(57)【要約】【課題】質量分析計【解決手段】飛行時間型質量分析器（７）を含む質量分析計が開示される。飛行時間型質量分析器（７）は、分圧器を形成する一連の抵抗器（２）によって相互接続される複数の電極（１）を含むイオンガイドを含む。イオンは、電極（１）に対する二相ＲＦ電圧の印加によって、イオンガイド内において径方向に閉じ込められる。イオンガイドの長さに沿って不均一な擬ポテンシャル力が維持されるように、分圧器に跨って付加的な単相ＲＦ電圧が印加される。【選択図】図２Ａ
2010511985.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電極を含むイオンガイドと、
イオンを前記イオンガイド内において径方向に閉じ込めるように構成及び適応される第１の手段と、
時間変化する不均一な軸方向電場を前記イオンガイドの軸方向長さの少なくとも一部分に沿って印加するように構成及び適応される第２の手段と、
を備える飛行時間型質量分析器。
【請求項２】
請求項１に記載の飛行時間型質量分析器であって、
前記イオンガイドは、
(i)多重極ロッドセット若しくはセグメント化多重極ロッドセット、
(ii)イオントンネル若しくはイオンファネル、又は
(iii)積層状若しくは配列状の平坦電極、平板電極、若しくはメッシュ電極を含む、飛行時間型質量分析器。
【請求項３】
請求項２に記載の飛行時間型質量分析器であって、
前記多重極ロッドセットは、四重極ロッドセット、六重極ロッドセット、八重極ロッドセット、又は８を超えるロッドを含むロッドセットを含む、飛行時間型質量分析器。
【請求項４】
請求項２に記載の飛行時間型質量分析器であって、
前記イオントンネル又はイオンファネルは、使用時にイオンを通過させるアパーチャを有する複数の電極又は少なくとも２、５、１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、若しくは１００個の電極を含み、前記電極の少なくとも５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、５５％、６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、９５％、又は１００％は、実質的に同サイズすなわち同面積の又はサイズすなわち面積が漸進的に大きくなる及び／若しくは小さくなるアパーチャを有する、飛行時間型質量分析器。
【請求項５】
請求項４に記載の飛行時間型質量分析器であって、
前記電極の少なくとも５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、５５％、６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、９５％、又は１００％は、(i)≦１．０ｍｍ、(ii)≦２．０ｍｍ、(iii)≦３．０ｍｍ、(iv)≦４．０ｍｍ、(v)≦５．０ｍｍ、(vi)≦６．０ｍｍ、(vii)≦７．０ｍｍ、(viii)≦８．０ｍｍ、(ix)≦９．０ｍｍ、(x)≦１０．０ｍｍ、及び(xi)＞１０．０ｍｍからなる群より選択される内径又は内部寸法を有する、飛行時間型質量分析器。
【請求項６】
請求項２に記載の飛行時間型質量分析器であって、
前記積層状若しくは配列状の平坦電極、平板電極、又はメッシュ電極は、複数の又は少なくとも２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、若しくは２０個の平坦電極、平板電極、又はメッシュ電極を含み、前記平坦電極、平板電極、又はメッシュ電極の少なくとも５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、５５％、６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、９５％、又は１００％は、使用時にイオンが移動する平面内に概して配置される、飛行時間型質量分析器。
【請求項７】
請求項６に記載の飛行時間型質量分析器であって、
前記平坦電極、平板電極、又はメッシュ電極の少なくとも一部又は少なくとも５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、５５％、６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、９５％、若しくは１００％は、ＡＣ電圧又はＲＦ電圧を供給され、隣り合う平坦電極、平板電極、又はメッシュ電極は、逆位相の前記ＡＣ電圧又はＲＦ電圧を供給される、飛行時間型質量分析器。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかに記載の飛行時間型質量分析器であって、
前記イオンガイドは、複数の軸方向セグメント又は少なくとも５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５、若しくは１００個の軸方向セグメントを含む、飛行時間型質量分析器。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれかに記載の飛行時間型質量分析器であって、
隣り合う電極間の中心間距離は、(i)＜０．５ｍｍ、(ii)０．５〜１．０ｍｍ、(iii)１．０〜１．５ｍｍ、(iv)１．５〜２．０ｍｍ、(v)２．０〜２．５ｍｍ、(vi)２．５〜３．０ｍｍ、(vii)３．０〜３．５ｍｍ、(viii)３．５〜４．０ｍｍ、(ix)４．０〜４．５ｍｍ、(x)４．５〜５．０ｍｍ、(xi)５．０〜５．５ｍｍ、(xii)５．５〜６．０ｍｍ、(xiii)６．０〜６．５ｍｍ、(xiv)６．５〜７．０ｍｍ、(xv)７．０〜７．５ｍｍ、(xvi)７．５〜８．０ｍｍ、(xvii)８．０〜８．５ｍｍ、(xviii)８．５〜９．０ｍｍ、(xix)９．０〜９．５ｍｍ、(xx)９．５〜１０．０ｍｍ、及び(xxi)＞１０．０ｍｍからなる群より選択される、飛行時間型質量分析器。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれかに記載の飛行時間型質量分析器であって、
前記イオンガイドは、(i)＜２０ｍｍ、(ii)２０〜４０ｍｍ、(iii)４０〜６０ｍｍ、(iv)６０〜８０ｍｍ、(v)８０〜１００ｍｍ、(vi)１００〜１２０ｍｍ、(vii)１２０〜１４０ｍｍ、(viii)１４０〜１６０ｍｍ、(ix)１６０〜１８０ｍｍ、(x)１８０〜２００ｍｍ、(xi)２００〜２２０ｍｍ、(xii)２２０〜２４０ｍｍ、(xiii)２４０〜２６０ｍｍ、(xiv)２６０〜２８０ｍｍ、(xv)２８０〜３００ｍｍ、及び(xvi)＞３００ｍｍからなる群より選択される軸方向長さを有する、飛行時間型質量分析器。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれかに記載の飛行時間型質量分析器であって、
前記第１の手段は、前記イオンガイド内においてイオンを径方向に閉じ込めるために、前記イオンガイドを構成する電極の少なくとも５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、５５％、６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、９５％、又は１００％に第１のＡＣ電圧又はＲＦ電圧を印加するように構成及び適応される第１のＡＣ電圧手段又はＲＦ電圧手段を含む、飛行時間型質量分析器。
【請求項１２】
請求項１１に記載の飛行時間型質量分析器であって、
前記第１のＡＣ電圧手段又はＲＦ電圧手段は、前記イオンガイドの電極に(i)＜５０Ｖ、(ii)５０〜１００Ｖ、(iii)１００〜１５０Ｖ、(iv)１５０〜２００Ｖ、(v)２００〜２５０Ｖ、(vi)２５０〜３００Ｖ、(vii)３００〜３５０Ｖ、(viii)３５０〜４００Ｖ、(ix)４００〜４５０Ｖ、(x)４５０〜５００Ｖ、及び(xi)＞５００Ｖからなる群より選択される最高最低振幅を有する第１のＡＣ電圧又はＲＦ電圧を供給するように構成及び適応される、飛行時間型質量分析器。
【請求項１３】
請求項１１又は１２に記載の飛行時間型質量分析器であって、
前記第１のＡＣ電圧手段又はＲＦ電圧手段は、前記イオンガイドの電極に(i)＜１００ｋＨｚ、(ii)１００〜２００ｋＨｚ、(iii)２００〜３００ｋＨｚ、(iv)３００〜４００ｋＨｚ、(v)４００〜５００ｋＨｚ、(vi)０．５〜１．０ＭＨｚ、(vii)１．０〜１．５ＭＨｚ、(viii)１．５〜２．０ＭＨｚ、(ix)２．０〜２．５ＭＨｚ、(x)２．５〜３．０ＭＨｚ、(xi)３．０〜３．５ＭＨｚ、(xii)３．５〜４．０ＭＨｚ、(xiii)４．０〜４．５ＭＨｚ、(xiv)４．５〜５．０ＭＨｚ、(xv)５．０〜５．５ＭＨｚ、(xvi)５．５〜６．０ＭＨｚ、(xvii)６．０〜６．５ＭＨｚ、(xviii)６．５〜７．０ＭＨｚ、(xix)７．０〜７．５ＭＨｚ、(xx)７．５〜８．０ＭＨｚ、(xxi)８．０〜８．５ＭＨｚ、(xxii)８．５〜９．０ＭＨｚ、(xxiii)９．０〜９．５ＭＨｚ、(xxiv)９．５〜１０．０ＭＨｚ、及び(xxv)＞１０．０ＭＨｚからなる群より選択される周波数を有する第１のＡＣ電圧又はＲＦ電圧を供給するように構成及び適応される、飛行時間型質量分析器。
【請求項１４】
請求項１１、１２、又は１３に記載の飛行時間型質量分析器であって、
隣り合う電極間又は隣り合う電極群間における前記第１のＡＣ電圧又はＲＦ電圧の位相差は、(i)＞０o、(ii)１〜３０o、(iii)３０〜６０o、(iv)６０〜９０o、(v)９０〜１２０o、(vi)１２０〜１５０o、(vii)１５０〜１８０o、(viii)１８０o、(ix)１８０〜２１０o、(x)２１０〜２４０o、(xi)２４０〜２７０o、(xii)２７０〜３００o、(xiii)３００〜３３０o、及び(xiv)３３０〜３６０oからなる群より選択される、飛行時間型質量分析器。
【請求項１５】
請求項１１ないし１４のいずれかに記載の飛行時間型質量分析器であって、
使用時に前記電極に印加される前記第１のＡＣ電圧又はＲＦ電圧は、使用時に前記イオンガイド内においてイオンを径方向に閉じ込める働きをする径方向の擬ポテンシャル井戸を生じさせる又は生成する、飛行時間型質量分析器。
【請求項１６】
請求項１１ないし１５のいずれかに記載の飛行時間型質量分析器であって、
前記第１のＡＣ電圧又はＲＦ電圧は、二相若しくは多相のＡＣ電圧又はＲＦ電圧を含む、飛行時間型質量分析器。
【請求項１７】
請求項１ないし１６のいずれかに記載の飛行時間型質量分析器であって、
前記第２の手段は、前記イオンガイドの軸方向長さの少なくとも５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、５５％、６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、９５％、又は１００％に沿って、時間変化する非ゼロの不均一な軸方向電場を印加するように構成及び適応される、飛行時間型質量分析器。
【請求項１８】
請求項１ないし１７のいずれかに記載の飛行時間型質量分析器であって、
前記第２の手段は、前記電極に第２のＡＣ電圧又はＲＦ電圧を印加するための手段を含む、飛行時間型質量分析器。
【請求項１９】
請求項１８に記載の飛行時間型質量分析器であって、
前記第２のＡＣ電圧又はＲＦ電圧は、単相のＡＣ電圧又はＲＦ電圧を含む、飛行時間型質量分析器。
【請求項２０】
請求項１８又は１９に記載の飛行時間型質量分析器であって、
隣り合う電極間又は隣り合う電極群間における前記第２のＡＣ電圧又はＲＦ電圧の位相差は、実質的に０oである、飛行時間型質量分析器。
【請求項２１】
請求項１８、１９、又は２０に記載の飛行時間型質量分析器であって、
前記第２のＡＣ電圧又はＲＦ電圧は、前記複数の電極の少なくとも一部に跨って印加される、飛行時間型質量分析器。
【請求項２２】
請求項１８ないし２１のいずれかに記載の飛行時間型質量分析器であって、
前記第２のＡＣ電圧又はＲＦ電圧は、少なくともｘ個の電極に印加され、ｘは、(i)＜１０、(ii)１０〜２０、(iii)２０〜３０、(iv)３０〜４０、(v)４０〜５０、(vi)５０〜６０、(vii)６０〜７０、(viii)７０〜８０、(ix)８０〜９０、(x)９０〜１００、(xi)１００〜１５０、(xii)１５０〜２００、及び(xiii)＞２００からなる群より選択される、飛行時間型質量分析器。
【請求項２３】
請求項１８ないし２２のいずれかに記載の飛行時間型質量分析器であって、
一動作モードにおいて、前記イオンガイドの軸方向長さに沿った１つ又は２つ以上の点における前記第２のＡＣ電圧又はＲＦ電圧の最大振幅は、時間によらずに実質的に一定に留まるように構成される、飛行時間型質量分析器。
【請求項２４】
請求項１８ないし２２のいずれかに記載の飛行時間型質量分析器であって、
一動作モードにおいて、前記イオンガイドの軸方向長さに沿った１つ又は２つ以上の点における前記第２のＡＣ電圧又はＲＦ電圧の最大振幅は、時間とともに変化、増大、又は減少するように構成される、飛行時間型質量分析器。
【請求項２５】
請求項１ないし２４のいずれかに記載の飛行時間型質量分析器であって、
前記複数の電極の少なくとも５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、５５％、６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、９５％、又は１００％は、分圧器すなわち抵抗鎖に沿った異なる点に接続される、飛行時間型質量分析器。
【請求項２６】
請求項１ないし２５のいずれかに記載の飛行時間型質量分析器であって、
前記第２の手段は、時間変化する軸方向電場を前記イオンガイドの軸方向長さの少なくとも一部分に沿って印加するように構成及び適応され、前記軸方向電場は、前記イオンガイドのイオン入口領域から前記イオンガイドのイオン出口領域に向かう方向に、前記イオンガイドの長さに沿って増大又は減少する、飛行時間型質量分析器。
【請求項２７】
請求項２６に記載の飛行時間型質量分析器であって、
前記軸方向電場は、前記イオンガイドのイオン入口領域から前記イオンガイドのイオン出口領域に向かう方向に、前記イオンガイドの長さに沿って直線的又は非直線的なかたちで増大又は減少するように構成される、飛行時間型質量分析器。
【請求項２８】
請求項１ないし２７のいずれかに記載の飛行時間型質量分析器であって、
前記第２の手段は、前記イオンガイドの軸方向長さの少なくとも一部分に沿って軸方向にイオンを加速又は減速させるように構成及び適応される、飛行時間型質量分析器。
【請求項２９】
請求項１ないし２８のいずれかに記載の飛行時間型質量分析器であって、
前記第２の手段は、１つ又は２つ以上の補助電極をさらに含む、飛行時間型質量分析器。
【請求項３０】
請求項２９に記載の飛行時間型質量分析器であって、
前記１つ又は２つ以上の補助電極は、前記イオンガイドを構成する前記複数の電極の外側に配置される、飛行時間型質量分析器。
【請求項３１】
請求項２９又は３０に記載の飛行時間型質量分析器であって、
前記１つ又は２つ以上の補助電極は、前記イオンガイドのイオン入口領域から前記イオンガイドのイオン出口領域に向かう方向に前記イオンガイドの長さに沿って変化、増大、又は減少する断面積又は断面形状を有する、飛行時間型質量分析器。
【請求項３２】
請求項２９、３０、又は３１に記載の飛行時間型質量分析器であって、
前記１つ又は２つ以上の補助電極は、軸方向にセグメント化される、飛行時間型質量分析器。
【請求項３３】
請求項１ないし３２のいずれかに記載の飛行時間型質量分析器であって、
１〜１００、１００〜２００、２００〜３００、３００〜４００、４００〜５００、５００〜６００、６００〜７００、７００〜８００、８００〜９００、９００〜１０００、又は＞１０００の範囲の質量電荷比を有する一価イオンは、前記イオンガイドを通る(i)０〜５０μｓ、(ii)５０〜１００μｓ、(iii)１００〜１５０μｓ、(iv)１５０〜２００μｓ、(v)２００〜２５０μｓ、(vi)２５０〜３００μｓ、(vii)３００〜３５０μｓ、(viii)３５０〜４００μｓ、(ix)４００〜４５０μｓ、(x)４５０〜５００μｓ、(xi)５００〜５５０μｓ、(xii)５５０〜６００μｓ、(xiii)６００〜６５０μｓ、(xiv)６５０〜７００μｓ、(xv)７００〜７５０μｓ、(xvi)７５０〜８００μｓ、(xvii)８００〜８５０μｓ、(xviii)８５０〜９００μｓ、(xix)９００〜９５０μｓ、(xx)９５０〜１０００μｓ、及び(xxi)＞１０００μｓの範囲のドリフト時間すなわち通過時間を有する、飛行時間型質量分析器。
【請求項３４】
請求項１ないし３３のいずれかに記載の飛行時間型質量分析器であって、
