前記イオン化チャンバの中に外側に形成されたイオンの連続イオンビームを移動させるステップと、前記連続イオンビームの一部を飛行時間分離器へパルス式加速するステップと、このように形成されたイオンパケットを舵取りして飛行時間分離ステップのためにそれらの軌道を揃えるステップとをさらに含むことができ、前記外部のイオン化方法は、（ｉ）化学イオン化、（ｉｉ）光化学イオン化、および（ｉｉｉ）プラズマ状態のイオン化からなる群から選択される。好ましくは、イオン入射を前記イオン化チャンバの中に入れる前記ステップは、（ｉ）超音速ガスジェットのコリメーションで差動ポンプシステム内で振動的に冷たい検査対象分子の有向分子ビームを形成するステップ、（ｉｉ）差動ポンプ式システム内の検査対象分子流およびクロマトグラフのガス流の一部を分割するステップ、および（ｉｉｉ）それらの組み合わせからなる群から選択することができる。
【００２７】
[0027]好ましくは、前記検出ステップは、イオンパケットのタイムフロントに平行な面におけるイオン／電子変換器と、前記変換面と前記フィールドフリー領域との間の電位差だけ電子を加速させることと、二次電子を約３０度から１８０度の間で磁気的に舵取りすることと、静電帯電を除去するために前記二次電子を伝導性メッシュによって覆われたシンチレータへ加速し、これによってただ１つの電子あたり複数の光子を生成し、前記光子を光電子増倍管を用いて検出することとを含むことができる。
【００２８】
[0028]好ましくは、ＭＳ−ＭＳ能力を与える目的で、方法は、（ｉ）前記イオン化ステップの後の親イオンの定期的イオン選択、（ｉｉ）前記イオン化チャンバの背後に配置されたグリッドレスイオンミラーの静電場の中に逆方向でイオンを放出すると同時に、前記イオン化チャンバ内部に形成されたまたは前記イオン化チャンバを通り過ぎたフラグメンテーションセルの中に一次イオンパケットの時間および空間集束を放出すること、（ｉｉｉ）同時に、前記イオン化チャンバ内の加速器の曲がった場内のおよび前記イオン化チャンバ通過後のフラグメンテーションセルの中に一次イオンの時間および空間集束を入れること、（ｉｖ）前記イオンパケットのタイムフロントに平行に配置された面との衝突時にイオンパケットをフラグメント化し、その後にこのように形成されたフラグメントイオンの遅延したパルス式の抽出が続くこと、（ｖ）親イオン軌道に対して滑空角で配置された面との衝突時にイオンパケットをフラグメント化し、その後にこのように形成されたフラグメントイオンの静的加速またはパルス式加速が続くこと、（ｖｉ）親イオンの単一の平均衝突に対応する約１ｃｍ＊ｍＴｏｒから５ｃｍ＊ｍＴｏｒの間のＰ＊Ｌ積に調節されたガス圧Ｐで長さＬが約１ｃｍ未満であるセル内に配置された衝突誘起解離、（ｖｉｉ）前記クロマトグラフからの１ｍｌ／分のガス流において約０．１から０．３ｃｍ２の間の前記チャンバ開口を選ぶことによる前記イオン化チャンバ内に配置された衝突誘起解離、（ｖｉｉｉ）フラグメンテーションステップの後のパルス式加速、（ｉｘ）フラグメンテーションステップ後の空間集束、（ｘ）フラグメンテーションステップ後のフラグメントイオンパケットの後段加速、（ｘｉ）フラグメンテーションステップ後の舵取り、および（ｘｉｉ）それらの組み合わせからなる群からさらに選択することができる。
【００２９】
[0029]好ましくは、方法は、（ｉ）イオン放出の前記ステップの後にイオンパケットの時間焦点面を調整するステップ、（ｉｉ）イオン放出の前記ステップの後にイオンパケットのエネルギーまたはエネルギー広がりを調整するステップ、（ｉｉｉ）前記イオン化チャンバを過ぎた後の連続または準連続流を変換するステップ、その後に続く前記パルス式加速されたイオンパケットのエネルギーフィルタリングのステップ、および（ｉｖ）それらの組み合わせという群のうちの１つの目的のためにイオンパケットをパルス状加速するステップをさらに含んでもよい。好ましくは、イオンパケット再集束の前記ステップは、幅（約７〜１０ｍｍ）および低発散イオンパケット（＜５〜６ｍｒａｄ）をより小さいサイズ（約３〜５ｍｍ）および約２から５の間の変換係数を有するより広い発散（約１５〜２０ｍｒａｄ）のパケットに変換するステップを含んでもよい。
【００３０】
[0030]好ましくは、前記分析のダイナミックレンジを改善する目的で、方法は、イオン放出間でイオンパケット強度（利得）を交互にするステップと、異なる利得に対応する別個のデータセットを記録するステップとをさらに含んでもよく、前記強度交互方法は、（ｉ）電子ビームイオン化の期間を変えるようにプッシュアウトパルスの期間を交互にするステップ、（ｉｉ）イオン移動の初期段階よりもむしろ任意の段階でイオンパケットの空間集束を交互するステップ、（ｉｉｉ）検出器利得を交互するステップ、（ｉｖ）広く開きかつより小さい面積の穴の間でイオン経路を交互するステップ、および（ｖ）それらの組み合わせという群のうちの１つのステップを含む。
【００３１】
[0031]好ましくは、方法は、（ｉ）電子イオン化ステップで用いられる多孔性磁石の無電解ニッケルで囲繞するまたはコーティングするステップ、（ｉｉ）機械式ポンプからの油の拡散を防ぐためにソースハウジングをターボポンプした後にさらなるガス流を導入するステップ、（ｉｉｉ）機械式ポンプの系統内で十分に粘性のある流れを保持するように小さいサイズの約０．５Ｌ／ｓから１Ｌ／ｓの機械式ポンプを選び、これにより油拡散を防ぐステップ、および（ｉｖ）それらの組み合わせという群のうちの１つのステップによって検査対象分子とポンプシステムの化学物質バックグラウンドとの比を改善するステップをさらに含んでもよい。
【００３２】
[0032]本開示の第３の態様によれば、質量分析計は、セミオープンＥＩ源と、飛行時間分析器と、フラグメンテーションセルと、分析計のＭＳ−ＭＳ能力を強化する手段とを備える。セミオープンＥＩ源は、０．１から１平方センチメートルの間のソース開口の形を定めるとともに蓄積されたイオンのパルス状放出を行うようになされる。飛行時間分析器は、飛行時間検出器を有する。フラグメンテーションセルは、ＭＳ−ＭＳ能力のためにＴＯＦ分析器に組み込まれる。分析計の前記ＭＳ−ＭＳ能力を強化する手段は、（ｉ）前記イオン源の後の親イオンを選択する時限イオン選択器、（ｉｉ）一次イオンをフラグメンテーションセルに同時に時間的および空間的に集束するための前記ｓｏ−ＥＩ源の背後のグリッドレスイオンミラー、（ｉｉｉ）一次イオンをフラグメンテーションセルに同時に時間的および空間的に集束するための前記ｓｏ−ＥＩ源に組み入れられた曲がった場の加速器、（ｉｖ）一次イオンパケットに面する表面誘起解離ＳＩＤセル、（ｖ）親イオンパケットの軌道に対して滑空角で配置された表面誘起解離ＳＩＤ、（ｖｉ）親イオンの単一の平均衝突に対応する１から５ｃｍ＊ｍＴｏｒの間のＰ＊Ｌ積に調節されたガス圧Ｐで長さＬが１ｃｍ未満である短いＣＩＤセル内の衝突誘起解離ＣＩＤ、（ｖｉｉ）０．１から０．３ｃｍ２の間で前記ソース開口を選ぶことによって前記源内に配置された衝突誘起解離ＣＩＤセル、（ｖｉｉｉ）フラグメンテーションセルの後のパルス式加速器、（ｉｘ）フラグメンテーションセルの後の空間集束レンズ、および（ｘ）フラグメンテーションセルの後のフラグメントイオンパケットの後段加速、（ｘｉ）フラグメンテーションセルの後の舵取り手段、ならびに（ｘｉｉ）それらの組み合わせからなる群から選択される。
【００３３】
[0033]本開示の本態様の実施は、以下の特徴のうちの１つまたは複数を含むことができる。いくつかの実施では、ＴＯＦ分析器は、（ｉ）リニアＴＯＦ、（ｉｉ）単反射ＴＯＦ、（ｉｉｉ）少なくとも１つの静電セクタを含むＴＯＦ、（ｉｖ）多重反射ＴＯＦ分析器という群の１つである。いくつかの例では、質量分析計は、（ｉ）パルスが前記源から放出された後にイオンパケットの時間焦点面を調整するステップ、（ｉｉ）パルスが前記源から放出された後にイオンパケットのエネルギーまたはエネルギー広がりを調整するステップ、（ｉｉｉ）前記源を通り過ぎた連続流をイオンパケットに変換し、その後に前記イオンパケットのエネルギーフィルタリングが続くステップ、および（ｉｖ）それらの組み合わせからなる群から選択される目的のためにｓｏ−ＥＩ源の後にパルス発生器をさらに備える。適宜、間隔の短い符号化パルス生成によってダイナミックレンジを増大させるために、質量分析計は、同期クロック、パルス発生器、およびスペクトル復号化のためのデータシステムをさらに備える。同期クロックは、１０ｎｓ以下の時間増分を用いてプログラムされた不均一な時間間隔においてトリガする能力、（ｉｉ）平均周波数で少なくとも３０ｋＨｚでパルス生成する能力を有するパルス発生器、および（ｉｉｉ）スペクトル復号化のためのデータシステムを有する。
【００３４】
[0034]いくつかの実施では、質量分析計は、（ｉ）前記イオン源を収容するとともに前記イオンミラー間に配置される差動ポンプ式チャンバ、（ｉｉ）前記源を外部取り付けするための等時性の１セットの曲がった静電セクタ、（ｉｉｉ）イオン軌道を変位させるための等時性の１セットの曲がった静電セクタ、（ｉｖ）空間集束レンズと共に組み合わされる静電セクタまたはデフレクタで構成されるエネルギーフィルタ、（ｖ）ヘリウムイオンを偏向させるためにまたは粗い質量選択のためにパルス電源を備えたレンズデフレクタ、（ｖｉ）前記イオン源の背後に配置されたグリッドレスイオンミラー、（ｖｉｉ）等時性空間集束のために前記源に組み入れられた曲がった場の加速器、（ｖｉｉｉ）空間集束の平面に配置されその後に空間集束レンズが続く差動穴、（ｉｘ）角度広がりを広げることを犠牲にして空間パケットサイズを減少させるための望遠レンズ系、および（ｘ）それらの組み合わせからなる群から選択されるインターフェースをさらに備える。いくつかの例では、ＭＲ−ＴＯＦ分析器のパラメータは、（ｉ）０．５ｍから１．５ｍの間のキャップ間の距離、（ｉｉ）５ｍｍから２０ｍｍの間のレンズピッチを有する周期的レンズ、（ｉｉｉ）７から３０ｍの間のイオン飛行経路、（ｉｖ）３ｋｅＶから１０ｋｅＶの間の加速電圧、および（ｖ）それらの組み合わせからなる群から選択される。適宜、ＭＲ−ＴＯＦ分析器は、平面対称性または円筒対称性のいずれかである。
【００３５】
[0035]いくつかの実施では、質量分析計は、ｓｏ−ＥＩ源の中に外部のイオンを導入するためのイオン輸送光学系と、（ｉ）化学イオン化源、（ｉｉ）光化学イオン化源、および（ｉｉｉ）プラズマ状態のイオン源からなる群から選択される１つの源とをさらに備える。適宜、質量分析計は、（ｉ）分子ビーム発生器、（ｉｉ）ヘリウムおよび検査対象の流れを分割するための分子分離器、および（ｉｉｉ）それらの組み合わせからなる群から選択される１つの源から検査対象分子を外部送達するため入口をさらに備える。いくつかの例では、検出器は、磁性イオン／電子変換器と、伝導性メッシュによって覆われたシンチレータと、寿命が延長された光電子増倍管とを備える。
【００３６】
[0036]本開示の第４の態様によれば、クロマト質量分光分析の方法は、検査対象イオンを保持するとともに二次電子を除去するためにイオン化体積を囲む電極に対して正にバイアスされたイオン化チャンバのスリットを通過した電子ビームによって検査対象分子をイオン化するステップと、イオンパケットをパルス放出するステップと、飛行時間分析器内でイオンを分離するステップと、ＭＳ−ＭＳ分析のためのイオンフラグメンテーションのステップと、（ｉ）前記イオン化ステップ後の親イオンの定期的イオン選択、（ｉｉ）前記イオン化チャンバの背後に配置されたグリッドレスイオンミラーの静電場の中に逆方向でイオンを放出すると同時に、前記イオン化チャンバ内部に形成されたまたは前記イオン化チャンバを通り過ぎたフラグメンテーションセルの中に一次イオンパケットの時間および空間集束を放出すること、（ｉｉｉ）同時に、前記イオン化チャンバ内の加速器の曲がった場内のおよび前記イオン化チャンバ通過後のフラグメンテーションセルの中に一次イオンの時間および空間集束すること、（ｉｖ）前記イオンパケットのタイムフロントに平行に配置された面との衝突時にイオンパケットをフラグメント化し、その後にこのように形成されたフラグメントイオンの遅延したパルス式の抽出が続くこと、（ｖ）親イオン軌道に対して滑空角で配置された面との衝突時にイオンパケットをフラグメント化し、その後にこのように形成されたフラグメントイオンの静的加速またはパルス式加速が続くこと、（ｖｉ）親イオンの単一の平均衝突に対応する１から５ｃｍ＊ｍＴｏｒの間のＰ＊Ｌ積に調節されたガス圧Ｐで長さＬが１ｃｍ未満であるセル内に配置された衝突誘起解離、（ｖｉｉ）クロマトグラフからの１ｍｌ／分のガス流において０．１から０．３ｃｍ２の間の前記イオン化チャンバ開口を選ぶことによる前記イオン化チャンバ内に配置された衝突誘起解離、（ｖｉｉｉ）フラグメンテーションステップの後のパルス式加速、（ｉｘ）フラグメンテーションステップ後の空間集束、（ｘ）フラグメンテーションステップ後のフラグメントイオンパケットの後段加速、（ｘｉ）フラグメンテーションステップ後の舵取り、（ｘｉｉ）それらの組み合わせからなる群から選択されるＭＳ−ＭＳを強化する少なくとも１つのステップとを含む。
【００３７】
[0037]本開示の本態様の実施は、以下の特徴のうちの１つまたは複数を含むことができる。いくつかの実施では、方法は、（ｉ）イオン放出の前記ステップの後にイオンパケットの時間焦点面を調整すること、（ｉｉ）イオン放出の前記ステップの後にイオンパケットのエネルギーまたはエネルギー広がりを調整すること、（ｉｉｉ）前記イオン化チャンバの後の連続または準連続流を変換し、その後に続く前記パルス式加速されたイオンパケットをエネルギーフィルタリングするステップ、および（ｉｖ）それらの組み合わせからなる群から選択される目的のためにイオンパケットをパルス加速するステップをさらに含む。ある例では、イオンパケット再集束のステップは、幅（７〜１０ｍｍ）および低発散イオンパケット（＜５〜６ｍｒａｄ）をより小さいサイズ（３〜５ｍｍ）および２から５の間の変換係数を有するより広い発散（１５〜２０ｍｒａｄ）のパケットに変換するステップを含む。適宜、飛行時間分離のステップは、（ｉ）線形場フリーＴＯＦ分析器、（ｉｉ）少なくとも１つのイオンミラー、（ｉｉｉ）２つのイオンミラーの平坦な場、（ｉｖ）少なくとも１つの静電セクタ、（ｖ）それらの組み合わせという群の静電場における時間分離を含む。
