(57)【要約】システム、デバイス、回路、および方法が、高電圧で動作する少なくとも１つの構成要素を備える、改良型質量分析検出システムのために提供される。いくつかの高電圧フィルタまたは回路が、正および負電圧を生じる高電圧電力供給部から雑音を低減させるために提供される。いくつかの実施形態では、フィルタは、１つ以上のダイオードを備えることができる。いくつかの実施形態では、フィルタは、１つ以上のトランジスタを備えることができる。いくつかの実施形態では、フィルタは、１つ以上のトランジスタペアを備えることができる。本開示と併せて、システム、デバイス、回路、および方法の種々の実施形態が提供される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン分析器と、
前記分析器に電気的に連結される、高電圧電力供給部と、
前記高電圧電力供給部に電気的に連結され、前記高電圧電力供給部によって出力される高い正電圧から雑音を低減させるように構成され、さらに、前記高電圧電力供給部によって出力される高い負電圧出力から雑音を低減させるように構成される、高電圧フィルタと
を備える、質量分析計システム。
【請求項２】
前記高電圧フィルタは、電圧が前記分析器の出力に到達する前に、前記高電圧電力供給部によって出力される電圧から雑音をフィルタ処理するように構成される、１つ以上のダイオードを備え、随意に、前記１つ以上のダイオードは、並列に電気的に連結され、相互と反対方向に配置される、第１のダイオードと、第２のダイオードとを備える、請求項１に記載の質量分析計システム。
【請求項３】
前記高電圧フィルタは、電圧が前記分析器の出力に到達する前に、前記高電圧電力供給部によって出力される電圧から雑音をフィルタ処理するように構成される、少なくとも１つのトランジスタを備える、請求項１に記載の質量分析計システム。
【請求項４】
前記少なくとも１つのトランジスタは、並列に電気的に連結される、第１のトランジスタと、第２のトランジスタとを備える、請求項３に記載の質量分析計システム。
【請求項５】
前記少なくとも１つのトランジスタは、並列に電気的に連結される、少なくとも２つのトランジスタペアを備え、各ペアは、ダーリントントランジスタを備える、請求項３に記載の質量分析計システム。
【請求項６】
前記高電圧電力供給部は、前記分析器に電気的に連結される、唯一の電圧電力供給部である、請求項１に記載の質量分析計システム。
【請求項７】
前記分析器は、レンズ、加速器、電極、ライナ、反射体、および１つ以上のマルチチャネルプレート検出器のうちの少なくとも１つを備え、前記高電圧電力供給部は、前記レンズ、前記加速器、前記電極、前記ライナ、前記反射体、および前記１つ以上のマルチチャネルプレート検出器のうちの少なくとも１つに電気的に連結される、請求項１に記載の質量分析計システム。
【請求項８】
質量分析計システムの高電圧電力供給部とともに使用するための回路であって、
高電圧入力と、
高電圧出力と、
前記高電圧入力と前記高電圧出力との間で電気的に連結され、電圧が前記高電圧出力に到達する前に、前記高電圧入力によって出力される電圧から雑音をフィルタ処理するように構成される、ダイオードと、
前記ダイオードに電気的に連結されるコンデンサと
を備える、回路。
【請求項９】
前記ダイオードに並列に電気的に連結され、前記ダイオードの方向とは反対の方向に配置され、電圧が前記高電圧出力に到達する前に、前記高電圧入力によって出力される電圧から雑音をフィルタ処理するように構成される、第２のダイオードをさらに備える、請求項８に記載の回路。
【請求項１０】
前記ダイオードおよび前記第２のダイオードのいずれか一方または両方は、自動的に適応して前記高電圧出力で所望の出力電圧を達成するように構成される、請求項８または１１に記載の回路。
【請求項１１】
前記高電圧出力は、質量分析計のイオン分析器に近接するか、またはその上のいずれかにあるレンズに印加される、請求項８に記載の回路。
【請求項１２】
質量分析計システムの高電圧電力供給部とともに使用するための回路であって、
高電圧入力と、
高電圧出力と、
前記高電圧入力と前記高電圧出力との間に連結され、閾値周波数よりも高い周波数が前記高電圧出力へ移動することを防止するように構成される、低域通過フィルタと、
前記低域通過フィルタの下流で前記高電圧入力と前記高電圧出力との間に連結され、電圧が前記高電圧出力に到達する前に、前記高電圧入力によって出力される電圧から雑音をフィルタ処理するように構成される、少なくとも１つのトランジスタと
を備える、回路。
【請求項１３】
前記少なくとも１つのトランジスタは、エミッタフォロワトランジスタを備える、請求項１２に記載の回路。
【請求項１４】
前記少なくとも１つのトランジスタは、並列に電気的に連結される、少なくとも２つのトランジスタを備え、随意に、前記少なくとも２つのトランジスタのうちの第１のトランジスタは、ｎｐｎトランジスタを備え、前記少なくとも２つのトランジスタのうちの第２のトランジスタは、ｐｎｐトランジスタを備える、請求項１２に記載の回路。
【請求項１５】
前記少なくとも１つのトランジスタは、並列に電気的に連結される、少なくとも２つのトランジスタペアを備え、各ペアは、ダーリントントランジスタを備え、随意に、前記少なくとも２つのトランジスタペアのうちの第１のトランジスタペアは、少なくとも２つのｎｐｎトランジスタを備え、前記少なくとも２つのトランジスタペアのうちの第２のトランジスタペアは、少なくとも２つのｐｎｐトランジスタを備える、請求項１２に記載の回路。
【請求項１６】
前記低域通過フィルタは、少なくとも１つの抵抗器と、少なくとも１つのコンデンサとを備え、随意に、前記低域通過フィルタは、前記少なくとも１つの抵抗器が少なくとも２つの抵抗器を備え、前記少なくとも１つのコンデンサが少なくとも２つのコンデンサを備えるように、二次低域通過フィルタを備える、請求項１２に記載の回路。
【請求項１７】
前記少なくとも１つのトランジスタと並列に電気的に連結される、ツェナーダイオードペアをさらに備える、請求項１２に記載の回路。
【請求項１８】
前記少なくとも１つのトランジスタの下流に配置される抵抗器をさらに備える、請求項１２に記載の回路。
【請求項１９】
前記高電圧入力は、前記回路と関連付けられる唯一の電力供給部である、請求項８または１２に記載の回路。
【請求項２０】
前記高電圧出力は、レンズ、加速器、電極、ライナ、反射体、および１つ以上のマルチチャネルプレート検出器のうちの少なくとも１つに印加される、請求項１２に記載の回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
本願は、２０１１年１２月２７日に出願された、米国仮出願第６１／５８０，４１８号の利益および優先権を主張するものであり、該米国仮出願の全体は、参照により本明細書中に援用される。
【０００２】
本出願者の教示は、高圧電力供給部を対象とする。
【背景技術】
【０００３】
本開示は、質量分析検出システムを操作するためのシステム、デバイス、回路、および方法に関する。典型的には、質量分析検出システムの構成要素に電力供給するために使用される高電圧（約±２ｋＶから約±８ｋＶの範囲内）は、システムの分解能および精度に影響を及ぼし得る、望ましくない雑音レベルをもたらす。質量分析検出システムの分解能は、例えば、システムと関連付けられる任意の電力供給部の長期および短期安定性を含む、いくつかの異なるパラメータによって制限され得る。高周波数電圧変動が、ピークの広がりおよび分解能の損失につながる一方で、電力供給部の切替に起因し得る緩やかな変化は、質量偏移およびより多くの場合に器具を再較正する必要性をもたらし得る。
【０００４】
高電圧電力供給部から雑音をフィルタ処理するために使用される従来の技法は、限定されている。例えば、単純なＲＣフィルタが使用されるとき、概して、静電容量を低く保つことが好まれるが、そうすることは、フィルタリングの程度と対立する。ＲＣフィルタの抵抗器の抵抗を増加させることは、典型的には、充電時間の増加をもたらす。さらなる一例として、単位利得を伴う非反転増幅器を備えるもの等の従来の能動フィルタが使用されるとき、複数の電力供給部は、多くの場合、回路を駆動するように正および負電圧の間で浮動させられ、付加的な雑音につながり、分解能に悪影響を及ぼす。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
