(57)【要約】イオンが、高圧力領域内で発生され、入口および出口開口を有する真空チャンバ内に通過される。入口開口の構成および高圧力領域と真空チャンバとの間の圧力差は、所定の直径のバレルショックを有する超音速自由噴流膨張を提供する。少なくとも１つのイオンガイドは、ある内部体積を画定する所定の断面を有するように、入口開口と出口開口との間に提供され、少なくとも１つのイオンガイドの断面は、超音速自由噴流膨張のバレルショックの所定の直径の少なくとも５０％であるように定寸されている。ＲＦ電圧が、少なくとも１つのイオンガイドに提供される。半径方向ガスコンダクタンスが、超音速自由噴流膨張から生じる衝撃波を減衰させるために、少なくとも１つのイオンガイドの第１の区画において低減される。
2015507334.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量分析を行なう方法であって、
高圧力領域内において、試料からイオンを発生させることと、
真空チャンバ内に前記イオンを通過させることであって、前記真空チャンバは、前記高圧力領域からの前記イオンを前記真空チャンバ内に通過させるための入口開口と、前記真空チャンバから前記イオンを通過させるための出口開口とを備え、前記入口開口の構成および前記高圧力領域と前記真空チャンバとの間の圧力差は、前記入口開口の下流に超音速自由噴流膨張を提供し、前記超音速自由噴流膨張は、所定の直径のバレルショックを含む、ことと、
前記入口開口と前記出口開口との間に少なくとも１つのイオンガイドを提供することであって、前記少なくとも１つのイオンガイドは、ある内部体積を画定する所定の断面を有し、前記少なくとも１つのイオンガイドの断面は、前記超音速自由噴流膨張の前記バレルショックの所定の直径の少なくとも５０％であるように定寸されている、ことと、
前記イオンを前記少なくとも１つのイオンガイドの前記内部体積内に半径方向に閉じ込めるために、ＲＦ電圧を前記少なくとも１つのイオンガイドに印加することと、
前記超音速自由噴流膨張から生じる衝撃波を減衰させるために、前記少なくとも１つのイオンガイドの第１の区画において、半径方向ガスコンダクタンスを低減させることと
を含む、方法。
【請求項２】
ガスコンダクタンスを低減させる前記ステップは、絶縁外筒を用いて、少なくとも、前記少なくとも１つのイオンガイドの長さの第１の部分を囲むことを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記外筒は、少なくとも、前記超音速自由噴流膨張の長さを備え、随意に、
前記外筒の長さは、約５ｍｍ〜約３０ｍｍを備え、随意に、
前記外筒の直径は、前記少なくとも１つのイオンガイドの近似外径を備え、随意に、
前記外筒は、絶縁材料から成る、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記少なくとも１つのイオンガイドは、複数の細長い電極を有する少なくとも１つの多極を備え、随意に、
前記少なくとも１つの多極は、一連の多極イオンガイドを備えている、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記少なくとも１つの多極イオンガイドは、４つの細長い電極を有する四重極イオンガイド、６つの細長い電極を有する六重極イオンガイド、および８つの細長い電極を有する八重極イオンガイド、および任意のそれらの組み合わせから選択され、随意に、
ガスコンダクタンスを低減させる前記ステップは、前記細長い電極間の間隔を０．２Ｒ０未満の距離まで減少させることを含み、Ｒ０は、前記イオンガイド内に内接される円形の半径であり、随意に、
前記少なくとも１つの多極イオンガイドのロッドは、扁円の細長い電極および円形の細長い電極のうちの１つから選択され、随意に、
前記細長い電極間の間隔は、約０．４ｍｍ〜約１．５ｍｍを備えている、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記細長い電極間の間隔は、前記少なくとも１つのイオンガイドの長さに沿って、少なくとも約５ｃｍの距離に対して維持されている、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記細長い電極は、突出部を備え、随意に、
前記突出部は、縦軸に垂直な最長寸法である前記ロッドの幅の約半分未満であり、かつ高さを約１ｍｍ上回る幅を備えている、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記入口開口は、円形であり、約０．１〜約２ｍｍの直径を有し、随意に、
前記円形入口開口は、約０．７ｍｍの直径を備えている、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記所定の断面は、内接円を形成し、約３〜約１５ｍｍの直径を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記真空チャンバは、約１〜約２０トルの圧力を有し、随意に、
前記真空チャンバは、約３トルの圧力を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記少なくとも１つのイオンガイドは、第１のイオンガイドに続いて、第２のイオンガイドを備え、前記第２のイオンガイドは、前記第１のイオンガイドより小さい直径を備え、随意に、
前記第２のイオンガイドは、イオン流の方向に前記軸に向かって傾斜する内側表面を伴う電極を備え、随意に、
前記第２のイオンガイド内の前記内接円の直径は、入口端で約４ｍｍであり、出口端で約２ｍｍである、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
質量分析計であって、
高圧力領域内において、試料からイオンを発生させるためのイオン源と、
真空チャンバであって、前記真空チャンバは、前記高圧力領域から前記真空チャンバ内に前記イオンを通過させるための入口開口と、前記真空チャンバから前記イオンを通過させるための出口開口とを備え、前記入口開口の構成および前記高圧力領域と前記真空チャンバとの間の圧力差は、前記入口開口の下流に超音速自由噴流膨張を提供し、前記超音速自由噴流膨張は、所定の直径のバレルショックを含む、真空チャンバと、
前記入口開口と前記出口開口との間の少なくとも１つのイオンガイドであって、前記少なくとも１つのイオンガイドは、ある内部体積を画定する所定の断面を有し、前記イオンガイドの断面は、前記超音速自由噴流膨張の前記バレルショックの所定の直径の少なくとも５０％であるように定寸されている、少なくとも１つのイオンガイドと、
前記イオンを前記少なくとも１つのイオンガイドの前記内部体積内に半径方向に閉じ込めるために、ＲＦ電圧を前記少なくとも１つのイオンガイドに提供するための電力供給源と、
半径方向ガスコンダクタンスを低減させるための絶縁外筒であって、前記外筒は、前記超音速自由噴流膨張から生じる衝撃波を減衰させるために、前記少なくとも１つのイオンガイドの少なくとも第１の部分を囲む、外筒と
を備えている、質量分析計。
【請求項１３】
前記外筒は、少なくとも、前記超音速自由噴流膨張の長さを備え、随意に、
前記外筒の長さは、約５ｍｍ〜約３０ｍｍを備え、随意に、
前記外筒の直径は、前記少なくとも１つのイオンガイドの近似外径を備え、随意に、
前記外筒は、絶縁材料から成り、随意に、
前記少なくとも１つのイオンガイドは、一連の多極イオンガイドを備えている、請求項１２に記載の質量分析計。
【請求項１４】
質量分析計であって、
高圧力領域内において、試料からイオンを発生させるためのイオン源と、