【００３８】
[0038]本開示の１つまたは複数の実施の詳細は、添付図面および以下の説明に記載される。他の態様、特徴、および利点は、明細書および図面ならびに特許請求の範囲から明らかになろう。
【００３９】
[0039]次に、本発明の様々な実施形態は、例示の目的だけに示される構成と共に、例のみによって添付図面を参照して説明される。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】[0040]セミオープン電子衝撃（ｓｏ−ＥＩ）源および単反射ＴＯＦ質量分析器を有する飛行時間質量分析計ＴＯＦ−ＭＳを示す図である。
【図２】[0041]セミオープンＥＩ源の主な特徴（すなわち、発明者の測定において決定されたイオンパケットのパラメータを示すような有限開口および電子ビームスリットに対する正のバイアス）を説明する図である。
【図３】[0042]ｓｏ−ＥＩ源が、イオンビームの再集束および舵取りに基づいて等時性のインターフェースを備えたＭＲ−ＴＯＦ分析器に結合される、本発明のＧＣ−ＭＲ−ＴＯＦ機器を示す図である。
【図４】[0043]異なる方法のイオンパケットの集束および舵取りで図３のＧＣ−ＭＲ−ＴＯＦ機器を示す図である。
【図５】[0044]曲がった等時性の入口を用いたｓｏ−ＥＩおよびＭＲ−ＴＯＦ分析器の代替の構成を示す図である。
【図６】[0045]ｓｏ−ＥＩ−ＭＲ−ＴＯＦのダイナミックレンジを改善するために共に設計された交互パルス期間の方法と間隔の短い符号化パルス生成の方法とについての時間ダイアグラムを示す図である。
【図７】[0046]ダイナミックレンジおよび寿命を改善するための、本発明のｓｏ−ＥＩ−ＭＲ−ＴＯＦにおける集中したイオンパケットに適したＴＯＦ検出器を示す図である。
【図８】[0047]ｓｏ−ＥＩ源におけるソフトイオン化のために外部ＣＩ源および外部分子ビーム発生器を備えた実施形態を示す図である。
【図９】[0048]外部ＣＩ源、その後にパルス状イオンパケットバンチング、次いで曲がった等時性セクタインターフェースにおけるエネルギーフィルタリングを備える実施形態を示しており、後者は同時係属出願において説明される図である。
【図１０】[0049]タンデムＴＯＦ分析のためにイオンパケットをフラグメンテーションセルの中に同時に空間的および時間的に集束する方法を示す図である。
【図１１】[0050]ｓｏ−ＥＩ源の後のポストソース分解および滑空角におけるＳＩＤフラグメンテーションを用いる本発明のタンデムＧＣ−ＭＳ−ＭＳ機器の２つの実施形態を示す図である。
【図１２】[0051]ｓｏ−ＥＩ源の背後に位置するイオンミラーにおける空間イオン再集束を伴う本発明のタンデムＴＯＦ機器の実施形態を、同時に起きる飛行時間集束を示す時間ダイアグラムと共に示す図である。
【図１３】[0052]実施形態１３１では、集束はｓｏ−ＥＩ源内の曲がった場によって配置され、実施形態１３２では、ＳＩＤフラグメンテーションセル内の曲がった場によって配置される、空間的および時間的集束がｓｏ−ＥＩ源の背後に位置する要素と共に配置された２つのＭＳ−ＭＳ実施形態を示す図である。
【図１４】[0053]ＳＩＤの面がイオンパケットのタイムフロントと揃えられた、ｓｏ−ＥＩ源の背後に組み込まれたＳＩＤセルを用いるタンデムＴＯＦ機器の実施形態を示す図である。
【図１５】[0054]ＣＩＤセルがＭＲ−ＴＯＦ分析器に組み込まれイオン源の差動ポンプステージを通じて真空にされたタンデムＴＯＦ機器の実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
[0055]様々な図面における同様の参照符号は、同様の要素を示す。
[0056]ｓｏ−ＥＩ源を過ぎたイオンパケット
[0057]図１を参照すると、セミオープンＥＩ（ｓｏ−ＥＩ）源２および単反射ＴＯＦ  ＭＳ３を有するＧＣ−ＴＯＦ機器１が示されている。試料混合物は、ガスクロマトグラフ８（ＧＣまたは２段ＧＣ×ＧＣ）によって時間で分離され、電熱線９内側で加熱されるＧＣカラムを介してｓｏ−ＥＩ源２の中へ送り届けられる。電子ビーム１３は、試料をイオン化させ、電子ビーム１３の静電井戸内にイオンを蓄積する。電気パルスが反射電極１２に印加されて、１０ｋＨｚ〜３０ｋＨｚの周波数でイオンパケットをＴＯＦ  ＭＳ３の中に放出するように駆動する。標準的なＧＣ−ＴＯＦの詳細については、国際公開第２０１３１６３５３０号の出願を参照しており、これは参照により本明細書に組み込まれる。
【００４２】
[0058]ｓｏ−ＥＩ源２の重要な特徴は、（ａ）より高い試料濃度を維持するとともに試料対化学物質バックグラウンド比を改善するために限定された総開口を有する（すなわち、約０．１ｃｍ２と１ｃｍ２の間に限定される）ソースチャンバ１１（ソースチャンバ１１の主開口は、取り出し電極１７内の取り出し穴２７である）と、（ｂ）電子ビーム１３の方向に沿って陽イオンを閉じ込めるとともに、二次電子を引き出すための（イオン化体積を囲む電極に対して）正電位でバイアスされる電子エミッタ１５の前のスリット１４を含む。
【００４３】
[0059]図２を参照すると、実験的に測定されたイオンのパラメータとともに、蓄積ステージ２１および放出ステージ２５におけるｓｏ−ＥＩ源２の拡大図が示されている。全ての測定値は、０．７５ｃｍ２の開口を有するｓｏ−ＥＩ源２、２．５ｋＶの加速で飛行経路１．５ｍを有する長さ６０ｃｍの反射ＴＯＦ分析器を用いて、（図１に示された）ＴＯＦ検出器７上でイオン信号を測定する間に得られた。
【００４４】
[0060]蓄積ステージ２１において、電子ビーム１３は、熱フィラメント電子エミッタ１５によって発せられ、前面スリット１４ａによって取り出され、反射電極プレート１２と取り出し電極１７の取り出し穴２７との間のイオン化空間２０内で７０ｅＶのエネルギーまで加速される（取り出し穴２７は、図２中に破線として示されるメッシュによって覆われる）。電子ビーム１３は、０．０２〜０．０３Ｔ（２００〜３００ガウス）の場の強さを有する磁石１６の磁力線に沿って閉じ込められる。分析された試料は、典型的には１ｍＬ／分の流れのヘリウムキャリアガス内で電熱線９を介して入射される。試料およびヘリウムガスはイオン化空間２０に導入され、その濃度は取り出し穴２７のガス伝導度によって定められる。０．１ｃｍ２から１ｃｍ２の取り出し穴２７の開口面積を維持することによって３から３０Ｌ／ｓの間のヘリウム伝導度をもたらし、検査対象分子の伝導度は検体質量の２乗根だけ低い。そのような構成は、完全にオープンな源と比較して１０倍から１００倍の間のイオン化効率の増加をもたらす。しかしながら、さらなる穴サイズの減少は、（例えば、ＧＣ×ＧＣのための）ソース反応時間の減速、空間電荷の確立、イオン蓄積特性の損失、およびイオン放出時のガス上イオンの過度の散乱などの複数のネガティブプロセスによって制限される。７０ｅＶの電子ビームは、試料分子をイオン化し、したがってイオン雲２４および二次電子２３を形成する。二次電子２３は、電子ビーム１３を閉じ込める同じ磁力線内に閉じ込められたままである。一次電子ビーム１３と磁気的にロックした二次電子２３との両方が、イオンをトラップする負のポテンシャル井戸を形成する。両スリット１４に対する大きい正のバイアス（図２において、正のバイアスは、背面スリット１４ｂで明確に示される）は、電子ビームの方向にイオンをロックし、二次電子２３を引き込み、これは井戸をより浅くさせヘリウムイオンを促進し電子トラップのままにする。結果として、検査対象イオンは十分にトラップされ、一方、プラズマ濃度は、著しく減少させられ、これはイオンパケット放出の次のステージ２５で役立つ。
【００４５】
[0061]イオン雲２４のパラメータおよびイオンパケット２６のパラメータは、オープンＥＩ源と比較してｓｏ−ＥＩ源において大きく改善される。さらに、イオンパケット２６のパラメータは、ソースチャンバ１１と比較して、両スリット１４が正のバイアス、反射電極の電極１２、取り出し電極１７、および周囲の電子ビーム１３を有するとき大きく改善する。背面スリット１４ｂへ印加される（しかし、好ましくは、前面スリット１４ａへも印加される）正のバイアスは、電源２２によって示されている。全ての測定は、前面スリット１４ａ上で約＋２０Ｖから＋１００Ｖの間、および背面スリット１４ｂ上で＋５０Ｖから＋３００Ｖの間のバイアスを指す。（ＴＯＦ軸に直交する）イオン雲２４の直径Ｄの評価は、取り出し穴２７のサイズおよび測定されたイオンパケット２６の直径Ｄ＝５ｍｍ〜１０ｍｍを考慮して行われ、レンズデフレクタ１０におけるイオン集束をモデル化しつつ（図１中のレンズデフレクタ１０を用いて）たわみプロファイルから決定される。そのような計算は、後で測定される角度広がりも考慮する。源内の小さい加速度場Ｅ＜＜１００Ｖ／ｍｍでターンアラウンドタイムの支配を想定すると、イオン雲２４の（ＴＯＦ軸に沿った）軸方向のエネルギーの広がりは、０．１ｅＶとして測定される。イオンパケット２６の角度広がりは、さらなるコリメータを取り付けるとともにたわみプロファイルを測定している間に（４ｋｅＶでΔα＝５ｍｒａｄに相当する）３ｋｅＶの平均エネルギーでΔα＝６ｍｒａｄとして測定された。半径方向のエネルギーの広がりは、角度発散から０．０５ｅＶとして計算される。ほとんど熱（３００℃のソース温度で５０ｍｅＶ）のエネルギーの広がりは、ソース内の「冷たいプラズマ」状態によって説明される。イオンパケット２６のエネルギー広がりは、ＴＯＦ  ＭＳシミュレーションの支援を受けて、飛行時間の焦点ずれ（様々なミラー電位）でパケット時間拡散によってΔＫ＝１００〜１５０ｅＶとして測定される。イオン雲の高さＨ＝１〜１．５ｍｍは、１００Ｖ／ｍｍの加速度場においてイオンパケットのエネルギー広がりΔＫから計算される。５００ａｍｕのイオンについてはイオンパケットの時間拡散ΔＴ＝７ｎｓが、同重体干渉のない強いピークを用いる間に最適なＴＯＦ条件でＴＯＦ検出器７上で測定され、より小さいイオン質量についてはΔＴ２〜ｍ／ｚの法則／関係を確証した。本発明者の測定において、本発明者は、５００μｓの蓄積時間までのｓｏ−ＥＩ源２のイオン蓄積特性も確証した。５００μｓまでのパルス周期の使用は、感度およびＴＯＦ分解能に悪影響を及ぼさなかった。
【００４６】
[0062]ｓｏ−ＥＩ−ＴＯＦの感度は、ヘキサクロロベンゼン（ＨＣＢ）を１００ｆｇから１０ｎｇの荷重でＧＣ９のＧＣカラムに入射させる間にＳ＝１５０個のイオン／ｆｇで測定される。ＬＯＤ測定は、少量のＨＣＢ同位体の検出を試験することによって助けられた。典型的な感度は、ＮＩＳＴライブラリを用いた信頼できる確認のためにＬＯＤ＝１００ｆｇ、および大きな質量ピーク（化合物に依存）を検出するために２０ｆｇから３０ｆｇである。
【００４７】
[0063]比較のために、小さいまたはゼロのスリットバイアス電圧における同じ測定は、イオンパケットパラメータのかなりの劣化を裏付けた。ピーク時間幅は約２倍に広がり、軸方向および半径方向のエネルギー広がりは３倍から４倍広がる。さらに、イオン雲の高さは、１．５〜２倍広がる。
【００４８】
[0064]ｓｏ−ＥＩ源２の利点に関する主張を支えるために、本発明者は、Ｐｅｇａｓｕｓ  ＧＣ−ＴＯＦからオープンＥＩ源について同様の測定を行い、標準的なオープンＥＩ源を通り越したイオンパケットは、（ｓｏ−ＥＩについての５ｎｓの時間幅と比較して）ｍ／ｚ＝３００で３０〜４０ｎｓの時間幅を有する。イオンパケット２６の直径は、ソース開口および検出器のサイズに相当する（ｓｏ−ＥＩにおける５〜１０ｍｍと比較して２５〜３０ｍｍ）。ビームは、強く発散する（ｓｏ−ＥＩにおける５ｍｒａｄと比較して１０〜２０ｍｒａｄ）。
【００４９】
[0065]これらの測定は、ｓｏ−ＥＩが標準的なオープン源と比較してずっとより良いイオンパケットパラメータをもたらし、スリット１４に対する正のバイアスがさらなるかなりの改善をもたらすことを裏付けた。イオンパケットパラメータのそのような劇的な改善は、ｓｏ−ＥＩ源２を、（ｓｏ−ＥＩ−ＭＲ−ＴＯＦを形成する）ＭＲ−ＴＯＦやＣＩＤセルおよびＳＩＤセルを有する様々なｓｏ−ＥＩ−ＴＯＦ−ＴＯＦタンデムなどのより小さい受容性のＴＯＦ分析器に適合させ、これは以前には非現実的で考えられないものだった。次の疑問は、価値ある困難であろうかということになる。
【００５０】
[0066]ｓｏ−ＥＩ−ＭＲ−ＴＯＦについての合理性
[0067]セミオープン電子衝撃イオン源２（ｓｏ−ＥＩ）および低分解能ＴＯＦを用いるＧＣ−ＴＯＦの検出限界は、発生したイオンの個数によるのではなく化学ノイズおよび錯体イオンにより引き起こされる質量スペクトル干渉によって主に制限される。ｓｏ−ＥＩ源２は、とても高いイオン化効率を与え、ＴＯＦ検出器７上で１００〜１５０個イオン／ｆｇに近づく。そのような感度において、１ｆｇの試料荷重は、検出に十分なイオン信号を与える。しかしながら、低分解能分析器（Ｒ≒１〜２Ｋ）と組み合わされるとき、主に化学物質バックグラウンドおよび錯体イオンに関する質量スペクトル干渉のために、装置の検出限界（ＬＯＤ）は、５０〜１００ｆｇに制限される。バックグラウンド信号の統計的変動によって、より弱い検体信号を識別することができない。発明者は、ＧＣ−ＴＯＦの感度とダイナミックレンジの両方は、より高いＴＯＦ分解能での装置の特異性で、および／またはＭＳ−ＭＳの特徴で改善することが期待されるという結論に達した。従来技術の知識に反して、最適化されたイオン光結合が利用されるのであれば、ｓｏ−ＥＩ源２は低発散イオンパケット（４ｋｅＶでΔα＝５ｍｒａｄ）を発生させ、この低発散イオンパケットは多重反射ＴＯＦ分析器の受容性に適合させることができる（すなわち、単反射ＴＯＦよりも著しく小さい受容性レベルに合い）ということを発明者は見出した。したがって、ｓｏ−ＥＩ源２を通り越した比較的広い（５〜１０ｍｍ）のイオンパケット２６は、ＭＲ−ＴＯＦ分析器の受容性にフィットするように再び焦点を合わせることがやはりできる。