なおもさらに、質量分析検出システムを駆動するための複数の高電圧電力供給部の使用は、電源投入または故障状態でシステムを横断すると考えられる任意の高電圧からシステムを保護することを困難にし得る。したがって、フィルタリング検出システムのための改良型検出システム、デバイス、回路、および方法が所望される。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下の概要は、いかなる発明も定義するものではなく、読者に本明細書を紹介することを目的としている。１つ以上の発明は、システムおよび／またはデバイス要素の組み合わせまたは下位組み合わせ、あるいは以下または本明細書の他の部分で説明される方法ステップの組み合わせまたは下位組み合わせに属し得る。本発明者らは、請求項で１つまたは複数のそのような他の発明を単に説明しないことによって、本明細書で開示される１つまたは複数のいかなる発明に対する権利も撤回または放棄するものではない。
【０００７】
本明細書で説明される実施形態は、いくつかの側面では、質量分析計システムは、イオン分析器と、高電圧電力供給部と、高電圧フィルタとを備える。高電圧電力供給部は、分析器に電気的に連結することができ、高電圧フィルタは、高電圧電力供給部に電気的に連結することができる。さらに、高電圧フィルタは、高電圧電力供給部によって出力される高い正電圧から雑音を低減させ、高電圧電力供給部によって出力される高い負電圧出力から雑音を低減させるように構成することができる。いくつかの実施形態では、高電圧フィルタは、電圧が分析器の出力に到達する前に、高電圧電力供給部によって出力される電圧から雑音をフィルタ処理するように構成される、１つ以上のダイオードを備えることができる。いくつかの実施形態では、１つ以上のダイオードは、並列に電気的に連結され、相互と反対方向に配置される、第１のダイオードと、第２のダイオードとを備えることができる。いくつかの実施形態では、高電圧フィルタは、電圧が分析器の出力に到達する前に、高電圧電力供給部によって出力される電圧から雑音をフィルタ処理するように構成される、少なくとも１つのトランジスタを備えることができる。いくつかの実施形態では、少なくとも１つのトランジスタは、並列に電気的に連結される、第１のトランジスタと、第２のトランジスタとを備えることができる。いくつかの実施形態では、少なくとも１つのトランジスタは、各ペアがダーリントントランジスタを備える、並列に電気的に連結される、少なくとも２つのトランジスタペアを備えることができる。いくつかの実施形態では、高電圧電力供給部は、分析器に電気的に連結される、唯一の電圧電力供給部であり得る。いくつかの実施形態では、分析器は、レンズ、加速器、ライナ、反射体、および１つ以上のマルチチャネルプレート検出器のうちの少なくとも１つを備えることができ、高電圧電力供給部は、レンズ、加速器、ライナ、反射体、および１つ以上のマルチチャネルプレート検出器のうちの少なくとも１つに電気的に連結することができる。いくつかの実施形態では、質量分析計システムはさらに、イオン源と、イオン源から複数のイオンを受容するように構成される質量分析器とを備えることができる。いくつかの実施形態では、質量分析器は、イオン分析器から上流に配置することができ、イオンをイオン分析器へ放出するように構成することができる。
【０００８】
本明細書で説明される実施形態は、さらなる側面では、高電圧入力と、高電圧出力と、高電圧入力と高電圧出力との間で電気的に連結されるダイオードと、ダイオードに電気的に連結されるコンデンサとを備える、質量分析計システムの高電圧電力供給部とともに使用するための回路を提供する。ダイオードは、電圧が高電圧出力に到達する前に、高電圧入力によって出力される電圧から雑音をフィルタ処理するように構成することができる。いくつかの実施形態では、ダイオードは、自動的に適応して高電圧出力で所望の出力電圧を達成するように構成することができる。いくつかの実施形態では、回路はさらに、ダイオードに並列に電気的に連結され、ダイオードの方向とは反対の方向に配置され、電圧が高電圧出力に到達する前に、高電圧入力によって出力される電圧から雑音をフィルタ処理するように構成される、第２のダイオードを備えることができる。いくつかの実施形態では、第１のダイオードおよび第２のダイオードは、自動的に適応して高電圧出力で所望の出力電圧を達成するように構成することができる。いくつかの実施形態では、高電圧入力は、回路と関連付けられる唯一の電力供給部であり得る。いくつかの実施形態では、高電圧出力は、質量分析計のイオン分析器に近接するか、またはその上のいずれかにあるレンズに印加することができる。
【０００９】
本明細書で説明される実施形態は、さらなる側面では、高電圧入力と、高電圧出力と、高電圧入力と前記高電圧出力との間に連結される、低域通過フィルタと、低域通過フィルタの下流で高電圧入力と高電圧出力との間に連結される、少なくとも１つのトランジスタとを備える、質量分析計システムの高電圧電力供給部とともに使用するための回路を提供する。低域通過フィルタは、閾値周波数よりも高い周波数が高電圧出力へ移動することを防止するように構成することができる。少なくとも１つのトランジスタは、電圧が高電圧出力に到達する前に、高電圧入力によって出力される電圧から雑音をフィルタ処理するように構成することができる。いくつかの実施形態では、少なくとも１つのトランジスタは、エミッタフォロワトランジスタを備えることができる。いくつかの実施形態では、少なくとも１つのトランジスタは、並列に電気的に連結される、少なくとも２つのトランジスタを備えることができる。いくつかの実施形態では、第１のトランジスタは、ｎｐｎトランジスタを備えることができ、第２のトランジスタは、ｐｎｐトランジスタを備えることができる。いくつかの実施形態では、少なくとも１つのトランジスタは、各ペアがダーリントントランジスタを備える、並列に電気的に連結される、少なくとも２つのトランジスタペアを備えることができる。いくつかの実施形態では、第１のトランジスタペアは、少なくとも２つのｎｐｎトランジスタを備えることができ、第２のトランジスタペアは、少なくとも２つのｐｎｐトランジスタを備えることができる。いくつかの実施形態では、低域通過フィルタは、少なくとも１つの抵抗器と、少なくとも１つのコンデンサとを備えることができる。いくつかの実施形態では、低域通過フィルタは、少なくとも１つの抵抗器が少なくとも２つの抵抗器を備え、少なくとも１つのコンデンサが少なくとも２つのコンデンサを備えるように、二次低域通過フィルタを備えることができる。いくつかの実施形態では、回路はさらに、少なくとも１つのトランジスタと並列に電気的に連結される、ツェナーダイオードペアを備えることができる。いくつかの実施形態では、回路はさらに、少なくとも１つのトランジスタの下流に配置される抵抗器を備えることができる。いくつかの実施形態では、高電圧入力は、回路と関連付けられる唯一の電力供給部であり得る。いくつかの実施形態では、高電圧出力は、レンズ、加速器、ライナ、反射体、および１つ以上のマルチチャネルプレート検出器のうちの少なくとも１つに印加することができる。
【００１０】
本明細書で説明される実施形態は、その上さらなる側面では、質量分析計において、イオンの少なくとも１つのパラメータを示す電流信号を生成するように、質量分析計のイオン分析器から複数のイオンを導出するステップと、電源から分析器に正の高電圧を印加するステップと、電源から分析器に負の高電圧を印加するステップと、正の高電圧から雑音を除去するためにフィルタを使用するステップと、負の高電圧から雑音を除去するためにフィルタを使用するステップと、正の高電圧用のフィルタによって出力される信号に基づいて、イオンの少なくとも１つのパラメータを検出するステップと、負の高電圧用のフィルタによって出力される信号に基づいて、イオンの少なくとも１つのパラメータを検出するステップとを含む、イオンを検出するための方法を提供する。いくつかの実施形態では、フィルタは、１つ以上のダイオードを備えることができる。いくつかの実施形態では、１つ以上のダイオードは、並列に連結され、相互とは反対の方向に配置される、第１のダイオードと、第２のダイオードとを備えることができる。いくつかの実施形態では、フィルタは、少なくとも１つのトランジスタを備えることができる。いくつかの実施形態では、少なくとも１つのトランジスタは、並列に電気的に連結される、第１のトランジスタと、第２のトランジスタとを備えることができる。いくつかの実施形態では、少なくとも１つのトランジスタは、各ペアがダーリントントランジスタを備える、並列に電気的に連結される、少なくとも２つのトランジスタペアを備えることができる。いくつかの実施形態では、イオン分析器は、飛行時間分析器を備えることができる。いくつかのそのような実施形態では、正の高電圧を分析器に印加するステップ、および負の高電圧を分析器に印加するステップはさらに、レンズ、加速器、電極、ライナ、反射体、および１つ以上のマルチチャネルプレート検出器のうちの少なくとも１つに正の高電圧を印加するステップと、レンズ、加速器、電極、ライナ、反射体、および１つ以上のマルチチャネルプレート検出器のうちの少なくとも１つに負の高電圧を印加するステップとを含むことができる。