１〜１００、１００〜２００、２００〜３００、３００〜４００、４００〜５００、５００〜６００、６００〜７００、７００〜８００、８００〜９００、９００〜１０００、又は＞１０００の範囲の質量電荷比を有する一価イオンは、前記イオンガイドを通る(i)０〜１ｍｓ、(ii)１〜２ｍｓ、(iii)２〜３ｍｓ、(iv)３〜４ｍｓ、(v)４〜５ｍｓ、(vi)５〜６ｍｓ、(vii)６〜７ｍｓ、(viii)７〜８ｍｓ、(ix)８〜９ｍｓ、(x)９〜１０ｍｓ、(xi)１０〜１１ｍｓ、(xii)１１〜１２ｍｓ、(xiii)１２〜１３ｍｓ、(xiv)１３〜１４ｍｓ、(xv)１４〜１５ｍｓ、(xvi)１５〜１６ｍｓ、(xvii)１６〜１７ｍｓ、(xviii)１７〜１８ｍｓ、(xix)１８〜１９ｍｓ、(xx)１９〜２０ｍｓ、(xxi)２０〜２１ｍｓ、(xxii)２１〜２２ｍｓ、(xxiii)２２〜２３ｍｓ、(xxiv)２３〜２４ｍｓ、(xxv)２４〜２５ｍｓ、(xxvi)２５〜２６ｍｓ、(xxvii)２６〜２７ｍｓ、(xxviii)２７〜２８ｍｓ、(xxix)２８〜２９ｍｓ、(xxx)２９〜３０ｍｓ、(xxxi)３０〜３５ｍｓ、(xxxii)３５〜４０ｍｓ、(xxxiii)４０〜４５ｍｓ、(xxxiv)４５〜５０ｍｓ、(xxxv)５０〜５５ｍｓ、(xxxvi)５５〜６０ｍｓ、(xxxvii)６０〜６５ｍｓ、(xxxviii)６５〜７０ｍｓ、(xxxix)７０〜７５ｍｓ、(xl)７５〜８０ｍｓ、(xli)８０〜８５ｍｓ、(xlii)８５〜９０ｍｓ、(xliii)９０〜９５ｍｓ、(xliv)９５〜１００ｍｓ、及び(xlv)＞１００ｍｓの範囲のドリフト時間すなわち通過時間を有する、飛行時間型質量分析器。
【請求項３５】
請求項１ないし３４のいずれかに記載の飛行時間型質量分析器であって、さらに、
前記イオンガイドの軸方向長さの少なくとも一部分又は少なくとも５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、５５％、６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、９５％、若しくは１００％に沿って少なくとも一部のイオンを追い立てるために、前記イオンガイドの軸方向長さの少なくとも一部分又は少なくとも５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、５５％、６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、９５％、若しくは１００％に沿って実質的に一定のＤＣ電圧勾配を維持するためのＤＣ電圧手段を備える飛行時間型質量分析器。
【請求項３６】
請求項１ないし３５のいずれかに記載の飛行時間型質量分析器であって、さらに、
前記イオンガイドの軸方向長さの少なくとも５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、５５％、６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、９５％、又は１００％に沿って少なくとも一部のイオンを追い立てるために、前記イオンガイドを構成する電極の少なくとも一部に１つ若しくは２つ以上の過渡ＤＣ電圧若しくは過渡ＤＣ電位又は１つ若しくは２つ以上の過渡ＤＣ電圧波形若しくは過渡ＤＣ電位波形を印加するように構成及び適応される過渡ＤＣ電圧手段を備える飛行時間型質量分析器。
【請求項３７】
請求項１ないし３６のいずれかに記載の飛行時間型質量分析器であって、さらに、
前記イオンガイドの軸方向長さの少なくとも５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、５５％、６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、９５％、又は１００％に沿って少なくとも一部のイオンを追い立てるために、前記イオンガイドを構成する電極に２つ又は３つ以上の位相シフトされたＡＣ電圧又はＲＦ電圧を印加するように構成及び適応されるＡＣ電圧手段又はＲＦ電圧手段を備える飛行時間型質量分析器。
【請求項３８】
請求項１ないし３７のいずれかに記載の飛行時間型質量分析器であって、
前記飛行時間型質量分析器は、一動作モードにおいてイオンが第１の方向に移動し、前記イオンガイド内において反射され、次いで前記第１の方向と実質的に反対である第２の方向に移動する、リフレクトロン飛行時間型質量分析器を含む、飛行時間型質量分析器。
【請求項３９】
請求項１ないし３８のいずれかに記載の飛行時間型質量分析器であって、
一動作モードにおいて、イオンは、入口電極、入口領域、又は入口アパーチャを通じて前記イオンガイドに進入し、前記イオンガイドの長さを突っ切り、出口電極、出口領域、又は出口アパーチャを通じて前記イオンガイドから退出する、飛行時間型質量分析器。
【請求項４０】
請求項３９に記載の飛行時間型質量分析器であって、
イオンは、前記入口電極、入口領域、又は入口アパーチャから前記出口電極、出口領域、又は出口アパーチャへと突っ切る際に、前記イオンガイド内において軸方向に実質的に反射されない、飛行時間型質量分析器。
【請求項４１】
請求項１ないし４０のいずれかに記載の飛行時間型質量分析器であって、
前記イオンガイドの少なくとも一部分は、(i)＞０．００１ミリバール、(ii)＞０．０１ミリバール、(iii)＞０．１ミリバール、(iv)＞１ミリバール、(v)＞１０ミリバール、(vi)＞１００ミリバール、(vii)０．００１〜１００ミリバール、(viii)０．０１〜１０ミリバール、及び(ix)０．１〜１ミリバールからなる群より選択される圧力に維持されるように構成される、飛行時間型質量分析器。
【請求項４２】
請求項１ないし４１のいずれかに記載の飛行時間型質量分析器であって、
前記イオンガイドの少なくとも一部分は、(i)０．００１〜０．００５ミリバール、(ii)０．００５〜０．０１０ミリバール、(iii)０．０１〜０．０５ミリバール、(iv)０．０５〜０．１０ミリバール、(v)０．１〜０．５ミリバール、(vi)０．５〜１．０ミリバール、(vii)１〜５ミリバール、(viii)５〜１０ミリバール、(ix)１０〜５０ミリバール、(x)５０〜１００ミリバール、及び(xi)＞１００ミリバールからなる群より選択される圧力に維持されるように構成される、飛行時間型質量分析器。
【請求項４３】
請求項１ないし４２のいずれかに記載の飛行時間型質量分析器であって、
一動作モードにおいて、イオンは、それらのイオン移動度にしたがって実質的に分離されることなくそれらの質量電荷比にしたがって実質的に分離される、飛行時間型質量分析器。
【請求項４４】
請求項１ないし４２のいずれかに記載の飛行時間型質量分析器であって、
一動作モードにおいて、イオンは、それらの質量電荷比及び／又はそれらのイオン移動度にしたがって実質的に分離される、飛行時間型質量分析器。
【請求項４５】
請求項１ないし４４のいずれかに記載の飛行時間型質量分析器であって、
一動作モードにおいて、前記質量分析器は、衝突、フラグメンテーション、又は反応の装置として動作するように構成及び適応される、飛行時間型質量分析器。
【請求項４６】
請求項１ないし４５のいずれかに記載の飛行時間型質量分析器であって、
一動作モードにおいて、前記質量分析器は、前記イオンガイド内においてイオンを衝突によって冷却する又は熱運動化するように構成及び適応される、飛行時間型質量分析器。
【請求項４７】
請求項１ないし４６のいずれかに記載の飛行時間型質量分析器であって、
一動作モードにおいて、前記質量分析器は、イオン移動度分析計又はイオン移動度分離器として動作するように構成及び適応される、飛行時間型質量分析器。
【請求項４８】
請求項１ないし４７のいずれかに記載の飛行時間型質量分析器であって、
一動作モードにおいて、イオンは、前記イオンガイド内を第１の方向に通るように構成され、衝突、バックグラウンド、又はその他のガスは、前記イオンガイド内を第２の方向に流れるように構成される、飛行時間型質量分析器。
【請求項４９】
請求項４８に記載の飛行時間型質量分析器であって、
前記第１の方向は、前記第２の方向と実質的に反対である、飛行時間型質量分析器。
【請求項５０】
請求項４８に記載の飛行時間型質量分析器であって、
前記第１の方向は、前記第２の方向と実質的に同じ方向である、飛行時間型質量分析器。
【請求項５１】
請求項１ないし５０のいずれかに記載の飛行時間型質量分析器を備える質量分析計。
【請求項５２】
請求項５１に記載の質量分析計であって、さらに、
加速電極、押し込み電極、引き込み電極、又はグリッド電極を備え、一動作モードにおいて、イオンは、前記加速電極、押し込み電極、引き込み電極、又はグリッド電極に対する電圧パルスの印加によって、前記イオンガイド内へと加速される、質量分析計。
【請求項５３】
請求項５２に記載の質量分析計であって、
前記加速電極、押し込み電極、引き込み電極、又はグリッド電極は、前記イオンガイドの入口電極、入口領域、又は入口アパーチャに隣接して配置される、質量分析計。
【請求項５４】
請求項５１、５２、又は５３に記載の質量分析計であって、さらに、
前記イオンガイドの前記入口電極、入口領域、又は入口アパーチャに隣接して配置されるイオン検出器を備える質量分析計。
【請求項５５】
請求項５１、５２、又は５３に記載の質量分析計であって、さらに、
前記イオンガイドの出口電極、出口領域、又は出口アパーチャに隣接して配置されるイオン検出器を備え、前記出口電極、出口領域、又は出口アパーチャは、前記入口電極、入口領域、又は入口アパーチャと反対側の前記イオンガイドの端に配置される、質量分析計。
【請求項５６】
請求項５１ないし５５のいずれかに記載の質量分析計であって、さらに、
前記飛行時間型質量分析器の上流及び／又は下流に配置されるさらなるイオンガイド、イオントラップ、又はイオン捕捉領域をさらに備える質量分析計。
【請求項５７】
請求項５６に記載の質量分析計であって、
前記さらなるイオンガイド、イオントラップ、又はイオン捕捉領域は、イオンを捕捉、貯蔵、又は蓄積するように、そして次いでイオンを前記飛行時間型質量分析器に周期的にパルス入力する又は向かわせるように構成される、質量分析計。
【請求項５８】
請求項５６又は５７に記載の質量分析計であって、
一動作モードにおいて、前記飛行時間型質量分析器の一部を構成する前記イオンガイドの軸方向長さに沿った１つ又は２つ以上の地点における前記第２のＡＣ電圧又はＲＦ電圧の最大振幅は、前記飛行時間型質量分析器の上流及び／又は下流に配置される前記さらなるイオンガイド、イオントラップ、又はイオン捕捉領域からのイオンの放出に同期化されたかたちで時間とともに変化、増大、又は減少するように構成される、質量分析計。
【請求項５９】
請求項５１ないし５８のいずれかに記載の質量分析計であって、さらに、
前記飛行時間型質量分析器の上流及び／又は下流に配置される、複数の電極を含む第２のイオンガイドを備える質量分析計。
【請求項６０】
請求項５９に記載の質量分析計であって、
前記第２のイオンガイドは、
(i)多重極ロッドセット若しくはセグメント化多重極ロッドセット、
(ii)イオントンネル若しくはイオンファネル、又は
(iii)積層状若しくは配列状の平坦電極、平板電極、若しくはメッシュ電極を含む、質量分析計。
【請求項６１】
請求項６０に記載の質量分析計であって、
前記多重極ロッドセットは、四重極ロッドセット、六重極ロッドセット、八重極ロッドセット、又は８を超えるロッドを含むロッドセットを含む、質量分析計。
【請求項６２】
請求項６０に記載の質量分析計であって、
前記イオントンネル又はイオンファネルは、使用時にイオンを通過させるアパーチャを有する複数の電極又は少なくとも２、５、１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、若しくは１００個の電極を含み、前記電極の少なくとも５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、５５％、６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、９５％、又は１００％は、実質的に同サイズすなわち同面積の又はサイズすなわち面積が漸進的に大きくなる及び／若しくは小さくなるアパーチャを有する、質量分析計。
【請求項６３】
請求項６２に記載の質量分析計であって、
前記電極の少なくとも５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、５５％、６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、９５％、又は１００％は、(i)≦１．０ｍｍ、(ii)≦２．０ｍｍ、(iii)≦３．０ｍｍ、(iv)≦４．０ｍｍ、(v)≦５．０ｍｍ、(vi)≦６．０ｍｍ、(vii)≦７．０ｍｍ、(viii)≦８．０ｍｍ、(ix)≦９．０ｍｍ、(x)≦１０．０ｍｍ、及び(xi)＞１０．０ｍｍからなる群より選択される内径すなわち内部寸法を有する、質量分析計。
【請求項６４】
請求項６０に記載の質量分析計であって、
前記積層状若しくは配列状の平坦電極、平板電極、又はメッシュ電極は、複数の又は少なくとも２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、若しくは２０個の平坦電極、平板電極、又はメッシュ電極を含み、前記平坦電極、平板電極、又はメッシュ電極の少なくとも５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、５５％、６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、９５％、又は１００％は、使用時にイオンが移動する平面内に概して配置される、質量分析計。
【請求項６５】
請求項６４に記載の質量分析計であって、
前記平坦電極、平板電極、又はメッシュ電極の少なくとも一部又は少なくとも５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、５５％、６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、９５％、若しくは１００％は、ＡＣ電圧又はＲＦ電圧を供給され、隣り合う平坦電極、平板電極、又はメッシュ電極は、逆位相の前記ＡＣ電圧又はＲＦ電圧を供給される、質量分析計。
【請求項６６】
請求項５９ないし６５のいずれかに記載の質量分析計であって、
前記第２のイオンガイドは、複数の軸方向セグメント又は少なくとも５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５、若しくは１００個の軸方向セグメントを含む、質量分析計。
【請求項６７】
請求項５９ないし６６のいずれかに記載の質量分析計であって、
前記第２のイオンガイドの隣り合う電極間の中心間距離は、(i)＜０．５ｍｍ、(ii)０．５〜１．０ｍｍ、(iii)１．０〜１．５ｍｍ、(iv)１．５〜２．０ｍｍ、(v)２．０〜２．５ｍｍ、(vi)２．５〜３．０ｍｍ、(vii)３．０〜３．５ｍｍ、(viii)３．５〜４．０ｍｍ、(ix)４．０〜４．５ｍｍ、(x)４．５〜５．０ｍｍ、(xi)５．０〜５．５ｍｍ、(xii)５．５〜６．０ｍｍ、(xiii)６．０〜６．５ｍｍ、(xiv)６．５〜７．０ｍｍ、(xv)７．０〜７．５ｍｍ、(xvi)７．５〜８．０ｍｍ、(xvii)８．０〜８．５ｍｍ、(xviii)８．５〜９．０ｍｍ、(xix)９．０〜９．５ｍｍ、(xx)９．５〜１０．０ｍｍ、及び(xxi)＞１０．０ｍｍからなる群より選択される、質量分析計。
【請求項６８】
請求項５９ないし６７のいずれかに記載の質量分析計であって、
前記第２のイオンガイドは、(i)＜２０ｍｍ、(ii)２０〜４０ｍｍ、(iii)４０〜６０ｍｍ、(iv)６０〜８０ｍｍ、(v)８０〜１００ｍｍ、(vi)１００〜１２０ｍｍ、(vii)１２０〜１４０ｍｍ、(viii)１４０〜１６０ｍｍ、(ix)１６０〜１８０ｍｍ、(x)１８０〜２００ｍｍ、(xi)２００〜２２０ｍｍ、(xii)２２０〜２４０ｍｍ、(xiii)２４０〜２６０ｍｍ、(xiv)２６０〜２８０ｍｍ、(xv)２８０〜３００ｍｍ、及び(xvi)＞３００ｍｍからなる群より選択される軸方向長さを有する、質量分析計。
【請求項６９】
請求項５９ないし６８のいずれかに記載の質量分析計であって、さらに、
前記第２のイオンガイドの軸方向長さの少なくとも一部分又は少なくとも５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、５５％、６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、９５％、若しくは１００％に沿って少なくとも一部のイオンを追い立てるために、前記第２のイオンガイドの軸方向長さの少なくとも一部分又は少なくとも５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、５５％、６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、９５％、若しくは１００％に沿って実質的に一定のＤＣ電圧勾配を維持するためのＤＣ電圧手段を備える質量分析計。
【請求項７０】
請求項５９ないし６９のいずれかに記載の質量分析計であって、さらに、
前記第２のイオンガイドの軸方向長さの少なくとも５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、５５％、６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、９５％、又は１００％に沿って少なくとも一部のイオンを追い立てるために、前記第２のイオンガイドを構成する電極の少なくとも一部に１つ若しくは２つ以上の過渡ＤＣ電圧若しくは過渡ＤＣ電位又は１つ若しくは２つ以上の過渡ＤＣ電圧波形若しくは過渡ＤＣ電位波形を印加するように構成及び適応される過渡ＤＣ電圧手段を備える質量分析計。
【請求項７１】
請求項５９ないし７０のいずれかに記載の質量分析計であって、さらに、