【００５１】
[0068]ｓｏ−ＥＩ−ＭＲ−ＴＯＦの全体的なイオン化および伝達効率は、直交加速部を有するＭＲ−ＴＯＦに結合されたクローズドＥＩ源を有する代替のＧＣ  ＭＲ−ＴＯＦ構成に比較してずっと高く（クローズドＥＩのイオン化および伝達効率１〜３個のイオン／ｆｇのに比較して１５０個のイオン／ｆｇ）、これはｓｏ−ＥＩ−ＭＲ−ＴＯＦを、ＬＯＤの改善を達成するための好ましい解決策にさせるということを発明者はさらに見出した。さらに、ｓｏ−ＥＩ−ＭＲ−ＴＯＦは、それが輸送光学系または直交加速部を必要としないので複雑さがよりはるかに少ない。したがって、ｓｏ−ＥＩ−ＭＲ−ＴＯＦは、（ａ）ＬＯＤの改善、および（ｂ）装置の複雑さおよびコストの低下というセットの課題の両方を解決する正しいやり方である。
【００５２】
[0069]発明者は、ｓｏ−ＥＩ源２内に正にバイアスされたスリット１４の使用はイオンパケット２６の時間拡散を２倍から３倍の間で低下させることをさらに見出した。１００〜２００Ｖ／ｍｍの加速場を使用すると、イオンパケットの時間幅は、２５０ａｍｕで５ｎｓ、および５００ａｍｕで７ｎｓに減じられ得る。イオン雲の厚さは、十分に小さく（≒１．５ｍｍ）、そのような加速場は中くらいのエネルギー広がり（２００〜３００ｅＶ）を可能にし、４−５ｋＶを上回る加速電圧でＭＲ−ＴＯＦ分析器のエネルギー許容誤差範囲（７〜１０％）内に留まることを発明者はさらに見出した。イオンパケットパラメータ同士の組み合わせは、１０００ａｍｕのイオンについて１０ｍの飛行経路にわたっておよび４００μｓの飛行時間で与える中くらいのサイズのＭＲ−ＴＯＦ分析器内のＲ＝２０Ｋの分解能の取得を可能にする。ｓｏ−ＥＩ源２は、ＮＩＳＴの確認のためのスペクトル品質に悪影響を及ぼすことなく長い期間（４００μｓ）にわたってイオン蓄積を保持することができることを発明者はさらに見出した。他のイオンパケットパラメータの分析、およびそのようなイオンパケットについてのＭＲ−ＴＯＦのシミュレーションは、ＧＣ−ＭＲ−ＴＯＦの分解能が、分析器の収差によるものではなく、ｓｏ−ＥＩ源２の時間拡散によって主に制限されることを示した。（ＭＲ−ＴＯＦのための）媒体の分解能のため、よりゆるい機械公差が許容され、そのようなＭＲ−ＴＯＦ分析器は低コストで作製することができる。したがって、イオンパケットの初期パラメータの詳細な研究は、以下の提案、すなわち、（ａ）ｓｏ−ＥＩ源２とＭＲ−ＴＯＦ分析器の有効な結合、および（ｂ）従来技術のＧＣ−ＭＲ−ＴＯＦと比較して低い機械公差を有する低コストのＭＲ−ＴＯＦ分析器を導き出した。
【００５３】
[0070]ｓｏ−ＥＩ−ＭＲ−ＴＯＦの組み合わせの新規性は、以下の議論によってサポートされる。ｓｏ−ＥＩ源２は、大きい受容性を有する単反射ＴＯＦについての国際公開第２０１３１６３５３０号に最近紹介されたものであり、これは参照により本明細書に組み込まれる。したがって、知られているＧＣ−ＴＯＦの解決策は、ｓｏ−ＥＩ源２の優れたパラメータで動作することができない。ｓｏ−ＥＩ源２を高分解能ＭＲ−ＴＯＦへ組み合わせることは、そのような組み合わせは無用な複雑さを導き、良くない分解能を与え、酷いイオン損失を導くと従来の知識は教えてきたので、国際公開第２０１３１６３５３０号には想定されていなかった。しかし、反対に、発明者はＬＯＤの改善のために高分解能の重要性を発見し、適合するｓｏ−ＥＩ−ＭＲ−ＴＯＦの組み合わせを発明し、そのような組み合わせを開示した、以下に示すように、そのような結合のための有効な解決策を複数提供した。
【００５４】
[0071]ｓｏ−ＥＩ源とＭＲ−ＴＯＦの結合
[0072]図３を参照すると、本開示のｓｏ−ＥＩ−ＭＲ−ＴＯＦの組み合わせの実施形態３１は、セミオープン電子衝撃（ｓｏ−ＥＩ）源３２を多重反射飛行時間分析器３３（ＭＲ−ＴＯＦ）に組み込む。ＭＲ−ＴＯＦ分析器３３は、加速度ポテンシャルにおいて浮かべられているドリフト空間３５によって隔てられた一対の平行グリッドレスイオンミラー３４と、一セットの周期的レンズ３６と、第１のエンドデフレクタ３７および第２のエンドデフレクタ３８（両方任意）と、（好ましくは、以下に説明されるように拡張されたダイナミックレンジを有する検出器である）飛行時間検出器４０とを有する。ｓｏ−ＥＩ源３２は、別々のターボポンプを示す矢印３２Ｐおよび３３Ｐによって示されるように、差動ポンプ式チャンバに組み込まれる。ｓｏ−ＥＩ源３２は、約０．１ｃｍ２から１ｃｍ２の総開口を有するイオン化チャンバ１１と、図面平面に直交して向けられた電子ビームを発する（図１〜図２により詳細に示された）電子エミッタ１５と、少なくとも１つの（好ましくは２つの）正にバイアスされた電子スリット１４と、パルス加速プレート１８とを備える。ｓｏ−ＥＩ源３２は、コリメータ１９、レンズデフレクタ１０、およびドリフト空間延長部３５ｓが適合されている。
【００５５】
[0073]分析器３３は、飛行経路および飛行時間の延長のために小型分析器３３内の反射の回数を増加させるために、図３に示されるように平坦とするか、または国際公開第２０１１１０７８３６号に記載される（そして参照により本明細書に組み込まれる）ような円筒形とすることができる。分析器３３は、（参照により本明細書に組み込まれる）国際公開第２００５００１８７８号に記載されているような三次のエネルギー集束、または（参照により本明細書にやはり組み込まれる）国際公開第２０１３０６３５８７号に記載されているような高次の集束を伴うイオンミラー３４を有することができる。好ましくは、分析器は、ニッケルリンでコーティングされたアルミニウムミラーを用いる低コストの製造技術を用いて構築される。
【００５６】
[0074]所望の範囲の分解能（約Ｒ＝２０Ｋ〜２５Ｋ）を得るために、複数の条件が満たされるべきである。約１０００ａｍｕで１０ｎｓの時間拡散、（４ｋｅＶで）約２５〜５０ｍｍ＊ｍｒａｄの発散度、および２００〜３００ｅＶのエネルギー広がりを有するｓｏ−ＥＩイオンパケットに対応するために、ＭＲ−ＴＯＦ分析器３３は、少なくとも約５００ｍｍのキャップ間の距離、および少なくとも約４ｋｅＶの加速電圧を有するべきである。（ミラー電極の１つで約２倍高い電圧により実際的な制限の１０ｋＶまでの）より高い加速電圧の使用、および約１ｍ〜１．５ｍまでのより大きいキャップ間の距離の使用がより好ましい。分析器３３の飛行経路は、少なくとも約１２ｍ〜１５ｍまで延ばされるべきであり、飛行時間は、少なくとも約４００μｓ〜５００μｓまで延ばされるべきである。
【００５７】
[0075]所望の分解能を確保するとともにイオン損失を防ぐために、イオン入射手法は、概して、ｓｏ−ＥＩ源３２のイオンビーム発散度をＭＲ−ＴＯＦ分析器３３の受容性にマッチングさせるとともに、レンズデフレクタ１０におけるイオンビームの集束および舵取り、周期的レンズ３６における集束、およびデフレクタ３７および３８における舵取りに対応する飛行時間収差を最小にすべきである。そのようなマッチングをしない場合にはＺ方向の周期的レンズ３６の幅は必要な飛行経路全長に達しないようにとても大きくすることが必要とされ、大きいイオンパケットのＺ方向の幅によるＴＯＦ収差がイオンパケットの時間拡散をｓｏ−ＥＩ源３２によって与えられる初期の時間拡散に相当する値によって拡大することを評価は示す。
【００５８】
[0076]一実施形態では、詳細には、マッチングの好ましい手法は、以下の通りである。図３を参照すると、イオンパケットは、ｓｏ−ＥＩ源３２から始まるイオン軌道３９に従う。イオンパケットのタイムフロントがＺ軸に平行であることを確実にするために、ｓｏ−ＥＩ源３２は、Ｘ軸に対して角度αだけ傾斜される。レンズデフレクタ１０は、イオンパケット軌道を同じ角度αへ曲げる（結果として、軌道はＸ軸から２＊αだけずらされる）。イオンパケットのタイムフロントをイオンミラーと一線上に揃えるこの手法は、（ＯＡ−ＭＲ−ＴＯＦを開示する）国際公開第２００７０４４６９６号にさらに説明されており、これは参照により本明細書に組み込まれる。また、組み合わせの実施形態３１の検討される結合手法において、レンズデフレクタ１０は、エンドデフレクタ３７および３８の間の中間空間焦点３９Ｆへイオン軌道３９Ｔを集束させ、第１のエンドデフレクタ３７における角度２αから角度βへの時間拡散を回避することを可能にする（注目すべきことに、角度βは、周期的レンズ３６内のイオン軌道の傾斜に一致する）。レンズデフレクタ１０と（デフレクタ３７で組み合わせられた）周期的レンズ３６のセットの第１のものとの組み合わせは、ｓｏ−ＥＩ源３２によって生成された広いイオンパケットを第１のエンドデフレクタ３７の位置においてより狭いイオンパケットへの変換を同時に行う（ここで、イオンパケット幅は、ｓｏ−ＥＩ源３２からのイオンの角度発散によって、およびｓｏ−ＥＩイオン源３２から第１のエンドデフレクタ３７までの飛行経路長さによって決定される）。次いで、周期的レンズ３６のセットは、イオン軌道３９を第２のエンドデフレクタ３８へ再集束させ、イオンパケットが第２のエンドデフレクタ３８において傾斜するのを防ぎ、したがって、第２のエンドデフレクタ３８の励起から独立して検出器の表面平面に平行な位置において検出器４０へのイオンパケットのタイムフロントの到着を可能にする。この説明した手法は、角度発散を伴ってｓｏ−ＥＩイオン源３２から出発するイオンについてのイオンパケットのタイムフロントの傾斜をやはり防がない。
【００５９】
[0077]図４を参照すると、本開示のｓｏ−ＥＩ−ＭＲ−ＴＯＦの組み合わせの実施形態４１は、そのイオン軌道集束特性においてのみ実施形態３１と異なる。イオン軌道４２は、Ｚ方向に角度広がりを持ってｓｏ−ＥＩイオン源３２から始まり、第１のエンドデフレクタ３７内に位置する拡大領域４３によって示されるように、有限幅（典型的には、約４〜５ｍｍ）のパケットを形成し、それによって角度２αから角度βへのイオンの偏向は、検討されるイオンパケットのタイムフロントを必然的に傾斜させる。しかしながら、第２のエンドデフレクタ３８の位置に残っている任意の傾斜は、この第２のエンドデフレクタ３８によって傾斜されたさらなるパケットによってなくすことができ、イオンパケットは、検出器４０の表面に平行なタイムフロントを有するこの検出器４０へ到達するようになっている。代替として、イオンパケットを傾斜させる第２のエンドデフレクタ３８の代わりに、検出器４０の表面平面が、機械的に傾斜させられてもよい。この方法は、図３のイオン軌道３９がデフレクタ３８の位置の代わりに検出器４０の表面に集束されることを必要とする。
【００６０】
[0078]図５を参照すると、本開示のｓｏ−ＥＩ−ＭＲ−ＲＯＦの組み合わせの別の好ましい実施形態５１は、ｓｏ−ＥＩ源５２へのより簡単なアクセスを提供するとともに、ＭＲ−ＴＯＦ分析器５３の中へのイオン入射においてエネルギーフィルタリングも提供する。ｓｏ−ＥＩ源５２とＭＲ−ＴＯＦ５３との両方は、実施形態３１に関連して前述した構成要素と同様に構成要素を備える（したがって、図５は、ほとんど同じ符号を利用する）。源５２は、イオン軌道が約１８０°−β度向きを変えるように設計された等時性の曲がった入口（Ｃ入口）５４を介してＭＲ−ＴＯＦ分析器５３へ結合されており、ただし、βは、ＭＲ−ＴＯＦ分析器５３内のイオン軌道３９の（Ｘ軸からずれた）傾斜角である。図５のＣ入口５４の特定の実施形態は、穴５７および５８によって隔てられた３セットの静電セクタ５５を含む。穴の一方（例えば、図５中の第２の穴５８）が、空間的集束平面内に配置され、これによって空間的なイオン損失なく数パーセントのイオンエネルギーのフィルタリングを可能にする。適宜、伸縮式の１セットのレンズ６０が、Ｃ入口５４前に取り付けられる。
【００６１】
[0079]Ｃ入口５４の設計において考慮されるべき事項が存在する。曲がった入口は飛行時間集束を移動させるものであり、Ｃ入口５４の上流に自由飛行領域５９を備えることは好ましい。Ｃ入口５４は差動ポンプ管として働くことができるが、このために浮いたドリフト領域５９に差動穴を利用し、それによって分析器と同じ差動ポンプステージにＣ入口５４を設定し、ターボポンプ３３Ｐによって真空にされることを可能にすることがより実際的である。さらに、間違ったエネルギーレベルを有するイオンによる表面汚染を最小にするために、入射イオンがＣ入口５４の中に入る前に、レンズデフレクタ１０によって強力なヘリウムイオンビームを偏向させることが好ましい。Ｃ入口５４は、Ｍａｔｓｕｄａプレート上の電圧調整によってＭＲ−ＴＯＦエントランスにおけるイオンパケットの位置および角度の微調整に使用することができ、これはキャップ電極として円い静電セクタ５５を働かせる。本発明者は、国際公開第２００６１０２４３０号（これは参照により本明細書に組み込まれる）におけるそのような調整手法に関してさらなる詳細を与える。
【００６２】
[0080]再び図５を参照すると、手法５１の別の改善は、１セットの望遠レンズ６０の包含および利用を伴う。レンズセット６０は、エネルギーフィルタリング用穴５８の位置でこの位置における可変角度のイオンパケットの広がりを用いて空間焦点を形成するように調節される。この変形例は、Ｃ入口５４からの出口における最終的なイオンビーム幅の必要なマッチングを与える。イオンパケット幅の理由からレンズセット６０に起因する二次の時間収差は、イオンパケットのタイムフロントの傾斜と時間収差との両方による時間拡散をなくすために、曲がったＣ入口５４によってもたらされる反対符号の収差によって補償することができる。