【００１１】
本出願者らのこれらおよび他の特徴が本明細書に記載される。
【００１２】
当業者であれば、以下で説明される図面が、例証目的のためにすぎないことを理解するであろう。図面は、本出願者らの教示の範囲をいかようにも限定することを目的としていない。本発明は、添付図面と併せて解釈される種々の実施形態の以下の説明から、より完全に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本出願者らの教示のいくつかの実施形態による、質量分析計の概略図である。
【図２】図２は、本出願者らの教示のいくつかの実施形態による、回路の概略図である。
【図３】図３は、図２の回路の周波数に関する減衰のプロットを表す。
【図４】図４は、本出願者らの教示のいくつかの実施形態による、回路の概略図である。
【図５】図５は、図４の回路の周波数に関する減衰のプロットを表す。
【図６】図６は、本出願者らの教示のいくつかの実施形態による、回路の概略図である。
【図７】図７は、図６の回路の周波数に関する減衰のプロットを表す。
【図８】図８は、本出願者らの教示のいくつかの実施形態による、質量分析計の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
ここで、本明細書で開示されるシステム、デバイス、回路、および方法の構造、機能、製造、および使用の原理の全体的理解を提供するように、ある例示的実施形態を説明する。これらの実施形態の１つ以上の実施例が、添付図面で図示されている。当業者であれば、本明細書で具体的に説明され、添付図面で図示される、システム、デバイス、回路、および方法は、非限定的な例示的実施形態であり、本発明の範囲は、請求項のみによって定義されることを理解するであろう。１つの例示的実施形態と関連して図示または説明される特徴は、他の実施形態の特徴と組み合わせられてもよい。そのような修正および変動は、本明細書で説明されるシステム、デバイス、回路、および方法の範囲内に含まれることを目的としている。
【００１５】
本明細書で説明されるシステム、デバイス、回路、および方法は、多くの異なる質量分析システムと併せて使用することができるが、本出願者らの教示の種々の実施形態を説明するための一般的枠組みを提供するように、質量分析システムの一般的略図が図１で提供されている。本出願者らの教示に従って質量分析計を構成および操作することができる、種々の方法のより詳細な説明が、この説明において以降で説明される。示されるように、いくつかの実施形態では、質量分析計１０は、イオン源１２と、イオン分析器１４と、分析器１４の上流に位置する質量分析器９とを備えることができる。イオン源１２は、１つ以上のレンズ６０および入力６２を通して分析器１４まで、これらのイオンのうちの特定のもの、例えば、選択された範囲内の質量対電荷比（ｍ／ｚ比）を有するイオンの通過を可能にする、質量分析器９を通過するイオンを放出することができる。
【００１６】
分析器１４は、それらの明確に異なる質量対電荷比に基づいてイオンをさらに区別するように、いくつかの異なる様式で操作することができる。いくつかの実施形態では、分析器１４は、飛行時間（ＴＯＦ）分析器を備えることができる。いくつかのＴＯＦ分析器は、分析器内のイオンの質量分離のためのイオン検出モジュールと、イオンがイオン検出モジュールから到達した後にイオンを検出するための１つ以上のマルチチャネルプレート（ＭＣＰ）検出器とを備えることができる。いくつかの異なるパラメータを分析器１４によって検出することができる。非限定的実施例として、分析器がＴＯＦ分析器を備える、いくつかの実施形態では、分析器１４は、イオンの質量対電荷比（ｍ／ｚ比）を示すことができる、イオンが電場ドリフトチャンバ１１を通って進行するのに要する時間を測定することができる。典型的には、より高いｍ／ｚ比を有するイオンは、電場ドリフトチャンバ１１を通って進行するのにより長い時間を要する。
【００１７】
分析器を操作するための種々の方法が以下で説明されるが、本出願者らの教示を議論する目的で、分析器１４のいくつかの異なる構成要素は、高電圧電力供給部または入力によって電力供給できることに留意されたい。いくつかの実施形態では分析器自体の一部であり得る、１つ以上のレンズ６０、および分析器１４のいくつかの構成要素は、高電圧電力供給部によって電力供給することができる。分析器１４のこれらの構成要素は、加速器または加速器アセンブリ１７、１つ以上の電極１８および／またはガードリング１９、電場ドリフトチャンバ１１の少なくとも一部分の周囲に配置される１つ以上の遮蔽体またはライナ１３、１つ以上のイオン反射体または鏡１５、および１つ以上のＭＣＰ検出器９０を備えるが、それらに限定されない。当業者であれば、分析器１４の前述の構成要素、ならびに本明細書で明示的に記述されていない他の構成要素を、本出願者らの教示と関連して使用することができる、いくつかの異なる様式を理解するであろう。これらの構成要素がどのようにして相互作用するかというさらに詳細な説明もまた、本明細書において以降で提供される。
【００１８】
分析器１４の種々の構成要素に供給される高電圧は、本出願者らの教示に従った種々の方法でフィルタ処理することができる。より具体的には、本出願者らは、電圧がその目的地構成要素に達する前に高電圧から雑音を除去するためにフィルタとして使用することができる、いくつかの異なる回路を開発した。雑音を除去することによって、本システムの分解能、効率、および精度を向上させることができる。
【００１９】
図２は、本出願者らの教示のいくつかの実施形態による、フィルタまたは回路１１０を図示する。フィルタ１１０は、コンデンサ１３０に電気的に連結される、２つのダイオード１２０および１２２として示される、１つ以上のダイオードを備える。示されるように、コンデンサ１３０は、その他方の端で接地１３２に連結することができる。１つ以上のダイオード１２０、１２２およびコンデンサ１３０は、入力１１２によって供給される電圧が高電圧出力１１４に達する前に、高電圧入力１１２から雑音をフィルタ処理するように適用することができる。種々の実施形態では、２つのダイオード１２０、１２２は、並列に配線し、相互と反対方向に配置することができる。反対方向にダイオード１２０、１２２を配置することによって、回路１１０は、それぞれ異なる極性を有する２つの別個の電力供給部を必要とすることなく、または電力供給部の電圧を浮動させる必要なく、両方の極性、すなわち、正の高電圧および負の高電圧の両方をフィルタ処理することができる。示されるように、ダイオード１２０、１２２は、Ｄ１Ｎ４１４８／２７Ｃダイオードであるが、少なくとも部分的に、回路の他の構成要素、ならびに所望の入力および出力パラメータに応じて、いくつかの他のダイオードを使用することができる。
【００２０】
いくつかの実施形態では、コンデンサ１３０の静電容量は、例えば、約０．００１μＦから約０．１μＦの範囲内で低く保つことができる。図２で提供される概略図では、コンデンサ１３０は、約０．０１μＦの静電容量値を有する。当業者であれば、低い静電容量値を有するコンデンサが、より低い程度のフィルタリングをもたらすであろうと理解するであろう。しかしながら、少なくとも１つのダイオードは、高電圧に対するフィルタの有効性を増進することができる、非線形動的抵抗を提供することができる。少なくとも１つのダイオードの動的抵抗は、以下の式によって表すことができる。
【数１】
2015507328.tif 000003
式中、Ｒは、少なくとも１つのダイオードの動的抵抗であり、Ｉは、印加された高電圧によって生成される少なくとも１つのダイオードを通る電流である。電力がフィルタ１１０に印加されると、高電圧信号の電流は、コンデンサ１３０の充電中は大きくなり得るが、コンデンサ１３０を充電する時間は、少なくとも１つのダイオードによって提供される動的抵抗のため短くなり得る。電流が定常状態に達したとき、いかなる電流も流れず、回路１１０のＲＣ積が無限に近づき、非常に効果的なフィルタをもたらし得る。
【００２１】
使用時、入力電圧を高電圧入力１１２に供給することができ、電流が接地１３２に向かって流れるであろう。入力電圧が正電圧である場合、電流は、第１のダイオード１２０を横断して通過し、高電圧出力１１４で出力電圧を提供するようにコンデンサ１３０を充電することができる。正電圧電流は、第２のダイオード１２２によって遮断することができる。入力電圧が負電圧である場合、電流は、第２のダイオード１２２を横断して通過し、高電圧出力１１４で出力電圧を提供するようにコンデンサ１３０を充電することができる。負電圧電流は、第１のダイオード１２０によって遮断することができる。高電圧入力１１２での入力電圧は、約±２ｋＶから約±８ｋＶの範囲内であり得、高電圧出力１１４での結果として生じる出力電圧は、ほぼ同一であり得る。いくつかの実施形態では、高電圧出力１１４での電圧出力が所望に応じて調整されることを可能にするように、第２の制御ループ（図示せず）を回路１１０に追加することができる。