前記第２のイオンガイドの軸方向長さの少なくとも５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、５５％、６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、９５％、又は１００％に沿って少なくとも一部のイオンを追い立てるために、前記第２のイオンガイドを構成する電極に２つ又は３つ以上の位相シフトされたＡＣ電圧又はＲＦ電圧を印加するように構成及び適応されるＡＣ電圧手段又はＲＦ電圧手段を備える質量分析計。
【請求項７２】
請求項５１ないし７１のいずれかに記載の質量分析計であって、さらに、
前記飛行時間型質量分析器の上流及び／又は下流に配置される第２の質量分析器を備える質量分析計。
【請求項７３】
請求項７２に記載の質量分析計であって、
前記第２の質量分析器は、(i)四重極質量分析器、(ii)２Ｄ型又は直線型の四重極質量分析器、(iii)Paul型又は３Ｄ型の四重極質量分析器、(iv)Penningトラップ質量分析器、(v)イオントラップ質量分析器、(vi)磁場セクタ型質量分析器、(vii)イオンサイクロトロン共鳴（ＩＣＲ）質量分析器、(viii)フーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴（ＦＴＩＣＲ）質量分析器、(ix)静電型又はオービトラップ質量分析器、(x)フーリエ変換静電型又はオービトラップ質量分析器、(xi)フーリエ変換質量分析器、(xii)飛行時間型質量分析器、(xiii)直交加速方式飛行時間型質量分析器、(xiv)軸方向加速方式飛行時間型質量分析器、及び(xv)ウィーンフィルタからなる群より選択される、質量分析計。
【請求項７４】
請求項５１ないし７３のいずれかに記載の質量分析計であって、さらに、
衝突、フラグメンテーション、又は反応の装置を備える質量分析計。
【請求項７５】
請求項７４に記載の質量分析計であって、
前記衝突、フラグメンテーション、又は反応の装置は、衝突誘起解離（ＣＩＤ）によってイオンを断片化するように構成及び適応される、質量分析計。
【請求項７６】
請求項７４に記載の質量分析計であって、
前記衝突、フラグメンテーション、又は反応の装置は、(i)表面誘起解離（ＳＩＤ）フラグメンテーション装置、(ii)電子移動解離フラグメンテーション装置、(iii)電子捕獲解離フラグメンテーション装置、(iv)電子衝突又は電子衝撃解離フラグメンテーション装置、(v)光誘起解離（ＰＩＤ）フラグメンテーション装置、(vi)レーザ誘起解離フラグメンテーション装置、(vii)赤外線放射誘起解離装置、(viii)紫外線放射誘起解離装置、(ix)ノズル−スキマ界面フラグメンテーション装置、(x)インソースフラグメンテーション装置、(xi)イオン源衝突誘起解離フラグメンテーション装置、(xii)熱源又は温度源フラグメンテーション装置、(xiii)電場誘起フラグメンテーション装置、(xiv)磁場誘起フラグメンテーション装置、(xv)酵素消化又は酵素分解フラグメンテーション装置、(xvi)イオン−イオン反応フラグメンテーション装置、(xvii)イオン−分子反応フラグメンテーション装置、(xviii)イオン−原子反応フラグメンテーション装置、(xix)イオン−準安定イオン反応フラグメンテーション装置、(xx)イオン−準安定分子反応フラグメンテーション装置、(xxi)イオン−準安定原子反応フラグメンテーション装置、(xxii)イオンを反応させて付加イオン又は生成イオンを形成するためのイオン−イオン反応装置、(xxiii)イオンを反応させて付加イオン又は生成イオンを形成するためのイオン−分子反応装置、(xxiv)イオンを反応させて付加イオン又は生成イオンを形成するためのイオン−原子反応装置、(xxv)イオンを反応させて付加イオン又は生成イオンを形成するためのイオン−準安定イオン反応装置、(xxvi)イオンを反応させて付加イオン又は生成イオンを形成するためのイオン−準安定分子反応装置、及び(xxvii)イオンを反応させて付加イオン又は生成イオンを形成するためのイオン−準安定原子反応装置からなる群より選択される、質量分析計。
【請求項７７】
請求項７４、７５、又は７６に記載の質量分析計であって、さらに、
前記衝突、フラグメンテーション、又は反応の装置内へとイオンを加速するように構成及び適応される加速手段を備え、一動作モードにおいて、前記イオンの少なくとも５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、５５％、６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、９５％、又は１００％は、前記衝突、フラグメンテーション、又は反応の装置に進入する際に断片化又は反応を引き起こされる、質量分析計。
【請求項７８】
請求項７４ないし７７のいずれかに記載の質量分析計であって、さらに、
イオンが前記衝突、フラグメンテーション、又は反応の装置に進入する前に通る電位差を、前記衝突、フラグメンテーション、又は反応の装置に進入する際にイオンが実質的に断片化又は反応される相対的に高いフラグメンテーション又は反応の動作モードと、前記衝突、フラグメンテーション、又は反応の装置に進入する際に断片化又は反応されるイオンが大幅に少ない又は実質的にない相対的に低いフラグメンテーション又は反応の動作モードとの間で切り替える又は繰り返し切り替えるように構成及び適応される制御システムを備える質量分析計。
【請求項７９】
請求項７８に記載の質量分析計であって、
前記相対的に高いフラグメンテーション又は反応の動作モードにおいて、前記衝突、フラグメンテーション、又は反応の装置に進入するイオンは、(i)≧１０Ｖ、(ii)≧２０Ｖ、(iii)≧３０Ｖ、(iv)≧４０Ｖ、(v)≧５０Ｖ、(vi)≧６０Ｖ、(vii)≧７０Ｖ、(viii)≧８０Ｖ、(ix)≧９０Ｖ、(x)≧１００Ｖ、(xi)≧１１０Ｖ、(xii)≧１２０Ｖ、(xiii)≧１３０Ｖ、(xiv)≧１４０Ｖ、(xv)≧１５０Ｖ、(xvi)≧１６０Ｖ、(xvii)≧１７０Ｖ、(xviii)≧１８０Ｖ、(xix)≧１９０Ｖ、及び(xx)≧２００Ｖからなる群より選択される電位差を通して加速される、質量分析計。
【請求項８０】
請求項７８又は７９に記載の質量分析計であって、
前記相対的に低いフラグメンテーション又は反応の動作モードにおいて、前記衝突、フラグメンテーション、又は反応の装置に進入するイオンは、(i)≦２０Ｖ、(ii)≦１５Ｖ、(iii)≦１０Ｖ、(iv)≦５Ｖ、及び(v)≦１Ｖからなる群より選択される電位差を通して加速される、質量分析計。
【請求項８１】
請求項７８、７９、又は８０に記載の質量分析計であって、
前記制御システムは、前記衝突、フラグメンテーション、又は反応の装置を、１ｍｓ、５ｍｓ、１０ｍｓ、１５ｍｓ、２０ｍｓ、２５ｍｓ、３０ｍｓ、３５ｍｓ、４０ｍｓ、４５ｍｓ、５０ｍｓ、５５ｍｓ、６０ｍｓ、６５ｍｓ、７０ｍｓ、７５ｍｓ、８０ｍｓ、８５ｍｓ、９０ｍｓ、９５ｍｓ、１００ｍｓ、２００ｍｓ、３００ｍｓ、４００ｍｓ、５００ｍｓ、６００ｍｓ、７００ｍｓ、８００ｍｓ、９００ｍｓ、１ｓ、２ｓ、３ｓ、４ｓ、５ｓ、６ｓ、７ｓ、８ｓ、９ｓ、又は１０ｓごとに少なくとも１回づつ、前記相対的に高いフラグメンテーション又は反応の動作モードと前記相対的に低いフラグメンテーション又は反応の動作モードとの間で切り替えるように構成及び適応される、質量分析計。
【請求項８２】
請求項７４ないし８１のいずれかに記載の質量分析計であって、
前記衝突、フラグメンテーション、又は反応の装置は、イオンのビームを受け取り、そして任意の特定の時間において少なくとも１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、又は２０の個別のイオングループ又はイオンパケットが前記衝突、フラグメンテーション、又は反応の装置内に閉じ込められるなおかつ／又は隔離されるように前記イオンのビームを変換する又は分割するように構成及び適応され、各イオングループ又は各イオンパケットは、前記衝突、フラグメンテーション、又は反応の装置内に形成される個別の軸方向のポテンシャル井戸内に個別に閉じ込められるなおかつ／又は隔離される、質量分析計。
【請求項８３】
請求項５１ないし８２のいずれかに記載の質量分析計であって、さらに、
前記飛行時間型質量分析器の上流及び／又は下流に配置されるさらなる質量フィルタ又は質量分析器を備える質量分析計。
【請求項８４】
請求項８３に記載の質量分析計であって、
前記さらなる質量フィルタ又は質量分析器は、(i)四重極ロッドセット質量フィルタ、(ii)飛行時間型の質量フィルタ又は質量分析器、(iii)ウィーンフィルタ、及び(iv)磁場セクタ型の質量フィルタ又は質量分析器からなる群より選択される、質量分析計。
【請求項８５】
請求項５１ないし８４のいずれかに記載の質量分析計であって、さらに、
イオン源を備える質量分析計。
【請求項８６】
請求項８５に記載の質量分析計であって、さらに、
(i)エレクトロスプレイイオン化（ＥＳＩ）イオン源、(ii)大気圧光イオン化（ＡＰＰＩ）イオン源、(iii)大気圧化学イオン化（ＡＰＣＩ）イオン源、(iv)マトリックス支援レーザ脱離イオン化（ＭＡＬＤＩ）イオン源、(v)レーザ脱離イオン化（ＬＤＩ）イオン源、(vi)大気圧イオン化（ＡＰＩ）イオン源、(vii)シリコン上脱離イオン化（ＤＩＯＳ）イオン源、(viii)電子衝撃（ＥＩ）イオン源、(ix)化学イオン化（ＣＩ）イオン源、(x)電界イオン化（ＦＩ）イオン源、(xi)電界脱離（ＦＤ）イオン源、(xii)誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）イオン源、(xiii)高速原子衝撃（ＦＡＢ）イオン源、(xiv)液体二次イオン質量分析（ＬＳＩＭＳ）イオン源、(xv)脱離エレクトロスプレイイオン化（ＤＥＳＩ）イオン源、(xvi)ニッケル６３放射性イオン源、(xvii)サーモスプレイイオン源、(xviii)粒子ビーム（ＰＢ）イオン源、及び(xix)フロー高速原子衝撃（フローＦＡＢ）イオン源からなる群より選択されるイオン源を備える質量分析計。
【請求項８７】
請求項８５又は８６に記載の質量分析計であって、さらに、
連続イオン源又はパルスイオン源を備える質量分析計。
【請求項８８】
イオンをそれらの飛行時間にしたがって質量分析する方法であって、
複数の電極を含むイオンガイドを提供することと、
前記イオンガイド内にイオンを径方向に閉じ込めることと、
時間変化する不均一な軸方向電場を前記イオンガイドの軸方向長さの少なくとも一部分に沿って印加することと、
を備える方法。
【請求項８９】
請求項８８に記載の方法を含む質量分析方法。
【請求項９０】
イオンをそれらの質量電荷比及び／又はイオン移動度にしたがって時間的に分離するための装置であって、
複数の電極を含むイオンガイドと、
前記イオンガイド内にイオンを径方向に閉じ込めるように構成及び適応される第１の手段と、
時間変化する不均一な軸方向電場を前記イオンガイドの軸方向長さの少なくとも一部分に沿って印加するように構成及び適応される第２の手段と、
を備える装置。
【請求項９１】
イオンをそれらの質量電荷比及び／又はイオン移動度にしたがって時間的に分離する方法であって、
複数の電極を含むイオンガイドを提供することと、
前記イオンガイド内にイオンを径方向に閉じ込めることと、
時間変化する不均一な軸方向電場を前記イオンガイドの軸方向長さの少なくとも一部分に沿って印加することと、
を備える方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、質量分析計及び質量分析方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
既知の質量分析計は、電子衝撃（ＥＩ）イオン源とリフレクトロン飛行時間型質量分析器とを併用する。既知の飛行時間型質量分析器は、分圧器すなわち抵抗鎖に接続される一連のリング電極を含む。静的な軸方向ＤＣ電圧勾配及び不均一な軸方向ＲＦ電圧が質量分析器の長さに沿って維持されるように、分圧器すなわち抵抗鎖の両端に、ＲＦ電圧及び静的ＤＣ電圧が印加される。質量分析計は、さらに、ゼロ場の位置に、質量分析器の中心軸に一致するように配置される電子増倍管イオン検出器を含む。リング電極に印加されるＲＦ電圧の所定位相において、電子衝撃イオン源によって形成されるイオンは、質量分析器の入口アパーチャに隣接して配置される加速グリッドに対する電圧パルスの印加によって、飛行時間型質量分析器にパルス入力される。飛行時間型質量分析器内へと加速されるイオンは、質量分析器の入口に向かって反射しかえされるまでに、質量分析器の長さの一部分を移動する。イオンは、次いで、質量分析器から退出し、加速グリッドを通り抜け、その後、イオン検出器によって検出される。加速グリッドに電圧パルスが印加された時刻からその後イオン検出器によってイオンが検出されるまでのイオンの飛行時間は、イオンの質量電荷比と、飛行時間型質量分析器内の場パラメータとに関係している。
【０００３】
既知の飛行時間型質量分析器の問題は、１つには、イオンが効果的に質量分析器内に径方向に閉じ込められないことにある。したがって、イオン伝送効率は、相対的に低い。
【０００４】
既知の飛行時間型質量分析器のもう１つの問題は、質量分析器に進入するイオンの初期速度及び初期位置が相対的に大きな広がりを有しており、ゆえに、既知の飛行時間型質量分析器の解像度が相対的に悪いことにある。
【０００５】
既知の飛行時間型質量分析計のさらなる問題は、質量分析器が低圧で動作する電子衝撃イオン源との併用でのみ動作するように構成され、ゆえに、大気圧イオン化イオン源との併用で動作するようには構成されないことにある。
【０００６】
したがって、改良された質量分析計及び質量分析方法を提供することが望まれている。
【発明の概要】
【０００７】
本発明の態様にしたがって、
複数の電極を含むイオンガイドと、
イオンをイオンガイド内に径方向に閉じ込めるように構成及び適応される第１の手段と、
時間変化する不均一な軸方向電場をイオンガイドの軸方向長さの少なくとも一部分に沿って印加するように構成及び適応される第２の手段と、
を含む飛行時間型質量分析器が提供される。
【０００８】
イオンガイドは、(i)多重極ロッドセット若しくはセグメント化多重極ロッドセット、(ii)イオントンネル若しくはイオンファネル、又は(iii)積層状若しくは配列状の平坦電極、平板電極、又はメッシュ電極を含むことが好ましい。
【０００９】
一実施形態にしたがうと、多重極ロッドセットは、四重極ロッドセット、六重極ロッドセット、八重極ロッドセット、又は８を超えるロッドを含むロッドセットを含むことが好ましい。
【００１０】
一実施形態にしたがうと、イオントンネル又はイオンファネルは、使用時にイオンを通過させるアパーチャを有する複数の電極又は少なくとも２、５、１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、若しくは１００個の電極を含むことが好ましく、電極の少なくとも５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、５５％、６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、９５％、又は１００％は、実質的に同サイズすなわち同面積の又はサイズすなわち面積が漸進的に大きくなる及び／若しくは小さくなるアパーチャを有する。好ましくは、電極の少なくとも５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、５５％、６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、９５％、又は１００％は、(i)≦１．０ｍｍ、(ii)≦２．０ｍｍ、(iii)≦３．０ｍｍ、(iv)≦４．０ｍｍ、(v)≦５．０ｍｍ、(vi)≦６．０ｍｍ、(vii)≦７．０ｍｍ、(viii)≦８．０ｍｍ、(ix)≦９．０ｍｍ、(x)≦１０．０ｍｍ、及び(xi)＞１０．０ｍｍからなる群より選択される内径すなわち内部寸法を有する。
【００１１】
積層状又は配列状の平坦電極、平板電極、又はメッシュ電極は、複数の又は少なくとも２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、若しくは２０個の平坦電極、平板電極、又はメッシュ電極を含むことが好ましく、平坦電極、平板電極、又はメッシュ電極の少なくとも５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、５５％、６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、９５％、又は１００％は、使用時にイオンが移動する平面内に概して配置される。好ましくは、平坦電極、平板電極、又はメッシュ電極の少なくとも一部又は少なくとも５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、５５％、６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、９５％、若しくは１００％は、ＡＣ電圧又はＲＦ電圧を供給され、隣り合う平坦電極、平板電極、又はメッシュ電極は、逆位相のＡＣ電圧又はＲＦ電圧を供給される。
【００１２】
イオンガイドは、複数の軸方向セグメント又は少なくとも５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５、若しくは１００個の軸方向セグメントを含むことが好ましい。
【００１３】
