(57)【要約】  【課題】  イオン検出器で１つのまたは複数のイオンの到着時間を決定するための方法を提供する。  【解決手段】  イオン検出器に到着するイオンは、信号を生み出し、立ち上がり区間で前記信号が強度閾値と交差する時間および立ち下がり区間で前記信号が強度閾値と交差する時間が決定される。前記２つの時間は、イオン到着時間を提供するために平均される。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用に際して、１つのまたは複数のイオンが到着したことに応答して信号を発生させる検出器；立ち上がり、上昇、第１のまたは最初の区間で前記信号が第１の閾値または水準と交差するまたは超える第１の時間を決めるための手段；立ち下がり、下落、第２のまたは後続の区間で前記信号が第２の閾値または水準と交差するまたは下がる第２の時間を決めるための手段；およびイオン到着時間を提供するための前記第１のおよび第２の時間を結合するまたは平均するための手段を含む質量分析器のためのイオン検出器。
【請求項２】
前記検出器が、チャネル電子倍増管を含む請求項１記載のイオン検出器。
【請求項３】
前記検出器が、１つのまたは複数のマイクロチャネルプレートを含む請求項１または２記載のイオン検出器。
【請求項４】
前記検出器が、少なくとも１つの山形の一対のマイクロチャネルプレートを形成するために準備された少なくとも２つのマイクロチャネルプレートを含む請求項３記載のイオン検出器。
【請求項５】
使用に際して、イオンが、前記１つのまたは複数のマイクロチャネルプレートの入力面で受け取られ、電子が、前記１つのまたは複数のマイクロチャネルプレートの出力面から放たれる請求項３または４記載のイオン検出器。
【請求項６】
さらに、使用に際して、前記１つのまたは複数のマイクロチャネルプレートから放たれた少なくともいくつかの電子を受け取るために準備された１つのまたは複数の捕集電極または陽極を含む請求項５記載のイオン検出器。
【請求項７】
前記検出器が、１つのまたは複数の分離したダイノード電子倍増管を含む請求項１記載のイオン検出器。
【請求項８】
前記検出器が、シンチレーターまたは燐を含むスクリーンを含む請求項１に記載のイオン検出器。
【請求項９】
前記検出器が、さらに、光電子倍増管を含む請求項８記載のイオン検出器。
【請求項１０】
前記第１の閾値または水準および／または前記第２の閾値または水準が、強度閾値または水準を含む請求項１から９のいずれかに記載のイオン検出器。
【請求項１１】
前記第１の閾値または水準が、前記第２の閾値または水準と実質的に同じである請求項１から１０のいずれかに記載のイオン検出器。
【請求項１２】
前記第１の閾値または水準が、前記第２の閾値または水準と実質的に異なる請求項１から１０のいずれかに記載のイオン検出器。
【請求項１３】
さらに、前記信号の立ち上がり、上昇、第１のまたは最初の区間とその最も近接に検出された立ち下がり、下落、第２のまたは後続の区間とを関連付ける手段を含む請求項１から１２のいずれかに記載のイオン検出器。
【請求項１４】
もしも前記イオン信号が多重立ち上がり、上昇、第１のまたは最初の区間および／または多重立ち下がり、下落、第２のまたは後続の区間を含むならば、前記立ち上がり、上昇、第１のまたは最初の区間が、前記立ち上がり、上昇、第１のまたは最初の区間の時間に最も近接である前記立ち下がり、下落、第２のまたは後続の区間と関連付けられる請求項１から１３のいずれかに記載のイオン検出器。
【請求項１５】
さらに、前記第１の時間および／または前記第２の時間を決めるための第１のタイム  トゥ  デジタル  コンバータを含む請求項１から１４のいずれかに記載のイオン検出器。
【請求項１６】
さらに、前記第１の時間および／または前記第２の時間を決めるための第２のタイム  トゥ  デジタル  コンバータを含む請求項１５記載のイオン検出器。
【請求項１７】
前記第１のタイム  トゥ  デジタル  コンバータおよび／または前記第２のタイム  トゥ  デジタル  コンバータが、前記第１の時間および／または前記第２の時間を決めるために立ち上がり区間ディスクリミネータを用いることで構成される請求項１５または１６記載のイオン検出器。
【請求項１８】
前記第１のタイム  トゥ  デジタル  コンバータおよび／または前記第２のタイム  トゥ  デジタル  コンバータが、前記第１の時間および／または前記第２の時間を決めるためにコンスタントフラクションディスクリミネータを用いることで構成される請求項１５または１６記載のイオン検出器。
【請求項１９】
さらに、前記第１の時間および／または前記第２の時間を決めるための第１のアナログ  トゥ  デジタル  コンバータを含む請求項１から１８のいずれかに記載のイオン検出器。
【請求項２０】