【００２２】
出力電圧は、いくつかの構成要素に印加することができるが、いくつかの実施形態では、出力電圧は、質量分析器とイオン分析器との間に、またはイオン分析器自体内に配置される、１つ以上のレンズ要素に印加することができる。レンズ要素を伴うダイオードを備えるフィルタに関係する本教示を使用することの利益は、１つ以上のレンズ要素に接続される負荷抵抗がないことである。
【００２３】
本出願者らの教示の側面は、本出願者らの教示の範囲をいかようにも限定するものとして解釈されるべきではない、以下の実施例に照らして、さらに理解され得る。図３は、Ｃａｄｅｎｃｅ（登録商標）  Ｐｓｐｉｃｅ（登録商標）を使用した、図２の回路１１０のシミュレーションを図示する。図示されるように、システムの周波数が増加するにつれて（Ｘ軸）、雑音の除去または減衰（Ｙ軸）がほぼ線形に増加し続ける。約１０Ｈｚで、減衰は、１０Ｈｚでの回路１１０の雑音成分を約１０倍低減させることができることを示し、約２０ｄＢであり得る。非限定的実施例として、コンデンサ１３０の静電容量値を増加させることによって、より優れたフィルタリングを達成することができ、それがひいては、図２の曲線を左に偏移させ得る。図２の回路はまた、ベンチ上で試験され、低直流電流（ＤＣ）電圧において図３で図示されるものに類似する結果を実証した。なおもさらに、図２の回路は、プロトタイプＴＯＦ分光計上に設置され、試験された。試験は、約２５パーセントの分解能の有意な増加を実証した。当業者であれば、本出願者らの教示を組み込むが、異なる全体的設計を有する質量分析計が、様々な向上した結果を生じることができると認識するであろう。
【００２４】
図４は、本出願者らの教示のいくつかの実施形態による、別のフィルタまたは回路２１０を図示する。フィルタ２１０は、入力２１２によって供給される電圧が、負荷抵抗器２１４として図示される高電圧出力または負荷に達する前に、高電圧入力２１２から雑音をフィルタ処理するのに役立ち得る、２つのトランジスタ２２０および２２２として示される、１つ以上のトランジスタを備えることができる。出力または負荷は、負荷抵抗器２１４として図示されるが、他の電気構成要素を回路２１０の出力として使用することもできる。示されるように、入力２１２および負荷抵抗器２１４は、図示した実施形態では、それぞれ、接地２１１、２１５で接地することができる。１つ以上のトランジスタ２２０、２２２もまた、負荷抵抗器２１４への実質的に一定の電圧を維持するのに役立ち得る。示されるように、いくつかの実施形態では、１つ以上のトランジスタ２２０、２２２は、電流利得、単位電圧利得、および電力利得（電流および電圧利得の積であり得る）を有することができる、エミッタフォロワトランジスタであり得る。
【００２５】
１つ以上のトランジスタ２２０、２２２は、種々の方法で配線することができるが、いくつかの実施形態では、トランジスタ２２０のコレクタ導線（Ａ）を、高電圧入力２１２に電気的に接続することができ、トランジスタ２２０、２２２のベース導線（Ｂ）を、フィルタ処理された高電圧出力２１３に電気的に接続することができる。コレクタ導線（Ａ）での電圧は、トランジスタ２２０、２２２にバイアスをかけるように構成することができる一方で、ベース導線（Ｂ）での電圧は、トランジスタ２２０、２２２にわたって送給し、トランジスタエッミッタ（Ｃ）に出力することができる。種々の実施形態では、反対極性の電圧からの電流がフィルタ２１０を通って流れることを可能にすることができる、２つのトランジスタ２２０、２２２を使用することができる。図示した実施形態では、第１のトランジスタ２２０は、ｎｐｎトランジスタ、より具体的には、ＭＰＳ３９０４であり、第２のトランジスタ２２２は、ｐｎｐトランジスタ、より具体的には、ＭＰＳ３９０６であるが、少なくとも部分的に、回路の他の構成要素、ならびに所望の入力および出力パラメータに応じて、いくつかの他のトランジスタを使用することができる。さらに、いくつかの実施形態では、図６で図示され、以下で議論される、ダーリントントランジスタ３２１、３２５を組み込む設定を、回路２１０の構成要素と併せて、および／またはその代わりに使用することができる。
【００２６】
いくつかの実施形態では、回路２１０はさらに、低い周波数を通過させるが、高い周波数を遮断するように、１つ以上のトランジスタ２２０、２２２と電気的に連結される低域通過フィルタ２３０を備えることができる。多くの異なる種類の低域通過フィルタ２３０、例えば、抵抗器と、コンデンサとを備える、単一の低域通過フィルタ（以下で議論されるような図６で図示される低域通過フィルタ、または上記で議論されるような回路１１０の１つ以上のダイオード１２０、１２２およびコンデンサ１３０等）を使用することができるが、いくつかの実施形態では、図４で図示される回路のように、低域通過フィルタ２３０は、二次低域通過フィルタを備えることができる。いくつかの実施形態では、二次低域通過フィルタは、２つの抵抗器２３２、２３４と、２つのコンデンサ２３６、２３８を備えることができる。示されるように、いくつかの実施形態では、第１の抵抗器２３２および第２の抵抗器２３４は、第２のコンデンサ２３８と直列に連結することができ、第２のコンデンサ２３８はまた、片側で接地２３９に連結する一方で、反対側でトランジスタ２２０、２２２のベース導線（Ｂ）に連結することもできる。第１のコンデンサ２３６は、ベース導線（Ｂ）およびトランジスタ２２０、２２２のトランジスタエミッタ（Ｃ）を横断して第１の抵抗器２３２と直列に連結することができる。二次低域通過フィルタは、付加的な信号フィルタリングを提供し、それにより、本システム内の雑音を低減させることができる。少なくとも部分的に、回路の他の構成要素、ならびに所望の入力および出力パラメータに応じて、任意の数の抵抗値および任意の数の静電容量値を、抵抗器２３２、２３４および低域通過フィルタ２３０のコンデンサ２３６、２３８とともに使用することができるが、いくつかの実施形態では、第１の抵抗器２３２の抵抗は、約１０ｋΩから約５００ｋΩの範囲内であり得、第２の抵抗器２３４の抵抗は、約１０ｋΩから約５００ｋΩの範囲内であり得、第１のコンデンサ２３６の静電容量は、約０．１μＦから約１０μＦの範囲内であり得、第２のコンデンサ２３８の静電容量は、約０．００１μＦから約０．１μＦの範囲内であり得る。図示した実施形態では、第１および第２の抵抗器２３２、２３４は、約１００ｋΩの抵抗を有し、第１のコンデンサ２３６は、約１μＦの静電容量を有し、第２のコンデンサ２３８は、約０．０４７μＦの静電容量を有する。
【００２７】
いくつかの実施形態では、回路はさらに、ツェナーダイオードペア２４０を備えることができる。示されるように、ツェナーダイオードペア２４０は、反対方向に、かつ第１および第２のトランジスタ２２０、２２２と並列に電気的に連結される、第１のダイオード２４２と、第２のダイオード２４４とを備えることができる。ツェナーダイオードペア２４０は、使用時結果として生じ得る高電圧過渡から回路２１０を保護することができる。示されるように、第１および第２のダイオード２４２、２４４は、Ｄ１Ｎ５２４０ダイオードであるが、少なくとも部分的に、回路の他の構成要素、ならびに所望の入力および出力パラメータに応じて、いくつかの他のダイオードを使用することができる。
【００２８】
いくつかの実施形態では、回路２１０はさらに、第２のコンデンサ２３８の出力およびトランジスタ２２０、２２２に直列に連結される、１つ以上の抵抗器を備えることができる。任意の数の抵抗器を使用することができるが、図示した実施形態では、第１の抵抗器２５０が、以前に議論された負荷抵抗器２１４に対して上流で、回路２１０の一部として含まれる。１つ以上の抵抗器２５０は、短絡の場合に過剰な電流から回路２１０を保護するのに役立ち得る。任意の抵抗器の抵抗値は、少なくとも部分的に、回路の他の構成要素、ならびに所望の入力および出力パラメータに応じて、変化し得るが、いくつかの実施形態では、１つ以上の抵抗器のうちのいずれか１つの抵抗は、約０．１ＭΩから約１０００ＭΩの範囲内であり得る。図示した実施形態では、第１の抵抗器２５０の抵抗は、約１ＭΩであり、負荷抵抗器２１４の抵抗は、約１００ＭΩである。
【００２９】