真空チャンバであって、前記真空チャンバは、前記高圧力領域から前記真空チャンバ内に前記イオンを通過させるための入口開口と、前記真空チャンバから前記イオンを通過させるための出口開口とを備え、前記入口開口の構成および前記高圧力領域と前記真空チャンバとの間の圧力差は、前記入口開口の下流に超音速自由噴流膨張を提供し、前記超音速自由噴流膨張は、所定の直径のバレルショックを含む、真空チャンバと、
前記入口開口と前記出口開口との間の少なくとも１つのイオンガイドであって、前記少なくとも１つのイオンガイドは、ある内部体積を画定する所定の断面を有し、前記少なくとも１つのイオンガイドの断面は、前記超音速自由噴流膨張の前記バレルショックの所定の直径の少なくとも５０％であるように定寸され、前記少なくとも１つのイオンガイドは、複数の細長い電極を有する少なくとも１つの多極イオンガイドを備え、前記細長い電極間の間隔は、０．２Ｒ０未満の距離まで減少され、Ｒ０は、前記電極間の内接円の半径である、イオンガイドと、
前記イオンを前記少なくとも１つのイオンガイドの前記内部体積内に半径方向に閉じ込めるために、ＲＦ電圧を前記少なくとも１つのイオンガイドに提供するための電力供給源と
を備えている、質量分析計。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの多極イオンガイドは、４つの細長い電極を有する四重極イオンガイド、６つの細長い電極を有する六重極イオンガイド、および８つの細長い電極を有する八重極イオンガイド、および任意のそれらの組み合わせから選択され、随意に、
前記少なくとも１つの多極イオンガイドのロッドは、扁円の細長い電極および円形の細長い電極のうちの１つから選択され、随意に、
前記所定の断面は、内接円を形成し、約３〜約１５ｍｍの直径を有し、随意に、
前記少なくとも１つの多極イオンガイドは、一連の多極イオンガイドを備えている、請求項１４に記載の質量分析計。
【請求項１６】
前記細長い電極間の間隔は、約０．４ｍｍ〜約１．５ｍｍを備え、随意に、
前記細長い電極間の間隔は、前記少なくとも１つのイオンガイドの長さに沿って、少なくとも約５ｃｍの距離に対して維持されている、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記細長い電極は、突出部を備え、随意に、
前記突出部は、縦軸に垂直な最長寸法である前記ロッドの幅の約半分未満であり、かつ高さを約１ｍｍ上回る幅を備えている、請求項１４に記載の質量分析計。
【請求項１８】
前記入口開口は、円形であり、約０．１〜約２ｍｍの直径を有し、随意に、
前記円形入口開口は、約０．７ｍｍの直径を備えている、請求項１４に記載の質量分析計。
【請求項１９】
前記真空チャンバは、約１〜約２０トルの圧力を有し、随意に、
前記真空チャンバは、約３トルの圧力を有する、請求項１４に記載の質量分析計。
【請求項２０】
前記少なくとも１つのイオンガイドは、
第１のイオンガイドに続いて、第２のイオンガイドを備え、前記第２のイオンガイドは、前記第１のイオンガイドより小さい直径を備え、随意に、
前記第２のイオンガイドは、イオン流の方向に前記軸に向かって傾斜する内側表面を伴う電極を備え、随意に、
前記第２のイオンガイド内の前記内接円の直径は、前記入口で約４ｍｍであり、前記出口で約２ｍｍである、請求項１４に記載の質量分析計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
本願は、米国仮出願第６１／５９３，５８０号（２０１２年２月１日出願）を基礎とする優先権を主張する。該出願は、その全体が参照により援用される。
【０００２】
（技術分野）
出願人の教示は、質量分析計における改良された感度のための方法および装置に関し、より具体的には、イオンを輸送するためのイオンガイドに関する。
【背景技術】
【０００３】
質量分析では、試料分子は、イオン化ステップにおいて、イオン源を使用して、イオンに変換され、次いで、質量分離および検出ステップにおいて、質量分析器によって検出される。大部分の大気圧イオン源の場合、イオンは、真空チャンバ内のイオンガイドへの流入に先立って、入口開口を通過する。イオンガイドは、イオンをイオン源から後続真空チャンバに輸送および集束させ、高周波信号が、イオンガイドに印加され、イオンガイド内にイオンの半径方向集束を提供することができる。しかしながら、イオンガイドを通したイオンの輸送の間、イオン損失が、生じ得る。したがって、イオンガイドに沿ったイオンの輸送効率を増加させ、輸送の間のイオンの損失を防止し、高感度を達成することが望ましい。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
前述に照らして、出願人の教示は、質量分析を行なうための質量分析計装置を提供する。本装置は、高圧力領域内において、例えば、大気圧において、試料からイオンを発生させるためのイオン源と、イオンを受け取るための真空チャンバとを備えている。真空チャンバは、高圧力領域から真空チャンバ内にイオンを通過させるための入口開口を有する。真空チャンバはまた、真空チャンバからイオンを通過させるための出口開口を有し、入口開口の構成および高圧力領域と真空チャンバとの間の圧力差は、入口開口の下流に超音速自由噴流膨張を提供する。超音速自由噴流膨張は、所定の直径のバレルショックおよびマッハディスクを含み、自由噴流膨張は、イオンを同伴し、それらを真空チャンバ内に搬送する。種々の側面では、本装置はまた、ある内部体積を画定する所定の断面を伴う、少なくとも１つのイオンガイドを備え、少なくとも１つのイオンガイドの断面は、超音速自由噴流膨張のバレルショックの所定の直径の少なくとも５０％であるように定寸される。少なくとも１つのイオンガイドは、ＲＦ電力供給源によって供給されるＲＦ電圧が、少なくとも１つのイオンガイドに印加されると、超音速自由噴流内のイオンが、少なくとも１つのイオンガイドの内部体積内に半径方向に閉じ込められ、集束され、出口開口に向けられ得るように、入口開口と出口開口との間のチャンバ内に位置付けられることができる。種々の側面では、半径方向ガスコンダクタンスは、超音速自由噴流膨張から生じる衝撃波を減衰させるために、少なくとも１つのイオンガイドの第１の区画において、低減されることができる。種々の実施形態では、半径方向ガスコンダクタンスを低減させるための絶縁外筒が、超音速自由噴流膨張から生じる衝撃波を減衰させるために、少なくとも１つのイオンガイドの長さの少なくとも第１の部分を囲むように提供されることができる。
【０００５】
種々の側面では、高圧力領域内において、例えば、大気圧において、試料からイオンを発生させるためのイオン源と、イオンを受け取るための真空チャンバとを備えている、質量分析計が、提供される。真空チャンバは、高圧力領域から真空チャンバ内にイオンを通過させるための入口開口を有する。真空チャンバはまた、真空チャンバからイオンを通過させるための出口開口を有し、入口開口の構成および高圧力領域と真空チャンバとの間の圧力差は、入口開口の下流に超音速自由噴流膨張を提供する。超音速自由噴流膨張は、所定の直径のバレルショックおよびマッハディスクを含み、自由噴流膨張は、イオンを同伴し、それらを真空チャンバ内に搬送する。種々の側面では、本装置はまた、入口開口と出口開口との間に少なくとも１つのイオンガイドを備え、少なくとも１つのイオンガイドは、ある内部体積を画定する所定の断面を有し、少なくとも１つのイオンガイドの断面は、超音速自由噴流膨張のバレルショックの所定の直径の少なくとも５０％であるように定寸される。少なくとも１つのイオンガイドは、複数の細長い電極を有する、少なくとも１つの多極イオンガイドを備え、細長い電極間の間隔は、０．２Ｒ０未満の距離まで減少され、Ｒ-０は、電極間の内接円の半径である。電力供給源は、イオンを少なくとも１つのイオンガイドの内部体積内に半径方向に閉じ込めるために、ＲＦ電圧を少なくとも１つのイオンガイドに提供するために提供されることができる。