隣り合う電極間の中心間距離は、(i)＜０．５ｍｍ、(ii)０．５〜１．０ｍｍ、(iii)１．０〜１．５ｍｍ、(iv)１．５〜２．０ｍｍ、(v)２．０〜２．５ｍｍ、(vi)２．５〜３．０ｍｍ、(vii)３．０〜３．５ｍｍ、(viii)３．５〜４．０ｍｍ、(ix)４．０〜４．５ｍｍ、(x)４．５〜５．０ｍｍ、(xi)５．０〜５．５ｍｍ、(xii)５．５〜６．０ｍｍ、(xiii)６．０〜６．５ｍｍ、(xiv)６．５〜７．０ｍｍ、(xv)７．０〜７．５ｍｍ、(xvi)７．５〜８．０ｍｍ、(xvii)８．０〜８．５ｍｍ、(xviii)８．５〜９．０ｍｍ、(xix)９．０〜９．５ｍｍ、(xx)９．５〜１０．０ｍｍ、及び(xxi)＞１０．０ｍｍからなる群より選択されることが好ましい。
【００１４】
イオンガイドは、(i)＜２０ｍｍ、(ii)２０〜４０ｍｍ、(iii)４０〜６０ｍｍ、(iv)６０〜８０ｍｍ、(v)８０〜１００ｍｍ、(vi)１００〜１２０ｍｍ、(vii)１２０〜１４０ｍｍ、(viii)１４０〜１６０ｍｍ、(ix)１６０〜１８０ｍｍ、(x)１８０〜２００ｍｍ、(xi)２００〜２２０ｍｍ、(xii)２２０〜２４０ｍｍ、(xiii)２４０〜２６０ｍｍ、(xiv)２６０〜２８０ｍｍ、(xv)２８０〜３００ｍｍ、及び(xvi)＞３００ｍｍからなる群より選択される軸方向長さを有することが好ましい。
【００１５】
第１の手段は、イオンガイド内にイオンを径方向に閉じ込めるために、イオンガイドを構成する電極の少なくとも５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、５５％、６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、９５％、又は１００％に第１のＡＣ電圧又はＲＦ電圧を印加するように構成及び適応される第１のＡＣ電圧手段又はＲＦ電圧手段を含むことが好ましい。
【００１６】
第１のＡＣ電圧手段又はＲＦ電圧手段は、イオンガイドの電極に(i)＜５０Ｖ、(ii)５０〜１００Ｖ、(iii)１００〜１５０Ｖ、(iv)１５０〜２００Ｖ、(v)２００〜２５０Ｖ、(vi)２５０〜３００Ｖ、(vii)３００〜３５０Ｖ、(viii)３５０〜４００Ｖ、(ix)４００〜４５０Ｖ、(x)４５０〜５００Ｖ、及び(xi)＞５００Ｖからなる群より選択される最高最低振幅を有する第１のＡＣ電圧又はＲＦ電圧を供給するように構成及び適応されることが好ましい。
【００１７】
第１のＡＣ電圧手段又はＲＦ電圧手段は、イオンガイドの電極に(i)＜１００ｋＨｚ、(ii)１００〜２００ｋＨｚ、(iii)２００〜３００ｋＨｚ、(iv)３００〜４００ｋＨｚ、(v)４００〜５００ｋＨｚ、(vi)０．５〜１．０ＭＨｚ、(vii)１．０〜１．５ＭＨｚ、(viii)１．５〜２．０ＭＨｚ、(ix)２．０〜２．５ＭＨｚ、(x)２．５〜３．０ＭＨｚ、(xi)３．０〜３．５ＭＨｚ、(xii)３．５〜４．０ＭＨｚ、(xiii)４．０〜４．５ＭＨｚ、(xiv)４．５〜５．０ＭＨｚ、(xv)５．０〜５．５ＭＨｚ、(xvi)５．５〜６．０ＭＨｚ、(xvii)６．０〜６．５ＭＨｚ、(xviii)６．５〜７．０ＭＨｚ、(xix)７．０〜７．５ＭＨｚ、(xx)７．５〜８．０ＭＨｚ、(xxi)８．０〜８．５ＭＨｚ、(xxii)８．５〜９．０ＭＨｚ、(xxiii)９．０〜９．５ＭＨｚ、(xxiv)９．５〜１０．０ＭＨｚ、及び(xxv)＞１０．０ＭＨｚからなる群より選択される周波数を有する第１のＡＣ電圧又はＲＦ電圧を供給するように構成及び適応されることが好ましい。
【００１８】
隣り合う電極間又は隣り合う電極群間における第１のＡＣ電圧又はＲＦ電圧の位相差は、(i)＞０o、(ii)１〜３０o、(iii)３０〜６０o、(iv)６０〜９０o、(v)９０〜１２０o、(vi)１２０〜１５０o、(vii)１５０〜１８０o、(viii)１８０o、(ix)１８０〜２１０o、(x)２１０〜２４０o、(xi)２４０〜２７０o、(xii)２７０〜３００o、(xiii)３００〜３３０o、及び(xiv)３３０〜３６０oからなる群より選択されることが好ましい。
【００１９】
使用時に電極に印加される第１のＡＣ電圧又はＲＦ電圧は、使用時にイオンガイド内にイオンを径方向に閉じ込める働きをする径方向の擬ポテンシャル井戸を生じさせる又は生成することが好ましい。
【００２０】
第１のＡＣ電圧又はＲＦ電圧は、二相又は多相のＡＣ電圧又はＲＦ電圧を含むことが好ましい。
【００２１】
一実施形態にしたがうと、第２の手段は、イオンガイドの軸方向長さの少なくとも５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、５５％、６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、９５％、又は１００％に沿って、時間変化する非ゼロの不均一な軸方向電場を印加するように構成及び適応されることが好ましい。
【００２２】
第２の手段は、電極に第２のＡＣ電圧又はＲＦ電圧を印加するための手段を含むことが好ましい。第２のＡＣ電圧又はＲＦ電圧は、単相のＡＣ電圧又はＲＦ電圧を含むことが好ましい。隣り合う電極間又は隣り合う電極群間における第２のＡＣ電圧又はＲＦ電圧の位相差は、実質的に０oであることが好ましい。
【００２３】
好ましい実施形態にしたがうと、第２のＡＣ電圧又はＲＦ電圧は、複数の電極の少なくとも一部に跨って印加されることが好ましい。第２のＡＣ電圧又はＲＦ電圧は、少なくともｘの電極に印加されることが好ましく、ｘは、(i)＜１０、(ii)１０〜２０、(iii)２０〜３０、(iv)３０〜４０、(v)４０〜５０、(vi)５０〜６０、(vii)６０〜７０、(viii)７０〜８０、(ix)８０〜９０、(x)９０〜１００、(xi)１００〜１５０、(xii)１５０〜２００、及び(xiii)＞２００からなる群より選択される。
【００２４】
一動作モードにおいて、イオンガイドの軸方向長さに沿った１つ又は２つ以上の点における第２のＡＣ電圧又はＲＦ電圧の最大振幅は、時間によらずに実質的に一定に留まるように構成されることが好ましい。代替の一動作モードにしたがうと、イオンガイドの軸方向長さに沿った１つ又は２つ以上の点における第２のＡＣ電圧又はＲＦ電圧の最大振幅は、時間とともに変化、増大、又は減少するように構成されてよい。
【００２５】
好ましくは、複数の電極の少なくとも５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、５５％、６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、９５％、又は１００％は、分圧器すなわち抵抗鎖に沿った異なる点に接続される。
【００２６】
第２の手段は、時間変化する軸方向電場をイオンガイドの軸方向長さの少なくとも一部分に沿って印加するように構成及び適応されることが好ましい。軸方向電場は、イオンガイドのイオン入口領域からイオンガイドのイオン出口領域に向かう方向に、イオンガイドの長さに沿って増大又は減少することが好ましい。軸方向電場は、イオンガイドのイオン入口領域からイオンガイドのイオン出口領域に向かう方向に、イオンガイドの長さに沿って直線的又は非直線的なかたちで増大又は減少するように構成されることが好ましい。
【００２７】
好ましい実施形態にしたがうと、第２の手段は、イオンガイドの軸方向長さの少なくとも一部分に沿って軸方向にイオンを加速又は減速させるように構成及び適応されることが好ましい。
【００２８】
次善の好ましい一実施形態にしたがうと、第２の手段は、１つ又は２つ以上の補助電極をさらに含んでよい。１つ又は２つ以上の補助電極は、イオンガイドを構成する複数の電極の外側に配置されることが好ましい。
【００２９】
１つ又は２つ以上の補助電極は、イオンガイドのイオン入口領域からイオンガイドのイオン出口領域に向かう方向にイオンガイドの長さに沿って変化、増大、又は減少することが好ましい断面積又は断面形状を有することが好ましい。
【００３０】
１つ又は２つ以上の補助電極は、軸方向にセグメント化されることが好ましい。
【００３１】
一実施形態にしたがうと、１〜１００、１００〜２００、２００〜３００、３００〜４００、４００〜５００、５００〜６００、６００〜７００、７００〜８００、８００〜９００、９００〜１０００、又は＞１０００の範囲の質量電荷比を有する一価イオンは、イオンガイドを通る(i)０〜５０μｓ、(ii)５０〜１００μｓ、(iii)１００〜１５０μｓ、(iv)１５０〜２００μｓ、(v)２００〜２５０μｓ、(vi)２５０〜３００μｓ、(vii)３００〜３５０μｓ、(viii)３５０〜４００μｓ、(ix)４００〜４５０μｓ、(x)４５０〜５００μｓ、(xi)５００〜５５０μｓ、(xii)５５０〜６００μｓ、(xiii)６００〜６５０μｓ、(xiv)６５０〜７００μｓ、(xv)７００〜７５０μｓ、(xvi)７５０〜８００μｓ、(xvii)８００〜８５０μｓ、(xviii)８５０〜９００μｓ、(xix)９００〜９５０μｓ、(xx)９５０〜１０００μｓ、及び(xxi)＞１０００μｓの範囲のドリフト時間すなわち通過時間を有する。
【００３２】
一実施形態にしたがうと、１〜１００、１００〜２００、２００〜３００、３００〜４００、４００〜５００、５００〜６００、６００〜７００、７００〜８００、８００〜９００、９００〜１０００、又は＞１０００の範囲の質量電荷比を有する一価イオンは、イオンガイドを通る(i)０〜１ｍｓ、(ii)１〜２ｍｓ、(iii)２〜３ｍｓ、(iv)３〜４ｍｓ、(v)４〜５ｍｓ、(vi)５〜６ｍｓ、(vii)６〜７ｍｓ、(viii)７〜８ｍｓ、(ix)８〜９ｍｓ、(x)９〜１０ｍｓ、(xi)１０〜１１ｍｓ、(xii)１１〜１２ｍｓ、(xiii)１２〜１３ｍｓ、(xiv)１３〜１４ｍｓ、(xv)１４〜１５ｍｓ、(xvi)１５〜１６ｍｓ、(xvii)１６〜１７ｍｓ、(xviii)１７〜１８ｍｓ、(xix)１８〜１９ｍｓ、(xx)１９〜２０ｍｓ、(xxi)２０〜２１ｍｓ、(xxii)２１〜２２ｍｓ、(xxiii)２２〜２３ｍｓ、(xxiv)２３〜２４ｍｓ、(xxv)２４〜２５ｍｓ、(xxvi)２５〜２６ｍｓ、(xxvii)２６〜２７ｍｓ、(xxviii)２７〜２８ｍｓ、(xxix)２８〜２９ｍｓ、(xxx)２９〜３０ｍｓ、(xxxi)３０〜３５ｍｓ、(xxxii)３５〜４０ｍｓ、(xxxiii)４０〜４５ｍｓ、(xxxiv)４５〜５０ｍｓ、(xxxv)５０〜５５ｍｓ、(xxxvi)５５〜６０ｍｓ、(xxxvii)６０〜６５ｍｓ、(xxxviii)６５〜７０ｍｓ、(xxxix)７０〜７５ｍｓ、(xl)７５〜８０ｍｓ、(xli)８０〜８５ｍｓ、(xlii)８５〜９０ｍｓ、(xliii)９０〜９５ｍｓ、(xliv)９５〜１００ｍｓ、及び(xlv)＞１００ｍｓの範囲のドリフト時間すなわち通過時間を有する。
【００３３】
一実施形態にしたがうと、飛行時間型質量分析器は、イオンガイドの軸方向長さの少なくとも一部分又は少なくとも５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、５５％、６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、９５％、若しくは１００％に沿って少なくとも一部のイオンを追い立てるために、イオンガイドの軸方向長さの少なくとも一部分又は少なくとも５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、５５％、６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、９５％、若しくは１００％に沿って実質的に一定のＤＣ電圧勾配を維持するためのＤＣ電圧手段をさらに含んでよい。
【００３４】
一実施形態にしたがうと、飛行時間型質量分析器は、イオンガイドの軸方向長さの少なくとも５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、５５％、６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、９５％、又は１００％に沿って少なくとも一部のイオンを追い立てるために、イオンガイドを構成する電極の少なくとも一部に１つ若しくは２つ以上の過渡ＤＣ電圧若しくは過渡ＤＣ電位又は１つ若しくは２つ以上の過渡ＤＣ電圧波形若しくは過渡ＤＣ電位波形を印加するように構成及び適応される過渡ＤＣ電圧手段をさらに含んでよい。
【００３５】
一実施形態にしたがうと、飛行時間型質量分析器は、イオンガイドの軸方向長さの少なくとも５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、５５％、６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、９５％、又は１００％に沿って少なくとも一部のイオンを追い立てるために、イオンガイドを構成する電極に２つ又は３つ以上の位相シフトされたＡＣ電圧又はＲＦ電圧を印加するように構成及び適応されるＡＣ電圧手段又はＲＦ電圧手段をさらに含んでよい。
【００３６】
飛行時間型質量分析器は、一動作モードにおいてイオンが第１の方向に移動し、イオンガイド内において反射され、次いで第１の方向と実質的に反対であることが好ましい第２の方向に移動する、リフレクトロン飛行時間型質量分析器を含むことが好ましい。
【００３７】
一動作モードにおいて、イオンは、入口電極、入口領域、又は入口アパーチャを通じてイオンガイドに進入することが好ましく、イオンガイドの長さを突っ切ることが好ましく、出口電極、出口領域、又は出口アパーチャを通じてイオンガイドから出ることが好ましい。
【００３８】
一実施形態にしたがうと、イオンは、入口電極、入口領域、又は入口アパーチャから出口電極、出口領域、又は出口アパーチャへと突っ切る際に、イオンガイド内において軸方向に実質的に反射されないことが好ましい。
【００３９】
一実施形態にしたがうと、イオンガイドの少なくとも一部分は、(i)＞０．００１ミリバール、(ii)＞０．０１ミリバール、(iii)＞０．１ミリバール、(iv)＞１ミリバール、(v)＞１０ミリバール、(vi)＞１００ミリバール、(vii)０．００１〜１００ミリバール、(viii)０．０１〜１０ミリバール、及び(ix)０．１〜１ミリバールからなる群より選択される圧力に維持されるように構成される。
【００４０】
一実施形態にしたがうと、イオンガイドの少なくとも一部分は、(i)０．００１〜０．００５ミリバール、(ii)０．００５〜０．０１０ミリバール、(iii)０．０１〜０．０５ミリバール、(iv)０．０５〜０．１０ミリバール、(v)０．１〜０．５ミリバール、(vi)０．５〜１．０ミリバール、(vii)１〜５ミリバール、(viii)５〜１０ミリバール、(ix)１０〜５０ミリバール、(x)５０〜１００ミリバール、及び(xi)＞１００ミリバールからなる群より選択される圧力に維持されるように構成される。
【００４１】
一動作モードにおいて、イオンは、それらのイオン移動度にしたがって実質的に分離されることなくそれらの質量電荷比にしたがって実質的に分離されることが好ましい。
【００４２】
一動作モードにおいて、イオンは、それらの質量電荷比及び／又はそれらのイオン移動度にしたがって実質的に分離されることが好ましい。
【００４３】
一動作モードにおいて、質量分析器は、衝突、フラグメンテーション、又は反応の装置として動作するように構成及び適応されることが好ましい。
【００４４】
一動作モードにおいて、質量分析器は、イオンガイド内においてイオンを衝突によって冷却する又は熱運動化するように構成及び適応されることが好ましい。
【００４５】
一動作モードにおいて、質量分析器は、イオン移動度分析計又はイオン移動度分離器として動作するように構成及び適応されることが好ましい。
【００４６】
一動作モードにおいて、イオンは、イオンガイド内を第１の方向に通るように構成されることが好ましく、衝突、バックグラウンド、又はその他のガスは、イオンガイド内を第２の方向に流れるように構成される。第１の方向は、第２の方向と実質的に反対であってよい。あるいは、第１の方向は、第２の方向と実質的に同じ方向であってよい。
【００４７】
本発明の別の一態様にしたがって、上記に開示された飛行時間型質量分析器を含む質量分析計が提供される。
【００４８】
質量分析計は、加速電極、押し込み電極（pusher electrode）、引き込み電極（puller electrode）、又はグリッド電極をさらに含むことが好ましく、一動作モードにおいて、イオンは、加速電極、押し込み電極、引き込み電極、又はグリッド電極に対する電圧パルスの印加によって、イオンガイド内へと加速されることが好ましい。加速電極、押し込み電極、引き込み電極、又はグリッド電極は、イオンガイドの入口電極、入口領域、又は入口アパーチャに隣接して配置されることが好ましい。
【００４９】
質量分析計は、イオンガイドの入口電極、入口領域、又は入口アパーチャに隣接して配置されるイオン検出器をさらに含むことが好ましい。あるいは、イオン検出器は、イオンガイドの出口電極、出口領域、又は出口アパーチャに隣接して配置されてよく、出口電極、出口領域、又は出口アパーチャは、入口電極、入口領域、又は入口アパーチャと反対側のイオンガイドの端に配置される。
【００５０】
質量分析計は、飛行時間型質量分析器の上流及び／又は下流に配置されるさらなるイオンガイド、イオントラップ、又はイオン捕捉領域をさらに含むことが好ましい。さらなるイオンガイド、イオントラップ、又はイオン捕捉領域は、イオンを捕捉、貯蔵、又は蓄積するように、そして次いでイオンを飛行時間型質量分析器に周期的にパルス入力する又は向かわせるように構成されることが好ましい。
【００５１】