【００６３】
[0081]図４〜図５の例示的な機器および方法は、ｓｏ−ＥＩ源３２、５２とＭＲ−ＴＯＦ分析器３３、５３との間の最適な結合を提供する。この最適な結合は、ＭＲ−ＴＯＦ分析器の受容性に対するｓｏ−ＥＩ源の空間発散度を採用し、また一方、伝達改善のためにイオンビームを最適に再集束すると共にテイラー展開の一次Ｔ｜Ｙ＝０、Ｔ｜Ｚ＝０、Ｔ｜ａ＝０、およびＴ｜ｂ＝０へ少なくとも時間拡散を最小にする（ここで、ＹおよびＺは横方向の空間的広がりであり、ａおよびｂはイオンパケットの横方向の角度広がりである）。ＭＲ−ＴＯＦ分析器に対するｓｏ−ＥＩ源を有効におよび等時性的に採用する複数の他の入射システムも開示される。そのようなさらなる開示されたインターフェースは、以下の要素、すなわち、（ｉ）イオン源を収容するとともに前記イオンミラー間に配置される差動ポンプ式チャンバと、（ｉｉ）イオン源を外部取り付けするための等時性の１セットの曲がった静電セクタと、（ｉｉｉ）イオン軌道を変位させるための等時性の１セットの曲がった静電セクタと、（ｉｖ）空間集束レンズと共に組み合わされる静電セクタまたはデフレクタで構成されるエネルギーフィルタと、（ｖ）ヘリウムイオンを偏向させるためにまたは粗い質量選択のためにパルス電源を備えたレンズデフレクタと、（ｖｉ）イオン源の背後に配置されたグリッドレスイオンミラーと、（ｖｉｉ）等時性空間集束のためにイオン源に組み入れられた曲がった場の加速器と、（ｖｉｉｉ）空間集束の平面に配置されその後に空間集束レンズが続く差動穴と、および／または（ｉｘ）角度広がりを広げることを犠牲にして空間パケットサイズを減少させるための望遠レンズ系とを含む。
【００６４】
[0082]空間電荷制限およびパルス生成手法
[0083]ｓｏ−ＥＩ源２、３２、５２の高感度は、（約１ｎｇ〜１０ｎｇにおけるまたはそれらの間における）モノグラムのレンジ内で高試料荷重で空間電荷制限を引き起こす可能性がかなりある。それらの影響は、ＭＲ−ＴＯＦ分析器３３、５３における長期の飛行時間により検出された約５００μｓのフル蓄積時間にてＭＲ−ＴＯＦ分析器３３、５３とｓｏ−ＥＩ源２、３２、５２との両方において予期される。数値計算を利用させていただくと、１秒のＧＣピーク当たりの１００ｉ／ｆｇまたは約１００ｉ／ｆｇの感度および１０ｎｇまたは約１０ｎｇの試料荷重で、イオンフラックスは、約１Ｅ＋９個イオン／秒に到達することが予期される。ａでのＭＲ−ＴＯＦ分析器３３、５３の動作が、標準的な体制（すなわち、５００μｓまたは約５００μｓ周期でのパルス生成源）である場合、１ショットあたりのイオンの個数は、約２Ｅ＋６個イオン／ショットに達する。通常、ＥＩスペクトルは、約３〜１０個の大きなピークによって表される。さらに、単一のｍ／ｚ比のイオンパケットあたりのイオンの個数は、３Ｅ＋５個または１Ｅ＋６個のイオンと同じくらいの高さであり得る。ＭＲ−ＴＯＦ分析器３３、５３は、約３００〜１０００個のイオンまで分解能を保持し、単一のｍ／ｚ比のパケットあたり約２〜３Ｅ＋４個のイオンまで影響を受けない質量精度を維持することが知られている。
【００６５】
[0084]図６を参照すると、好ましいモードにおけるｓｏ−ＥＩ−ＭＲ−ＴＯＦの組み合わせの動作について時間ダイアグラムが示されている。空間電荷制限の問題を解決するために、（ａ）放出パルスのデューティサイクルによって制御される交流ゲイン、および（ｂ）約１００ｋＨｚまでの平均周波数における間隔の短い符号化パルス生成という２つの解決策が開示される。
【００６６】
[0085]再び図６を参照すると、交流ゲイン６１の方法は、実験時間Ｔにおける時間ダイアグラムのセットによって示される。グラフ６２は、５００μｓまたは約５００μｓごとにデータ取得システム（ＤＡＳ）の周期開始を示す。グラフ６３は、交互のデューティサイクルが印加される（例えば、図３の反射電極の電極１２に印加され得る）プッシュパルスのタイミングを示す。プッシュパルスが印加されるとき、電子ビームは、図２の放出フェーズ２５の図に示されるように偏向させられる。パルス停止時間の期間は、ショット間で変化し、イオン信号強度の比例変化を伴った電子ビームにおけるイオン蓄積期間へ変化することを可能にする。変化する質量スペクトル強度は、グラフ６４に示される。スペクトルは、プロット６５に示されるように少なくとも２つの別個のメモリバッファ内で合計される。合計１は、より弱い質量ピークを分析するために使用される最大信号強度（強いショット）を有することになる一方、強いピークは、分析器の空間電荷限度、そこでＴＯＦ検出器のダイナミックレンジ、増幅器のダイナミックレンジ、およびＤＡＳのダイナミックレンジを飽和させることができる。それらの強い質量スペクトル信号は、より弱いショット（短い電子オープン時間）でデータシステムを飽和させず、合計２のスペクトルから抽出される。手法６６は、そのような交番は、弱いショット（例えば、約５μｓから５０μｓのオープン時間の間）がダイナミックレンジを２桁だけ拡大している間に（十分な信号統計がある）５〜１０ショットあたり１回だけ取得することができるので、感度との小さな折り合いで配置することができ、（５００μｓの電子オープン時間における）強いショットが８０％のデューティサイクルで取得することができることを示す。
【００６７】
[0086]図６を再び参照すると、間隔の短い符号化パルスを生成する方法６７は、実験時間Ｔにおける時間ダイアグラムにより示される。グラフ６２は、周期パルス、ＭＲ−ＴＯＦ分析器における最長のイオン飛行時間に対応する５００μｓの時間周期を用いるデータ取得システムのトリガを示す。グラフ６８は、５００μｓの期間の列内に加えられるプッシュパルスを示す。パルス列の詳細は、拡大図６８Ｚ内により明確に見られる。固有の時間間隔を有する例示的な列は、Ｔｊ＝Ｔ１＊ｊ＋Ｔ２＊ｊ＊（ｊ−１）という式６９によって説明され、ここでｊは列内のパルス数であり、Ｔ１はパルス間の平均周期、典型的には１０μｓであり、Ｔ２はピーク幅に比較して広く（例えば２０ｎｓで）選ばれる増分である。参照により本明細書に組み込まれる国際公開第２０１１１３５４７７号は、スペクトル符号化およびスペクトル復号化の他の詳細を説明する。高分解能ＭＲ−ＴＯＦ分析では、ＥＩスペクトルは、３０倍から５０倍の間だけスペクトル群を増加させるのに十分疎である。必要に応じて、スペクトル群は、対象の分析についての質量範囲内の中くらいの折り合いを犠牲にしてデューティサイクルを最大化するために、（例えば、図３のレンズデフレクタ１０によって達成され得る）部分質量フィルタリングによって減少させることができる。先の評価において、パケットあたり（すなわち、ショットあたりの質量ピークあたり）のイオンの最大個数は、１Ｅ＋６個のイオンとして評価された。ショットあたりのイオン蓄積時間の３０から５０倍の間の減少は、この最大数をパケットあたり２〜３Ｅ＋４個のイオンの間に低下させる。この減少は、ダイナミックレンジ全体において１〜２ｐｐｍの質量精度を維持するのに十分である。
【００６８】
[0087]長寿命の検出器
[0088]１Ｅ＋９個イオン／秒まで到達する開示されたｓｏ−ＥＩ−ＭＲ−ＴＯＦ機器の実施形態の非常に大きいイオンフラックスに対応するために、検出器のダイナミックレンジおよび寿命は、以下の新規なコンビネーションを利用して大きく強化され得る。
【００６９】
[0089]図７を参照すると、改良型飛行時間検出器の実施形態７１は、伝導性変換器７２と、磁石７３と、伝導性メッシュ７４で被せられまたは覆われたシンチレータ７５と、光電子倍増管７６とを備える。検出器７１は、ある程度まで、検出器７１の実施形態が飛行時間性能を改善するさらなる特徴を有することを除いて、広く普及したダリ検出器（Ｄａｌｙ  ｄｅｔｅｃｔｏｒ）と同様である。図７は、一般的な検出器４０の位置に組み込まれた検出器７１の実施形態を有する図３のＭＲ−ＴＯＦ分析器３１の一部も示す。
【００７０】
[0090]動作時、伝導性変換器７２は、Ｘ軸に垂直なＹ−Ｚ平面内に取り付けられるとともに、イオンパケット軌道３９に沿って衝突イオンパケットのタイムフロント３９Ｆに平行に取り付けられる。また、伝導性変換器７２は、ＭＲ−ＴＯＦ分析器３３のドリフト空間３５に対して数百ボルトだけ逆に浮いている（例えば、検出器７１の実施形態では、ドリフト空間３５における−５ｋＶの電位とは異なる３００Ｖの電位が存在する）。イオンは、（ｓｏ−ＥＩ源からの加速の原因である）５〜６ｋｅＶの間のエネルギーを有する伝導性変換器７２にぶつかり、次いで、ＧＣ−ＭＳにおいて分析される小さい分子（典型的には、５００ａｍｕ未満）についてはイオン−電子効率が１に近い状態で二次電子を放出する。放出された電子は、磁石７３により形成された磁場によって二次電子の軌道７７に沿って舵取りされつつ、伝導性変換器７２の電極とドリフト空間３５の電極との間の３００Ｖの差で加速される。磁石７３は、Ｚ方向に放出された電子の舵を取るためにＹ軸に沿って磁力線を形成するように取り付けられる。このバイアスは、シンチレータ７５上へ集束する電子を与えるために（０．００３テスラ（３０ガウス）から０．０３テスラ（３００ガウス）の間で選ばれる）所与の磁場の強さに相当するように調整される。磁石７３の軸は、（磁力線の曲率に帰する）二次電子のさらなるＹ方向の閉じ込めを行い、一方、９０度の磁気の舵取りは、Ｘ方向の自然な電子の閉じ込めを行うようにイオンビームの軸からずらされることが好ましい。それらの軌道７７に沿った二次電子は、メッシュで覆われた窓７８を通じてサンプリングされ、次いで正にバイアスされたシンチレータ７５へ加速される。シンチレータ７５のより高い（＋１０ｋＶまでの）バイアスは、より高い信号利得のために好ましいが、実際的な理由のために制限され得る。シンチレータ７５は、あらゆる電子エネルギー６０〜１００ｅＶごとに少なくとも１個の光子という高い電子／光子効率を有する高速有機シンチレータ（例えば、Ｓｔ．ＧｏｂａｉｎによるＢＣ４１８またはＢＣ４２２Ｑ）である。したがって、１０〜１５ｋＶのエネルギーにおける単一の二次電子は、少なくとも１５個の光子を形成する。これは、（本発明者の実験において約２０％の効率として評価された）制限された光子収集効率にもかかわらず、およびＰＭＴ７６における光エミッタの制限された光子効率（２５〜３０％）にもかかわらず、ほとんど全ての一次イオンの信頼できる検出を可能にする。
【００７１】
[0091]注目すべきことに、従来のハイブリッドＴＯＦ検出器は、全体的な信号利得を強化するためにシンチレータ７５の前にさらなるマイクロチャンネル（ＭＣＰ）ステージを用いることができ、シンチレータ７５の上部に薄い（１μｍ）アルミニウムコーティングを用いることもでき、それによってシンチレータの帯電を防ぐとともに光子収集を強化する。それらの２つの特徴は、そのような従来のハイブリッドＴＯＦ検出器の寿命とダイナミックレンジの両方を強く制限する。開示された検出器の実施形態７１は、それらの問題を緩和する。実施形態７１について開示された改善によりＭＣＰ増幅の必要をなくすので、（１Ｅ＋７個のイオン／秒／ｃｍ２の束密度で生じることが知られている）ＭＣＰの飽和がなく、シンチレータ７５上への電子線量は、（ＭＣＰ増幅がないので）１００倍から１０００倍だけ減少させられる。さもなければ低い再現性で高速電子を抑圧し得る薄いアルミニウムコーティングもない。また、したがって、実施形態７１は、大きいイオン線量でアルミニウムコーティングを損傷させる問題を解消もする。代わりに、堆積されたまたは覆う厚い金属伝導性メッシュ７４は、伝導性メッシュ７４の０．３〜１ｍｍのセルサイズにおける１ｋＶ／ｍｍでの表面放電および漏れによって、電子電荷の静電除去を行うのに十分であるように思われる。
【００７２】
[0092]延長された寿命を有する市販のＰＭＴ増幅器（例えば、ＨａｍａｍａｔｓｕによるＲ９８８０Ｕ）があり、３００クーロンが比較的短い（１．５ｎｓ）の立ち上がり時間を与えつつ出力電荷によって測定された。１Ｅ＋６の全体的な利得および１Ｅ＋９個イオン／秒の平均イオンフラックスにおいて、出力電流は１６０μＡである（すなわち、検出器７１は、２Ｅ＋６秒の間、最大荷重でほぼ５００時間、標準的な負荷で少なくとも１年の間、残ることが予期される）。外部ＰＭＴカップリングを用いて（例えば、光子を通過させるガラス管を介して）、ＰＭＴモジュール７６は、装置をベントすることなく再配置することができる。外部ＰＭＴカップリングは、図６に示されるように前述している頻繁パルスモードにおいて、パルス発生器からのピックアップを抑制するのを助けもする。
【００７３】
[0093]（通常、標準的な抵抗分割器による１００μＡまでの出力電流によって制限される）検出器７１の線形レンジが改善され得る。例えば、最後の数ステージは、より強力な供給部（少なくとも数ｍＡの電流制限）によって、または能動回路により制御されることによって供給され得る。検出器７１のダイナミックレンジを強化するために、最後のＰＭＴステージ７６は、バッファキャパシタに接続される。しかし、それらの標準的な解決策は、時間的ピーク信号には不十分であり得る。ダイナミックレンジのさらなる強化は、（ａ）検出器最大信号を２桁だけ低下させる源２、３２、５２における間隔の短い符号化されたパルス、または（ｂ）交流ゲインパルス、その後の高速カットオフおよび急速回復を伴う増幅器を用いることによって本明細書に開示される。両解決策は、本開示に前述されており、図６に示される。ダイナミックレンジは、（ａ）異なる集光効率を有するデュアルＰＭＴを使用する場合、（ｂ）異なるＰＭＴステージから信号を取得する場合、（ｃ）デュアル（トリプル）利得の出力を有する前置増幅器を使用する場合、および（ｄ）ショット間で電子収集効率またはＰＭＴ利得を交互する場合にさらに改善され得る。