【０００６】
種々の実施形態では、高圧力領域内において、試料からイオンを発生させるためのイオン源を備えている、質量分析を行なうためのシステムが、提供される。種々の実施形態では、イオンは、高圧力領域から真空チャンバ内にイオンを通過させるための入口開口と、真空チャンバからイオンを通過させるための出口開口とを備えている真空チャンバ内に通過することができ、入口開口の構成および高圧力領域と真空チャンバとの間の圧力差は、入口開口の下流に超音速自由噴流膨張を提供し、超音速自由噴流膨張は、所定の直径のバレルショックを含む。種々の側面では、少なくとも１つの高次多極イオンガイドが、入口開口と出口開口との間にあることができ、少なくとも１つのイオンガイドは、ワイヤと、イオンを少なくとも１つのイオンガイドの内部体積内に半径方向に閉じ込めるために、ＲＦ電圧を少なくとも１つのイオンガイドに印加するための電力供給源とを備え、逆ＲＦ相が、隣接するワイヤ間に印加される。
【０００７】
出願人の教示はまた、質量分析を行なう方法を提供する。本方法は、高圧力領域内において、例えば、大気圧において、試料からイオンを発生させることと、イオンを受け取るためにイオン源の下流に位置付けられる真空チャンバ内にイオンを通過させることとを含む。真空チャンバは、高圧力領域から真空チャンバ内にイオンを通過させるための入口開口と、真空チャンバからイオンを通過させるための出口開口を具備する。入口開口の構成および高圧力領域と真空チャンバとの間の圧力差は、入口開口の下流に超音速自由噴流膨張を提供する。超音速自由噴流膨張は、所定の直径のバレルショックおよびマッハディスクを有する。入口開口を通過するイオンは、真空チャンバ内で生成された超音速自由噴流膨張によって同伴される。本方法はさらに、入口開口と出口開口との間に少なくとも１つのイオンガイドを提供することを含む。種々の側面では、少なくとも１つのイオンガイドは、ある内部体積を画定する所定の断面を有することができる。種々の実施形態では、少なくとも１つのイオンガイドは、本質的に、イオンの全てを捕らえるように、超音速自由噴流膨張を半径方向に閉じ込めるように定寸されることができ、少なくとも１つのイオンガイドは、超音速自由噴流膨張のバレルショックの所定の直径の少なくとも５０％であるように定寸される。本方法はさらに、イオンを少なくとも１つのイオンガイドの内部体積内に半径方向に閉じ込めるために、ＲＦ電圧を少なくとも１つのイオンガイドに印加することを含む。種々の側面では、本方法はまた、超音速自由噴流膨張から生じる衝撃波を減衰させるために、少なくとも１つのイオンガイドの第１の区画において、半径方向ガスコンダクタンスを低減させることを含む。
【０００８】
種々の側面では、高圧力領域内において、例えば、大気圧において、試料からイオンを発生させるためのイオン源と、イオンを受け取るための真空チャンバとを提供することを含む方法が、提供される。真空チャンバは、高圧力領域から真空チャンバ内にイオンを通過させるための入口開口を有する。真空チャンバはまた、真空チャンバからイオンを通過させるための出口開口を有し、入口開口の構成および高圧力領域と真空チャンバとの間の圧力差は、入口開口の下流に超音速自由噴流膨張を提供する。超音速自由噴流膨張は、所定の直径のバレルショックおよびマッハディスクを含み、自由噴流膨張は、イオンを同伴し、それらを真空チャンバ内に搬送する。種々の側面では、本方法はまた、入口開口と出口開口との間に少なくとも１つのイオンガイドを提供することを含み、少なくとも１つのイオンガイドは、ある内部体積を画定する所定の断面を有し、少なくとも１つのイオンガイドの断面は、超音速自由噴流膨張のバレルショックの所定の直径の少なくとも５０％であるように定寸される。少なくとも１つのイオンガイドは、複数の細長い電極を有する、少なくとも１つの多極イオンガイドを備え、細長い電極間の間隔は、０．２Ｒ０未満の距離まで減少され、Ｒ０は、電極間の内接円の半径である。電力供給源は、イオンを少なくとも１つのイオンガイドの内部体積内に半径方向に閉じ込めるために、ＲＦ電圧を少なくとも１つのイオンガイドに提供するために提供されることができる。
【０００９】
種々の実施形態では、高圧力領域内において、試料からイオンを発生させるためのイオン源を提供することを含む、質量分析を行なう方法が、提供される。種々の実施形態では、イオンは、高圧力領域から真空チャンバ内にイオンを通過させるための入口開口と、真空チャンバからイオンを通過させるための出口開口とを備えている真空チャンバ内に通過することができ、入口開口の構成および高圧力領域と真空チャンバとの間の圧力差は、入口開口の下流に超音速自由噴流膨張を提供し、超音速自由噴流膨張は、所定の直径のバレルショックを含む。種々の側面では、入口開口と出口開口との間に少なくとも１つの高次多極イオンガイドが提供され、少なくとも１つのイオンガイドは、ワイヤを備え、イオンを少なくとも１つのイオンガイドの内部体積内に半径方向に閉じ込めるために、ＲＦ電圧を少なくとも１つのイオンガイドに印加するための電力供給源を提供し、逆ＲＦ相が、隣接するワイヤ間に印加される。
【００１０】
出願人の教示のこれらおよび他の特徴が、本明細書に記載される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
当業者は、以下に説明される図面が、例証目的にすぎないことを理解するであろう。図面は、出願人の教示の範囲をいかようにも限定する意図はない。
【００１２】
図面中、類似参照番号は、類似部品を示す。
【図１Ａ】図１Ａは、出願人の教示の種々の実施形態による、質量分析計の概略図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、出願人の教示の種々の実施形態による、図１Ａの実施形態のイオンガイドの断面図である。
【図２】図２は、出願人の教示の種々の実施形態による、超音速自由噴流膨張の概略図である。
【図３】図３は、出願人の教示の種々の実施形態による、イオンガイドの断面図である。
【図４】図４は、出願人の教示による、イオンガイドを図式的に図示し、出願人の教示の種々の実施形態による、イオンガイドの断面図を示す。
【図５】図５は、出願人の教示による、イオンガイドを図式的に図示し、出願人の教示の種々の実施形態による、イオンガイドの断面図を示す。
【図６】図６は、出願人の教示による、一連のイオンガイドを図式的に図示し、出願人の教示の種々の実施形態による、一連のイオンガイドの断面図を示す。
【図７】図７は、イオンガイドを図式的に図示し、出願人の教示の種々の実施形態による、イオンガイドの断面図を示す。
【図８】図８は、出願人の教示の種々の実施形態による、イオンガイドを図式的に図示する
【図９】図９は、出願人の教示の種々の実施形態による、イオンガイドの端面図および側面図を図式的に図示する。
【図１０】図１０は、出願人の教示の種々の実施形態による、イオンガイドを図式的に図示する。
【図１１】図１１は、出願人の教示の種々の実施形態による、イオンガイドを図式的に図示する。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