使用時、負荷抵抗器２１４を駆動するように、入力電圧を高電圧入力２１２に供給することができる。入力電圧は、低域通過フィルタ２３０および１つ以上のトランジスタ２２０、２２２のコレクタ導線（Ａ）の両方に直接接続することができる。特定の閾値レベルを上回る周波数が回路２１０の残りの部分に達することを妨げることができるように、低域通過フィルタ２３０を通過する電圧をフィルタ処理することができる。どのような周波数が回路２１０を通過することができるかに関する選択は、いくつかの異なるパラメータに基づいて設定することができるが、いくつかの実施形態では、閾値周波数は、約１Ｈｚから約１００Ｈｚの範囲内であり得る。次いで、低域通過フィルタ２３０を横断して通過する電圧を、トランジスタ２２０、２２２のベース導線（Ｂ）に送給することができる。回路２１０の上部分２６０に向かって指向される電圧は、トランジスタ２２０、２２２にバイアスをかけるように構成することができる、コレクタ導線（Ａ）でトランジスタ２２０、２２２に印加することができる。
【００３０】
ベース導線（Ｂ）に到達するフィルタ処理された電圧は、電圧が正であるか負であるかに応じて、２つのトランジスタ２２０、２２２のうちの１つを横断して電流を駆動することができる。例えば、示されるように、負電圧が印加されたとき、第１のトランジスタ２２０は、いかなる電流もそれを横断して通過しないように、オフになるように構成することができる一方で、第２のトランジスタ２２２は、電流が通過することを可能にする。電流がベース導線（Ｂ）からトランジスタエミッタ（Ｃ）へ移動するにつれて、わずかな電圧降下があり得る。同様に、正電圧が印加されたとき、第２のトランジスタ２２２は、いかなる電流もそれを横断して通過しないように、オフになるように構成することができる一方で、第１のトランジスタ２２０は、それを横断して電流を通過させ、再度、電流がベース導線（Ｂ）からトランジスタエミッタ（Ｃ）へ移動するにつれて、わずかな電圧降下の可能性がある。
【００３１】
起こり得る、フィルタ２１０の上部分２６０を横断する電圧の値が、あるレベルを超える場合、例えば、負荷抵抗器２１４が短絡する場合には、電流は、トランジスタ２２０、２２２の両方を迂回することができ、代わりに、ツェナーダイオードペア２４０によって伝導することができる。いくつかの実施形態では、ツェナーダイオードペア２４０が伝導し始めることができる電圧は、約±１０Ｖから約±３０Ｖの範囲内である。
【００３２】
電流がそれぞれのトランジスタ２２０、２２２を横断して通過した後、次いで、電流は、存在する場合、１つ以上の抵抗器２５０を横断し、すなわち、負荷抵抗器２１４で示されるように、電圧出力まで移動することができる。概して、回路２１０は、ＤＣで単位利得を有することができる。交流電流（ＡＣ）利得は、周波数とともに減少することができ、そのような利得の非限定的で典型的な応答が、図５で図示されている。
【００３３】
高電圧入力２１２での入力電圧は、約±２ｋＶから約±８ｋＶの範囲内であり得、負荷抵抗器２１４での結果として生じる出力電圧は、約０．６Ｖ低くあり得る。負荷抵抗器２１４の正確な値は、例えば、所望の出力電圧を得るように高電圧供給部２１２を調整することができる、フィードバックループを追加することによって、さらに制御することができる。図示した実施形態では、入力電圧は、約±５ｋＶであり、結果として生じる出力電圧は、約±４．９９９４ｋＶである。
【００３４】
本出願者らの教示の側面は、本出願者らの教示の範囲をいかようにも限定するものとして解釈されるべきではない、以下の実施例に照らして、さらに理解され得る。図５は、Ｃａｄｅｎｃｅ（登録商標）  Ｐｓｐｉｃｅ（登録商標）を使用した、図４の回路２１０のシミュレーションを図示する。図３と同様に、本システムの周波数は、Ｘ軸上に図示され、雑音の除去または減衰は、Ｙ軸上に図示される。プロットは、フィルタがより高い周波数のみで雑音を除去することを図示する。示されるように、減衰が約２０Ｈｚで有意に増加し始める前に、周波数が約３．０Ｈｚを過ぎて移動するまで、減衰は最小限である。減衰は、約３５０Ｈｚの後まで継続し、その時点で、減衰のさらなる増加が起こらず、実際、減衰のうちのいくらかが失われる。これは、飽和が最終的にさらなる減衰を防止する、システムの現実によるものであり得る。シミュレーションで示される最大減衰は、約５４ｄＢである。このシステムによって達成されるパラメータは、回路２１０を作成する際に使用される種々の構成要素に基づいて調整可能であり得、したがって、より小さいまたは大きい値の減衰、および／またはより迅速に、あるいはゆっくりと、達成することができる。例えば、いくつかの実施形態では、約５０Ｈｚから約１０ｋＨｚの範囲内の周波数に対する約１０ｄＢから約４５ｄＢの範囲内の減衰を達成することができる。図４の回路２１０はまた、ベンチ上で試験され、図５で図示されるものに類似する結果を実証した。
【００３５】
図６は、本出願者らの教示のいくつかの実施形態による、別のフィルタまたは回路３１０を図示する。フィルタ３１０は、入力３１２によって供給される電圧が、負荷抵抗器３１４として図示される高電圧出力または負荷に達する前に、高電圧入力３１２から雑音をフィルタ処理するのに役立ち得る、４つのトランジスタ３２０、３２２、３２４、３２６として示される、１つ以上のトランジスタを備えることができる。図４の回路２１０と同様に、出力または負荷は、負荷抵抗器３１４として図示されるが、他の電気構成要素を回路３１０の出力として使用することができる。示されるように、入力３１２および負荷抵抗器３１４は、図示した実施形態では、それぞれ、接地３１１、３１５に接地することができる。１つ以上のトランジスタ３２０、３２２、３２４、３２６はまた、負荷抵抗器３１４にわたって実質的に一定の電圧を維持するのにも役立ち得る。示されるように、１つ以上のトランジスタは、２つのペアのトランジスタ３２１、３２５を備える。第１のペアのトランジスタ３２１は、ダーリントントランジスタをともに形成する、第１のトランジスタ３２０および第３のトランジスタ３２４を備え、第２のペアのトランジスタ３２５は、反対方向であるがダーリントントランジスタをともに形成する、第２のトランジスタ３２２および第４のトランジスタ３２６を備える。ダーリントントランジスタは、高電圧または電流を取り扱う回路３１０の能力を向上させることができ、また、回路３１０のベータまたは電流利得を増加させることによって、所望に応じて高インピーダンスを提供することもできる。したがって、ダーリントントランジスタ３２１、３２５のうちの第１のトランジスタ、すなわち、第１および第２のトランジスタ３２０、３２２のベース導線（Ｂ）内の小さい電流が、トランジスタ３２０、３２２、３２４、３２６のコレクタ導線（Ｃ）内の大きい電流を制御することができ、トランジスタ３２０、３２２、３２４、３２６のベータが増加するにつれて、有効コンデンサ値を向上させることができる。
【００３６】
いくつかの実施形態では、第１、第２、第３、および第４のトランジスタ３２０、３２２、３２４、３２６は、電流利得、単位電圧利得、および電力利得（電流および電圧利得の積であり得る）を有することができる、エミッタフォロワトランジスタであり得る。第１および第２のトランジスタペア３２１、３２５は、種々の方法で配線することができるが、いくつかの実施形態では、トランジスタ３２０、３２２、３２４、３２６のコレクタ導線（Ａ）を、高電圧入力３１２に電気的に接続することができ、第１および第２のトランジスタ３２０、３２２のベース導線（Ｂ）を、フィルタ処理された高電圧入力３１３に電気的に接続することができ、第３および第４のトランジスタ３２４、３２６のベース導線（Ｂ）を、それぞれの第１および第２のトランジスタ３２０、３２２のトランジスタエミッタ（Ｃ）に電気的に接続することができる。コレクタ導線（Ａ）での電圧は、４つのトランジスタ３２０、３２２、３２４、３２６にバイアスをかけるように構成することができる一方で、ベース導線（Ｂ）での電圧は、トランジスタ３２０、３２２、３２４、３２６にわたって送給し、それぞれのトランジスタエッミッタ（Ｃ）を介して出力することができる。図示した実施形態では、第１および第３のトランジスタ３２０、３２４は、ｎｐｎトランジスタ、より具体的には、ＭＰＳ３９０４であり、第２および第４のトランジスタ３２２、３２６は、ｐｎｐトランジスタ、より具体的には、ＭＰＳ３９０６であるが、少なくとも部分的に、回路の他の構成要素、ならびに所望の入力および出力パラメータに応じて、いくつかの他のトランジスタを使用することができる。
【００３７】