【００７４】
[0094]注目すべきことに、開示されたｓｏ−ＥＩ−ＭＲ−ＴＯＦ装置３１、４１、５１は、（ａ）従来の（稀なパルス）動作方式（ｏｐｅｒａｔｉｏｎ  ｒｅｇｉｍｅ）、または（ｂ）従来の寿命の短いＴＯＦ検出器（典型的には、標準的なＭＣＰおよび非密封ＳＥＭの場合に１クーロン）を用いる場合、非現実的で考えられない。提案したパルス生成方法、すなわち、（参照により本明細書に組み込まれる同時係属出願における）間隔の短い符号化されたパルス生成または交流ゲインの手法、および現在開示されている長寿命の検出器は、これらの問題をまさに解決し、ｓｏ−ＥＩ−ＭＲ−ＴＯＦ３１、４１、５１を、ＧＣ−ＭＳ分析の感度およびダイナミックレンジを強化する実際的な解決策にさせる。
【００７５】
[0095]ソフトイオン化源
[0096]一実施では、好ましくは、ＧＣ−ＭＳ装置は、ｓｏ−ＥＩ源２、３２、５２に加えて、少なくともいくつかのソフトイオン化オプションを有する。ＮＩＳＴライブラリの化合物の約３０％は分子イオンを形成せず、それらの同定はソフトイオン化オプションを用いて強化される。ここで、本発明者は、化学イオン化Ｃｌ、コールドＥＩ、および分子ジェネレータをｓｏ−ＥＩ−ＭＲ−ＴＯＦ機器３１、４１、５１に結合するいくつかのやり方を提案する。
【００７６】
[0097]図８を参照すると、本開示の２つの実施形態８１および８５が示されており、ｓｏ−ＥＩ源５２は、外部生成されたイオン８４または外部から導入された分子ビーム８９のための直交加速部として用いられる。両者は、図１中の単反射ＭＳ３または図３〜図５中のＭＲ−ＴＯＦ分析器３３、５３などのＴＯＦを用いることができる。
【００７７】
[0098]図８を参照すると、本発明のＧＣ−ＭＲ−ＴＯＦの好ましい一実施形態８１は、ｓｏ−ＥＩ源３２、５２と（図８には示されていない）ＭＲ−ＴＯＦ分析器３３、５３とを備えた前述したｓｏ−ＥＩ−ＭＲ−ＴＯＦ機器３１、４１、５１を含む。加えて、ＣＩ源８２は、ｓｏ−ＥＩ源５２に直交して取り付けられ、好ましくは加熱したコリメータを有する輸送光学系８３を介して結合される。動作時、ＣＩ源８２は連続イオンビーム８４を形成し、連続イオンビーム８４は輸送光学系８３によってｓｏ−ＥＩ源エントランスポート５２ａ上へ空間的に集束される。電子ビームは、電子ビームの静電井戸内に外部生成されたイオンを蓄積する試みにおいてオンにすることができる。しかしながら、本実施形態では、電子ビームをスイッチオフし、従来の直交加速の方法を頼ることを提案する。連続イオンビーム８４の一部は、反射電極１２によってパルス式加速される。好ましくは、連続イオンビーム８４のエネルギーは、イオン軌道５６の傾斜を最小にするように５ｅＶから１５ｅＶの間に維持される。傾斜したイオンパケットは、ＭＲ−ＴＯＦ分析器３３、５３内でパケット軌道５６とイオン経路を揃えるように一対のレンズデフレクタ１０によって舵取りされる。好ましくは、パルス式加速は、装置のデューティサイクルをいっそう良くするように間隔の短い符号化で動作させられる。この方法は、ＣＩ分析のためにデューティサイクルと分解能の折り合いをつけることができるが、その方法は、ｓｏ−ＥＩ−ＭＲ−ＴＯＦ装置３１、４１、５１におけるソフトＣＩと標準的なＥＩイオン化法との間で単純な交互入替えを可能にする。
【００７８】
[0099]再び図８を参照すると、ＧＣ−ＭＲ−ＴＯＦのさらに別の好ましい実施形態８５は、外部分子ビーム発生器８６と結合されたｓｏ−ＥＩ源５２を示す。分子ビーム発生器８６は、ノズルチャンバ８７と、ヘリウムガスを約１００ｍＬ／分で供給するポート８７Ｇと、スキマー８８と、さらなるポンプ用ポート８７Ｐとを備える。好ましくは、さらなるポンプ用ポート８７Ｐは、ターボポンプ３２Ｐの差動入口に接続され、ソースチャンバを真空にする（すなわち、同発生器は、参照により本明細書に組み込まれる国際公開第２０１３１６３５３０号に説明されるような分子分離器として使用することができる）。適切なガス動的設定（すなわち、約０．１ｍｍの小サイズのノズルで、１ｍｍ開口のスキマー８８、および十分なポンピング８７Ｐは、少なくとも１０Ｌ／ｓ、より好ましくは７０〜３００Ｌ／ｓに等しくなる）において、分子ビーム発生器８６は、（推定マッハ数２または３、および１ｋｍ／ｓのヘリウムキャリアガスの熱運動速度で）検査対象分子を２〜３ｋｍ／ｓの速度で運ぶ振動的に冷たい検査対象分子のよい有向分子ビーム８９を形成する。ビームは、ｓｏ−ＥＩ源５２のソースチャンバ１１に向けられる。内部エネルギーの冷たい分子の電子イオン化は、よりソフトであり、標準的なＥＩ法に比較してずっとより強力な分子イオンを形成する。したがって、形成されたイオンは、検体速度を保持し、顕著なエネルギーレベル（例えば、３００ａｍｕのイオンについて速度３ｋｍ／ｓで１４ｅＶ）を有することが予期される。連続ビームは、集電器９０によって監視することができ、この集電器９０は、ソースチャンバ１１の出口穴を通り越してｓｏ−ＥＩ源５２内にある。好ましくは、ｓｏ−ＥＩ源５２内の総開口は、ｓｏ−ＥＩ源５２内で１３．３〜１３３Ｐａ（０．１〜１Ｔｏｒ）のガス圧で維持するために、および検査対象分子と残留ガスの間の衝突の回数を制限するために（例えば、それらを数回以下に制限するために）約１ｃｍ２である。連続分子ビーム８９の一部は反射電極１２によってパルス加速され、イオンパケットは一対のレンズデフレクタ１０によって偏向されてＭＲ−ＴＯＦ分析器３３、５３内でパケット軌道をイオン経路と揃える。好ましくは、パルス式加速は、装置デューティサイクルを強化するために間隔の短い符号化で動作させられる。この開示された方法は、ソフトＥＩのデューティサイクルおよび分解能と折り合うことができるが、実施形態３１、４１、５１においてそれはソフトＥＩと標準的なＥＩのイオン化方法の間で単純な交互入替えを可能にする。
【００７９】
[00100]図９を参照すると、本開示の別の実施形態９１は、上でより詳細に説明されたようにかつ図５に示されるように、曲がった入口５４を有するＭＲ−ＴＯＦ５３を備える。この実施形態は、連続イオンビームを形成する化学イオン化源９３と、パルス発生器９５に接続されたパルス式加速器（バンチャ９４）とをさらに備える。連続イオンビームは、コリメータ５９を通じてイオンが通過するように、そして曲がった入口５４を通り過ぎて集束するイオンパケット３９をもたらすように、レンズデフレクタ１０によって空間的に集束される。（好ましくはレンズデフレクタ１０の後に位置する）バンチャ９４は、連続イオンビームの一部を加速する。パケットは、中間空間集束平面で集束され、スリット５８によってエネルギーフィルタリングされ、このようにしてＭＲ−ＴＯＦ５３に適したパケットの一部を受け入れる。好ましくは、バンチャ９４は、間隔の短い符号化されたパルス生成方法に従って動作させられる。（米国出願第６１／９７３１１７号として当初出願され、参照により本明細書に組み込まれる）同時係属出願に説明されるように、この方法は、パルス変換のために１０〜２０％のデューティサイクルまで到達することを可能にする。
【００８０】
[00101]再び図９を参照すると、本開示のさらに別の実施形態９７は、ｓｏ−ＥＩ源９２に隣接して取り付けられた化学イオン化源９３を含み、このｓｏ−ＥＩ源９２は、空間集束レンズとして働き、いくつかの実施形態ではパルス式加速ステージとして働くことができる。本実施形態は、同じハードウェアセットをＣＩモードとＥＩモードの両方で動作させることを可能にする。ＣＩイオン化を用いると、ｓｏ−ＥＩ源９２はイオンビームを移動させる。ＥＩモードを用いると、中性の検査対象分子がＣＩ源９３の体積を通過する。
【００８１】
[00102]両実施形態９１および９７では、ＣＩ源９３は、連続または準連続イオンビームのいずれかを放出するように促進される。（バンチャ９４として具体化された）パルス式加速器は、イオンパケットを束ねる（代替としてまたは加えて、ｓｏ−ＥＩ源９２の反射電極１２が、イオンパケットを束ねてもよい）。（曲がった入口５４として具体化された）エネルギーフィルタは、ＭＲ−ＴＯＦ分析器５３のエネルギー受容性にマッチングするエネルギー受容性内に合うイオンの一部を通過させる。好ましくは、パルスは、分析のデューティサイクルを強化するために間隔の短い時間符号化（ＥＦＰ）で適用される。
【００８２】
[00103]実施形態９１および９５は、前述し組み込まれた本発明者による同時係属出願にさらに詳細に説明されている。
[00104]ｓｏ−ＥＩ−ＭＲ−ＴＯＦに関する結論
[00105]ｓｏ−ＥＩ源は、（位相空間あたりの検体信号を比較すると）約１０から１００倍明るいイオンビーム、電子ビーム内のイオン蓄積を伴う従来のオープンＥＩ源に比較して数倍短いイオンパケットを提供する。本開示は、空間および角度の再集束のための有効なイオン入射手法、イオンビーム入射時にＭＲ−ＴＯＦ分析器の収差を減少させるための等時性の手法、ｓｏ−ＥＩ源内およびＭＲ−ＴＯＦ分析器内の空間電荷制限の問題に対する解決策を含むｓｏ−ＥＩ源を有効に結合する複数の解決策を提案するとともに、大きい（すなわち、１Ｅ＋９個のイオン／秒までの）束を検出するために延長された寿命および増大したダイナミックレンジを有する検出器を提案した。そのような新規な開示された解決策がなく、かつ開示された明るいｓｏ−ＥＩ源がなくては、ＥＩ−ＭＲ−ＴＯＦの組み合わせは非現実的である。
【００８３】
[00106]ＧＣ−ＭＳ−ＭＳ
[00107]ＧＣ−ＭＳの特異性の遅れおよび感度により生じるＧＣ−ＭＳ感度の現在の限界は、ＭＳ１における順次の親選択時のデューティサイクル損失に通常関連したさらなる空間的損失にかかわらず、ＭＳ−ＭＳ分析の特異性を用いることによって改善することができる。ＧＣ−ＭＳ−ＭＳ分析は、高いＧＣ再現性のため、および対象の検査対象化合物の基本的興味のため、（プロテオミクスにおけるＬＣ−ＭＳ−ＭＳなどの）他のＭＳ−ＭＳ分析とは異なっており、対象の化合物の保持時間および親質量は、分析前に知られている。保持時間あたりの親質量の事前マッピングは、単一のまたは非常に少ない親イオンの質量の選択を可能にし、そしてＭＳ−ＭＳの使用は、信号強度を減少させず、一方、分析の選択性をしっかり改善する。
【００８４】
[00108]ｓｏ−ＥＩ源の発散度は、（ａ）親イオンパケットの適切な時間および空間集束、ならびに（ｂ）娘イオンパケットのための適切な時間および空間再集束および後段加速を与える場合、ＴＯＦ−ＴＯＦ分析器に適合するのに十分小さい。
【００８５】
[00109]ＭＳ−ＭＳの特徴は、ＭＲ−ＴＯＦ分析器に組み入れられたまたは曲がった等時性の入口を介して結合された表面誘起解離（ＳＩＤ）フラグメンテーションセルを用いる場合、ｓｏ−ＥＩ−ＭＲ−ＴＯＦ装置において実現することができる。本発明者による国際公開第２０１３１９２１６１号（参照により本明細書に組み込まれる）は、両ＭＳステージのために同じＭＲ−ＴＯＦ分析器を用いることを説明する。それは、非冗長性サンプリング（ＮＲＳ）が間隔の短い符号化パルス生成（ＥＦＰ）と組み合わされる新規な多重化の手法を用いつつ１０〜２０％のデューティサイクルを用いて中くらいの親選択分解能（Ｒ１≒１００）で実現される包括的なＭＳ−ＭＳ（すなわち、平行または全質量）も説明する。
【００８６】
[00110]ＭＳ−ＭＳの特徴は、広いイオンパケットを中くらいのイオンエネルギーで小サイズのＣＩＤセルに集束させ、フラグメントを加速し、再集束させるなどの複数の対応するステップを行う場合、衝突誘起解離（ＣＩＤ）セルを用いてさらに実現することができる。ｓｏ−ＥＩ源の背後にある集束用反射器およびＣＩＤセルに組み入れられた時間イオン選択器などの複数の他の手段が、この手法を改善するために開示される。開示された機器は、分析のデューティサイクルおよびダイナミックレンジを強力に強化するためのＮＲＳ法およびＥＦＰ法に適合もする。
【００８７】
[00111]方法の構成に応じて、ＭＳ−ＭＳの効率は劇的に変化する。単反射ＴＯＦおよびＭＲ−ＴＯＦ分析器のためのいくつかの実際的なＭＳ−ＭＳの構成が、以下に開示される。
【００８８】
[00112]従来技術のＴＯＦ−ＴＯＦとの区別
[00113]米国特許第５７３９５２９号、米国特許第６７０３６０８号、米国特許第６７１７１３１号、米国特許第６３００６２７号、米国特許第６５１２２２５号、米国特許第６６２１０７４号、米国特許第６３４８６８８号、米国特許第６７７０８７０号、米国特許第７６６７１９５号、米国特許第８４６１５２１号、国際公開第２０１１０２８４３５号、米国特許第２０１２１６８６１８号、および国際公開第２０１３１３４１６５号に記載されるように（その各々は参照により本明細書に組み込まれる）、様々なタンデムＴＯＦ−ＴＯＦ装置が、ＭＡＬＤＩイオン源のために開発されている。しかしながら、ＭＡＬＤＩは、極めて小さい空間およびエネルギー発散度を有する本質的にパルス線源であり、それは一次分子イオンを形成し、これはＴＯＦ−ＴＯＦのためにそれらを優れたものにさせる。
【００８９】
[00114]ＥＩ源は、その非常に大きい発散度のため、ＥＩにより形成されたイオンの予期される準安定の分解のため、およびすでに形成されたフラグメントスペクトルのため、ＴＯＦ−ＴＯＦに適合すると考えられていなかったが、フラグメントをクロマトグラフィ時間と相関させることによって通常リカバーされる。
【００９０】
[00115]表１：ＤＥ  ＭＡＬＤＩ、標準的なオープンパルス式ＥＩ源、および最近導入のセミオープンｓｏ−ＥＩ源の間で初期イオンパケットパラメータを比較する。
【００９１】
【表１】
0006430531.tif 000002
【００９２】