種々の要素を参照して、出願人の教示と関連して使用される語句「ａ」または「ａｎ」は、文脈によって明確に示されない限り、「１つ以上」または「少なくとも１つ」を包含することを理解されたい。質量分析を行なう方法および装置が、提供される。最初に、概して、参照番号２０によって示される、質量分析計を図式的に示す、図１Ａを参照する。質量分析計２０は、図示されない着目試料からイオン３０を発生させるためのイオン源２２を備えている。イオン源２２は、概して、２４として示される、背景ガス（図示せず）を含む高圧力Ｐ０領域内に位置付けられることができる一方、イオン３０は、矢印３８によって示される方向に、真空チャンバ２６に向かって進行する。イオンは、入口開口２８を通して、チャンバ２６に流入し、そこで、イオンは、典型的には、例えば、出願人の米国特許第７，２５６，３９５号および第７，２５９，３７１号（参照することによって本明細書に組み込まれる）に説明されるように、超音速自由噴流膨張３４と称される、ガスの超音速流によって同伴される。真空チャンバ２６はさらに、入口開口２８から下流に位置する、出口開口３２と、超音速自由ガス噴流３４からのイオン３０を半径方向に閉じ込め、集束し、伝送するために、開口２８、３２間に位置付けられる、少なくとも１つのイオンガイド３６とを備えている。種々の側面では、少なくとも１つの多極イオンガイド３６のロッドは、図１Ｂに示されるように、円形の細長い電極３９を備えていることができる。図１Ａにおける出口開口３２は、第１の真空チャンバ２６としても知られる真空チャンバ２６を、追加のイオンガイドまたは質量分析器４４を格納し得る、次のまたは第２の真空チャンバ４５から分離する、チャンバ間開口として示される。出願人の教示における典型的質量分析器４４は、四重極質量分析器、イオントラップ質量分析器（線形イオントラップ質量分析器を含む）、および飛行時間質量分析器を含むことができる。真空チャンバ２６内の圧力Ｐ１は、ポンプ４２によって維持されることができ、電力供給源４０は、少なくとも１つのイオンガイド３６に接続され、公知の様式において、ＲＦ電圧を提供することができる。少なくとも１つのイオンガイド３６は、少なくとも１つのイオンガイド３６の軸方向長に沿って延在し、内部体積３７を画定する、参照文字Ｄによって示される直径を伴う内接円によって特徴付けられる、図１Ｂに示されるような所定の断面を伴う、一式の四重極ロッドであることができる。種々の側面では、直径Ｄは、イオンガイドの長さに沿って変動することができる。種々の実施形態では、少なくとも１つのイオンガイドは、ある内部体積を画定する所定の断面を有することができ、少なくとも１つのイオンガイドの断面は、超音速自由噴流膨張のバレルショックの所定の直径の少なくとも５０％であるように定寸される。イオン３０は、最初に、脱溶媒和を行い、望ましくない粒子が真空チャンバに流入することを遮断するための、概して、当技術分野において公知のオリフィスカーテンガス領域を通過することができる。
【００１４】
図２に示されるように、入口開口の下流の超音速自由噴流膨張２８は、所定の直径のバレルショックを含むことができる。膨張は、同心バレルショック４６を備え、マッハディスク４８として知られる垂直衝撃によって終端する。イオン３０は、入口開口２８を通して真空チャンバ２６に流入するにつれて、超音速自由噴流３４内に同伴され、バレルショック４６の構造は、ガスおよびイオンが膨張する領域を画定するため、事実上、入口開口２８を通過するイオン３０は全て、バレルショック４６の領域に閉じ込められる。概して、マッハディスク４８の下流のガスは、再膨張し、一次バレルショック４６および一次マッハディスク４８と比較して、あまり輪郭がはっきりしていない、一連の１つ以上の後続バレルショックおよびマッハディスクを形成することができることを理解されたい。
【００１５】
超音速自由噴流膨張３４は、概して、典型的には、図２に示される最も広い部分に位置する、バレルショック直径Ｄｂと、入口開口２８から、より精密には、超音波表面を生成する、入口開口２８の喉２９から測定される、マッハディスク４８の下流位置Ｘｍとによって特徴付けられることができる。ＤｂおよびＸｍ寸法は、当技術分野において公知のように、入口開口のサイズ、すなわち、直径Ｄｏ、イオン源Ｐ０における圧力、および真空チャンバ内の圧力Ｐ１から計算されることができる。種々の側面では、高感度を達成するために、入口開口が、大きくされることができる。しかしながら、より大きい入口開口では、例えば、約０．６ｍｍを上回る直径を伴う入口開口では、ガス動態および衝撃波が、イオン集束に影響を及ぼし得、感度を低下させ得る。チャンバ内の衝撃波の存在は、第１のチャンバ２６内の圧力の関数として、第２の真空チャンバ４５内の圧力を測定し、第１のチャンバ内の圧力の関数として、質量分析計内のイオン信号を測定することによって、観察されることができる。衝撃波は、圧力および圧力が変化するにつれたイオン信号強度の急な非線形変化によって示されることができる。圧力のわずかな増加は、イオン信号を激減させ得、イオン集束および伝送に影響を及ぼす、衝撃波の存在を示す。この影響は、真空圧力のわずかな変化が、感度の大きな低下を生じさせ得るため望ましくない。出願人は、衝撃波が、超音速自由噴流とイオンガイド電極との間の相互作用によって生成されることを見出した。出願人は、少なくとも１つのイオンガイドの第１の区画において、半径方向に低減されたガスコンダクタンスを提供する方法および装置が、衝撃波を減衰させることができ、かつより予測可能かつ制御された圧力場およびイオン流を提供することができることを見出した。出願人はまた、電極が、自由噴流膨張と相互作用せず、またはそれに干渉せず、またはそれを妨害しないように、半径方向ガスコンダクタンスを増加させることもまた、衝撃波を低減または排除することができることを見出した。
【００１６】
種々の実施形態では、絶縁外筒５０が、図１に示されるように、半径方向ガスコンダクタンスを低減させるために使用されることができる。種々の側面では、外筒が、超音速自由噴流膨張から生じる衝撃波を減衰させるために、少なくとも１つのイオンガイド３６の少なくとも第１の部分を囲むことができる。
【００１７】
種々の側面では、外筒は、少なくとも超音速自由噴流膨張の長さを備えていることができる。種々の実施形態では、外筒の長さは、約５ｍｍ〜約３０ｍｍを備えていることができる。種々の実施形態では、外筒の直径は、少なくとも１つのイオンガイドのほぼ外径を備えていることができる。種々の側面では、外筒は、絶縁材料を備えていることができる。種々の側面では、外筒は、テフロン（登録商標）製外筒を備えていることができる。
【００１８】
種々の実施形態では、少なくとも１つのイオンガイドは、複数の細長い電極を有する少なくとも１つの多極を備えている。種々の側面では、少なくとも１つの多極イオンガイドは、４つの細長い電極を有する四重極、６つの細長い電極を有する六重極イオンガイド、８つの細長い電極を有する八重極イオンガイド、あるいはより多数の極または任意のそれらの組み合わせを備えていることができる。種々の実施形態では、少なくとも１つのイオンガイドは、一連の多極イオンガイドを備えていることができる。種々の側面では、一連の多極イオンガイドは、四重極、六重極、八重極、またはより多数の極を含むことができる。極は、概して、当技術分野において公知のＲＦ電圧を搬送する細長い電極であることができる。より多数の極を含む他の構成または異なる形状の電極もまた、可能である。例えば、電極は、ワイヤまたはロッドを備えていることができ、円形断面の代わりに、正方形または平坦であることができ、あるいは電極は、細長い長さに沿って変動する断面を有することができる。種々の実施形態では、極は、対応する電源に接続され、隣接する区画間に差動場を提供する複数の電極区画であることができる。種々の実施形態では、少なくとも１つのイオンガイドは、リング間の半径方向ガスコンダクタンスが減少したリングイオンガイドまたはイオンファンネルを備えていることができる。
【００１９】
種々の実施形態では、入口開口は、円形であることができ、直径約０．１ｍｍ〜約２ｍｍを備えていることができる。種々の側面では、円形入口開口は、約０．７ｍｍの直径を備えていることができる。
【００２０】