一動作モードにおいて、飛行時間型質量分析器の一部を構成するイオンガイドの軸方向長さに沿った１つ又は２つ以上の地点における第２のＡＣ電圧又はＲＦ電圧の最大振幅は、飛行時間型質量分析器の上流及び／又は下流に配置されるさらなるイオンガイド、イオントラップ、又はイオン捕捉領域からのイオンの放出に同期化されたかたちで時間とともに変化、増大、又は減少するように構成されることが好ましい。
【００５２】
質量分析計は、複数の電極を含む第２のイオンガイドをさらに含んでよい。第２のイオンガイドは、飛行時間型質量分析器の上流及び／又は下流に配置されることが好ましい。第２のイオンガイドは、(i)多重極ロッドセット若しくはセグメント化多重極ロッドセット、(ii)イオントンネル若しくはイオンファネル、又は(iii)積層状若しくは配列状の平坦電極、平板電極、若しくはメッシュ電極を含むことが好ましい。
【００５３】
一実施形態にしたがうと、多重極ロッドセットは、四重極ロッドセット、六重極ロッドセット、八重極ロッドセット、又は８を超えるロッドを含むロッドセットを含むことが好ましい。
【００５４】
一実施形態にしたがうと、イオントンネル又はイオンファネルは、使用時にイオンを通過させるアパーチャを有する複数の電極又は少なくとも２、５、１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、若しくは１００個の電極を含み、電極の少なくとも５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、５５％、６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、９５％、又は１００％は、実質的に同サイズすなわち同面積の又はサイズすなわち面積が漸進的に大きくなる及び／若しくは小さくなるアパーチャを有する。好ましくは、電極の少なくとも５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、５５％、６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、９５％、又は１００％は、(i)≦１．０ｍｍ、(ii)≦２．０ｍｍ、(iii)≦３．０ｍｍ、(iv)≦４．０ｍｍ、(v)≦５．０ｍｍ、(vi)≦６．０ｍｍ、(vii)≦７．０ｍｍ、(viii)≦８．０ｍｍ、(ix)≦９．０ｍｍ、(x)≦１０．０ｍｍ、及び(xi)＞１０．０ｍｍからなる群より選択される内径すなわち内部寸法を有する。
【００５５】
一実施形態にしたがうと、積層状又は配列状の平坦電極、平板電極、又はメッシュ電極は、複数の又は少なくとも２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、若しくは２０個の平坦電極、平板電極、又はメッシュ電極を含み、平坦電極、平板電極、又はメッシュ電極の少なくとも５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、５５％、６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、９５％、又は１００％は、使用時にイオンが移動する平面内に概して配置される。好ましくは、平坦電極、平板電極、又はメッシュ電極の少なくとも一部又は少なくとも５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、５５％、６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、９５％、若しくは１００％は、ＡＣ電圧又はＲＦ電圧を供給され、隣り合う平坦電極、平板電極、又はメッシュ電極は、逆位相のＡＣ電圧又はＲＦ電圧を供給される。
【００５６】
第２のイオンガイドは、複数の軸方向セグメント又は少なくとも５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５、若しくは１００個の軸方向セグメントを含むことが好ましい。
【００５７】
第２のイオンガイドの隣り合う電極間の中心間距離は、(i)＜０．５ｍｍ、(ii)０．５〜１．０ｍｍ、(iii)１．０〜１．５ｍｍ、(iv)１．５〜２．０ｍｍ、(v)２．０〜２．５ｍｍ、(vi)２．５〜３．０ｍｍ、(vii)３．０〜３．５ｍｍ、(viii)３．５〜４．０ｍｍ、(ix)４．０〜４．５ｍｍ、(x)４．５〜５．０ｍｍ、(xi)５．０〜５．５ｍｍ、(xii)５．５〜６．０ｍｍ、(xiii)６．０〜６．５ｍｍ、(xiv)６．５〜７．０ｍｍ、(xv)７．０〜７．５ｍｍ、(xvi)７．５〜８．０ｍｍ、(xvii)８．０〜８．５ｍｍ、(xviii)８．５〜９．０ｍｍ、(xix)９．０〜９．５ｍｍ、(xx)９．５〜１０．０ｍｍ、及び(xxi)＞１０．０ｍｍからなる群より選択されることが好ましい。
【００５８】
第２のイオンガイドは、(i)＜２０ｍｍ、(ii)２０〜４０ｍｍ、(iii)４０〜６０ｍｍ、(iv)６０〜８０ｍｍ、(v)８０〜１００ｍｍ、(vi)１００〜１２０ｍｍ、(vii)１２０〜１４０ｍｍ、(viii)１４０〜１６０ｍｍ、(ix)１６０〜１８０ｍｍ、(x)１８０〜２００ｍｍ、(xi)２００〜２２０ｍｍ、(xii)２２０〜２４０ｍｍ、(xiii)２４０〜２６０ｍｍ、(xiv)２６０〜２８０ｍｍ、(xv)２８０〜３００ｍｍ、及び(xvi)＞３００ｍｍからなる群より選択される軸方向長さを有することが好ましい。
【００５９】
一実施形態にしたがうと、質量分析器は、第２のイオンガイドの軸方向長さの少なくとも一部分又は少なくとも５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、５５％、６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、９５％、若しくは１００％に沿って少なくとも一部のイオンを追い立てるために、第２のイオンガイドの軸方向長さの少なくとも一部分又は少なくとも５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、５５％、６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、９５％、若しくは１００％に沿って実質的に一定のＤＣ電圧勾配を維持するためのＤＣ電圧手段をさらに含む。
【００６０】
一実施形態にしたがうと、質量分析計は、第２のイオンガイドの軸方向長さの少なくとも５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、５５％、６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、９５％、又は１００％に沿って少なくとも一部のイオンを追い立てるために、第２のイオンガイドを構成する電極の少なくとも一部に１つ若しくは２つ以上の過渡ＤＣ電圧若しくは過渡ＤＣ電位又は１つ若しくは２つ以上の過渡ＤＣ電圧波形若しくは過渡ＤＣ電位波形を印加するように構成及び適応される過渡ＤＣ電圧手段をさらに含む。
【００６１】
一実施形態にしたがうと、質量分析計は、第２のイオンガイドの軸方向長さの少なくとも５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、５５％、６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、９５％、又は１００％に沿って少なくとも一部のイオンを追い立てるために、第２のイオンガイドを構成する電極に２つ又は３つ以上の位相シフトされたＡＣ電圧又はＲＦ電圧を印加するように構成及び適応されるＡＣ電圧手段又はＲＦ電圧手段をさらに含む。
【００６２】
一実施形態にしたがうと、質量分析計は、飛行時間型質量分析器の上流及び／又は下流に配置される第２の質量分析器をさらに含む。第２の質量分析器は、(i)四重極質量分析器、(ii)２Ｄ型又は直線型の四重極質量分析器、(iii)Paul型又は３Ｄ型の四重極質量分析器、(iv)Penningトラップ質量分析器、(v)イオントラップ質量分析器、(vi)磁場セクタ型質量分析器、(vii)イオンサイクロトロン共鳴（ＩＣＲ）質量分析器、(viii)フーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴（ＦＴＩＣＲ）質量分析器、(ix)静電型又はオービトラップ質量分析器、(x)フーリエ変換静電型又はオービトラップ質量分析器、(xi)フーリエ変換質量分析器、(xii)飛行時間型質量分析器、(xiii)直交加速方式飛行時間型質量分析器、(xiv)軸方向加速方式飛行時間型質量分析器、及び(xv)ウィーンフィルタからなる群より選択されることが好ましい。
【００６３】
一実施形態にしたがうと、質量分析計は、衝突、フラグメンテーション、又は反応の装置をさらに含む。衝突、フラグメンテーション、又は反応の装置は、衝突誘起解離（ＣＩＤ）によってイオンを断片化するように構成及び適応されることが好ましい。代替の一実施形態にしたがうと、衝突、フラグメンテーション、又は反応の装置は、(i)表面誘起解離（ＳＩＤ）フラグメンテーション装置、(ii)電子移動解離フラグメンテーション装置、(iii)電子捕獲解離フラグメンテーション装置、(iv)電子衝突又は電子衝撃解離フラグメンテーション装置、(v)光誘起解離（ＰＩＤ）フラグメンテーション装置、(vi)レーザ誘起解離フラグメンテーション装置、(vii)赤外線放射誘起解離装置、(viii)紫外線放射誘起解離装置、(ix)ノズル−スキマ界面フラグメンテーション装置、(x)インソースフラグメンテーション装置、(xi)イオン源衝突誘起解離フラグメンテーション装置、(xii)熱源又は温度源フラグメンテーション装置、(xiii)電場誘起フラグメンテーション装置、(xiv)磁場誘起フラグメンテーション装置、(xv)酵素消化又は酵素分解フラグメンテーション装置、(xvi)イオン−イオン反応フラグメンテーション装置、(xvii)イオン−分子反応フラグメンテーション装置、(xviii)イオン−原子反応フラグメンテーション装置、(xix)イオン−準安定イオン反応フラグメンテーション装置、(xx)イオン−準安定分子反応フラグメンテーション装置、(xxi)イオン−準安定原子反応フラグメンテーション装置、(xxii)イオンを反応させて付加イオン又は生成イオンを形成するためのイオン−イオン反応装置、(xxiii)イオンを反応させて付加イオン又は生成イオンを形成するためのイオン−分子反応装置、(xxiv)イオンを反応させて付加イオン又は生成イオンを形成するためのイオン−原子反応装置、(xxv)イオンを反応させて付加イオン又は生成イオンを形成するためのイオン−準安定イオン反応装置、(xxvi)イオンを反応させて付加イオン又は生成イオンを形成するためのイオン−準安定分子反応装置、及び(xxvii)イオンを反応させて付加イオン又は生成イオンを形成するためのイオン−準安定原子反応装置からなる群より選択される。
【００６４】
一実施形態にしたがうと、質量分析計は、衝突、フラグメンテーション、又は反応の装置内へとイオンを加速するように構成及び適応される加速手段をさらに含み、一動作モードにおいて、イオンの少なくとも５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、５５％、６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、９５％、又は１００％は、衝突、フラグメンテーション、又は反応の装置に進入する際に断片化又は反応を引き起こされる。
【００６５】
一実施形態にしたがうと、質量分析計は、イオンが衝突、フラグメンテーション、又は反応の装置に進入する前に通る電位差を、衝突、フラグメンテーション、又は反応の装置に進入する際にイオンが実質的に断片化又は反応される相対的に高いフラグメンテーション又は反応の動作モードと、衝突、フラグメンテーション、又は反応の装置に進入する際に断片化又は反応されるイオンが大幅に少ない又は実質的にない相対的に低いフラグメンテーション又は反応の動作モードとの間で切り替える又は繰り返し切り替えるように構成及び適応される制御システムをさらに含む。相対的に高いフラグメンテーション又は反応の動作モードにおいて、衝突、フラグメンテーション、又は反応の装置に進入するイオンは、(i)≧１０Ｖ、(ii)≧２０Ｖ、(iii)≧３０Ｖ、(iv)≧４０Ｖ、(v)≧５０Ｖ、(vi)≧６０Ｖ、(vii)≧７０Ｖ、(viii)≧８０Ｖ、(ix)≧９０Ｖ、(x)≧１００Ｖ、(xi)≧１１０Ｖ、(xii)≧１２０Ｖ、(xiii)≧１３０Ｖ、(xiv)≧１４０Ｖ、(xv)≧１５０Ｖ、(xvi)≧１６０Ｖ、(xvii)≧１７０Ｖ、(xviii)≧１８０Ｖ、(xix)≧１９０Ｖ、及び(xx)≧２００Ｖからなる群より選択される電位差を通して加速されることが好ましい。相対的に低いフラグメンテーション又は反応の動作モードにおいて、衝突、フラグメンテーション、又は反応の装置に進入するイオンは、(i)≦２０Ｖ、(ii)≦１５Ｖ、(iii)≦１０Ｖ、(iv)≦５Ｖ、及び(v)≦１Ｖからなる群より選択される電位差を通して加速されることが好ましい。制御システムは、衝突、フラグメンテーション、又は反応の装置を、１ｍｓ、５ｍｓ、１０ｍｓ、１５ｍｓ、２０ｍｓ、２５ｍｓ、３０ｍｓ、３５ｍｓ、４０ｍｓ、４５ｍｓ、５０ｍｓ、５５ｍｓ、６０ｍｓ、６５ｍｓ、７０ｍｓ、７５ｍｓ、８０ｍｓ、８５ｍｓ、９０ｍｓ、９５ｍｓ、１００ｍｓ、２００ｍｓ、３００ｍｓ、４００ｍｓ、５００ｍｓ、６００ｍｓ、７００ｍｓ、８００ｍｓ、９００ｍｓ、１ｓ、２ｓ、３ｓ、４ｓ、５ｓ、６ｓ、７ｓ、８ｓ、９ｓ、又は１０ｓごとに少なくとも１回づつ、相対的に高いフラグメンテーション又は反応の動作モードと相対的に低いフラグメンテーション又は反応の動作モードとの間で切り替えるように構成及び適応されることが好ましい。
【００６６】
衝突、フラグメンテーション、又は反応の装置は、イオンのビームを受け取り、そして任意の特定の時間において少なくとも１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、又は２０の個別のイオングループ又はイオンパケットが衝突、フラグメンテーション、又は反応の装置内に閉じ込められるなおかつ／又は隔離されるようにイオンのビームを変換する又は分割するように構成及び適応されることが好ましく、各イオングループ又は各イオンパケットは、衝突、フラグメンテーション、又は反応の装置内に形成される個別の軸方向のポテンシャル井戸内に個別に閉じ込められるなおかつ／又は隔離される。
【００６７】
一実施形態にしたがうと、質量分析計は、飛行時間型質量分析器の上流及び／又は下流に配置されるさらなる質量フィルタ又は質量分析器をさらに含む。さらなる質量フィルタ又は質量分析器は、(i)四重極ロッドセット質量フィルタ、(ii)飛行時間型の質量フィルタ又は質量分析器、(iii)ウィーンフィルタ、及び(iv)磁場セクタ型の質量フィルタ又は質量分析器からなる群より選択されることが好ましい。
【００６８】
一実施形態にしたがうと、質量分析計は、イオン源をさらに含むことが好ましい。イオン源は、(i)エレクトロスプレイイオン化（ＥＳＩ）イオン源、(ii)大気圧光イオン化（ＡＰＰＩ）イオン源、(iii)大気圧化学イオン化（ＡＰＣＩ）イオン源、(iv)マトリックス支援レーザ脱離イオン化（ＭＡＬＤＩ）イオン源、(v)レーザ脱離イオン化（ＬＤＩ）イオン源、(vi)大気圧イオン化（ＡＰＩ）イオン源、(vii)シリコン上脱離イオン化（ＤＩＯＳ）イオン源、(viii)電子衝撃（ＥＩ）イオン源、(ix)化学イオン化（ＣＩ）イオン源、(x)電界イオン化（ＦＩ）イオン源、(xi)電界脱離（ＦＤ）イオン源、(xii)誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）イオン源、(xiii)高速原子衝撃（ＦＡＢ）イオン源、(xiv)液体二次イオン質量分析（ＬＳＩＭＳ）イオン源、(xv)脱離エレクトロスプレイイオン化（ＤＥＳＩ）イオン源、(xvi)ニッケル６３放射性イオン源、(xvii)サーモスプレイイオン源、(xviii)粒子ビーム（ＰＢ：）イオン源、及び(xix)フロー高速原子衝撃（フローＦＡＢ）イオン源からなる群より選択されることが好ましい。
【００６９】
質量分析計は、連続イオン源又はパルスイオン源をさらに含むことが好ましい。
【００７０】
本発明の別の一態様にしたがって、イオンをそれらの飛行時間にしたがって質量分析する方法であって、
複数の電極を含むイオンガイドを提供することと、
イオンガイド内にイオンを径方向に閉じ込めることと、
時間変化する不均一な軸方向電場をイオンガイドの軸方向長さの少なくとも一部分に沿って印加することと、
を含む方法が提供される。
【００７１】
本発明の別の一態様にしたがって、上記に開示された方法を含む質量分析方法が提供される。
【００７２】
本発明の別の一態様にしたがって、イオンをそれらの質量電荷比及び／又はイオン移動度にしたがって時間的に分離するための装置であって、
複数の電極を含むイオンガイドと、
イオンガイド内にイオンを径方向に閉じ込めるように構成及び適応される第１の手段と、
時間変化する不均一な軸方向電場をイオンガイドの軸方向長さの少なくとも一部分に沿って印加するように構成及び適応される第２の手段と、
を含む装置が提供される。
【００７３】
本発明の別の一態様にしたがって、イオンをそれらの質量電荷比及び／又はイオン移動度にしたがって時間的に分離する方法であって、