さらに、前記第１の時間および／または前記第２の時間を決めるための第２のアナログ  トゥ  デジタル  コンバータを含む請求項１９記載のイオン検出器。
【請求項２１】
請求項１から２０のいずれかに記載のイオン検出器を含む質量分析器。
【請求項２２】
前記質量分析器が、飛行空間型質量分析器を含む請求項２１記載の質量分析器。
【請求項２３】
前記質量分析器が、（ｉ）四重極質量分析器；（ｉｉ）ぺニング質量分析器；（ｉｉｉ）フーリエ変換イオンサイクロトロン（ＦＴＩＣＲ）質量分析器；（ｉｖ）二次元またはリニア四重極イオントラップ；（ｖ）ポールまたは三次元四重極イオントラップ；および（ｖｉ）扇形磁場質量分析器からなる群から選ばれる少なくとも一つである請求項２１記載の質量分析器。
【請求項２４】
さらに、（ｉ）エレクトロスプレーイオン化（ＥＳＩ）イオン源；（ｉｉ）大気圧イオン化（ＡＰＩ）イオン源；（ｉｉｉ）大気圧化学イオン化（ＡＰＣＩ）イオン源；（ｖｉ）大気圧フォトイオン化（ＡＰＰＩ）イオン源；（ｖ）レーザー脱離イオン化（ＤＰＩ）イオン源；（ｖｉ）誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）イオン源；（ｖｉｉ）高速原子衝撃（ＦＡＢ）イオン源；（ｖｉｉｉ）液体二次イオン質量分析（ＬＳＩＭＳ）イオン源；（ｉｘ）電界イオン化（ＦＩ）イオン源；（ｘ）電界脱離（ＦＤ）イオン源；（ｘｉ）電子衝撃（ＥＩ）イオン源；（ｘｉｉ）化学イオン化（ＣＩ）イオン源；（ｘｉｉｉ）マトリックス支援レーザー脱離イオン化（ＭＡＬＤＩ）イオン源；および（ｘｉｖ）シリコン上の脱離イオン化（ＤＩＯＳ）イオン源からなる群から選ばれる少なくとも一つのイオン源を含む請求項２１から２３のいずれかに記載の質量分析器。
【請求項２５】
前記イオン源が、連続またはパルス型である請求項２４記載の質量分析器。
【請求項２６】
使用に際して、１つのまたは複数のイオンが到着したことに応答して信号を発生させる検出器；立ち上がり、上昇、第１のまたは最初の区間で前記信号が第１の閾値または水準と交差するまたは超える第１の時間を決めるための手段；立ち下がり、下落、第２のまたは後続の区間で前記信号が第２の閾値または水準と交差するまたは下がる第２の時間を決めるための手段；およびイオン到着時間を提供するための前記第１のおよび第２の時間の間の信号強度を平均するための手段を含む質量分析器のためのイオン検出器。
【請求項２７】
前記第１のおよび第２の時間の間の信号強度を平均するための手段が、イオン到着時間の加重平均で決定する請求項２６記載のイオン検出器。
【請求項２８】
前記第１のおよび第２の時間の間の信号強度を平均するための手段が、前記第１の時間および前記第２の時間によって閉ざされた時間ビンの内側のイオン到着時間の加重平均で決定する請求項２７記載のイオン検出器。
【請求項２９】
前記第１のおよび第２の時間の間の信号強度を平均するための手段が、前記第１の時間および前記第２の時間によって閉ざされた時間ビンの少なくとも５０％、６０％、７０％、８０％、９０％、９５％または１００％のすべての強度の合計で決定する請求項２８記載のイオン検出器。
【請求項３０】
さらに、前記第１の時間および／または前記第２の時間を決めるための第１のアナログ  トゥ  デジタル  コンバータを含む請求項２６から２９のいずれかに記載のイオン検出器。
【請求項３１】
さらに、前記第１の時間および／または前記第２の時間を決めるための第２のアナログ  トゥ  デジタル  コンバータを含む請求項３０記載のイオン検出器。
【請求項３２】
検出器で１つのまたは複数のイオン到着時間を決める方法であって、検出器で１つのまたは複数のイオンが到着したことに応答して信号を発生させること；立ち上がり、上昇、第１のまたは最初の区間で前記信号が第１の閾値または水準と交差するまたは超える第１の時間を決めること；立ち下がり、下落、第２のまたは後続の区間で前記信号が第２の閾値または水準と交差するまたは下がる第２の時間を決めること；およびイオン到着時間を提供するために前記第１のおよび第２の時間の結合するまたは平均することを含む方法。
【請求項３３】
検出器で１つのまたは複数のイオン到着時間を決める方法であって、検出器で１つのまたは複数のイオンが到着したことに応答して信号を発生させること；立ち上がり、上昇、第１のまたは最初の区間で前記信号が第１の閾値または水準と交差するまたは超える第１の時間を決めること；立ち下がり、下落、第２のまたは後続の区間で前記信号が第２の閾値または水準と交差するまたは下がる第２の時間を決めること；およびイオン到着時間を提供するために前記第１のおよび第２の時間の間の信号強度を平均することを含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン検出器、質量分析器で１つのまたは複数のイオンの到着時間を決定する方法および質量分析の方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