種々の実施形態では、少なくとも１つのイオンガイドの所定の断面は、内接円を形成することができ、直径約３ｍｍ〜約１５ｍｍを備えていることができる。
【００２１】
種々の側面では、真空チャンバは、圧力約１トル〜約２０トルを備えていることができる。種々の実施形態では、真空チャンバは、約３トルの圧力を備えていることができる。
【００２２】
種々の実施形態では、膨張衝撃波を減衰させることができる、少なくとも１つのイオンガイドの第１の区画において、低減された半径方向ガスコンダクタンスを提供する方法および装置は、複数の細長い電極を有する少なくとも１つの多極イオンガイドを備えている、少なくとも１つのイオンガイドを備えていることができ、細長い電極間の間隔は、０．８Ｒ０／ｎ未満の距離まで減少されることができ、Ｒ０は、電極間の内接円の半径であり、ｎは、電極の数である。種々の側面では、イオン源は、高圧力領域内において、試料からイオンを発生させるために提供されることができる。種々の実施形態では、高圧力領域から真空チャンバ内にイオンを通過させるための入口開口と、真空チャンバからイオンを通過させるための出口開口とを備え、入口開口の構成および高圧力領域と真空チャンバとの間の圧力差は、入口開口の下流に超音速自由噴流膨張を提供し、超音速自由噴流膨張は、所定の直径のバレルショックを含む、真空チャンバが提供される、方法および装置が存在することができる。種々の側面では、入口開口と出口開口との間に少なくとも１つのイオンガイドが提供されることができ、少なくとも１つのイオンガイドは、ある内部体積を画定する所定の断面を有し、少なくとも１つのイオンガイドの断面は、超音速自由噴流膨張のバレルショックの所定の直径の少なくとも５０％であるように定寸される。少なくとも１つのイオンガイドは、複数の細長い電極を有する、少なくとも１つの多極イオンガイドを備えていることができ、細長い電極間の間隔は、０．２Ｒ０未満の距離まで減少され、Ｒ０は、電極間の内接円の半径である。種々の実施形態では、イオンを少なくとも１つのイオンガイドの内部体積内に半径方向に閉じ込めるために、ＲＦ電圧を少なくとも１つのイオンガイドに提供することができる、電力供給源が、提供されることができる。種々の側面では、少なくとも１つの多極イオンガイドは、４つの細長い電極を有する四重極イオンガイド、６つの細長い電極を有する六重極イオンガイド、および８つの細長い電極を有する八重極イオンガイド、および任意のそれらの組み合わせから選択されることができる。種々の側面では、少なくとも１つの多極イオンガイドのロッドは、扁円の細長い電極および円形の細長い電極のうちの１つから選択される。種々の側面では、細長い電極間の間隔は、約０．４ｍｍ〜約１．５ｍｍを備えている。種々の実施形態では、細長い電極間の間隔は、少なくとも１つのイオンガイドの長さに沿って、少なくとも約５ｃｍの距離に対して維持されることができる。種々の側面では、細長い電極は、突出部を備えている。種々の側面では、突出部は、縦軸に垂直な最長寸法であるロッドの幅の約半分未満であり、かつ高さを約１ｍｍ上回る幅を備えている。種々の側面では、少なくとも１つの多極イオンガイドは、一連の多極イオンガイドを備えている。種々の側面では、入口開口は、円形であり、約０．１〜約２ｍｍの直径を有する。種々の側面では、円形入口開口は、約０．７ｍｍの直径を備えている。種々の側面では、所定の断面は、内接円を形成し、約３〜約１５ｍｍの直径を有する。種々の側面では、真空チャンバは、約１〜約２０トルの圧力を有する。種々の側面では、真空チャンバは、約３トルの圧力を有する。種々の側面では、少なくとも１つのイオンガイドは、第１のイオンガイドに続いて、第２のイオンガイドを備え、第２のイオンガイドは、第１のイオンガイドより小さい直径を備えている。種々の側面では、第２のイオンガイドは、イオン流の方向に軸に向かって傾斜する内側表面を伴う電極を備えている。種々の側面では、第２のイオンガイド内の内接円の直径は、入口で約４ｍｍであり、出口で約２ｍｍである。
【００２３】
種々の実施形態では、多極は、四重極を備えていることができ、細長い電極間の間隔は、約０．４ｍｍ〜約１．５ｍｍを備えていることができる。種々の側面では、細長い電極間の間隔は、少なくとも１つのイオンガイドの長さに沿って、少なくとも約５ｃｍの距離に対して維持されることができる。
【００２４】
種々の実施形態では、少なくとも１つの多極イオンガイドのロッドは、図３に示されるように、円形の細長い電極を備えていることができる。図３では、Ｒは、細長い電極の半径であり、Ｒ０は、電極間の内接円６２の半径、すなわち、四重極の中心軸と電極の内側表面との間の距離であり、ｘは、細長い電極間の間隙または間隔である。種々の実施形態では、四重極の円形の細長い電極間の間隔は、０．２Ｒ０未満の距離まで減少されることができる。種々の側面では、多極イオンガイド３６の少なくとも１つのロッドは、図４に示されるように、扁円の細長い電極５２を備えていることができる。
【００２５】
種々の側面では、細長い電極は、図５に示されるように、突出部５４を備えている。種々の実施形態では、突出部は、縦軸に垂直な最長寸法であるロッドの幅の約半分未満であり、かつ高さを約１ｍｍ上回る幅を備えている。突出部は、より優れたイオン集束のために、電場強度の増加を提供することができる。
【００２６】
種々の実施形態では、少なくとも１つのイオンガイドは、第１のイオンガイド３６に続いて、第２のイオンガイド５６を備え、第２のイオンガイドは、図６に示されるように、第１のイオンガイドより小さい直径を備えている。図６は、例えば、扁円四重極電極５２を備えている、第１のイオンガイドと、円形四重極電極５８を備えている、第２のイオンガイド５６とを示すが、任意の極の数および形状の組み合わせが、可能である。
【００２７】
種々の側面では、第２のイオンガイドは、イオン流の方向に軸に向かって傾斜する内側表面を伴う電極を備えていることができる。種々の実施形態では、第２のイオンガイド内の内接円６０の直径は、入口端で約４ｍｍであり、出口端で約２ｍｍである。
【００２８】
種々の実施形態では、入口開口は、円形であることができ、直径約０．１ｍｍ〜約２ｍｍを備えていることができる。種々の側面では、円形入口開口は、約０．７ｍｍの直径を備えていることができる。
【００２９】
種々の実施形態では、少なくとも１つのイオンガイドの所定の断面は、内接円を形成することができ、直径約３ｍｍ〜約１５ｍｍを備えていることができる。種々の実施形態では、少なくとも１つのイオンガイドの所定の断面は、内接円を形成することができ、直径約７ｍｍを備えていることができる。
【００３０】
種々の側面では、真空チャンバは、圧力約１トル〜約２０トルを備えていることができる。種々の実施形態では、真空チャンバは、約３トルの圧力を備えていることができる。
【００３１】
種々の実施形態では、内向きに面したピンまたは細長い電極から成る円柱表面を有するイオンガイドであって、半径方向表面に沿って、かつ円柱の軸方向表面に沿って、交互ＲＦ相を伴い、ピンクッション効果を呈し、ＲＦ場が、表面近傍で強く、中心に向かってより弱くなる、イオンガイドを備えている方法および装置が提供される。ＲＦ場の勾配からの疑似反力（約∇Ｅ２）は、強力であり、外向きガス抵抗に対抗することができる。種々の側面では、幾何学形状は、各ピン間に絶縁体を使用する必要性を回避し得る、簡略化された構造を可能にすることができる。種々の実施形態では、幾何学形状は、イオンが閉じ込められる必要がある入口近傍に強ＲＦおよびやや平滑のＲＦ表面を提供し、出口近傍の四重極場幾何学形状に移動可能にし、軸に向かってより優れた集束を提供することができる。この幾何学形状は、軸に向かった１組のピンの変位によって軸方向場を提供することができる。それは、場の内向きテーパ化を可能にし、漏斗効果を提供することもできる。