複数の電極を含むイオンガイドを提供することと、
イオンガイド内にイオンを径方向に閉じ込めることと、
時間変化する不均一な軸方向電場をイオンガイドの軸方向長さの少なくとも一部分に沿って印加することと、
を含む方法が提供される。
【００７４】
好ましい実施形態は、ＲＦイオンガイドを含む質量分析計又は質量分析器に関する。ＲＦイオンガイドは、隣り合うリング電極にＡＣ電圧又はＲＦ電圧を印加されるリングスタックイオンガイドを含むことが好ましい。リング電極に印加されるＡＣ電圧又はＲＦ電圧は、隣り合うリング電極に同じ振幅のＡＣ電圧又はＲＦ電圧が印加されるがそのＡＣ電圧又はＲＦ電圧の位相が隣り合う２つの電極間で好ましくは１８０度異なるようなものであることが好ましい。したがって、好ましい実施形態にしたがうと、隣り合う電極は、逆位相のＡＣ電圧又はＲＦ電圧を供給されることが好ましい。電極に印加されるＡＣ電圧又はＲＦ電圧は、その結果、イオンガイド内にイオンを径方向に包含する又は閉じ込める働きをすることが好ましい径方向の擬ポテンシャル井戸を形成又は生成させることが好ましい。
【００７５】
イオンガイドの軸方向長さの少なくとも一部又は実質全長に沿って、補助的な、二次的な、又は付加的な不均一なＡＣ電場、ＲＦ電場、又は時間変化電場が追加として印加又は維持されることが好ましい。結果得られる軸方向の不均一なＡＣ電場、ＲＦ電場、又は時間変化電場は、イオンガイドの長さに沿って特定の方向にイオンを推進する、強いる、又は追い立てる働きをすることが好ましい。
【００７６】
補助的な、二次的な、又は付加的なＡＣ電圧、ＲＦ電圧、又は時間変化電圧は、イオンガイドを構成する好ましくは全ての電極に同位相の補助的な、二次的な、又は付加的なＡＣ電圧、ＲＦ電圧、又は時間変化電圧がかかるように、すなわち電極間の位相差がゼロであるように、イオンガイドの軸方向長さに跨って印加又は維持されることが好ましい。しかしながら、補助的な、二次的な、又は付加的なＡＣ電圧、ＲＦ電圧、又は時間変化電圧の振幅は、イオンガイドの長さに沿って増大又は減少するように構成されることが好ましい。好ましい一実施形態にしたがうと、振幅は、非直線的なかたちで変化する。
【００７７】
軸方向の擬ポテンシャル力は、軸方向の擬ポテンシャル力の最も弱い領域にイオンが向かうように、一方向にイオンを追い立てることが好ましい。イオンにかかる軸方向の擬ポテンシャル力は、イオンの質量電荷比に反比例することが好ましい。
【００７８】
好ましい実施形態にしたがうと、イオンガイドは、複数のリング電極を含む。この実施形態は、異なるＡＣ電圧又はＲＦ電圧を異なる軸方向セグメントに印加可能であるゆえに、とりわけ有利である。しかしながら、その他の次善の好ましい実施形態したがうと、イオンガイドは、四重極ロッドセットイオンガイド、六重極ロッドセットイオンガイド、又は八重極ロッドセットイオンガイドなど延長されたＲＦ多重極ロッドセットイオンガイドを含んでよい。ロッドセットイオンガイド内にイオンを径方向に閉じ込めるためにロッド電極にＡＣ電圧又はＲＦ電圧を印加する結果として軸方向の電場が発生されることはない。
【００７９】
別の一実施形態にしたがうと、多重極ロッドセットイオンガイドは、軸方向にセグメント化されることによって、補助的な、二次的な、又は付加的な不ＡＣ電圧、ＲＦ電圧、又は時間変化電圧を軸方向セグメントに個別に印加可能にし、好ましくはイオンガイドの長さに沿って非ゼロで軸方向の不均一な擬ポテンシャル力が生成されるようにしてよい。
【００８０】
別の一実施形態にしたがうと、軸方向の擬ポテンシャル駆動力を生み出すために、１つ又は２つ以上の補助成形電極が使用されてよい。１つ又は２つ以上の補助電極は、多重極ロッド電極の外側に配置されてよい。１つ又は２つ以上の補助電極には、イオンガイド内にイオンを径方向に閉じ込めるために多重極ロッド電極に印加されることが好ましいＡＣ電圧又はＲＦ電圧に無関係であることが好ましい補助的な、二次的な、又は付加的なＡＣ電圧、ＲＦ電圧、又は時間変化電圧が供給されてよい。１つ又は２つ以上の補助電極は、ロッド電極間の、ゼロ電位の領域に配置されてよい。１つ又は２つ以上の補助電極は、所要の軸方向の場を生じるように成形されてよい。別の一実施形態にしたがうと、１つ又は２つ以上の補助電極は、振幅の異なる補助的な、二次的な、又は付加的なＡＣ電圧、ＲＦ電圧、又は時間変化電圧が個々のセグメントに印加されえるように、軸方向にセグメント化されてよい。
【００８１】
一実施形態にしたがうと、好ましくはイオン集団をイオンガイド内において操作する又は追い立てるとともに好ましくはイオンをイオンガイドの長さに沿ってイオンガイドを通って平行移動させる、滑らかに変化する電位又は進行波電圧若しくは進行波電位が生み出されるように、１つ又は２つ以上の補助電極に、ＤＣ電圧が追加で印加されてよい。
【００８２】
別の次善の好ましい一実施形態にしたがうと、ＲＦイオンガイドは、複数の平板電極を含むセグメント化された平板イオンガイドを含んでよい。イオンガイドを構成する平板電極は、板の面をイオンガイドの軸に平行に配置されたサンドイッチ構造に構成されてよい。イオンガイド内にイオンを閉じ込めるために、隣り合う板間に、ＡＣ電圧又はＲＦ電圧が印加されることが好ましい。イオンガイドの異なる軸方向セグメントに対して異なるＡＣ電圧又はＲＦ電圧を印加可能にすることによって、イオンガイドの長さに沿って非ゼロで軸方向のＡＣ電場又はＲＦ電場が維持されえるように、板は、軸方向にセグメント化されることが好ましい。
【００８３】
イオンガイド内にイオンを径方向に閉じ込めるためにイオンガイドを構成する電極に印加されるＡＣ又はＲＦの電圧又は電位は、イオンがイオンガイド内に実質的に最適なかたちで径方向に閉じ込められるように調整することができるので、本発明の様々な実施形態にしたがったイオンガイド又は質量分析器は、とりわけ有利である。イオンの径方向の閉じ込めは、イオンガイド又は質量分析器の長さに沿って軸方向の擬ポテンシャル駆動力を印加又は生成することと基本的に無関係なかたちで構成及び最適化することができる。好ましい実施形態にしたがったイオンガイド又は質量分析器は、したがって、数々の異なる応用にあわせて最適化することができる。
【００８４】
本発明の様々な実施形態にしたがったイオンガイド又は質量分析器のもう１つの利点は、この好ましいイオンガイド又は質量分析器が大気圧イオン化源に結合可能であることにある。
【００８５】
以下では、例示のみを目的として提示される装置構成とともに、本発明の様々な実施形態が、添付の図面を参照にしながら単なる例として説明される。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】既知のリフレクトロン飛行時間型質量分析器を示す図である。
【図２Ａ】本発明の一実施形態にしたがった飛行時間型質量分析器を示しており、イオンは、入口電極を通じて質量分析器に出入りする様子を示す図である。
【図２Ｂ】一実施形態にしたがった質量分析器の長さに沿って軸方向の擬ポテンシャルがどのように変化するかを示す図である。
【図３Ａ】本発明の別の一実施形態にしたがった飛行時間型質量分析器を示しており、イオンは、入口電極を通じて質量分析器に進入し、入口電極と反対側の質量分析器の端に配置された出口電極を通じて質量分析器から退出する図である。
【図３Ｂ】一実施形態にしたがった質量分析器の長さに沿って軸方向の擬ポテンシャルがどのように変化するかを示す図である。
【図４】本発明の一実施形態にしたがった質量分析計を示しており、イオンガイドを通じて直交加速方式飛行時間型質量分析器に好ましい飛行時間型質量分析器が結合されたものを示す図である。
【図５】質量分析器の長さに沿って補助的な、二次的な、又は付加的なＡＣ電位又はＲＦ電位が維持されたがイオンは質量分析器内に径方向に閉じ込められなかった場合について、リフレクトロン飛行時間型質量分析器に進入するものとしてモデル化された質量電荷比５００を有する１０個のイオンの軌道をＳＩＭＩＯＮ（ＲＴＭ）シミュレーションした結果を示す図である。
【図６】質量分析器の長さに沿って補助的な、二次的な、又は付加的なＡＣ電位又はＲＦ電位が維持されなおかつイオンが質量分析器内に径方向に閉じ込められるものとしてモデル化された場合について、リフレクトロン飛行時間型質量分析器に進入するものとしてモデル化された質量電荷比５００を有する１０個のイオンの軌道をＳＩＭＩＯＮ（ＲＴＭ）シミュレーションした結果を示す図である。
【図７】イオンが質量分析器内に径方向に閉じ込められ、なおかつ補助的な、二次的な、又は付加的なＡＣ電位又はＲＦ電位が質量分析器の長さに沿って維持されるものとしてモデル化され、なおかつ補助的な、二次的な、又は付加的なＡＣ電位又はＲＦ電位の振幅が時間の関数として増大するものとしてモデル化された場合について、最初から飛行時間型質量分析器内に存在しているものとしてモデル化された質量電荷比５００を有する５個のイオンの軌道をＳＩＭＩＯＮ（ＲＴＭ）シミュレーションした結果を示す図である。
【図８】図７に関連して開示されたように最初から飛行時間型分析器内に存在しているものとしてシミュレーションされた、異なる質量電荷比を有するイオンについて、それらのイオンの到着時間を質量電荷比の関数として示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００８７】
電子衝撃イオン源とリフレクトロン飛行時間型質量分析器とを含む既知の質量分析計が、例示のみを目的として図１を参照にして説明される。質量分析器は、抵抗鎖２を通じてＲＦ電源及びＤＣ電源の両方に相互接続される一連のリング電極１を含む。抵抗鎖は、所定の電極に印加される電位を次式で与えられるように構成される。
【００８８】
【数１】
2010511985.tif 000003
ここで、ｚ0は、イオンガイド又は飛行時間型質量分析器の全長であり、ｒ0は、各リング電極の内半径であり、Ｖｄｃは、印加されるＤＣ電圧の振幅であり、Ｖａｃは、印加されるＡＣ電圧の振幅であり、Ωは、印加されるＡＣ電圧の振動の周波数である。
【００８９】
イオンを生成する電子衝撃（ＥＩ）イオン源は、低圧領域内に配置される。イオン源によって生成されるイオンの一部は、飛行時間型質量分析器の入口電極１ａ又は入口アパーチャに隣接する領域３内に存在する。イオン源によって形成されるイオンは、飛行時間型質量分析器の入口電極１ａ又は入口アパーチャに隣接して配置される加速グリッド４に対する電圧パルスの印加によって、飛行時間型質量分析器内へと周期的に加速される。イオンは、質量分析器にパルス入力され、質量分析器の長さに沿って移動し始める。イオンは、イオンガイド又は飛行時間型質量分析器の反対側の端に近づき始めるにつれて、（イオンガイド又は質量分析器の長さに沿って維持される）軸方向ＤＣ電圧勾配と、やはりイオンガイド又は質量分析器の長さに沿って維持される時間平均されたすなわち擬似的なポテンシャル力との組み合わせによって、イオンガイド又は質量分析器の入口電極１ａ及び入口アパーチャに向けて反射しかえされる。軸方向の擬ポテンシャル力は、イオンガイド又は質量分析器の長さに跨ってＡＣ電圧又はＲＦ電圧が印加される結果として生じる。イオンは、入口電極１ａを通じてイオンガイド又は質量分析器から退出し、そしてその後、イオン検出器５によって検出される。イオン検出器５は、イオンガイド又は質量分析器の中心軸と同軸上に配置される。イオン検出器５にイオンが到着する時間は、イオンの質量電荷比と、イオンガイド又は質量分析器の場パラメータとに関係している。イオンは、相対的に低圧に維持されるイオンガイド又は質量分析器の長さを突っ切る際に、イオンガイド又は質量分析器内に径方向に閉じ込められない。
【００９０】
図２Ａは、本発明の一実施形態にしたがったリフレクトロン飛行時間型のイオンガイド又は質量分析器７を示している。イオンガイド又は質量分析器７は、使用時にイオンを通過させることが好ましいアパーチャを有する一連の複数のリング電極１又は電極を含むことが好ましい。電極１は、二相のＡＣ電源又はＲＦ電源６に接続されることが好ましい。隣り合う電極１は、二相のＡＣ電源又はＲＦ電源６の逆位相に接続されることが好ましい。その結果、好ましくは、イオンガイド又は質量分析器７内にイオンを径方向に閉じ込めるように機能する又はそのような働きをすることが好ましい径方向の擬ポテンシャル井戸が、イオンガイド又は質量分析器７内に生成される、すなわち生み出される。これは、イオンを中に径方向に閉じ込めない既知の飛行時間型質量分析器と対照的である。イオンガイド又は質量分析器７を構成する電極１に対する二相のＡＣ電圧又はＲＦ電圧の印加は、イオンガイド又は質量分析器７の長さに沿って、一連の軸方向の擬ポテンシャルコルゲーションが形成される又は生み出される結果になることが好ましい。軸方向の擬ポテンシャルコルゲーションは、相対的に小さい振幅を有することが好ましく、いかなる軸方向駆動場も軸方向駆動力も存在しない場合に、イオンガイド又は質量分析器７内を前方に通過する少なくとも一部のイオンを減速させる又は実質的に停止させる効果を有してよい。この効果は、緩衝ガスの存在下でとりわけ顕著であろう。
【００９１】
本発明の好ましい実施形態にしたがうと、補助的な、二次的な、又は付加的な振動するＡＣ電圧又はＲＦ電圧が、イオンガイド又は質量分析器７に跨って印加されることが好ましい。補助的な、二次的な、又は付加的な振動するＡＣ電圧又はＲＦ電圧は、単相電圧であることが好ましい。補助的な、二次的な、又は付加的な振動するＡＣ電圧又はＲＦ電圧の最大振幅は、イオンガイド又は質量分析器７の軸方向長さに沿って変化することが好ましい。一実施形態にしたがうと、補助的な、二次的な、又は付加的な振動するＡＣ電圧又はＲＦ電圧の最大振幅は、イオンガイド又は質量分析器７の軸方向長さに沿って、図２Ｂに示されるように非直線的なかたちで変化してよい。
【００９２】
特定の電極１又はイオンガイド若しくは質量分析器７の特定の要素に印加される補助的な、二次的な、又は付加的な振動するＡＣ電位又はＲＦ電位Ｖnの一般式は、次式によって記述されてよい。
【００９３】
【数２】
2010511985.tif 000004
ここで、ｎは、電極の添数であり、ｆ（ｎ）は、その特定の電極についての振動の振幅を記述する関数であり、σは、補助的な、二次的な、又は付加的な振動するＡＣ電位又はＲＦ電位の変調の周波数である。
【００９４】
もし、ｆ（ｎ）によって記述される補助的な、二次的な、又は付加的な振動するＡＣ電位又はＲＦ電位の最大振幅が、イオンガイド又は質量分析器７の入口電極１ａからイオンガイド又は質量分析器７の反対側の端へと遠ざかるにつれて図２Ｂに示されるような非直線的なかたちで増大するならば、イオンガイド又は質量分析器７の軸方向長さに沿って、質量電荷比に依存する擬ポテンシャル傾斜が形成される、生み出される、又は存在することになる。擬ポテンシャル傾斜は、イオンガイド又は質量分析器７内にイオンを径方向に閉じ込めるために電極１に二相のＡＣ電圧又はＲＦ電圧を印加する結果として生じることが好ましい相対的に低振幅で規則正しい軸方向の擬ポテンシャルコルゲーションに重ね合わされることが好ましい。
【００９５】
軸方向の擬ポテンシャル傾斜は、イオンガイド又は質量分析器７の長さに沿って、軸方向の擬ポテンシャル力の相対的に弱い領域に向かうように、すなわちイオンガイド又は質量分析器７の入口電極１ａ及び入口アパーチャに戻るように、イオンを推進する、方向付ける、又は追い立てる効果を有することが好ましい。イオンにかかる軸方向の擬ポテンシャル傾斜の大きさは、イオンの質量電荷比に反比例することが好ましい。
【００９６】
好ましい実施形態にしたがうと、イオンを生成するイオン源は、電子衝撃イオン源に限定されず、パルスイオン源又は連続イオン源を含んでよい。一実施形態にしたがうと、イオン源からのイオンは、イオンガイド又は質量分析器７の入口電極１ａ及び入口アパーチャに隣接して配置されることが好ましい直交加速領域３に到着するように構成されてよい。直交加速領域３に到着するイオンは、連続的なイオン流を含んでよい、又は離散的な一連のイオンパケットにグループ分けされてよい。
【００９７】
イオンは、直交加速領域３に到着するにつれて、加速グリッド４に対する電圧パルスの印加によって、イオンガイド又は質量分析器７内へと周期的に直交加速されることが好ましい。加速グリッド４は、直交加速領域３に隣接して配置されることが好ましく、また、イオンガイド又は質量分析器７に通じる入口電極１ａ及び入口アパーチャにごく接近していることが好ましい。イオンガイド又は質量分析器７に注入されるイオンは、イオンガイド又は質量分析器７の長さの一部分を突っ切らされることが好ましい。イオンは、次いで、軸方向の擬ポテンシャル傾斜によって入口電極１ａ及び入口アパーチャに向けて反射しかえされることが好ましい。イオンは、次いで、入口電極１ａ及び入口アパーチャを通じてイオンガイド又は質量分析器７から退出して加速グリッド４を通り抜けることが好ましい。イオンは、次いで、イオンガイド又は質量分析器７の中心軸と同軸上に配置されることが好ましいイオン検出器５によって検出されることが好ましい。イオン検出器５に到着するイオンの時間は、記録されることが好ましく、その到着時間は、実質的に直線的なかたちでイオンの質量電荷比とイオンガイド又は質量分析器７の場パラメータとに関係していることが好ましい。
【００９８】
イオンは、イオンガイド又は質量分析器７を突っ切るにつれて、イオンガイド又は質量分析器７の電極１に対する二相のＡＣ電圧又はＲＦ電圧の印加の結果として生じることが好ましい径方向の擬ポテンシャル井戸によって、イオンガイド又は質量分析器７内に径方向に内包される又は閉じ込められることが好ましい。
【００９９】