図示した実施形態は、２つのトランジスタペア３２１、３２５を示すが、いくつかの他の実施形態では、１つ以上のトランジスタは、１つの極性で動作する単一のトランジスタペアまたはダーリントントランジスタであり得る。さらに、いくつかの他の実施形態では、トランジスタペアまたはダーリントントランジスタが３つ以上のトランジスタを備えることができるように、付加的な段階をトランジスタペアまたはダーリントントランジスタに追加することができる。したがって、本明細書でのトランジスタ、またはシステム、デバイス、回路、および方法の任意の他の構成要素に対する「ペア」という用語の使用は、トランジスタまたは他の構成要素の数を２つのトランジスタまたは他の構成要素に限定しない。ペアは、２つ以上のトランジスタ、または２つ以上の他のそのような構成要素を含むことができる。ダーリントントランジスタの中のトランジスタの数を増加させることにより、ペアのベータを増加させることができる。さらに、いくつかの実施形態では、回路２１０に関して議論されるもののようなトランジスタ設定を、回路３１０の構成要素と併せて、および／またはその代わりに使用することができる。
【００３８】
いくつかの実施形態では、回路３１０はさらに、低い周波数を通過させるが、高い周波数を遮断するように、１つ以上のトランジスタ３２０、３２２、３２４、３２６と電気的に連結される低域通過フィルタ３３０を備えることができる。図４のもののような二次低域通過フィルタを含む、多くの異なる種類の低域通過フィルタ３３０を使用することができるが、いくつかの実施形態では、抵抗器３３２と、コンデンサ３３８とを備える、単一の低域通過フィルタを使用することができる。いくつかの実施形態では、抵抗器３３２等の抵抗器は、１つ以上のダイオード、例えば、所望のフィルタリングを提供することもできる、図１に関して示され、説明されるダイオードと置換することができる。抵抗器およびコンデンサ３３２、３３８は、直列に連結することができる。示されるように、いくつかの実施形態では、抵抗器３３２は、電圧入力３１２およびコンデンサ３３０に連結することができ、コンデンサは、片側で接地３３９に連結する一方で、反対側で第１および第２のトランジスタ３２０、３２２のベース導線（Ｂ）に連結することができる。少なくとも部分的に、回路の他の構成要素、ならびに所望の入力および出力パラメータに応じて、任意の数の抵抗値および任意の数の静電容量値を、抵抗器３３２およびコンデンサ３３８とともに使用することができるが、いくつかの実施形態では、抵抗器３３２の抵抗は、約０．１ＭΩから約１０ＭΩの範囲内であり得、コンデンサ３３８の静電容量は、約０．００１μＦから約０．１μＦの範囲内であり得る。図示した実施形態では、抵抗器３３２は、約２ＭΩの抵抗を有し、コンデンサ３３８は、約０．０４７μＦの静電容量を有する。
【００３９】
いくつかの実施形態では、回路３１０はさらに、ツェナーダイオードペア３４０を備えることができる。示されるように、ツェナーダイオードペア３４０は、反対方向に、かつ第１および第２のトランジスタ３２１、３２５と並列に電気的に連結される、第１のダイオード３４２と、第２のダイオード３４４とを備えることができる。ツェナーダイオードペア３４０は、使用時、結果として生じ得る高電圧過渡から回路３１０を保護することができる。示されるように、第１および第２のダイオード３４２、３４４は、Ｄ１Ｎ５２４０ダイオードであるが、少なくとも部分的に、回路の他の構成要素、ならびに所望の入力および出力パラメータに応じて、いくつかの他のダイオードを使用することができる。
【００４０】
いくつかの実施形態では、回路３１０はさらに、トランジスタ３２０、３２２、３２４、３２６の出力に連結される、１つ以上の抵抗器を備えることができる。任意の数の抵抗器を使用することができるが、図示した実施形態では、第１の抵抗器３５０が、以前に議論された負荷抵抗器３１４に対して上流で、回路３１０の一部として含まれる。１つ以上の抵抗器３５０は、短絡の場合に過剰な電流から回路３１０を保護するのに役立ち得る。任意の抵抗器の抵抗値は、少なくとも部分的に、回路の他の構成要素、ならびに所望の入力および出力パラメータに応じて、変化し得るが、いくつかの実施形態では、１つ以上の抵抗器のうちのいずれか１つの抵抗は、約０．１ＭΩから約１０００ＭΩの範囲内であり得る。図示した実施形態では、第１の抵抗器３５０の抵抗は、約１ＭΩであり、負荷抵抗器３１４の抵抗は、約１００ＭΩである。
【００４１】
使用時、負荷抵抗器３１４を駆動するように、入力電圧を高電圧入力３１２に供給することができる。入力電圧は、低域通過フィルタ３３０および１つ以上のトランジスタペア３２１、３２５のコレクタ導線（Ａ）の両方に直接接続することができる。特定の閾値レベルを上回る周波数が回路３１０の残りの部分に達することを妨げることができるように、低域通過フィルタ３３０を通過する電圧をフィルタ処理することができる。どのような周波数が回路３１０を通過することができるかに関する選択は、いくつかの異なるパラメータに基づいて設定することができるが、いくつかの実施形態では、閾値周波数は、約１Ｈｚから約１００Ｈｚの範囲内であり得る。次いで、低域通過フィルタ３３０を横断して通過する電圧を、各トランジスタペア３２１、３２５の最初のトランジスタ３２０、３２２のベース導線（Ｂ）に送給することができる。回路３１０の上部分３６０に向かって指向される電圧は、トランジスタ３２０、３２２、３２４、３２６にバイアスをかけるように構成することができる、コレクタ導線（Ａ）でトランジスタ３２０、３２２、３２４、３２６のそれぞれに印加することができる。
【００４２】
第１のトランジスタ３２０および第２のトランジスタ３２２のベース導線（Ｂ）に到達するフィルタ処理された電圧は、電圧が正であるか負であるかに応じて、２つのトランジスタ３２０、３２２のうちの１つを横断して電流を駆動することができる。例えば、示されるように、負電圧が印加されたとき、第１のトランジスタ３２０、したがって、第３のトランジスタ３２４は、いかなる電流もそれらを横断して通過しないように、オフになるように構成することができる一方で、第２のトランジスタ２２２、次いで、第４のトランジスタ３２６は、電流が通過することを可能にする。電流が第２のトランジスタ３２２のベース導線（Ｂ）から第２の伝送機３２２のトランジスタエミッタ（Ｃ）へ、次いで、再度、第４のトランジスタ３２６のベース導線（Ｂ）から第４の伝送機３２６のトランジスタエミッタ（Ｃ）へ移動するにつれて、わずかな電圧降下があり得る。同様に、正電圧が印加されたとき、第２のトランジスタ３２２、したがって、第４のトランジスタ３２６は、いかなる電流もそれを横断して通過しないように、オフになるように構成することができる一方で、第１のトランジスタ３２０は、それを横断して、次いで、第３のトランジスタ３２４を横断して、電流を通過させ、再度、電流が第１のトランジスタ３２０のベース導線（Ｂ）から第１の伝送機３２０のトランジスタエミッタ（Ｃ）へ、および第３のトランジスタ３２４のベース導線（Ｂ）から第３のトランジスタ３２４のトランジスタエミッタ（Ｃ）へ、両方に移動するにつれて起こり得る、わずかな電圧降下の可能性がある。
【００４３】
起こり得る、フィルタ３１０の上部分３６０を横断する電圧の値が、あるレベルを超える場合、例えば、負荷抵抗器３１４が短絡する場合には、電流は、トランジスタペア３２１、３２５の両方を迂回することができ、代わりに、ツェナーダイオードペア３４０によって伝導することができる。いくつかの実施形態では、ツェナーダイオードペア３４０が伝導し始めることができる電圧は、約±１０Ｖから約±３０Ｖの範囲内である。
【００４４】
電流がそれぞれのトランジスタペア３２１、３２５を横断して通過した後、次いで、電流は、存在する場合、１つ以上の抵抗器３５０を横断し、すなわち、負荷抵抗器３１４で示されるように、電圧出力へ移動することができる。概して、回路３１０は、ＤＣで単位利得を有することができる。利得は、周波数とともに減少することができ、所望のフィルタリングを提供することができる。
【００４５】
高電圧入力３１２での入力電圧は、約±２ｋＶから約±８ｋＶの範囲内であり得、負荷抵抗器３１４で結果として生じる出力電圧は、大きさが約１．２Ｖ小さくあり得る。負荷抵抗器３１４の正確な電圧は、例えば、所望の出力電圧を得るように高電圧供給部３１２を調整することができるフィードバックループを追加することによって、制御することができる。図示した実施形態では、入力電圧は、約±５ｋＶであり、結果として生じる出力電圧は、約±４．９９８８ｋＶである。
【００４６】