【００３２】
出願人の教示の種々の実施形態を例示する、図７を参照する。ピンイオンガイド６４が、概して、図７の縦断面図に示される。イオンは、方向６６によって示されるように、イオンガイドの正面に流入する。図７の下図は、円形の円周の周囲に配置される１２個のピンから成る、ガイド７２の第１の部分の横断面図を示す。ＲＦ電力供給源４０は、示されるように、隣接するピン７６および７８に、概して、正「＋」および負「−」として示される逆相のＲＦ電圧を提供するように接続され、正「＋」として示される全ピンは、一緒に接続され、負「−」として示される全ピンも、一緒に接続される。ＲＦ電圧を伴う１２個のピンは、円周の周囲に放射状十二重極場を生成する。ガイド７２の第１の部分には、逆極性または逆相（すなわち、１８０°位相がずれた）のＲＦ相はまた、図７の上図に示されるように、軸方向に隣接するピン間と、前述かつ図７の下図に示されるように、半径方向に隣接するピン間とに印加され、軸方向および半径方向ＲＦ場を提供する。円周の周囲に４つのピンを備えている、ガイド７４の第２の部分では、隣接する軸方向ピン間の同一の極性は、軸方向に整列されたピンが、より純粋な四重極場を提供することができる、同一の極性であり得るように維持されることができる。種々の構成では、逆相が、軸方向において、隣接するピン間に印加されることができる。
【００３３】
種々の実施形態では、１２ピン構成は、全長に沿って維持されることができる。種々の側面では、円周の周囲に８ｎ＋４ピンを伴う構成が、長さの少なくとも一部に沿って維持されることができ、ここでは、ｎ＝１、２、３・・・等である。種々の構成では、イオンガイドのピンによって形成される内部形状は、円形ではないイオンビーム形状に対応するために、または円形ではない出口ビームを形成するために、示されるように、円形ではなく、扁円または長方形であり得る。
【００３４】
種々の側面では、テーパ状幾何学形状が、任意の構成に適用され、出口に向かって半径方向間隔を減少させ、集束を提供することができる。
【００３５】
軸方向場を提供するために、あるＲＦ相が印加され得る、１組のピンが、若干、空間内にさらに突出することができる。その１組のピン上の異なるＤＣ電圧と組み合わせられると、軸方向場が、図８に示されるように、発生されることができる。ある相のピンは、軸に向かってさらに突出することができ、概して、点線８０によって示されるように、軸に沿って突出の量が増加する。異なるＤＣ電圧が、図８の下図における実施例に示されるように、２組のピン［正（＋）および負（−）ＲＦ相］の各々に提供されることができ、＋２０Ｖが、正の組のピンに印加され、＋１５Ｖが、負の組のピンに印加される。これは、軸方向電場を提供することができる。軸方向場強度は、ピンの突出の角度（点線８０の角度）および２組のピン間のＤＣ電位の差異を制御することによって調節されることができる。
【００３６】
種々の側面では、各相に対する２組のピンのための支持は、図９に示されるように、適切に位置付けられた孔を伴う２つの同軸円筒によって提供されることができる。図９は、ピンのための円筒支持体の端面図（左図）および側面図（右図）を示す。内側円筒８２は、ピンが通過する隙間孔８６を有することができる。外側円筒８４は、内側ピンが設置されることを可能にする、隙間孔８８を有することができる。ピンの位置および構成は、円筒内の孔パターンおよびピンの長さによって画定されることができる。
【００３７】
種々の実施形態では、２つの円筒支持体は、イオン経路から十分距離を置いた絶縁体によって離間されることができる。個々のレジスタおよびキャパシタは、軸に沿って抵抗分割器によって生成される明確なＤＣ勾配が、軸方向場を生成するために必要である場合、組み込まれることができる。しかしながら、軸方向場の幾何学的生成で十分であり得る。
【００３８】
種々の側面では、イオンガイドは、内側において、ピンクッションのようであり得る。ピンの間隔および位置は、実験的に、またはシミュレーションを通して、最適化されることができる。種々の側面では、イオンガイドの正面区画における小ピンの直径は、直径０．５ｍｍであることができる。種々の側面では、大ピンの直径は、直径２ｍｍであることができる。
【００３９】
イオンが、大気圧イオン源から、開口を通して、真空内へとサンプリングされるとき、イオンは、高速発散ガス噴流内で膨張し、そこから、抽出および集束されなければならない。オリフィス直径が大きいほど、より多いイオン束を提供するだけではなく、また、より高いガス圧、したがって、イオンへのより大きな抵抗を生じ、抵抗は、イオンを集束するために克服されなければならない。加えて、オリフィス直径が大きいほど、汚染物質、クラスタ、粒子、および液滴が真空チャンバ内に導入することを回避することをより困難にする。これらの不純物は、ＲＦイオンガイド要素およびレンズ上に沈殿し、帯電し得る絶縁層を生じさせ、感度の損失をもたらし得る。強力な封じ込めおよび集束を提供し、発散ガス流からイオンを抽出し、ガスが半径方向に送出されることを可能にする一方、イオンを軸方向に閉じ込めることおよび集束することが望ましい。また、ガス流に抵抗することができ、不純物で汚染され得る、電極表面を導入せずに、強力な封じ込め電場を生成することが望ましい。
【００４０】
出願人の教示は、小径電極を有するＲＦイオンガイドから成る、方法および装置を提供する。種々の側面では、電極は、細いワイヤであることができる。種々の実施形態では、細いワイヤは、直径約０．０１ｍｍ〜約０．５ｍｍであることができる。そのような小径は、流れのより小さい部分にも交差し、液滴および粒子等の同伴材料が、電極上にほとんど沈殿しないであろう。加えて、沈殿および帯電するいかなる材料も、印加された電圧と比較して、表面電荷誘導場の相対的値のため、イオン運動にほとんど影響を及ぼすことができない。電極の表面積が小さいほど、表面電荷にほとんど影響を及ぼさない。本改良は、電極表面積と比較した電極間の面積の比率の増加から導出されることができる。
【００４１】
４本のワイヤから形成される四重極は、電場（同一の電圧がワイヤにかかる場合）が弱過ぎるため、効果的封じ込め場を提供するために十分ではない場合がある。ある程度、これは、ワイヤにかかる電圧を増加させることによって緩和されることができるが、軸からより離れた領域では、場は、弱過ぎ得る。印加される電圧は、圧力１トル時、３００Ｖまたは４００Ｖを上回る電圧で生じ得る、放電またはアーク放電を生じさせるほど高くあるべきではない。内接円の同一の直径の周囲におけるワイヤの数を増加させることによって、封じ込め場を増加させることができる。隣接するワイヤ間に逆ＲＦ相を伴うワイヤの数が多いほど、高次多極場を生成することができる。例えば、限定ではないが、同一の内接円上に位置する、１２本のワイヤを含むことができる。十分な数のワイヤまたは小径を伴う、ワイヤ多極は、小表面積を提供し、ガスおよび粒子が逃散することを可能にすることができるが、依然として、イオンガイド内にイオンを含むために十分に強力な電場を提供する。したがって、１２本または最大１００本のワイヤを備えている、高次多極は、イオンのための強封じ込め場を提供する一方、ガス流を妨害せず、汚染されない、小表面積を呈することができる。
【００４２】
高次多極は、典型的には、小ビーム径に強集束を提供することができない。これを達成するために、理想的幾何学形状は、四重極場である。したがって、多極は、より小さい直径の四重極に平滑に遷移するように作製されることができる。高次多極によって提供される強封じ込めは、ガス圧力が高く、速度が速い、イオンガイドの正面近傍で要求され得る。イオンが熱化され、ガス密度および速度が降下するにつれて、強半径方向封じ込めの必要性は減少し、四重極場は、イオン集束を提供することができる。
【００４３】