[00116]ＭＡＬＤＩ源におけるイオンパケットパラメータを査定するために、１００μｍのレーザスポット、１〜２ｎｓの初期放出事象、５００ｍ／ｓの軸方向速度、プルームを放出する１５０〜２００ｍ／ｓの軸方向および半径方向の速度広がり、ならびに１ｋＶ／ｃｍの場の強さを有する取り出しパルスの印加前の３００ｎｓの遅延を想定する。取り出しパルスを印可する前、無相関な時間拡散は１ｎｓと考えられ、エネルギー広がりは１ｅＶと考えられる（すなわち、ΔＴ＊ΔＫ＝１ｎｓ＊ｅＶ）。３００ｎｓの遅延の後、パルスは３０ミクロンに拡大し、加速は３０ｅＶのエネルギー広がりおよび２ｎｓの時間拡散を誘起する。６０ｎｓ＊ｅＶの積にもかかわらず、それらの広がりは、強力に相関しており、これは、Ｍａｒｖｉｎ  Ｖｅｓｔａｌらによる米国特許第５７６０３９３号、米国特許第５６２５１８４号、および米国特許第６５４１７６５号（各々は参照により本明細書に組み込まれる）に記載されているようなＤＥ集束に使用される。無相関なエネルギー発散度は、１ｎｓ＊ｅＶのままである。角度発散は、７５〜１００ｍ／ｓの速度（すなわち、０．０５ｅＶ）で１０００ａｍｕの初期の半径方向のエネルギーによって定義される。５ｋＶへの加速の後、全角度発散は６ｍｒａｄになり、したがって空間発散度は０．５ｍｍ＊ｍｒａｄである。
【００９３】
[00117]したがって、ＭＡＬＤＩ源の空間および時間エネルギー発散度は、標準的なオープンＥＩ源のそれと比較して３桁小さく、最近導入されたｓｏ−ＥＩ源と比較して２から３桁小さい。多少の差が存在する。例えば、ＭＡＬＤＩ  ＴＯＦは２０〜３０ｋＶの加速度で動作するのに対し、ＥＩ−ＴＯＦは１〜５ｋＶの加速度で動作する。そして、ｓｏ−ＥＩが接地電位にある間、ＭＡＬＤＩ源は浮いている。最後に、ＭＡＬＤＩ源は、ｓｏ−ＥＩ源内のガス圧が１３．３ｍＰａ（０．１ｍＴｏｒ）から１３３ｍＰａ（１ｍＴｏｒ）の間で評価される間、真空にある。
【００９４】
[00118]分析特異性を改善する手段としてＥＩ源にＴＯＦ−ＴＯＦを利用することがある。発明者は、親イオンがずっと大きい発散度であるにもかかわらず、ビームの広がりの大部分がＣＩＤセルにおいて準安定の反跳で生じるので、フラグメントイオンの発散度はＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ−ＴＯＦのそれに相当するようになされ得ることを発見した。本発明者は、フラグメントイオンの許容可能なパラメータを実現するために、フラグメンテーションセルにおける同時の空間的および時間的集束と、それらのセルを実際的にできる限り短く作成することとを適用すべきであることをさらに発見した。
【００９５】
[00119]親イオンパラメータおよびフラグメントイオンパラメータの評価
[00120]ＴＯＦ−ＴＯＦ手法の分析および最適化は、表２にまとめられた様々なＭＳ−ＭＳステージにおけるイオンパケットパラメータの評価を必要とする。以下の数値例の適合性のために、そのような評価をさせていただく。質量５００ａｍｕの親イオン、およびフラグメントイオン質量１００ａｍｕを想定する。ＴＯＦ分析器における５ｋｅＶのイオンエネルギーと、１ｍの長さのＴＯＦ分析器における３ｍの飛行経路（Ｌ）とを想定する。フラグメンテーションが５００ｅＶである前の親エネルギーを想定する（すなわち、親イオンは、Ｖ２＝２ｅＵ／ｍに従って１４ｍｍ／μｓの速度で移動する）。
【００９６】
[00121]ソフトフラグメンテーション（ポストソース分解、ヘリウム原子との衝突、または面との滑空衝突）において、フラグメントの平均速度は、ほぼ同じままであり、これは１００ａｍｕのフラグメントが１００ｅＶの平均エネルギーで移動することを意味する。本発明者は、準安定のフラグメンテーションにおける最大反跳エネルギーが１ｅＶであると想定し、これは、重心において１．４ｍｍ／μｓの速度で１００ａｍｕがフラグメント反跳することを意味する。これは、＋／−１０％の最大速度広がり、および１０％の速度広がりの半値全幅（ＶＦＷＨＭ＝３％）をもたらす。これは、親軌道に対して１００ｍｒａｄのフラグメントの角度発散が、フラグメンテーション直後に生じることも意味する。１００ｅＶのエネルギーから５ｋｅＶのエネルギーまでの後段加速を説明すると、フラグメント角度発散は、エネルギーの２乗根として低下し、１４ｍｒａｄになる。注目すべきことに、１ｅＶの反跳エネルギーでのフラグメントイオンの角度発散は、フラグメント質量から独立しており、（１ｅＶ／５０００ｅＶ）の２乗根によって概算することができる。
【００９７】
[00122]ＣＩＤセルを配置するとき、平均で１回の衝突を引き起こすようにセル内のガス圧Ｐを調整することを想定する（すなわち、衝突したイオンの一部は、１−１／ｅに等しい）。５００ａｍｕのイオンの断面積は、１００Ａ２（すなわち、１Ｅ−１４ｃｍ２で想定される）。次いで、１気圧でｎ＝２．７Ｅ＋１９個の分子／ｃｍ３の場合、単一衝突の平均の条件は、長さ＊圧力の積Ｌ＊Ｐ＝３ｃｍ＊ｍＴｏｒで生じる。
【００９８】
[00123]ヘリウムガス（ｍ＝４ａｍｕ）を想定する。運動量保存を考えると、Ｍ＝５００ａｍｕの親イオンの衝突は、ｍ／Ｍのモーメントおよびエネルギー損失を引き起こす。これは、重心における約４ｅＶの衝突エネルギーに対応する。そのようなエネルギーは、比較的小さいおよびすでに励起された分子イオンのフラグメンテーションを導入するのに十分であると想定する。次いで、親イオンについての最大角度広がりは、ＦＷＨＭ＝８ｍｒａｄにおいて＋／−８ｍｒａｄとして評価され得る。しかしながら、低い速度および衝突自体により引き起こされる角度広がりにもかかわらず、フラグメンテーションは、同じ１ｅＶの反跳エネルギーで生じる可能性があり、フラグメンテーションセルに１００ｍｒａｄの発散を引き起こすとともに、ＴＯＦ分析器に１４ｍｒａｄの発散を引き起こす。注目すべきことに、発散評価において、ガス衝突は、（５０ａｍｕまでの）小さい親質量であり、フラグメント質量から独立であるとしても、フラグメント反跳と比較して小さい要因のままであり。また、注目すべきことに、フラグメント散乱の観点からすると、より重いガスを使用することができ、それによってより小さい親のエネルギーを可能にする。
【００９９】
[00124]面との滑空衝突を整えるとき（ＳＩＤ）、滑空イオン経路に沿ったイオンエネルギーの保存と、＋／−５０ｍｒａｄの発散に相当する１ｅＶの半径方向のエネルギーの広がりとを想定する。１ｅＶの反跳エネルギーと組み合わされたそのような発散は、セルに１４０ｍｒａｄの角度発散を引き起こすとともに、ＴＯＦ分析器に２０ｍｒａｄの発散を引き起こすことが期待される。
【０１００】
[00125]そのような評価の結果は、表２に示される。この点において、以下のことを強調する。ｓｏ−ＥＩ源を通り越した一次ビームの発散度は、ＭＡＬＤＩ源よりも１００倍大きいが（すなわち、５０対０．５）、それは、ＣＩＤセルを通り過ぎた発散度（２００ｍｍ＊ｍｒａｄ）より小さい。
【０１０１】
[00126]表２：予想イオンパケットパラメータの概要
【０１０２】
【表２】
0006430531.tif 000003
【０１０３】
[00127]図１０を参照すると、速度および角度の分布の全ての計算において、最大の広がりは半値全幅よりも約２倍広い、Ｍａｘ＝２ＦＷＨＭという想定をした。手法１０１では、初期イオン方向と反跳方向との間の角度をβとして記号を付けると、等方性の反跳またはＣＩＤ散乱における確率（立体角）は、Ａｂｓ［ｓｉｎ（β）］に比例する。ｃｏｓ２（Ｖ／Ｖｍａｘ＊π／２）の反跳速度の分布の最も単純なモデルを想定すると、そこで、速度Ｐ（Ｖ）および角度Ｐ（ａ）の確率分布は、Ｍａｘ＝２ＦＷＨＭの関係をサポートするグラフに示される。
【０１０４】
[00128]ＭＳ−ＭＳ用のｓｏ−ＥＩ源の後の集束
[00129]フラグメンテーションセルのいくらかの有限長内のイオン角度散乱は、フラグメントイオンパケットの発散度を増大させる（表２参照）。いかなる場合でも、フラグメント反跳は、ＦＷＨＭがフラグメンテーションセル内で１００ｍｒａｄであるとともにＴＯＦ２内で１５ｍｒａｄである最も広い角度発散を与えることが予期される。
【０１０５】
[00130]広いイオンパケット（１０ｍｍ）のためのフラグメンテーションを配置する場合、イオンパケット発散度は、単反射ＴＯＦの受容性にほとんど合わない。Ｌ＝３ｍのＴＯＦ２分析器の場合、特に、ＰＭＴの窓が幅８ｍｍである図７の長寿命の検出器を用いる場合、イオンパケットは４５ｍｍだけ発散し、これにより損失を引き起こす。さらに、イオンの広いパケットの再集束は、顕著な時間収差を加える可能性がかなりある。
【０１０６】
[00131]ここに、ｓｏ−ＥＩ源に適した一般的な解決策を開示する。一次イオンビームの全角度発散が、５ｋＶで５ｍｒａｄ（ＦＷＨＭ＝２．５ｍｒａｄ）、および５００ｅＶで１５ｍｒａｄ（ＦＷＨＭ＝７．５ｍｒａｄ）であることを考慮に入れると、フラグメンテーションセルの中への親イオンの空間集束は、解決策を与える。（低い収差のシステムを意味する）空間集束における位相空間の保存を想定すると、ビームは、１０ｍｍ＊１５ｍｒａｄから２ｍｍ＊７５ｍｒａｄへ再集束することができる。そして、フラグメンテーションセルにおける散乱後、（反跳発散の１００ｍｒａｄに関する平方として加えられる）全角度発散は、直径２．５ｍｍで１３０ｍｒａｄ（すなわち、３００ｍｍ＊ｍｒａｄ）となる。１００ｅＶから５ｋｅＶへの後段加速後、フラグメントイオンの全発散は、２０ｍｒａｄ（ＦＷＨＭ）へ（平均エネルギー比の２乗根として）７倍の減少を受け、フラグメントイオンの発散度は、４０〜５０ｍｍ＊ｍｒａｄ（ＦＷＨＭ）になる。開示された親イオンの集束は、３倍の発散度の改善をもたらし、ＭＲ−ＴＯＦ分析器の受容性にそれを適合させる。コンパクトで長寿命の検出器を有する単反射ＴＯＦ  ＭＳ分析器については、フラグメントの空間集束を用いない場合、伝達は９倍に改善する。フラグメントの空間集束を用いる場合、レンズ系の球面収差はイオンパケット直径の平方として高くなり、３倍の発散度の減少は、球面飛行時間収差を９倍低下させることが予期される。
【０１０７】
[00132]再び図１０を参照すると、位相空間図１０２は、フラグメンテーションセルの中への親集束の利点を示す。より小さい（破線の）楕円は親イオンに対応し、より大きい（白い）楕円はフラグメントに対応する。フラグメンテーションセルへの親イオンの空間集束に対応する左図は、フラグメントイオンに最小の発散度（楕円の面積）を与える。発散度の減少に加えて、空間集束は、ほぼ完全な伝達でＣＩＤセルの狭い穴の中にイオンビームを閉じ込めるのを助ける。
【０１０８】
[00133]また、標準的なオープンＥＩ源を使用する場合、これにより（ｓｏ−ＥＩ源と比較して）一方向の空間発散度が３〜４倍大きくなり、ＣＩＤセルの限られた受容性およびＴＯＦ分析器の限られた受容性を通じての少なくとも１０倍低い伝達を意味する、イオン損失が酷くなることに留意されたい。
【０１０９】
[00134]よく似た問題が、この問題がエネルギー分割効果（すなわち、フラグメントイオンのエネルギーＥＦが、フラグメント質量ＭＦ：ＥＦ＝ＥＭ＊ＭＦ／Ｍに比例して低下する）によるとともに、初期イオンの大きいエネルギー広がりによってまとめられることを除いて、時間エネルギー空間に存在する。理想的には時間選択器（ＴＩＳ）平面と組み合わせられた中間時間集束平面をフラグメンテーションセルに設定することが絶対必要である。そして、この平面は、ＴＯＦ２ステージについての中間時間焦点面になる。５００ｅＶから５０００ｅＶへの後段加速後、エネルギー広がりは、単反射ＴＯＦのエネルギー受容性（Ｒ＝１０Ｋにおいて２５％）およびＭＲ−ＴＯＦのエネルギー受容性（Ｒ＝５０Ｋについて１０％）に適合することになる。
【０１１０】
[00135]ｓｏ−ＥＩについての最大の課題は、集束系の収差を制限しつつ空間的集束平面と時間的集束平面の両方を組み合わせることにある。ここで、本発明者は、（ａ）源の背後の内蔵レンズと共にグリッドレスミラーを使用すること、および（ｂ）グリッドレスイオンミラーの半分に似ている空間集束グリッドレス加速器を使用することといった２つの新規な解決策を提案する。
【０１１１】
[00136]ポストソース分解（ＰＳＤ）
[00137]ポストソース分解（ＰＳＤ）を用いるＴＯＦ−ＴＯＦ法は、参照により本明細書に組み込まれる米国特許第６３００６２７号（ＢｒｕｋｅｒによるＬＩＦＴ）に記載されるように、単反射ＴＯＦ分析器を有するＭＡＬＤＩ源のために開発された。ポストソース分解は、第１のリニアＴＯＦレグ内で生じる。関心の特定の親イオンに対応するフラグメントは、時限イオン選択器（ＴＩＳ）ゲートによって、例えば、第１の時間焦点面に位置するＢｒａｄｂｅｒｒｙ−Ｎｉｅｌｓｅｎバイポーラワイヤゲート（ＢＮゲート）によって選択される。好ましくは、第１のＴＯＦレグは、著しくより小さい加速度ポテンシャルで配置され、全てのフラグメントが、イオンミラーにおけるより良い飛行時間集束のためにＴＩＳ後に後段加速される。フリーフィールド領域内のフラグメンテーションは、いわゆるエネルギー分割効果になる傾向があり、フラグメントイオンのエネルギーは、フラグメントと親質量の比Ｅ’＝Ｅ＊ｍ／Ｍとして低下する。ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦおよびＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ−ＴＯＦにおいて開発されたいくつかの飛行時間集束方法が存在する。ＭＡＬＤＩ  ＰＳＤに対応するある方法では、ミラー電位は、（イオンミラーの２０〜３０％のエネルギー受容性に合っている）特定の範囲のフラグメント質量に焦点を合わせるように降下される。この方法は、遅く、効果的でない。別の方法では、フラグメントイオンは、フラグメントイオン集団全体についてイオンミラーのエネルギー受容性内に合うように加速電圧の少なくとも２／３によってＴＩＳの後に加速される。第３の方法は、時間選択を与えるためにフラグメント集団のパルス集群（パルス式加速が特定の平面に生じるイオンについての飛行時間集束を与える）に対応する。