本出願者らの教示の側面は、本出願者らの教示の範囲をいかようにも限定するものとして解釈されるべきではない、以下の実施例に照らして、さらに理解され得る。図７は、Ｃａｄｅｎｃｅ（登録商標）  Ｐｓｐｉｃｅ（登録商標）を使用した、図６の回路３１０のシミュレーションを図示する。図３および５と同様に、本システムの周波数は、Ｘ軸上に図示され、雑音の除去または減衰は、Ｙ軸上に図示される。プロットは、フィルタがほとんど即時に雑音を除去し始め、約３Ｈｚから約４００Ｈｚの間でほぼ直線的にそうすることを図示する。約２０Ｈｚでは、減衰は、約２０ｄＢである。本システムは、約１．８ｋＨｚまで減衰し続け、その時点で、さらなる減衰が起こらず、実際、減衰のうちのいくらかが失われる。これは、飽和が最終的にさらなる減衰を防止する、システムの現実によるものであり得る。シミュレーションで示される最大減衰は、約５２ｄＢである。このシステムによって達成されるパラメータは、回路を作成する際に使用される種々の構成要素に基づいて調整可能であり得、したがって、より小さいまたは大きい値の減衰、および／またはより迅速に、あるいはゆっくりと、達成することができる。例えば、いくつかの実施形態では、約５Ｈｚから約１０ｋＨｚの範囲内の周波数に対する約１０ｄＢから約４０ｄＢの範囲内の減衰を達成することができる。この回路３１０はまた、ベンチ上およびプロトタイプＴＯＦ分光計上で試験され、そのような試験の結果は、図７で図示されるシミュレーションに類似した。
【００４７】
本明細書で説明されるシステム、デバイス、回路、および方法は、多くの異なる質量分析システムと併せて使用することができる。図１は、それとともに本出願者らの教示を使用することができる、いくつかの質量分析計の一般的枠組みを提供するが、図８は、いくつかのそのような分光計のいくつかのさらなる詳細を提供する。本出願者らの教示の側面は、図８と関連付けられる実施例に照らして、さらに理解され得るが、そのような実施形態は、本出願者らの教示の範囲をいかようにも限定するものとして解釈されるべきではない。当業者であれば、質量分析計、ならびにその構成要素、例えば、質量分析器およびイオン分析器を、本出願者らの教示に従って使用することができる、種々の構成を理解するであろう。
【００４８】
図８は、飛行時間質量分析計１０の１つの非限定的実施形態、より具体的には、図１でより一般的に以前に図示された、ハイブリッド四重極／飛行時間質量分析計（ＱｑＴＯＦ）を図示する。示されるように、質量分析計１０は、イオン源１２と、イオン分析器１４と、分析器１４の上流に位置する１つ以上の四重極２０、３０、４０を備える質量分析器９とを備えることができる。四重極２０、３０、４０は、例えば、レンズ２４、３４によって分離され得る、隣接チャンバ２２、３２、４２の中に配置することができる。
【００４９】
高電圧電力供給部とともに使用するための回路またはフィルタに関係する本出願者らの教示は、非限定的実施例として、約±３０Ｖ以上の任意の電圧であり得る、高電圧を提供する、質量分析計１０の任意の電力供給部とともに使用することができ、いくつかの実施形態では、本出願者らの教示は、イオン検出モジュールと、１つ以上のＭＣＰ検出器９０とを備える、ＴＯＦ分析器を備える分析器１４と併せて、特に有用である。
【００５０】
生成および前駆イオン（以下で議論される）の両方を含むことができる、被分析物イオンは、１つ以上のイオン光学要素またはレンズ６０およびイオン入口６２を通して、分析器１４の中へ伝送することができる。１つ以上のレンズ６０は、約±２ｋＶから約±８ｋＶの範囲内の電圧を供給する、高電圧電力供給部に連結することができる。いったん入口６２を通ると、分析器１４内の加速器または加速器アセンブリ１７の蓄積／加速領域１６中でイオンを収集することができる。加速器アセンブリは、イオンを加速する高電圧、例えば、約±５００Ｖから約±２ｋＶの範囲内の電圧によって、電力供給することができる。種々の実施形態では、蓄積／加速領域１６は、電場ドリフトチャンバ１１に向かってイオンを指向するためのプッシュ電極１８を含有することができる。いくつかの実施形態では、加速器アセンブリ１７はまた、非限定的実施例として、ガードリング１９等の付加的な電極を備えることもできる。種々の実施形態では、ガードリング１９は、電場ドリフトチャンバ１１に先だってイオンを加速するための加速カラムを形成することができる。蓄積時間間隔中に短い高電圧電場を電極１８および電極１９に印加することによって、イオン蓄積を停止させ、イオンを電場ドリフトチャンバ１１の中へ加速することができる。印加された電圧は、約±５００Ｖから約±２ｋＶの範囲内であり得る。図８に示されるようないくつかの実施形態では、高電圧は、電極１８およびガードリング１９に連結されるパルサ７０によって供給することができる。
【００５１】
種々の実施形態では、電場ドリフトチャンバ１１は、遮蔽体またはライナ１３を備えることができる。イオンが漂流する電場を作成するように、高電圧をライナ１３に印加することができる。印加された電圧は、約±２ｋＶから約±２０ｋＶの範囲内であり得る。随意に、図８に示されるように飛行経路の有効長を増加させるように、１つ以上のイオン反射体または鏡１５も含むことができる。いくつかの実施形態では、イオン反射体１５は、２段階イオン鏡を備えることができる。１つ以上のイオン反射体１５の印加された電圧は、約±０Ｖから約±５ｋＶの範囲内であり得る。
【００５２】
電場ドリフトチャンバ１１を通過した後、イオンは、検出のために１つ以上のＭＣＰ検出器９０によって受容することができる。イオン源は、パルスまたは連続流イオン源であり得るが、いずれにしても、イオンの別個のバッチ（または抽出）として、イオンを電場ドリフトチャンバ１１の中へ加速できることが理解されるであろう。他の構成要素と同様に、例えば、約±２ｋＶから約±２０ｋＶの範囲内で、電圧を１つ以上のＭＣＰ検出器９０に印加することができる。いくつかのパラメータを測定するために、１つ以上のＭＣＰ検出器９０を使用することができる。いくつかの実施形態では、パラメータは、イオンのｍ／ｚ比を示すことができる、イオンが電場ドリフトチャンバ１１を横断して通過するのに要する時間の長さ、すなわち、飛行経路を完了するのに要する時間であり得る。典型的には、より大きいｍ／ｚ比を有するイオンは、より小さいｍ／ｚ比を有するイオンよりも飛行経路を完了するのに長い時間を要する。
【００５３】
パルサ７０は、電圧を本システムの任意の数の構成要素に提供するように構成することができる。印加された電圧は、約±２ｋＶから約±２０，０００ｋＶの範囲内の高電圧であり得る。示されるように、いくつかの実施形態では、パルサ７０は、加速器アセンブリ１７に、より具体的には、プッシュ電極１８およびガードリング１９に電気的に連結することができるが、いくつかの実施形態では、パルサ７０は、レンズ６０、加速器アセンブリ１７、ライナ１３、反射体１５、および１つ以上のＭＣＰ検出器９０を含むが、それらに限定されない、質量分析計１０の構成要素のうちのいずれかの１つ以上に電気的に連結することができるため、これらの構成要素のうちのいずれかに対する電圧入力は、パルサ７０によって提供される。パルサ７０は、一度に質量分析計１０の１つ以上の構成要素への電力をオンおよびオフにするように、１つ以上のスイッチを含むことができる。したがって、種々のフィルタまたは回路に関する本出願者らの教示は、パルサ７０の回路、および／またはパルサ７０あるいは任意の他の電圧供給部から電圧入力を受容する構成要素のうちのいずれか１つの回路に組み込むことができる。
【００５４】
種々の実施形態では、質量分析計１０は、任意の好適なソフトウェア、ハードウェア、およびファームウェアを備えることができる、システムコントローラ８０を備えることができる。いくつかの実施形態では、システムコントローラ８０を操作および制御するために、アプリケーションプログラムを使用することができる。種々の実施形態では、システムコントローラ８０は、質量分析計１０の種々の側面を制御することができる。例えば、システムコントローラ８０は、パルサ７０によって供給される高電圧を制御することができる。具体的には、いくつかの実施形態では、システムコントローラ８０は、パルサ７０のスイッチのオン・オフ動作を制御することができる。種々の実施形態では、システムコントローラ８０は、加速アセンブリ１７の種々の電極１８、１９に印加される電圧のパルス速度を制御することができる。いくつかの実施形態では、システムコントローラ８０はまた、四重極２０、３０、４０のうちの１つ以上を含むが、それらに限定されない、質量分析計１０の他の構成要素を制御することもできる。さらに、いくつかの実施形態では、システムコントローラ８０は、分析のために選択されるサンプルイオンまたは被分析物イオンの１つ以上の性質に従って、パルサ７０を制御することができる。なおもさらに、いくつかの実施形態では、システムコントローラ８０は、質量分析のために選択された被分析物イオンの質量に従って、パルサ７０を制御することができる。なおもさらに、いくつかの実施形態では、システムコントローラ８０は、質量分析のために選択された被分析物イオンのｍ／ｚ比に従って、パルサ７０を制御することができる。種々の実施形態では、アプリケーションプログラムが、どのようにしてパルサ７０を制御することができるかを判定することができる。いくつかの実施形態では、サンプルの種類を含むがそれに限定されない、種々の要因に基づいて、異なるアプリケーションプログラムを選択することができる。