種々の実施形態では、高圧力領域内において、試料からイオンを発生させるためのイオン源を提供するステップを含む、質量分析を行なう方法およびシステムが、提供される。種々の実施形態では、イオンは、高圧力領域から真空チャンバ内にイオンを通過させるための入口開口と、真空チャンバからイオンを通過させるための出口開口とを備えている真空チャンバ内に通過することができ、入口開口の構成および高圧力領域と真空チャンバとの間の圧力差は、入口開口の下流に超音速自由噴流膨張を提供し、超音速自由噴流膨張は、所定の直径のバレルショックを含む。種々の側面では、入口開口と出口開口との間に、少なくとも１つの高次多極イオンガイドが提供され、少なくとも１つのイオンガイドは、ワイヤと、イオンを少なくとも１つのイオンガイドの内部体積内に半径方向に閉じ込めるために、ＲＦ電圧を少なくとも１つのイオンガイドに印加するための電力供給源とを備え、逆ＲＦ相が、隣接するワイヤ間に印加される。種々の側面では、ワイヤ多極イオンガイドは、真空チャンバから出口に向かって収束し、真空チャンバの入口近傍に形成されるものより低次の多極イオンガイドを形成する。種々の実施形態では、低次多極イオンガイドは、四重極を備えている。種々の側面では、超音速自由噴流膨張は、ワイヤ多極イオンガイドの軸に対してある角度で向けられることができる。種々の実施形態では、超音速自由噴流膨張とワイヤ多極イオンガイドの軸との間の角度は、約１度〜約１０度であることができる。種々の側面では、開口の平面は、多極イオンガイドの軸に対してある角度で自由噴流を向けるために傾斜されることができる。種々の実施形態では、ワイヤ多極イオンガイド内のワイヤの直径は、約．０１ｍｍ〜約．５ｍｍであることができる。
【００４４】
種々の側面では、出願人の教示は、高次多極として開始し、四重極に平滑に遷移する、ワイヤイオンガイドを備えている。出願人の教示は、イオンガイドの正面でイオンをサンプリングするためのより強力な封じ込めを提供し、イオンをより強力に集束することができる、出口における四重極に平滑に遷移することができる。イオンガイド９０を示す、図１０に例示されるように、１２本のワイヤ９２が、図１０の左側において、軸に対して横断する断面に示される入口近傍に十二重極を形成する。黒色の円形の組は、ＲＦ電力供給源（図示せず）の正（＋）相に接続される、６本のワイヤの組を表し、灰色の陰影の円形の組は、ＲＦ電力供給源の負（−）相に接続された６本のワイヤの組を表す。いくつかの構成では、ワイヤのうちの４本は、ワイヤのうちの２本を表す２つの点線によって示されるように、出口に向かって平滑に収束し（他の２本のワイヤは、本図では示されない）、出口近傍に四重極場を形成する。他の８本のワイヤは、軸に平行であることができる。１２本のワイヤのうちの２本のみ、図１０に示されるが、ワイヤは、入口および出口におけるワイヤの位置の入口および出口の表示に接続することを理解されたい。図１０に示される構成は、入口近傍の十二重極場および出口近傍の四重極場をもたらす。イオンビームは、本構成によって、出口に向かって集束されることができる。
【００４５】
種々の実施形態では、複数の数のワイヤが、入口近傍で使用されることができる。例えば、種々の側面では、１２、２０、２８等から最大１００本のワイヤまたはさらにそれ以上が、入口近傍にあることができる。種々の実施形態では、出願人の教示はまた、収束多極を備えていることができ、全ワイヤは、出口に向かって収束する。種々の実施形態では、ワイヤのうちのいくつかは、出口に向かって収束し、出口近傍に形成されるものより低次の多極を形成することができる一方、他のワイヤは、軸に平行のままであるか、または多極の端部に達する前に終端する。種々の側面では、断面は、卵形または長方形あるいは円形以外の別の形状であり、入口または出口において、異なるビーム形状に対応し得る。
【００４６】
種々の側面では、出願人の教示は、自由噴流膨張において、ワイヤ多極を備えていることができる。種々の実施形態では、ワイヤ直径は、約＜０．５ｍｍ〜約０．０１ｍｍであることができる。種々の実施形態では、出願人の教示は、四重極場に平滑に収束する、高次多極を備えていることができる。種々の側面では、出願人の教示は、ガス流を遮断せずに、ガス噴流からイオンを捕らえ、操向するために、ガス噴流に対してある角度で配置される、ワイヤ多極を備えていることができる。
【００４７】
種々の実施形態では、ワイヤ多極は、イオンビームが、約１０度〜約９０度の角度によって、軸から離れて操向されるように、湾曲または屈曲形状に形成されることができる。ワイヤ構造は、中性ビームを制限なく進行させることができる一方、イオンは、ガス流から屈曲される。種々の側面では、本構成は、イオンガイドからの出口に位置するイオンレンズが、汚染されることを防止するように支援することができる。種々の実施形態では、出願人の教示は、自由噴流において、湾曲ワイヤ多極の使用を備えていることができる。種々の側面では、出願人の教示は、四重極に収束する多極の組み合わせを備えていることができる。
【００４８】
種々の実施形態では、出願人の教示は、レンズの正面にメッシュを提供することによって、イオンレンズに及ぼす汚染物質の影響を低減させることを含むことができる。ほとんどの汚染物質は、メッシュを通してレンズへと進み得る。メッシュにかかる電圧は、イオンガイドに対して上流側に最適場を提供することができる。メッシュとレンズとの間には、小電圧が、ａ）メッシュを通してイオンを引っ張り、ｂ）レンズに及ぼす汚染物質の影響を克服するために提供されることができる。メッシュ／レンズ要素は、イオンガイドの端部に提供され、大気圧からイオンをサンプリングすることができる。
【００４９】
真空内に膨張する自由噴流からのイオンの集束と関連付けられる問題の１つは、強力なガス噴流が、マッハディスクの下流に形成され得、ガス噴流の速度が、数百メートル／秒となることである。これは、イオンガイドを通るイオンの遷移時間を短縮し、イオンの集束を阻害し得る。ガス噴流はまた、出口開口に影響を及ぼし、より多くのガスを後続真空チャンバに流入させ、次のチャンバ内により多いまたはより大きな真空ポンプを要求し得る。オリフィスから生じるガス噴流の影響を低減させ、イオンがより良好に集束され得るように、ガス速度がより遅く、ガス密度がより小さい、静的ガスのより静穏な領域内に噴流からのイオンを除去するために、開口からの噴流は、図１１に示されるように、イオンガイドの主軸に対してある角度で向けられることができる。エレクトロスプレーまたはＡＰＣＩ等の高圧力イオン源から真空内に通じる、プレート１０６内の開口９４を通したガス膨張は、当技術分野において公知の自由噴流９６を形成し、また、自由噴流をはるかに越えて延在する、ガス９８の流れまたは向けられた噴流を形成する。より長くかつより強力なガス噴流は、概して、より大きなオリフィスによって形成される。ガス噴流のサイズおよび規模はまた、真空チャンバ内の圧力によって影響される。自由噴流９４から形成されるガス噴流９６は、次いで、次の真空チャンバに通じる開口１００から離れるように向けられることができる。イオンは、次いで、より効率的に閉じ込められ、ＲＦイオンガイド内に集束されることができる。種々の側面では、出願人の教示は、概して、点線１０２によって示される、微細ワイヤまたは小径電極から成る、ガス流にほぼ透過的である、ワイヤ多極を備えていることができる（ワイヤの２本のみ、点線によって示され、逆ＲＦ相が隣接するワイヤ間に印加されることを理解されたい）。種々の実施形態では、入口におけるワイヤ多極の内接径は、自由噴流およびガス噴流の直径の少なくとも５０％に等しく、種々の側面では、自由噴流の直径より大きくあり得る。種々の実施形態では、ワイヤ間の空間（Ｘ）とワイヤ径（Ｄ）の比率は、ガス噴流にほとんど擾乱を提供しないために、＞３ｘであり得、種々の側面では、＞５ｘであり得、種々の側面では、＞１０ｘであり得る。従来の多極イオンガイドは、極数に応じて、０．５以下のＸ／Ｄを有し得ることに留意されたい。微細ワイヤまたは小径電極を使用することによって、電極の表面積を縮小することもまた、流れに擾乱を生じさせ得る、衝撃波の形成を低減させることができる。衝撃波は、イオン集束およびイオンガイド内への封じ込めの効率を低下させ得る。