【０１１２】
[00138]電子衝撃イオン化は、準安定イオンを形成することが知られており、ＰＳＤ  ＴＯＦ−ＴＯＦ法を用いることを想定することができる。フラグメンテーションセルは、ｓｏ−ＥＩ源の後に親イオンのフラグメンテーションを促進することができる。しかしながら、ＴＯＦ−ＴＯＦ法を適用するとき、ｓｏ−ＥＩ源は（表１に示されるような）ずっと大きい空間および時間エネルギー発散度を与えることを考えるべきである。
【０１１３】
[00139]図１１を参照すると、実施形態１１１は、ｓｏ−ＥＩ源２を用いた従来のＴＯＦ−ＴＯＦ法を適用することの問題を例示するように示されている。実施形態１１１は、接地されたｓｏ−ＥＩ源２および単反射ＴＯＦ３を用いる。ＭＲ−ＴＯＦオプションも構成されるが、簡素化のために、単反射ＴＯＦが示される。セミオープンＥＩ源２は、０．１ｃｍ２と１ｃｍ２の間の取り出し穴２７を有するとともに正にバイアスされたスリット１４を有する取り出し電極１７を備えたソースチャンバ１１を備える。１ｍＬ／分のヘリウム流において、ガス圧は、１３．３ｍＰａ（０．１ｍＴｏｒ）〜１３３ｍＰａ（１ｍＴｏｒ）として評価される。機器１１１は、差動穴をプレート１１３内に有する中間ドリフトチャンバ１１２をさらに備え、好ましくはパルス状である−３００Ｖと−１０００Ｖの間の中間加速電圧でスリットを有するパルス式加速プレート１８に電気的に接続される。機器１１１は、パルス発生器１１６に接続された時間セレクタゲート１１４と、ドリフトチャンバ５の加速電圧（典型的には、−５ｋＶ）に接続されたＴＯＦエントランスメッシュ１１５とをやはり備える。
【０１１４】
[00140]動作時、限られた量の準安定の分解は、ｓｏ−ＥＩ源２を通り過ぎて生じる。ソースチャンバ１１内のガス圧は、標準的なオープンＥＩ源と比較して上昇し、これにより衝突誘起解離（ＣＩＤ）を促進する。取り出し電極１７内の最適な０．５ｃｍ２のソース開口（取り出し穴２７）およびＧＣの後の１ｍＬ／分のヘリウム流において、源内のガス圧が、１００Ａ２（１Ｅ−１４ｃｍ２）の断面積を有する５００ａｍｕのイオンについての３ｃｍの平均自由行程に対応する約０．１Ｐａ（約１Ｅ−６Ｂａｒ）であることを計算した。両影響は、中間ドリフトチャンバ１１２に準安定のフラグメンテーションを引き起こすことが予期される。プレート１１３内の差動穴は、ヘリウム分子とのおおよそ単一のイオンの衝突を与えるために使用することができる。数値的な例として、中間ドリフトチャンバ１１２中のガス圧は０．３ｍＢａｒであり、中間ドリフトチャンバ１１２の長さは１０ｃｍである。フラグメンテーション後、フラグメントは、ＴＩＳ（時間セレクタゲート１１４）によって、例えば、短期間にわたって散乱偏向をスイッチオフすることによって設定された親イオンの速度で、中間ドリフトチャンバ１１２のフィールドフリー領域内で飛翔する。
【０１１５】
[00141]ＰＳＤ−ＴＯＦ−ＴＯＦ法についての問題および解決策
[00142]ｓｏ−ＥＩ源（広いビーム、大きいエネルギー広がり、および第１の時間集束までの短い距離）の詳細は、従来技術のＴＯＦ−ＴＯＦ法を不満足な解決策にさせた。
【０１１６】
[00143]第１の問題は、ｓｏ−ＥＩ源から遠くに時間焦点面を配置する場合、親イオンの時間拡散が大きいことである。（親イオンの任意の理にかなった時間選択に必要な）５ｃｍの時間焦点距離を配置するために、ｓｏ−ＥＩ源における場の強さは、２５倍（４ボルト／ｍｍ）よりも大きく低下させられなければならない。評価として、（無視できるほどに短い第２の加速ステージにおける）２ステージ加速の焦点距離ＬＴ＝２ａｎであり、ただし、ａは第１のステージの長さであり、ｎはステージ後の速度の比である。ＬＴ＝５０ｍｍおよびａ＝５ｍｍにおいて、あるものはｎを５に設定することを必要とする（すなわち、加速度場の強さは４Ｖ／ｍｍである）、これは５００ａｍｕについては１５０ｎｓという法外に大きい値までターンアラウンドタイムを増加させる。リニアＴＯＦ  ＭＡＬＤＩについて注目すべきは、この問題は、米国特許第５７６０３９３号（これは参照により本明細書に組み込まれる）に記載されるように連続モードにおいてまたは遅延抽出を使用するときに小さい相対的なエネルギー広がりにおいてずっとよりソフトである。
【０１１７】
[00144]焦点距離を延ばすとともに、ターンアラウンドタイムを減少させるために、源は、遅延抽出を用いて動作させることができる。スリット電位は電子ビームを時間的にロックするためにパルス調整され、イオン取り出しパルスはマイクロ秒の遅延にて印加される。しかしながら、本発明者自身の実験において実験的に発見されたこの効果は限定される。このため、本明細書では、源からの実際の距離で時間焦点面に対応するために、（以下に説明されるとともに図１２に示されるように）ｓｏ−ＥＩ源の背後の反射ミラーの使用を開示する。数値例としては、焦点距離は、加速度場を１００Ｖ／ｍｍに維持するためにＬＴ＝１０ｍｍに調整される。次いで、時間選択器は次の焦点面に移動させられ、これは、５０から１００のオーダーで時間ゲートの十分な分解能を与えるために源からもっとさらに遠くに移動されてもよい。
【０１１８】
[00145]本発明者による参照により本明細書に組み込まれる同時係属出願は、代替の解決策を説明しており、焦点面は、さらなるバンチャを用いることによって源からずっと遠くに離されるように移動させられる。
【０１１９】
[00146]第２の問題は、ｓｏ−ＥＩ源を通り過ぎたイオンパケットの大きい幅（７ｍｍ）により生じる。フラグメント反跳は、ＴＯＦ２ステージにおいて３０ｍｒａｄ（最大）の角度広がりを形成し（表２）、したがって、全パケット発散度は、単反射ＴＯＦ分析器にとってもあまりに高い（２００ｍｍ＊ｍｒａｄ）ものになる。空間集束が適用されない場合、イオンパケットは、ＴＯＦ分析器の３ｍの飛行経路内で３０〜６０ｍｍにわたって広がる。検出器上へ集束するビームの問題は、低コストのＧＣ−ＭＳ装置にとって望ましくない加速度ポテンシャルを約２０ｋｅＶ（ＭＡＬＤＩの場合）まで増大させることによって一部解決することができる。この問題は、レンズ系を用いて解決することもできるが、これは、幅広いかつ発散するイオンパケットを大きい発散度で集束するときに顕著な時間拡散を増す。
【０１２０】
[00147]フラグメントイオンの全発散度を減少させるとともに最小の時間拡散で空間集束を取り扱うために、フラグメンテーションを約２ｍｍの大きさの小サイズのビームにする前の親イオンの空間集束を開示する。そして、フラグメントイオンの発散度は、（開示された集束のない２００ｍｍ＊ｍｒａｄに比較して）６０ｍｍ＊ｍｒａｄ低下する。親イオン集束のステップにおいて球面収差を減少させるために、ここに、本発明者は、（ａ）球面収差を補償する内蔵レンズを備えたバックステージイオンミラーの使用、または（ｂ）方法（ａ）のイオン軌道および場の半分に似ている加速器内に空間集束を有するｓｏ−ＥＩ加速ステージの使用のいずれかを開示する。反射イオンミラーは源の近くに中間時間集束を設定し、したがって通常の加速度場（１００〜２００Ｖ／ｍｍ）を使用してターンアラウンドタイムを５００ａｍｕにおいて７ｎｓまで減少させることを可能にするので、反射イオンミラーが好ましい。
【０１２１】
[00148]第３の問題は、（ａ）（１００〜１５０ｅＶで評価されるとして前述した）ｓｏ−ＥＩ源を通り過ぎた親イオンパケットについての広いエネルギー広がり、および（ｂ）ＰＳＤ法における長期の分解経路の組み合わせにより生じる。準安定の分解は、２０％の速度広がりを加える（表２参照）。第１のＴＯＦレグ（ＴＯＦ１）における１０ｃｍの飛行経路において、フラグメントは、＋／−１ｃｍおよび＋／−７００ｎｓの飛行時間だけ親イオンから分離し、これは時間とエネルギー広がりの大きな積ΔＴ＊ΔＫをもたらし、したがってＴＯＦ２ステージにおける分解能を損なわせる。親イオンパケットにおけるエネルギー広がりが大きいので、パルス式後段加速（ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ−ＴＯＦに広く用いられるバンチング）は、効果的でなくなる。ＭＳ−ＭＳを有効にさせるために、フラグメンテーションは、ずっと短い距離で時間焦点面の近くに配置されなければならない。本明細書では、フラグメンテーション経路を減少させるために高められたガス圧における短い（５〜１０ｍｍの）ＣＩＤセルの設定を提案する。（平均で）１回の衝突をもたらすために、セルガス圧は、０．４〜０．８Ｐａ（３〜６ｍＴｏｒ）に調整される。セル開口は、２ｍｍのサイズへ集束されるように以前に評価されたように、イオンビームを通過させるために少なくとも２〜３ｍｍのサイズとすべきである。過度のガス負荷を防ぐために、ｓｏ−ＥＩ源と共にＣＩＤセルを第１のポンピングステージに取り付けることを開示する。バックミラーを有する実施形態では、ｓｏ−ＥＩ源自体がＣＩＤセルとして動作することができる。代替として、本発明者は、滑空衝突で動作する貫通ＳＩＤセルの使用を開示する。フラグメントイオンの時間エネルギー発散度を改善する同じ理由のために、本発明者は、短い長さ（３〜５ｍｍ）のＳＩＤセルの使用を開示する。
【０１２２】
[00149]したがって、ｓｏ−ＥＩ源の特性（広いビーム、大きいエネルギー広がり、および第１の時間集束までの短い距離）は、空間的および時間的集束のためにさらなる解決策を必要とし、短いフラグメンテーションセルを配置するようになっている。
【０１２３】
[00150]ＳＩＤセルを有する実施形態
[00151]図１１を再び参照すると、改良型ＭＳ−ＭＳ機器１１７は、前述のｓｏ−ＥＩ源２およびＴＯＦ分析器３と、短い（３〜５ｍｍ）ＳＩＤセル１１８と、パルス発生器１１６によって駆動されるＴＩＳゲート１１４とを備える。好ましくは（必ずではないが）、さらなるパルス発生器は、スリット１４の少なくとも１つに接続される。ＳＩＤセル１１８は、（例えば、幅０．５〜１ｍｍおよび長さ３〜５ｍｍであり得る）平行チャンネルが形成される。好ましくは、このチャンネルは、約５〜１０度の角度でＴＯＦ軸から傾斜されるが、この範囲から変更されてもよい。チャンネルの幾何学的形状は、３０〜５０％の通過伝達を与えるように設定される。ＳＩＤセル１１８は、プレート１７中の取り出し穴２７のすぐ近く（２０〜３０ｍｍ）に配置される。好ましくは、ＳＩＤセル１１８は、ＭＳのみの体制とＭＳ−ＭＳ体制の間で切り替えるために取り外し可能である。そして、好ましくは、ＳＩＤフラグメンテーションにおける電荷移動を減少させるために、ＳＩＤセル１１８は、１３３×１Ｅ−７Ｐａ（１Ｅ−７Ｔｏｒ）の範囲以下の蒸気圧を有する長いフッ素重合体などの真空グリースでコーティングされる。
【０１２４】
[00152]ある動作モードにおいて、電子ビームは、放出パルスを反射電極の電極１２に印加する前に約５〜１０μｓのスリット１４へ負のパルスを印加することによって閉じられる。遅延中、（ｓｏ−ＥＩ源の実験的研究において決定された）５０ｍｅＶエネルギーにおける５００ａｍｕのイオンについて熱速度０．１４ｍｍ／μｓを有するイオン雲は、１〜１．５ｍｍから４〜５ｍｍへ拡大する。次いで、この速度は、イオンの位置に強く相関することになり、５００ａｍｕのイオンについて７ｎｓの無相関なターンアラウンドタイムをなお維持しつつ、取り出しパルスの振幅は、（例えば、１０ｍｍの加速ギャップで２００〜３００Ｖのパルス振幅を用いて）２０〜３０Ｖ／ｍｍへ減少させられ得る。イオンは、ＳＩＤフラグメンテーションを滑空５〜１０度でチャンネル表面と衝突させるのに十分と想定される約５００ｅＶまで取り出し穴２７、プレート１７、およびＳＩＤセル１１８の間で加速される。滑空衝突における表面誘起解離は、半径方向および軸方向のエネルギー広がりを両者１ｅＶ内で導入することが期待される。フラグメントは、（親イオン速度の＋／−１０％内の）ほぼ同じ速度で移動することが期待される。（例えば、すでに説明されたＢＮゲートを備え得る）ＴＩＳゲート１１４が、ＳＩＤセル１１８のすぐ近くに設定され、時間エネルギー空間内のイオンパケットの広がりを最小にするようになっている。フラグメントイオンは、ＴＯＦ分析器３のエネルギー受容性に合うように、ＴＩＳゲート１１４の後に５ｋＶのエネルギーまで加速される。適宜、フラグメントは、（例えば、バンチング法を利用することによって）ＴＯＦ検出器７上へ集束する時間の間にＳＩＤセル１１８の後にパルス加速される。
【０１２５】
[00153]ＭＳ−ＭＳ機器１１７は、実施形態１１１を超えるいくつかの改善をもたらす。第１に、ＭＳ−ＭＳ機器１１７は、焦点面距離を２倍〜３倍（すなわち、２０〜３０ｍｍだけ）延ばす。第２に、ＭＳ−ＭＳ機器１１７は、焦点面をフラグメンテーション領域とマッチングさせる。第３に、ＭＳ−ＭＳ機器１１７は、短いセルを用いることによりフラグメンテーションにおける時間拡散を減少させる。第４に、ＭＳ−ＭＳ機器１１７は、フラグメンテーションセル上へ集束する時間により時間エネルギー空間における広がりを減少させる。フラグメント反跳のため、相対的速度広がりの最大は＋／−１０％であり、ＦＷＨＭは１０％である。１４ｍｍ／μｓの速度におけるビームは、２００ｎｓ内で３ｍｍのＳＩＤセル１１８を通過し、２０％の速度変化が４０ｎｓの時間拡散（ＦＷＨＭ）を生じさせ、これは、顕著であるが、実施形態１１１の中間ドリフトチャンバ１１２における７００ｎｓの広がりに比較してさらにずっと少ない。しかしながら、ＭＳ−ＭＳ機器１１７は、最適であることからから程遠い。ＭＳ−ＭＳ機器１１７は、（空間集束のためのＳＩＤセル１１８までの距離があまりに短いので）一次イオンビームの空間集束を用いず、したがって、それは、フラグメントイオンの大きい空間発散度を形成する。フラグメントイオンの角度広がりは、ＣＩＤセル内で２００ｍｒａｄ、後段加速後にＴＯＦ２レグにおいて３０ｍｒａｄとして評価される。イオンパケットの全幅（１０ｍｍ）を想定すると、空間発散度は、（ＴＯＦ分析器３内）ＴＯＦ２レグにおいて３００ｍｍ＊ｍｒａｄであり、これは単反射ＴＯＦとしてもなお大きく、ＭＲ−ＴＯＦ分析器の受容性（４０〜５０ｍｍ＊ｍｒａｄ）をかなり上回る。その上、熱いイオン源に対してＳＩＤ面がすぐ近くであることは、源汚染のさらなる危険を生じさせる。これらの問題の解決策は、以下に説明される実施形態に開示される。