【００５５】
分析器１４の中での分析および検出のためにレンズ６２に到達する被分析物イオンは、種々のシステム、デバイス、および方法を使用して選択することができる。図８に示されるように、イオンは、最初に、イオン源１２、例えば、エレクトロスプレー源によって提供することができる。イオン源の他の非限定的実施例は、とりわけ、連続イオン源、パルスイオン源、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）イオン源、マトリクス支援レーザ脱離イオン化（ＭＡＬＤＩ）イオン源、グロー放電イオン源、電子衝撃イオン源、または光イオン化イオン源を含む。
【００５６】
いったんイオン源１２から放出されると、イオンは、随意に、所望の圧力を達成するように機械ポンプによって真空排気されるように構成される真空チャンバ５４の中に収納することができる、サンプラプレート５０およびスキミングプレート（「スキマ」）５２内の開口を連続的に通過することによって、コヒーレントイオンビームに抽出することができる。サンプラプレート５０およびスキマ５２によって提供されるイオン抽出は、狭く高度に集束したイオンビームをもたらすことができる。いくつかの実施形態では、例えば、イオンビームの付加的な集束およびより微細な制御を提供するために、付加的な真空チャンバ、プレート、スキマ、およびポンプを利用することができる。
【００５７】
イオン源１２から放出されるイオンは、１つ以上のサンプラプレートまたはスキマを通過するかどうかにかかわらず、１つ以上の四重極を通過することができる。１つ以上の四重極は、ポンプが１つ以上のチャンバを所望の圧力範囲まで真空排気するよう動作可能であり得るように、１つ以上の機械ポンプと関連付けられる１つ以上のチャンバの中に位置することができる。典型的には、各チャンバ内の圧力は、各連続四重極とともに増加する。図示した実施形態は、四重極を使用するが、六重極、八重極、またはこの性質の他の極を使用することもできる。
【００５８】
示されるように、イオン源１２から放出されるイオンは、四重極２０、３０、４０を通過することができ、そのそれぞれは、各チャンバがそれぞれのレンズ２４、３４によって分離される、チャンバ２２、３２、４２の中にそれぞれ配置することができる。四重極２０、３０、４０は、少なくとも、分析されている質量および測定されている所望のパラメータに応じて、種々の目的で種々の機能を果たすように構成することができる。したがって、説明された実施形態と併せて、特定の四重極がどのようにして使用されるかという任意の説明は、任意の数の機能を果たす任意の数の四重極を用いた本出願者らの教示の使用をいかようにも制限しない。
【００５９】
いくつかの実施形態では、Ｑ０四重極２０は、イオンの衝突冷却および集束を提供するように、平行四重極として動作するために構成することができる。いくつかの実施形態では、Ｑ１四重極３０は、時として前駆イオンと呼ばれる、目的とするイオンを選択するように構成することができる。非限定的実施例として、Ｑ１四重極３０は、前駆イオンとして特定のｍ／ｚ比を有するイオンを選択するように、質量分解モードで操作することができ、または代替として、Ｑ１四重極３０は、Ｑ１四重極３０よりもはるかに高いオフセット電位でレンズ３４を維持することによって、イオントラップとして操作することができる。いくつかの実施形態では、Ｑ２四重極４０は、衝突セルとして動作し、分析器１４の中で測定されるイオンを選択するように構成することができる。非限定的実施例として、Ｑ２四重極４０の中のイオンは、イオンをさらに集束して生成イオンを提供するように、ガス入口４６を通して好適な衝突ガス（例えば、アルゴン、ヘリウム等）を供給することによって、衝突誘起解離（ＣＩＤ）を受けることができる。代替として、Ｑ２四重極４０は、イオントラップとして操作することができる。次いで、Ｑ２四重極４０から放出されるイオンは、上記で説明されるような検出のために、分析器１４の中へと１つ以上のレンズ６０を通過することができる。
【００６０】
随意に、四重極間のイオンの移送を促進するように、１つ以上のＲＦ単独イオンガイドまたは短太ロッドを含むことができる。短太ロッドは、Ｂｒｕｂａｋｅｒレンズとしての機能を果たすことができ、例えば、レンズがオフセット電位で維持される場合に、隣接するレンズの近傍で形成され得る任意の漏れ電場との相互作用による軌道減衰をイオンが受けることを防止するのに役立ち得る。短太ロッドは、質量分析器９の全体を通したいくつかの場所に位置することができるが、示されるように、短太ＲＦ単独イオンガイドまたは短太ロッド３８は、チャンバ３２の中に配置される、Ｑ０四重極２０とＱ１四重極３０との間に提供される。
【００６１】
四重極２０、３０、４０およびそれらの関連構成要素は、特定の目的を達成するように設計されている構成およびモードを有して説明されているが、当業者であれば、四重極２０、３０、４０のそれぞれはまた、他の構成要素を有することもでき、少なくとも部分的に、所望の質量分析計用途に応じて、他のモードで操作することができると認識するであろう。
【００６２】
さらに、本明細書で説明される質量分析計１０は、本明細書で開示されるシステム、デバイス、回路、および方法の側面に従って使用することができる、１つの可能性として考えられるＴＯＦトポロジーにすぎないことが理解されるであろう。本明細書で開示されるシステム、デバイス、回路、および方法と併せて使用することができる、質量分析計の他の非限定的な例示的実施形態は、単一段階または独立型飛行時間質量分析計（ＴＯＦ）、二重段階またはタンデム飛行時間質量分析計（ＴＯＦ−ＴＯＦ）、ハイブリッドトラップ／飛行時間質量分析計（トラップＴＯＦ）、および他の飛行時間トポロジーを有する質量分析計を備える。本出願者らの教示に従って使用することができる、質量分析計またはその構成要素の他の実施形態のいくつかの非限定的実施例は、それぞれ、２０１０年５月７日および２０１１年５月６日に出願され、それらの全体で参照することにより本明細書に組み込まれる、「Ｔｒｉｐｌｅ  Ｓｗｉｔｃｈ  Ｔｏｐｏｌｏｇｙ  ｆｏｒ  Ｄｅｌｉｖｅｒｉｎｇ  Ｕｌｔｒａｆａｓｔ  Ｐｕｌｓｅｒ  Ｐｏｌａｒｉｔｙ  Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ  ｆｏｒ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ」と題された、米国特許出願第６１／３３２，３８７号およびその後続の関連ＰＣＴ出願第ＷＯ  ２０１１／１３８６６９号で見出すことができる。
【００６３】
なおもさらに、本出願者らの教示はまた、雑音効果を有する高電圧の印加を含む、他の構成を有する質量分析計および分析器に適用できることも理解されるであろう。非限定的実施例として、電子増倍管、例えば、離散ダイノード電子増倍管または連続ダイノード電子増倍管を備える、分析器もまた、本出願者らの教示と併せて使用することができる。本出願者らの教示と関連して使用することができる、質量分析計またはその構成要素の他の実施形態のいくつかの非限定的実施例は、それらの全体で参照することにより本明細書に組み込まれる、「Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ  Ｃｅｌｌ  ｆｏｒ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ」と題された米国特許第７，９２３，６８１号で見出すことができる。
【００６４】
上記の説明は、種々の実施形態の実施例および具体的詳細を提供するが、説明された実施形態のいくつかの特徴および／または機能は、説明された実施形態の範囲から逸脱することなく、修正を認めることが理解されるであろう。上記の説明は、本発明を例証することを目的とし、その範囲は、本明細書に添付される請求項の用語のみによって限定される。例えば、本明細書の教示は、種々の実施形態と併せて説明されるが、そのような教示がそのような実施形態に限定されることは意図されない。対照的に、本明細書の教示は、当業者によって理解されるように、種々の代替案、修正、および同等物を包含する。本明細書で引用される全ての出版物および参照は、参照することによりその全体として本明細書に明示的に組み込まれる。
【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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【国際調査報告】
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