【００５０】
図１１に示されるように、イオンガイドの軸に対するガス噴流の角度は、開口の平面が、垂直平面に対してある角度となるように、角度１０４だけオリフィス開口の平面を傾斜させることによって制御されることができ、垂直平面は、イオンガイドの中心軸でもある、オリフィスと真空チャンバからの出口開口との間の線によって形成される軸に対して９０度である。種々の側面では、代替として、管状入口開口が、イオンガイドの中心軸に対して傾斜されるように提供されることができる。自由噴流膨張の角度、ひいては、ガス噴流の角度を制御することができる、重要なパラメータは、開口が、管の端部内に位置する、あるいはプレートまたは薄型円板内に位置するかどうかにかかわらず、出口開口の縁の円周によって形成される開口の平面の角度である。膨張およびガス噴流の方向は、出口開口を直接囲む壁によって制御されることができる。種々の側面では、膨張およびガス噴流の方向は、出口開口の円周が平面ではない場合でも、出口開口の形状を調節することによって制御されることができる。出口開口の平面または出口の円周の形状の任意の好適な調節によって、膨張およびガス噴流は、噴流がイオンガイドに対して角度付けられるように、かつ影響圧力を回避または低減させるために、チャンバからの出口における壁に及ぼす噴流の影響が、出口開口から離れて位置するように向けられることができる。角度は、ガス噴流の主核が、イオンガイドからの出口におけるイオンガイドの境界外にあるようになり得る。実際の角度は、イオンガイドの長さおよびガス噴流の直径に依存するであろう。典型的には、チャンバは、長さ約１０〜約２０ｃｍであることができ、ガス噴流は、直径約３ｍｍから最大約１０〜１５ｍｍであることができ、したがって、角度は、約１度から最大少なくとも約８．５度まで変動するであろう。角度が大きいほど、イオンガイドからより離れてガス噴流を操向することが可能であり得る。
【００５１】
イオンは、ワイヤＲＦ多極によって、イオンガイドの内側に捕らえられ、かつ閉じ込められることができる。種々の実施形態では、多極は、イオンおよびガスの噴流を捕らえるためのサイズの円形または非円形形状における入口の直径の周囲に位置する、ワイヤから成ることができる。隣接するワイヤは、ＲＦ電圧の交互相が印加されることができる。種々の側面では、ワイヤの数は、２ｎであることができ、ここでは、ｎは、多極の次数である。例えば、ｎ＝２の場合、多極は、四重極である。ｎ＝４である場合、多極は、八重極である。
【００５２】
ワイヤ間の間隔は、ガス噴流をほぼ妨害されずに逃散させるために大きくあり得るが、ワイヤは、イオンビームがロッド間のＲＦ場によって閉じ込められ得るために十分に近接して離間され得る。種々の側面では、約５ｍｍの典型的ビーム直径の場合、ワイヤ多極は、約０．１ｍｍのワイヤ直径および約０．５ｍｍのワイヤ間隔を有することができ、多極の入口における内接円の直径は、約１０ｍｍであることができる。種々の側面では、入口におけるワイヤの数は、したがって、５２であることができる。種々の側面では、ワイヤ多極は、出口に向かってより少ない数のワイヤに収束させることによって、出口に向かってテーパ状となることができる。例えば、５２本のうちの８本の入口の周囲に等離間されたワイヤが、多極からの出口において、約４ｍｍのより小さい直径に収束し、隣接するワイヤ上に逆ＲＦ相を伴う、八重極を形成し、他のワイヤは、多極の軸に対して平行であり続けるか、またはイオンガイドの端部の前で終端する。種々の実施形態では、８本ワイヤは、出口で約６ｍｍの直径に収束することができ、４本ワイヤは、出口で約４ｍｍの直径に収束することができ、入口における高次多極場から、八重極場、次いで、出口において隣接するワイヤ上に逆相を伴う、４本のワイヤによって占められる四重極場へと遷移を提供する。四重極場は、より強力な集束場を提供し、イオンビームをより小さい直径に圧搾することができる。種々の側面では、ワイヤは全て、入口におけるより大きい直径から出口におけるより小さい直径に平滑に収束することができる。種々の側面では、イオンが閉じ込められる必要があるが、小径に集束される必要がないように、出口開口が、比較的に大きいとき、ワイヤまたは電極は、イオンガイドが出口に向かって収束しないように平行であることができる。
【００５３】
イオンを逃散させる傾向にある  それらの半径方向速度は、ガス噴流により得る。典型的には、噴流の軸方向速度は、２００〜４００ｍ／ｓであり得、したがって、多極が、角度１０度にある場合、半径方向速度成分は、約５〜１０ｍ／ｓであり得る。イオンガイドは、イオンガイド内にイオンを閉じ込めるように構成される一方、角度付けられたガス噴流は、ガス流の大部分をイオンガイドの外側の領域に、または少なくともガスが送出され得る出口開口の面積に交差しない面積に向かわせる。ＲＦ電圧およびワイヤ間の間隔は、ガスの流出に対抗して、イオンをイオンガイド内に閉じ込めるように構成される。封じ込め場の強度に対する要件は、当技術分野において公知である。要求されるＲＦ電圧は、当技術分野において公知のように、イオンのｍ／ｚ値に依存し得、実験的に判定されることができる。ＲＦ電圧は、典型的には、質量分析計がある質量範囲にわたって走査されるにつれて、ｍ／ｚに伴って調整または走査または増減され得る、ユーザ調節可能パラメータである。
【００５４】
ワイヤ要素に印加される電圧は、伝送される質量に応じて、約５０Ｖの最大振幅（ｐｅａｋ−ｔｏ−ｐｅａｋ）から最大少なくとも約５００Ｖの最大振幅となり得る。
【００５５】
限定されないが、特許、特許出願、記事、書籍、論文、およびウェブページを含む、本願で引用される全文献および類似資料は、そのような文献および類似材料の形式にかかわらず、その全体として、参照することによって明示的に組み込まれる。定義される用語、用語の使用、説明される技法、または同等物を含むが、それらに限定されない、組み込まれた文献および類似資料のうちの１つ以上が、本願と異なるまたは矛盾する場合、本願が優先する。
【００５６】
出願人の教示は、特に、具体的例証的実施形態を参照して図示および説明されたが、形式および詳細における種々の変更が、本教示の精神および範囲から逸脱することなく、行なわれ得ることを理解されたい。したがって、本教示およびその均等物の精神ならびに範囲内にある全実施形態が、請求される。出願人の教示の方法の説明および略図は、そのように記載がない限り、要素の説明される順序に限定されるものと読まれるべきではない。
【００５７】
出願人の教示は、種々の実施形態および実施例と併せて説明されたが、出願人の教示が、そのような実施形態または実施例に限定されることを意図しない。対照的に、出願人の教示は、当業者によって理解されるような種々の代替、修正、および均等物を包含し、全てのそのような修正または変形例は、本発明の領域および範囲内であると考えられる。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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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【国際調査報告】
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