【０１２６】
[00154]好ましいＭＳ−ＭＳ実施形態
[00155]図１２を参照すると、本開示のタンデムＭＳ機器１２１の好ましい一実施形態は、セミオープン（ｓｏ−ＥＩ）源２と、飛行時間質量分析計３と、ＣＩＤセルとして図１２に示されたフラグメンテーションセル１２４と、グリッドレス空間集束イオンミラー１２３とを備える。ｓｏ−ＥＩ源２のイオン化体積（すなわち、プレート１２とプレート１７の間の空間）は、検査対象分子の集中のために０．１ｃｍ２から１ｃｍ２の間の総開口を有するとともに、イオンを保持し二次電子を除去するための正にバイアスされたスリット１４を有する。図示のＣＩＤセル１２４は、ヘリウム線供給部１２４ｇと、時間イオン選択器ＴＩＳバイポーラメッシュ１２４ｓとを有する。好ましくは、セルは、２〜３ｍｍの開口、５〜１０ｍｍの長さを有し、約０．４〜０．８Ｐａ（３〜６ｍＴｏｒ）のガス圧までヘリウムで満たされ、それによって平均して１個のイオンとガスの衝突の手はずを整える。セルは、ポンプ２Ｐにより真空にされた第１の差動ポンプステージ内に位置する。ＣＩＤセルからのガス負荷は、ガスクロマトグラフからのガス流（１ｍＬ／分）に相当すると思われる。ＴＯＦ  ＭＳ３は、単反射ＴＯＦまたは多反射ＴＯＦのいずれかであり得る。ＴＯＦ  ＭＳ３のドリフト領域５は、ＣＩＤセル１２４の後の約５０〜１００ｍｍに位置するレンズを備える。好ましくは、ＣＩＤセル１２４の出口およびドリフト領域５のエントランスは、弱い集束加速用レンズの形態を有する。
【０１２７】
[00156]動作時、イオンを源２に蓄積した後、プッシュアウトパルス（例えば、１０ｍｍのイオン化ギャップにおいて１０００Ｖの振幅）が、上プレート１７へ印加され、上プレート１７は、平均Ｋ＝５００ｅＶのエネルギーおよび約ΔＫ＝１００ｅＶのエネルギー広がりでミラー１２３にイオンを飛び込ませる。グリッドレスイオンミラー１２３は、フラグメンテーションセル１２４の中心およびバイポーラメッシュ１２４ｓと一致する焦点面に集束するエネルギーごとにＸ｜Ｘ＝０の空間集束およびＴ｜Ｋ＝０の時間であるように設計される。空間集束は、距離−時間軸を有する図１２２による物理空間内のイオン軌道および時間−エネルギー集束によって示される。大きい初期Ｘおよびゼロの初期角度を有する軌道１２６は、ＣＩＤセル１２４の中心へ集束される（Ｘ｜Ｘ＝０）。軌道１２７は、ゼロの初期Ｘと、（本開示において５００ｅＶで２ａ＝１５ｍｒａｄとして先に評価した）中くらいの初期角度ａとに対応する。イオン源２はＣＩＤセル１２４に近いので、（平行と点は、逆軌道において点と平行も意味する）逆軌道の原理によりＸ｜Ｘ＝０なので、当初発散する軌道は、平行ビームに変換される。源からミラーキャップの距離を１００ｍｍと想定すると、軌道１２７のビームサイズは、１５ｍｒａｄ＊１００ｍｍ＝１．５ｍｍとして評価することができる。軌道１２６は、とても狭いビームの中に、しかしＣＩＤセル１２４において得られる完全発散に相当することが示されている５０ｍｒａｄの完全発散で、集束することができる。従来のレンズとは対照的に、内蔵レンズを有するイオンミラーは、球面収差を取り除くことができる（すなわち、Ｔ｜ｘ＝０においてＴ｜ｘｘ＝０）。ミラーは、Ｔ｜ｋ＝０およびＴ｜ｋｋ＝０、Ｔ｜ａ＝０などの複数の他の収差も補償する。
【０１２８】
[00157]飛行時間集束は、Ｘ−Ｔ図１２２によって示される。曲線１２８および１２９は、電子ビーム中心からいちばん端のＸ距離を始点とするイオンに対応する。結果として、それらは、異なる量のエネルギーを得る。曲線１２８および１２９の交点は、時間的集束（すなわち、Ｔ｜ｋ＝０）に対応する。第１の時間焦点面は源の後に生じ、第２のものはＣＩＤセル１２４の中心に生じる。破線は、Ｘ−Ｔグラフ１２２と機器１２１の位置との間の座標Ｘの一致を示す。グラフ中の挿入は、ＣＩＤセル１２４のＸのあたりを拡大する。初期軌道１２８および１２９は交差するが、新たに生まれたフラグメントは、曲線１３０によって示されたわずかに異なる速度を有する。それらの曲線１３０は、初期曲線１２８および１２９から始まる。しかしながら、Ｔ−Ｋの相関関係の中にいくらかの拡散があるように思われるが、無相関な時間拡散は、短いＣＩＤセル１２４（５〜１０ｍｍ）を用いることによって減少させることができる。フラグメント速度における＋／−１０％の差を考えると、無相関な時間拡散は、ＣＩＤセル１２４に費やされた時間の２０％として評価することができ、２０ｎｓとして評価される。したがって、２０ｎｓの精度の場合、ＣＩＤセル１２４は、最小の時間拡散および大きいエネルギー広がりを有する有効なエミッタになり、これは単反射ＴＯＦまたはＭＲ−ＴＯＦ  ＭＳによって時間集束されることが知られている。適宜、バンチングパルスが、ＴＯＦ検出器でイオンパケットを圧縮するためにＣＩＤセル１２４へ印加される。先に説明したように、注意深く設計された加速ステージは、最小の球面収差を有する空間集束をもたらすことができる。
【０１２９】
[00158]図１３を参照すると、本開示の別の好ましいタンデムＭＳ１３１の実施形態は、セミオープン源２と、飛行時間質量分析器３と、フラグメンテーションセル１３４と、空間集束レンズ１３３とを備える。加速器を形成するプレート１２および１７は、イオンミラーの半分に似ている空間集束レンズを与えるように設計される。タンデムＭＳ１３１は、異なる空間集束手段を用いることだけがとても似ている機器１２１とは異なり、機器１２１は内蔵レンズ１２３を有するミラーを利用し、タンデムＭＳ１３１は内蔵レンズ１３３を有する加速器を利用する。
【０１３０】
[00159]再び図１３を参照すると、本開示の別のタンデムＭＳ１３２の実施形態は、セミオープン源２と、飛行時間質量分析器３と、レンズ１３３と、フッ素重合体によってコーティングされたプローブ１３４Ｐを有する表面誘起解離セル１３４と、時間選択ゲート１３４ｓとを備える。
【０１３１】
[00160]動作時、プッシュアウトパルスは、イオンパケットをＳＩＤセル１３４に向けて送るためにプレート１７へ印加される。時間選択ゲート１３４ｓは、親イオン中に通しつつ短い時間の間開いているバイポーラワイヤゲートを用いてイオンパケットを選択し、そして後にフラグメントイオンの中くらいの帯域を通過させるようになっている。時間選択ゲート１３４ｓは、できる限りＳＩＤセル１３４の表面の近くに位置する。親選択は、国際公開第２０１３１９２１６１号（これは参照により本明細書に組み込まれる）に記載されるように軸方向のエネルギーを変化させることに基づく。強い減速において、軸方向エネルギーの不足は、イオンが反射されることを引き起こし、または少なくとも強くそらされる。親イオンが表面に当たり遅いフラグメントイオンを形成した後の約１〜２μｓの遅延後、加速用パルスが電極ＳＩＤセル１３４およびプローブ１３４Ｐに印加され、フラグメントイオンを放出する。タンデムＭＳ１３１は、親と伝達フラグメントイオンの両方の選択を満足させるために質量選択に関してとても限定された能力を有する。実際の一例では、ゲートは、低い質量のカットオフのために働くことができ、これは低質量イオンを本来形成する強い炭化水素マトリックスの存在においてＭＳ−ＭＳスペクトルを抽出するのに未だにかなり役立つ。
【０１３２】
[00161]参照により本明細書に組み込まれる本発明者による国際公開第２０１３１９２１６１号の出願は、ＭＲ−ＴＯＦ分析器内に配置されるＳＩＤフラグメンテーションを用いた複数の改良された手法を説明する。本明細書では、全てのそれらのＭＲ−ＴＯＦ−ＳＩＤ−ＭＲ−ＴＯＦ手法は、図１２〜図１３に示されるように一次イオンビームの空間集束手法を用いるとき、標準的なオープン源の代わりにｓｏ−ＥＩ源を用いることによって大きく有益となることを開示する。
【０１３３】
[00162]図１４を参照すると、本開示の実施形態１４１は、外部ｓｏ−ＥＩ源１４２および外部ＳＩＤセル１４９が曲がった等時性の入口１４３および１４６を介してＭＲ−ＴＯＦ分析器１４４に接続されたＭＲ−ＴＯＦタンデムを含む。国際公開第２０１３１９２１６１号は、参照により本明細書に組み込まれる。
【０１３４】
[00163]動作時、ＴＩＳゲート１４７上の非冗長性サンプリングに加えるとともにＳＩＤパルス生成の時間符号化遅延に加えて、本明細書では、別の次元の符号化、すなわち、外部ｓｏ−ＥＩ源１４２の間隔の短い符号化による符号化を開示する。より高い次元の符号化は、より高度の非冗長性を増し、タンデムのさらにより高いデューティサイクルを可能にする。
【０１３５】
[00164]外部ｓｏ−ＥＩ源１４２の使用は、オープン源と比較してイオン源の輝度を非常に増大させる。本開示に開示された空間再集束の新しい手法（例えば、図１２〜図１３参照）は、ｓｏ−ＥＩ源を有するＭＲ−ＴＯＦ分析器の能力をさらに改善する。
【０１３６】
[00165]図１５を参照すると、タンデムＭＳの実施形態１５１は、ＭＲ−ＴＯＦ分析器３３に組み込まれたｓｏ−ＥＩ源２と、フラグメンテーションセル１５２とを備える。ｓｏ−ＥＩ源２は、差動ポンプ壁によって囲まれ、ポンプ２Ｐによって真空にされる。源は、前述したように、図３に示されるように傾斜させられる。実施形態１５１が機器３と違うのは、フラグメンテーションセル１５２の使用にある。ガス負荷を減少させるために、ＣＩＤセル１５２を取り囲む囲い板が、第１の差動ポンプステージ２Ｐに接続される。囲い板およびＣＩＤセル１５２のイオン光学手法は、イオン伝達の改善のために最適化される。エントランス部はセル中心への局所的な空間集束をもたらし、出口部は発散パケットをほぼ平行なビームに変換することを行う。
【０１３７】
[00166]説明した例示的なＭＳ−ＭＳシステムに加えて、他のＴＯＦ−ＴＯＦタンデムが本明細書に開示されたｓｏ−ＥＩ−ＭＲ−ＴＯＦの組み合わせシステムに基づいて構築されてもよい。そのようなシステムは、通常、（ｉ）イオン源を通り越した親イオンを選択する時限イオン選択器、（ｉｉ）一次イオンをフラグメンテーションセルに同時に時間的および空間的に集束するためのｓｏ−ＥＩ源２の背後のグリッドレスイオンミラー、（ｉｉｉ）一次イオンをフラグメンテーションセルに同時に時間的および空間的に集束するためのｓｏ−ＥＩ源２に組み入れられた曲がった場の加速器、（ｉｖ）一次イオンパケットに面する表面誘起解離ＳＩＤセル、（ｖ）親イオンパケットの軌道に対して滑空角で配置された表面誘起解離ＳＩＤ、（ｖｉ）親イオンの単一の平均衝突に対応する１ｃｍ＊ｍＴｏｒから５ｃｍ＊ｍＴｏｒの間のＰ＊Ｌ積を維持するように調節されたガス圧Ｐで長さＬが１ｃｍ未満である短いＣＩＤセル内の衝突誘起解離ＣＩＤ、（ｖｉｉ）０．１ｃｍ２から０．３ｃｍ２の間でソース開口を選ぶことによって源２内に配置された衝突誘起解離ＣＩＤセル、（ｖｉｉｉ）フラグメンテーションセルを通り越したパルス式加速器、（ｉｘ）フラグメンテーションセルを通り越した空間集束レンズ、（ｘ）フラグメンテーションセルを通り越したフラグメントイオンパケットの後段加速、（ｘｉ）フラグメンテーションセルを通り越した舵取り手段という群のうちのいくつかの要素を含む。
【０１３８】
[00167]本明細書は多くの詳細を含むが、これらは本開示の範囲のまたは権利主張され得るもの範囲の限定として解釈されるべきではなく、むしろ本開示の特定の実施に特有の特徴の説明として解釈されるべきである。別個の実施の文脈で本明細書に記載されているある種の特徴は、単一の実施において組み合わせて実施することもできる。逆に、単一の実施の文脈で本明細書に記載されている様々な特徴は、複数の実施において別々に実施することもでき、または任意の適切な下位の組み合わせにおいて実施することもできる。また、特徴はある組み合わせにおいて作用するものとして上述され得、さらにそのようなものとして最初に権利主張され得るが、権利主張された組み合わせからの１つまたは複数の特徴は、場合によっては、その組み合わせから削除されてもよく、権利主張された組み合わせは、下位の組み合わせまたは下位の組み合わせの変形例に向けられてもよい。
【０１３９】
[00168]同様に、動作は特定の順序で図面に示されているが、これは、そのような動作が図示の特定の順序または連続した順序で行われること、あるいは所望の結果を実現するために示された全ての動作が行われることを必要とするものとして理解されるべきでない。いくつかの状況では、マルチタスクおよび並行処理が有利であり得る。また、上述した実施形態における様々なシステムの構成要素の分離は、全ての実施形態においてそのような分離を必要とするものとして理解されるべきではなく、説明したプログラムの構成要素およびシステムは、一般に、単一のソフトウェア製品に共に統合されてもよく、または複数のソフトウェア製品に実装されてもよいことを理解されたい。
【０１４０】
[00169]いくつかの実施が説明された。それにもかかわらず、本開示の要旨および範囲から逸脱することなく様々な変更がなされてもよいことが理解されよう。したがって、他の実施は、添付の特許請求の範囲の範囲内にある。例えば、特許請求の範囲に挙げられた動作は、異なる順序で実行されてもよく、それでもなお所望の結果を実現する。
【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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