本発明の好ましい実施形態にしたがったイオンガイド又は質量分析器７は、大気圧イオン化イオン源を含む様々に異なるイオン化源と併用されるか又はそのようなイオン化源に結合されるかしてよい。大気圧イオン化イオン源を好ましいイオンガイド又は質量分析器７に結合できる能力は、とりわけ有利である。
【０１００】
一実施形態にしたがうと、径方向に閉じ込めるための擬ポテンシャルの振幅又は強度は、軸方向の擬ポテンシャル傾斜の振幅又は強度と実質的に無関係に調整されてよい。したがって、イオンガイド又は質量分析器７は、イオンが好ましくは最適なかたちで径方向に閉じ込められると同時にイオンが好ましくは効率的でなおかつ最適なかたちでイオンガイド又は質量分析器７の長さに沿ってその中を通って運ばれそれらの質量電荷比にしたがって分離されるように構成されることが好ましい。
【０１０１】
本発明の別の一実施形態にしたがったイオンガイド又は飛行時間型質量分析器７が図３Ａに示されている。この実施形態にしたがうと、イオンを中で反射させないイオンガイド又は質量分析器７が提供される。その代わり、イオンは、入口電極１ａ及び入口アパーチャを通じてイオンガイド又は質量分析器７に進入することが好ましい。イオンは、イオンガイド又は質量分析器７の長さを突っ切ることが好ましく、次いで、入口電極１ａ及び入口アパーチャと反対側のイオンガイド又は質量分析器７の端に配置されることが好ましい出口電極１ｂ又は出口アパーチャを通じてイオンガイド又は質量分析器７から退出することが好ましい。イオン検出器５は、出口電極１ｂ又は出口アパーチャに隣接して配置されることが好ましい。したがって、直交加速領域３は、イオン検出器５と反対側のイオンガイド又は質量分析器７の端に配置されることが好ましい。
【０１０２】
隣り合う電極が好ましくは逆位相のＡＣ又はＲＦの電圧又は電位に接続又は維持されるように、イオンガイド又は質量分析器７を構成する電極１に、二相のＡＣ又はＲＦの電圧又は電位が印加されることが好ましい。その結果、イオンは、径方向の擬ポテンシャル井戸によってイオンガイド又は質量分析器７内に径方向に閉じ込められることが好ましい。イオンガイド又は質量分析器７の長さに跨って、補助的な、二次的な、又は付加的な、駆動用の軸方向のＡＣ電位又はＲＦ電位が印加又は維持されることが好ましい。駆動用の軸方向のＡＣ電位又はＲＦ電位は、イオンガイド又は質量分析器７の入口領域、入口電極１ａ、又は入口アパーチャからイオンガイド又は質量分析器７の出口領域、出口電極１ｂ、又は出口アパーチャに向けてイオンガイド又は質量分析器７の長さに沿ってイオンを推進する、方向付ける、又は追い立てる働きをすることが好ましい。
【０１０３】
直交加速領域３内に存在するイオンは、加速電極４に対する電圧パルスの印加によって、時刻Ｔ０において、イオンガイド又は質量分析器７にパルス入力されることが好ましい。加速電極４は、イオンガイド又は質量分析器７の入口電極１ａ又は入口アパーチャに接近しなおかつ隣接するように配置されることが好ましい。電極１に印加されることが好ましい補助的な、二次的な、又は付加的なＡＣ電位又はＲＦ電位は、最初、相対的に低い又はゼロの振幅を有するように構成されてよい。続く時刻Ｔ１（Ｔ１＞Ｔ０）において、イオンがイオンガイド又は質量分析器７に進入すると、補助的な、二次的な、又は付加的な振動するＡＣ電位又はＲＦ電位の大きさ又は振幅は、相対的に低い又はゼロの振幅から最大の値又は振幅へと増大される又は切り替えられることが好ましい。
【０１０４】
一実施形態にしたがうと、二次的な、又は付加的な振動するＡＣ電位又はＲＦ電位の最大振幅は、それが好ましくはイオンガイド又は質量分析器７の入口領域、入口電極１ａ、又は入口アパーチャからイオンガイド又は質量分析器７の出口領域、出口電極１ｂ、又は出口アパーチャに向かってイオンガイド又は質量分析器７の長さに沿って減少するようなかたちでイオンガイド又は質量分析器７の長さに沿って変化するように構成されることが好ましい。軸方向の擬ポテンシャルは、例えば図３Ｂに示されるように、非直線的なかたちで減少してよい。軸方向の擬ポテンシャル傾斜は、質量電荷比に依存することが好ましい。軸方向の擬ポテンシャル傾斜は、イオンガイド又は質量分析器７の電極１にＡＣ電源又はＲＦ電源６からの二相のＡＣ電圧又はＲＦ電圧を印加する結果として生じる相対的に低振幅の軸方向の擬ポテンシャルコルゲーションに重ね合わされることが好ましい。二相のＡＣ電圧又はＲＦ電圧は、イオンガイド又は質量分析器７内にイオンを径方向に閉じ込める働きをすることが好ましい径方向の擬ポテンシャル井戸を生成するために、電極１に印加されることが好ましい。軸方向の擬ポテンシャル傾斜は、イオンガイド又は質量分析器７の入口領域、入口電極１ａ、又は入口アパーチャからイオンガイド又は質量分析器７の出口領域、出口電極１ｂ、又は出口アパーチャに向かってイオンガイド又は質量分析器７の長さに沿ってイオンを推進する、方向付ける、又は追い立てる働きをすることが好ましい。
【０１０５】
イオンにかかる軸方向の擬ポテンシャル傾斜の大きさは、イオンの質量電荷比に反比例することが好ましい。イオンガイド又は質量分析器７内にイオンを径方向に閉じ込めるために電極１に二相のＡＣ電圧又はＲＦ電圧６を印加する結果として生じる規則正しい軸方向の擬ポテンシャルコルゲーションの深さもやはり、イオンの質量電荷比に反比例することが好ましい。一実施形態にしたがうと、イオンガイド又は質量分析器７の長さに沿ってイオンを推進する、方向付ける、又は追い立てることが好ましい軸方向電場は、イオンの質量電荷比に関係なく全てのイオンについて、軸方向の擬ポテンシャルコルゲーションの深さと一致されてよい。
【０１０６】
出口電極１ｂ又は出口アパーチャを通じてイオンガイド又は質量分析器７から出現してその後イオン検出器５に突き当たるイオンの到着時間は、記録されることが好ましい。イオン検出器５は、イオンガイド又は質量分析器７の出口電極１ｂに隣接して配置されることが好ましい。イオン検出器５に到着するイオンの時間は、イオンの質量電荷比と、イオンガイド又は質量分析器７の場パラメータとに関係していることが好ましい。
【０１０７】
イオンガイド又は質量分析器７の長さを突っ切るにつれて、イオンは、隣り合う電極が逆位相に維持されるようにイオンガイド又は質量分析器７の電極１にＡＣ電圧又はＲＦ電圧を印加することによって形成又は生成されることが好ましい径方向の擬ポテンシャル井戸によって、イオンガイド又は質量分析器７内に径方向に内包されることが好ましい。
【０１０８】
好ましいイオンガイド又は質量分析器７を通るイオンの飛行時間は、次式によって記述されることが好ましい。
【０１０９】
【数３】
2010511985.tif 000005
ここで、ｑは、電子電荷であり、ｍは、イオンの質量であり、Ｃは、イオンが移動する距離に関係した定数であり、Ｖ*は、時間平均された軸方向の電位差すなわち擬ポテンシャルの差である。
【０１１０】
擬ポテンシャルは、次式によって記述されてよい。
【０１１１】
【数４】
2010511985.tif 000006
ここで、Ｅ（ｚ）は、印加される振動電圧の最大値に対応する軸方向の電場を記述しており、σは、変調の周波数である。
【０１１２】
上記の式（３）で与えられた飛行時間は、式（４）をもとにして次式に書き直せることがわかる。
【０１１３】
【数５】
2010511985.tif 000007
【０１１４】
質量分析器の質量分解能Ｒ*を表す式は、式（５）の微分によって得られる。
【０１１５】
【数６】
2010511985.tif 000008
【０１１６】
上記の式（６）で与えられる好ましいイオンガイド又は質量分析器７の分解能は、次式（７）で与えられるＤＣポテンシャル内で加速されるイオンについての関係式とは異なる。
【０１１７】
【数７】
2010511985.tif 000009
【０１１８】
また、好ましい実施形態にしたがった擬ポテンシャル駆動力は、正イオンにも負イオンにも等しく作用し、イオンが正電荷を持つか負電荷を持つかに関係なく同じ方向にイオンを追い立てる。これは、イオンガイドにイオンを通らせるために静的電位又はＤＣ電位が使用され、正イオンがＤＣ電位によって負イオンと反対方向に加速される装置構成と対照的である。
【０１１９】
もし、好ましいイオンガイド又は質量分析器７に緩衝ガスが導入される場合は、イオンガイド又は質量分析器７を通るイオンの飛行時間は、少なくとも一部には、イオンの移動度に依存するようになるであろう。イオンの移動度は、イオンの断面積、緩衝ガス数密度、イオンの電荷、イオンの質量、ガス分子の質量、及び温度の関数である。
【０１２０】
好ましい実施形態にしたがった、異なる質量電荷比及び断面を有するイオンのイオンガイド又は質量分析器７内における分離を左右する様々なパラメータ及び関係は、緩衝ガスを通るイオンを加速するためにＤＣ電位が用いられる従来のイオン移動度ドリフト管に適用されるものよりも複雑である。ドリフト管の長さに沿って直線的なＤＣ電場が維持される既知のイオン移動度ドリフト管の場合は、イオンの運動方程式は、次式で表される。
【０１２１】
【数８】
2010511985.tif 000010
ここで、Ｅは、場定数であり、λは、イオンの断面積、ガス数密度、断面積、及び温度に関係した抗力項である。
【０１２２】
最終速度ｕに達するようにイオンがドリフト管内において十分な衝突を経た場合を考えると、次のようになる。
【０１２３】
【数９】
2010511985.tif 000011
【０１２４】
所定の長さＬを有するドリフト管について、電荷ｑ及び移動度λを有するイオンのドリフト時間Ｄｔは、次式で与えられる。
【０１２５】
【数１０】
2010511985.tif 000012
【０１２６】
好ましい実施形態にしたがって、イオンに軸方向の擬ポテンシャル駆動力Ｖ*（上記の式（４）を参照せよ）がかかる場合は、上記の式（１０）は、次のように変更される。
【０１２７】
【数１１】
2010511985.tif 000013
ここで、Ａは、軸方向の擬ポテンシャルの場定数である。
【０１２８】
ドリフト時間Ｄｔ*は、同じ電荷ｑを有するイオンについて、そのイオンの移動度λ及び質量ｍの両方に比例することがわかる。
【０１２９】
図４は、好ましいイオンガイド又は質量分析器７が直交加速方式飛行時間型の質量分析器又は質量分析計１０の上流に配置される本発明の一実施形態を示している。イオン源からのイオンは、好ましいイオンガイド又は質量分析器７の上流に配置されることが好ましいイオントラップ又はイオン捕捉領域８内に蓄積されることが好ましい。イオンは、ゲート電極８ａに印加される電位又は電圧を交番させることによって、イオントラップ又はイオン捕捉領域８からパルス出力されて好ましいイオンガイド又は質量分析器７に入ることが好ましい。ゲート電極８ａは、イオントラップ又はイオン捕捉領域８の下流になおかつ好ましいイオンガイド又は質量分析器７の上流に配置されることが好ましい。
【０１３０】
好ましいイオンガイド又は質量分析器７の電極に印加されることが好ましい補助的な、二次的な、又は付加的な軸方向のＡＣ又はＲＦの電圧又は電位の大きさは、時刻Ｔ０において、相対的に低い又はゼロであることが好ましい。続く時刻Ｔ１（Ｔ１＞Ｔ０）において、好ましいイオンガイド又は質量分析器７にイオンが進入すると、補助的な、二次的な、又は付加的なＡＣ又はＲＦの電圧又は電位の大きさ又は振幅は、最大値に増大されることが好ましい。
【０１３１】
一実施形態にしたがうと、補助的な、二次的な、又は付加的なＡＣ又はＲＦの電圧又は電位の最大振幅は、好ましいイオンガイド又は質量分析器７の入口領域、入口電極、又は入口アパーチャから好ましいイオンガイド又は質量分析器７の出口領域、出口電極、又は出口アパーチャに向かって非直線的なかたちで減少することが好ましい。上述のように、好ましいイオンガイド又は質量分析器７を通るイオンの通過時間は、イオンの質量電荷比と、イオンガイド又は質量分析器７の場パラメータとに関係していることが好ましい。
【０１３２】
一実施形態にしたがって、好ましいイオンガイド又は質量分析器７の下流に、進行波イオンガイド９又は第２のイオンガイドが配置されてよい。進行波イオンガイド９又は第２のイオンガイドは、好ましいイオンガイド又は質量分析器７から出力される又は出現するイオンをサンプリングするように構成されることが好ましい。好ましいイオンガイド又は質量分析器７からは、任意の瞬間において、制限された又は相対的に狭い範囲の質量電荷比を有するイオンが出現することが好ましい。任意の瞬間に出現するイオンは、次いで、進行波イオンガイド９又は第２のイオンガイドの長さに沿って生み出され次いで平行移動されることが好ましいいくつかの軸方向ポテンシャル井戸の１つに受け取られることが好ましい。進行波イオンガイド９又は第２のイオンガイドの長さに沿って、好ましくは１つ又は２つ以上の軸方向ポテンシャル井戸が連続的に運ばれる又は平行移動されるように、進行波イオンガイド９又は第２のイオンガイドの電極には、１つ若しくは２つ以上の過渡ＤＣ電圧若しくは過渡ＤＣ電位又は１つ若しくは２つ以上の過渡ＤＣ電圧波形若しくは過渡ＤＣ電位波形が印加されることが好ましい。軸方向ポテンシャル井戸が進行波イオンガイド９又は第２のイオンガイドの下流側の端に到達するにつれて、進行波イオンガイド９又は第２のイオンガイドの長さに沿って平行移動された軸方向ポテンシャル井戸からは、イオンが放出されることが好ましい。
【０１３３】
進行波イオンガイド９又は第２のイオンガイドから放出されるイオンは、進行波イオンガイド９又は第２のイオンガイドの下流に配置されることが好ましい直交加速方式飛行時間型質量分析器１０に移動する又はそれに向かって前方に伝送されることが好ましい。直交加速方式飛行時間型質量分析器１０の抽出電極又は押し込み電極及び／若しくは引き込み電極１０ａには、直交抽出パルス又は直交抽出電圧が周期的に印加されることが好ましい。直交抽出パルス又は直交抽出電圧は、進行波イオンガイド９又は第２のイオンガイドからのイオンの放出に実質的に同期化されたかたちで印加されることが好ましい。この実施形態にしたがうと、進行波イオンガイド９又は第２のイオンガイドの軸方向ポテンシャル井戸から放出されるイオンは、飛行時間型質量分析器１０の直交加速領域へと伝送されることが好ましく、次いで、飛行時間型質量分析器１０のドリフト領域内へと実質的に最適なかたちで直交加速される。
【０１３４】
一実施形態にしたがって、好ましいイオンガイド又は質量分析器７に緩衝ガスが導入されてよい。この実施形態にしたがうと、好ましいイオンガイド又は質量分析器７からのイオンの出力は、少なくとも一部には、緩衝ガス内におけるイオンの移動度に関係していてよい（式（１１）を参照せよ）。
【０１３５】
図５は、ＳＩＭＩＯＮ（ＲＴＭ）イオン光学系ソフトウェアを使用してモデル化された、イオンガイド又は質量分析器７内におけるイオンの軌道を示している。イオンガイド又は質量分析器７は、内接半径を２．５ｍｍに設定された２７個のリング電極又は環状電極１１を含むものとしてモデル化された。リング電極又は環状電極１１は、各自０．５ｍｍの厚さを有し、隣り合う電極１１間に１ｍｍの間隔を有するものとしてモデル化された。イオンガイド又は質量分析器７のいずれの端も、環状の端平板電極１２，１３を提供されるものとしてモデル化された。環状の端平板電極１２，１３は、１ｍｍの内半径を有するものとしてモデル化され、接地電位に設定又は維持されるものとしてモデル化された。
【０１３６】
隣り合う電極が同位相のＡＣ電圧又はＲＦ電圧に維持されるように、補助的な、二次的な、又は付加的なＡＣ又はＲＦの電圧又は電位が、電極１１に印加されるものとしてモデル化された。補助的な、二次的な、又は付加的なＡＣ電圧又はＲＦ電圧の振幅は、イオンガイド又は質量分析器７の長さに沿って変化するものとしてモデル化された。ｎ個のリング電極の各自に印加される補助的な、二次的な、又は付加的なＡＣ又はＲＦの電圧又は電位の振幅Ｖax（ｎ）は、以下の一般的関係にしたがうものとしてモデル化された。
【０１３７】
【数１２】
2010511985.tif 000014
【０１３８】
ここで、Ｖ0は、電極＃２７に印加される補助的な、二次的な、又は付加的なＡＣ電圧又はＲＦ電圧の最大ピーク振幅であり、σは、印加される補助的な、二次的な、又は付加的なＡＣ又はＲＦの電圧又は電位の振動の周波数である。
【０１３９】
上記の式（１２）で与えられた関係は、駆動用の軸方向の擬ポテンシャルの大きさがイオンガイド又は質量分析器７の長さに沿って直線的に変化するように構成されるように選択された。しかしながら、その他の実施形態にしたがうと、軸方向の擬ポテンシャルは、イオンガイド又は質量分析器７の長さに沿って別のかたちで変化するように構成されてよい。
【０１４０】
上記の式（１２）において言及された最大振幅Ｖ0は、８００Ｖに設定された。補助的な、二次的な、又は付加的なＡＣ電圧又はＲＦ電圧の振動周波数σは、１ＭＨｚに設定された。
【０１４１】
質量電荷比５００を各自有する１０個のイオンの軌道がシミュレーションされた。各イオンは、１ｅＶの初期エネルギを有するように構成され、これらのイオンは、初期開始位置及び初期開始軌道の広がりを有するように構成された。シミュレーションでは、ガス無しのモデルが使用された。図５に結果を示されたこのシミュレーションの場合は、イオンは、イオンガイド又は質量分析器７内に径方向に閉じ込められなかった（すなわち、二相のＡＣ電圧又はＲＦ電圧が電極１１に印加されるものとしてモデル化されなかった）。イオンは、進入位置１４からイオンガイド又は質量分析器７に進入するものとしてシミュレーションされた。イオンガイド又は質量分析器７の長さを突っ切るにつれて、イオンは、イオンガイド又は質量分析器７の中心軸から逸れる又は離れる。一部のイオンは、電極１１にごく接近する。図５に示されたシミュレーションでは、イオンガイド又は質量分析器７に最初に進入するものとしてモデル化された１０個のイオンのうち、４個のみが、その後、電極１３を通じてイオンガイド又は質量分析器７から出現した。その他のイオンは、イオンガイド又は質量分析器７内で電極１１にぶつかって、システムへと散失された。
【０１４２】
図６は、図５を参照にして上述されたのと同様の条件下においてモデル化されたもののイオンガイド又は質量分析器７内に径方向に閉じ込められるものとしてモデル化された１０個のイオンの軌道を示している。図６に示されたシミュレーションでは、５０Ｖのピーク振幅を有する二相のＡＣ電圧又はＲＦ電圧が電極１１に印加されるものとしてモデル化された。二相のＡＣ電圧又はＲＦ電圧の周波数は、１ＭＨｚに設定された。シミュレーションでは、ガス無しのモデルが使用された。図６からは、イオンがイオンガイド又は質量分析器７内に径方向に閉じ込められることが明らかである。イオンは、径方向に閉じ込めるためのＲＦ電圧が電極１１に印加されなかった場合よりも効率良くイオンガイド又は質量分析器７の中心軸に閉じ込められた。この例では、進入位置１４からイオンガイド又は質量分析器７に最初に進入した１０個全てのイオンが、その後、イオンガイド又は質量分析器７から退出し、ゆえに検出可能であった。
【０１４３】
図７は、イオンがイオンガイド又は質量分析器７内に径方向に閉じ込められるものとしてモデル化され、なおかつ補助的な、二次的な、又は付加的なＡＣ又はＲＦの電圧又は電位が各リング電極１１に印加されるものとしてモデル化された、本発明の異なる一実施形態にしたがったシミュレーションの結果を示している。この実施形態にしたがうと、補助的な、二次的な、又は付加的なＡＣ又はＲＦの電圧又は電位は、時間とともに増大するものとしてモデル化された。
【０１４４】
イオンを径方向に閉じ込めるために電極１１に印加された二相のＡＣ電圧又はＲＦ電圧のピーク振幅は、２００Ｖに設定され、１ＭＨｚの周波数を有していた。隣り合うリング電極は、逆位相の二相ＡＣ電圧又は二相ＲＦ電圧に維持された。補助的な、二次的な、又は付加的なＡＣ電位又はＲＦ電位は、隣り合う電極１１に同位相の補助的な、二次的な、又は付加的なＡＣ電位又はＲＦ電位がかかるようにモデル化された。補助的な、二次的な、又は付加的なＡＣ電位又はＲＦ電位の振幅は、軸方向変位及び時間の両方の関数としてイオンガイド又は質量分析器７の長さに沿って変化するように構成された。ｎ個の電極の各自に印加される補助的な、二次的な、又は付加的なＡＣ電圧又はＲＦ電圧の振幅Ｖax（ｎ）は、一定期間の間にゼロ振幅から最大振幅に引き上げられ、以下の関係式にしたがうように構成された。
【０１４５】
【数１３】
2010511985.tif 000015
【０１４６】
ここで、Ｖ0は、電極＃２７（図７を参照せよ）に印加される補助的な、二次的な、又は付加的なＡＣ電圧又はＲＦ電圧のピーク振幅であり、σは、印加される電圧の振動の周波数である。
【０１４７】
図７にモデル化されたシミュレーションにおいて、ピーク振幅Ｖ0は、９００Ｖに設定され、補助的な、二次的な、又は付加的なＡＣ電圧又はＲＦ電圧の振動周波数σは、０．５ＭＨｚに設定された。出口レンズ又は出口電極１ａに印加される電圧は、−２Ｖに設定された。
【０１４８】
質量電荷比５００を有する５個のイオンが、好ましいイオンガイド又は質量分析器７内に最初から存在して位置１５にあるものとしてモデル化された。好ましいイオンガイド又は質量分析器７内において１×１０-2ミリバールの圧力で存在しているものとしてモデル化されたヘリウム緩衝ガスをシミュレーションするために、剛体球衝突ガスモデルが使用された。
【０１４９】
緩衝ガスによって冷却されたガスは、最初、イオンガイド又は質量分析器７内にイオンを径方向に閉じ込めるためにリング電極１１に二相のＡＣ又はＲＦの電圧又は電位を印加した結果として生じる軸方向の擬ポテンシャルコルゲーションの１つの中に捕捉された。駆動する用の軸方向のＲＦ電位が時間とともに引き上げられる又は増大されるにつれて、イオンは、好ましくは、イオンガイド又は質量分析器７に沿ってその中を通って出口電極１ａに向かって駆動された。
【０１５０】
図８は、図７との関連でモデル化及び上述された、好ましいイオンガイド又は質量分析器７を通るイオンの飛行時間のグラフを示している。図８は、３５０、４００、４５０、５００、５５０、６００の質量電荷比を有するイオンの飛行時間を示している。各質量電荷比について、５個のイオンがモデル化された。図８からは、イオンの質量電荷比と飛行時間との間に直線的関係があることがわかる。直線的関係は、式（５）及び（１１）によって上述された関係と上手く一致している。
【０１５１】
好ましいイオンガイド又は質量分析器７がその他のタイプの質量分析器と併用可能である又はそれに結合可能であるその他の実施形態が考えられる。例えば、好ましいイオンガイド又は質量分析器７は、走査型四重極ロッドセットタイプの質量フィルタ又は質量分析器に結合されてよい。この実施形態にしたがうと、有利なことに、質量フィルタ又は質量分析器のデューティサイクルを増大させられる。
【０１５２】
別の一実施形態にしたがうと、好ましいイオンガイド又は質量分析器７は、一動作モードにおいて、タンデム質量分析計内の衝突ガスセルとして使用されえる。
【０１５３】
イオンが擬ポテンシャル駆動力によってイオンガイド又は質量分析器７を通って追い立てられる又は推進されることが好ましい方向と実質的に反対の方向であることが好ましい方向に緩衝ガスが好ましいイオンガイド又は質量分析器７を通って流れるように構成可能であるその他の実施形態も考えられる。
【０１５４】
本発明は、好ましい実施形態を参照にして説明されてきたが、当業者ならば、添付の特許請求の範囲に定められた本発明の範囲から逸脱することなく各種の変更を形態及び詳細に加えられることが明らかである。
【図１】
2010511985.tif 000016
【図２Ａ】
2010511985.tif 000017
【図２Ｂ】
2010511985.tif 000018
【図３Ａ】
2010511985.tif 000019
【図３Ｂ】
2010511985.tif 000020
【図４】
2010511985.tif 000021
【図５】
2010511985.tif 000022
【図６】
2010511985.tif 000023
【図７】
2010511985.tif 000024
【図８】
2010511985.tif 000025
【手続補正書】
【提出日】平成21年8月4日(2009.8.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電極を含むイオンガイドと、
イオンを前記イオンガイド内に径方向に閉じ込めるように構成及び適応される第１の手段と、
時間変化する不均一な軸方向電場を前記イオンガイドの軸方向長さの少なくとも一部分に沿って印加するように構成及び適応される第２の手段と、
を備える飛行時間型質量分析器。
【請求項２】
請求項１に記載の飛行時間型質量分析器であって、
前記第１の手段は、前記イオンガイド内においてイオンを径方向に閉じ込めるために、前記イオンガイドを構成する電極の少なくとも５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、５５％、６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、９５％、又は１００％に第１のＡＣ電圧又はＲＦ電圧を印加するように構成及び適応される第１のＡＣ電圧手段又はＲＦ電圧手段を含む、飛行時間型質量分析器。
【請求項３】
請求項２に記載の飛行時間型質量分析器であって、
使用時に前記電極に印加される前記第１のＡＣ電圧又はＲＦ電圧は、使用時に前記イオンガイド内においてイオンを径方向に閉じ込める働きをする放射状の擬ポテンシャル井戸を生じさせる又は生成する、及び／又は、前記第１のＲＦ電圧は、二相又は多相のＲＦ電圧を含む、飛行時間型質量分析器。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の飛行時間型質量分析器であって、
前記第２の手段は、前記電極に第２のＡＣ電圧又はＲＦ電圧を印加するための手段を含む、飛行時間型質量分析器。
【請求項５】
請求項４に記載の飛行時間型質量分析器であって、
前記第２のＡＣ電圧又はＲＦ電圧は、単相のＡＣ電圧又はＲＦ電圧を含む、飛行時間型質量分析器。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の飛行時間型質量分析器であって、
隣り合う電極間又は隣り合う電極群間における前記第２のＡＣ電圧又はＲＦ電圧の位相差は、実質的に０oである、飛行時間型質量分析器。
【請求項７】
請求項４、５、又は６に記載の飛行時間型質量分析器であって、
一動作モードにおいて、前記イオンガイドの軸方向長さに沿った１つ又は２つ以上の点における前記第２のＡＣ電圧又はＲＦ電圧の最大振幅は、時間によらずに実質的に一定に留まるように、又は、時間とともに変化、増大、若しくは減少するように構成される、飛行時間型質量分析器。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかに記載の飛行時間型質量分析器であって、
前記第２の手段は、時間変化する軸方向電場を前記イオンガイドの軸方向長さの少なくとも一部分に沿って印加するように構成及び適応され、前記軸方向電場は、前記イオンガイドのイオン入口領域から前記イオンガイドのイオン出口領域に向かう方向に、前記イオンガイドの長さに沿って増大又は減少する、飛行時間型質量分析器。
【請求項９】
請求項８に記載の飛行時間型質量分析器であって、
前記軸方向電場は、前記イオンガイドのイオン入口領域から前記イオンガイドのイオン出口領域に向かう方向に、前記イオンガイドの長さに沿って直線的又は非直線的なかたちで増大又は減少するように構成される、飛行時間型質量分析器。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれかに記載の飛行時間型質量分析器であって、
前記第２の手段は、前記イオンガイドの軸方向長さの少なくとも一部分に沿って軸方向にイオンを加速又は減速させるように構成及び適応される、飛行時間型質量分析器。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれかに記載の飛行時間型質量分析器であって、
前記第２の手段は、１つ又は２つ以上の補助電極をさらに含む、飛行時間型質量分析器。
【請求項１２】
請求項１ないし１１のいずれかに記載の飛行時間型質量分析器であって、
前記飛行時間型質量分析器は、一動作モードにおいてイオンが第１の方向に移動し、前記イオンガイド内において反射され、次いで前記第１の方向と実質的に反対である第２の方向に移動する、リフレクトロン飛行時間型質量分析器を含む、飛行時間型質量分析器。
【請求項１３】
請求項１ないし１１のいずれかに記載の飛行時間型質量分析器であって、
一動作モードにおいて、イオンは、入口電極、入口領域、又は入口アパーチャを通じて前記イオンガイドに進入し、前記イオンガイドの長さを突っ切り、出口電極、出口領域、又は出口アパーチャを通じて前記イオンガイドから退出する、飛行時間型質量分析器。
【請求項１４】
請求項１３に記載の飛行時間型質量分析器であって、
イオンは、前記入口電極、入口領域、又は入口アパーチャから前記出口電極、出口領域、又は出口アパーチャへと突っ切る際に、前記イオンガイド内において軸方向に実質的に反射されない、飛行時間型質量分析器。
【請求項１５】
イオンをそれらの飛行時間にしたがって質量分析する方法であって、
複数の電極を含むイオンガイドを提供することと、
前記イオンガイド内にイオンを径方向に閉じ込めることと、
時間変化する不均一な軸方向電場を前記イオンガイドの軸方向長さの少なくとも一部分に沿って印加することと、
を備える方法。
【手続補正書】
【提出日】平成21年11月19日(2009.11.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電極を含むイオンガイドと、
イオンを前記イオンガイド内に径方向に閉じ込めるように構成及び適応される第１の手段と、
時間変化する不均一な軸方向電場を前記イオンガイドの軸方向長さの少なくとも一部分に沿って印加するように構成及び適応される第２の手段と、
を備える飛行時間型質量分析器。
【請求項２】
請求項１に記載の飛行時間型質量分析器であって、
前記第１の手段は、前記イオンガイド内においてイオンを径方向に閉じ込めるために、前記イオンガイドを構成する電極の少なくとも５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、５５％、６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、９５％、又は１００％に第１のＡＣ電圧又はＲＦ電圧を印加するように構成及び適応される第１のＡＣ電圧手段又はＲＦ電圧手段を含む、飛行時間型質量分析器。
【請求項３】
請求項２に記載の飛行時間型質量分析器であって、
使用時に前記電極に印加される前記第１のＡＣ電圧又はＲＦ電圧は、使用時に前記イオンガイド内においてイオンを径方向に閉じ込める働きをする放射状の擬ポテンシャル井戸を生じさせる又は生成する、及び／又は、前記第１のＲＦ電圧は、二相又は多相のＲＦ電圧を含む、飛行時間型質量分析器。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の飛行時間型質量分析器であって、
前記第２の手段は、前記電極に第２のＡＣ電圧又はＲＦ電圧を印加するための手段を含む、飛行時間型質量分析器。
【請求項５】
請求項４に記載の飛行時間型質量分析器であって、
前記第２のＡＣ電圧又はＲＦ電圧は、単相のＡＣ電圧又はＲＦ電圧を含む、飛行時間型質量分析器。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の飛行時間型質量分析器であって、
隣り合う電極間又は隣り合う電極群間における前記第２のＡＣ電圧又はＲＦ電圧の位相差は、実質的に０oである、飛行時間型質量分析器。
【請求項７】
請求項４、５、又は６に記載の飛行時間型質量分析器であって、
一動作モードにおいて、前記イオンガイドの軸方向長さに沿った１つ又は２つ以上の点における前記第２のＡＣ電圧又はＲＦ電圧の最大振幅は、時間によらずに実質的に一定に留まるように、又は、時間とともに変化、増大、若しくは減少するように構成される、飛行時間型質量分析器。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかに記載の飛行時間型質量分析器であって、
前記第２の手段は、時間変化する軸方向電場を前記イオンガイドの軸方向長さの少なくとも一部分に沿って印加するように構成及び適応され、前記軸方向電場は、前記イオンガイドのイオン入口領域から前記イオンガイドのイオン出口領域に向かう方向に、前記イオンガイドの長さに沿って増大又は減少する、飛行時間型質量分析器。
【請求項９】
請求項８に記載の飛行時間型質量分析器であって、
前記軸方向電場は、前記イオンガイドのイオン入口領域から前記イオンガイドのイオン出口領域に向かう方向に、前記イオンガイドの長さに沿って直線的又は非直線的なかたちで増大又は減少するように構成される、飛行時間型質量分析器。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれかに記載の飛行時間型質量分析器であって、
前記第２の手段は、前記イオンガイドの軸方向長さの少なくとも一部分に沿って軸方向にイオンを加速又は減速させるように構成及び適応される、飛行時間型質量分析器。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれかに記載の飛行時間型質量分析器であって、
前記第２の手段は、１つ又は２つ以上の補助電極をさらに含む、飛行時間型質量分析器。
【請求項１２】
請求項１ないし１１のいずれかに記載の飛行時間型質量分析器であって、
前記飛行時間型質量分析器は、一動作モードにおいてイオンが第１の方向に移動し、前記イオンガイド内において反射され、次いで前記第１の方向と実質的に反対である第２の方向に移動する、リフレクトロン飛行時間型質量分析器を含む、飛行時間型質量分析器。
【請求項１３】
請求項１ないし１１のいずれかに記載の飛行時間型質量分析器であって、
一動作モードにおいて、イオンは、入口電極、入口領域、又は入口アパーチャを通じて前記イオンガイドに進入し、前記イオンガイドの長さを突っ切り、出口電極、出口領域、又は出口アパーチャを通じて前記イオンガイドから退出する、飛行時間型質量分析器。
【請求項１４】
請求項１３に記載の飛行時間型質量分析器であって、
イオンは、前記入口電極、入口領域、又は入口アパーチャから前記出口電極、出口領域、又は出口アパーチャへと突っ切る際に、前記イオンガイド内において軸方向に実質的に反射されない、飛行時間型質量分析器。
【請求項１５】
イオンをそれらの飛行時間にしたがって質量分析する方法であって、
複数の電極を含むイオンガイドを提供することと、
前記イオンガイド内にイオンを径方向に閉じ込めることと、
時間変化する不均一な軸方向電場を前記イオンガイドの軸方向長さの少なくとも一部分に沿って印加することと、
を備える方法。
【国際調査報告】
2010511985.tif 000026
2010511985.tif 000027