飛行時間型質量分析器におけるイオンの集まりは、基本的に同じ運動エネルギーの自由飛行領域に入ることで引き起こされる。異なる質量／電荷数をもつイオンは、そのために異なる速度で前記飛行領域を通って移動し、前記飛行領域の終わりに準備された検出器に異なる時間で到着する。前記イオンの前記質量／電荷数は、前記飛行領域を通る前記イオンの移動時間を決定することにより決めることができる。
【０００３】
ダイノード電子倍増管が分離した、またはこれらの装置の組み合わせのマイクロチャネルプレート（ＭＣＰ）検出器は、最も一般的に飛行時間型質量分析器におけるイオン検出器として用いられる。これらの検出器は、前記イオン検出器にイオンが到着したのに応答して電子の集まりを生み出す。イオンの到着に応答して前記イオン検出器により生み出された前記電子は、電荷検出ディスクリミネータ（ｃｈａｒｇｅ  ｓｅｎｓｉｎｇ  ｄｉｓｃｒｉｍｉｎａｔｏｒ）に接続された１つのまたは複数の捕集電極または陽極に集められる。前記捕集電極に衝突する電子に応答して前記電荷検出ディスクリミネータ（ｃｈａｒｇｅ  ｓｅｎｓｉｎｇ  ｄｉｓｃｒｉｍｉｎａｔｏｒ）により生み出される信号は、一般的にマルチ  ストップ  タイム  トゥ  デジタル  コンバータ（ＴＤＣ）レコーダー（ｍｕｌｔｉ  ｓｔｏｐ  Ｔｉｍｅ  ｔｏ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ  ｒｅｃｏｒｄｅｒ）を用いることで記録される。前記ＴＤＣレコーダーの時計は、前記飛行時間型質量分析器の前記飛行領域にイオンの集まりが最初に入るとすぐに始動する。前記電荷検出ディスクリミネータ（ｃｈａｒｇｅ  ｓｅｎｓｉｎｇ  ｄｉｓｃｒｉｍｉｎａｔｏｒ）に応答して記録された出来事は、前記飛行領域を通った前記イオンの前記移動時間記録として出力する。既知の１０ＧＨｚのＴＤＣは、前記イオン検出器におけるイオンの到着時間を±１００ピコ秒の範囲内で記録できる。
【０００４】
完全な質量スペクトルを生み出すために、イオンの集まりは、前記飛行領域の中で何度もパルスを発生させられる。前記ＴＤＣレコーダーにより記録された前記飛行領域通ったすべての前記イオンの前記移動時間は、前記イオンの前記質量／電荷数の関数である到着イオンの数のヒストグラムを生み出すために用いられる。
【０００５】
一対のマイクロチャネルプレート検出器を含む典型的なイオン検出器において、電子を受け取るために準備された捕集電極を付帯した前記マイクロチャネルプレート検出器から放たれた電子の集まりは、ほぼガウス分布をもつディスクリミネータへの入力信号を生み出す。通常、そのような単一イオンピークは、０．５〜３ナノ秒の間のＦＷＨＭをもつ。前記イオンピークの平均面積は、前記イオン検出器の感度による。前記技術に熟練しているそれらにより評価されるとして、イオンピーク面積の分布およびイオンピークサイト間は、前記イオンが同一の質量／電荷数および速度をもつにも関わらずマイクロチャネルプレート検出器を用いるイオンの検出に関連する。この分布は、検出器のマイクロチャネルプレートまたは他の形式における統計的な電子の自然増加および前記倍増管の飽和特性に基づいて生じる。ほぼ１０７のこのパルス波高分布（ＰＨＤ）の利得をもたらす一対のマイクロチャネルプレート検出器のためにそれ自身がほぼガウス分布である。マイクロチャネルプレートの前記パルス波高分布は、記録されたイオン波高の前記分布の前記ＦＷＭＨの割合としての前記信号の中間の波高として通常表される。この独特の検出器の構成のために１００〜１５０％ＦＷＭＨのパルス波高分布は共通である。もしもマイクロチャネルプレート検出器が低利得をもたらすかあるいは分離したダイノード電子倍増管または光電子倍増管が用いられる場合には、前記パルス波高分布は、異なる特性すなわち負の指数分布を持つ。いずれにしても前記ディスクリミネータエレクトロニクスにより何とかして供給されなければならない単一イオン到着によるイオン信号強度における有意な広がりは明らかである。
【０００６】
２つの主なタイプのディスクリミネータが、一般に質量分析器に用いられる。前記ディスクリミネータの最も単純なタイプは、立ち上がり区間検出器である。イオンの前記到着時間は、前記立ち上がり区間でイオン信号が予め決められた強度閾値を通り過ぎるときまたは超えるときに記録される。１カウントは、前記イオン信号が前記強度閾値と交差することに関係した特有の飛行時間での飛行時間に対する強度のヒストグラムに加えられる。マルチ  ストップ  タイム  トゥ  デジタル  コンバータ  レコーダーの構造内部のデジタルエレクトロニクスは、前記捕集電極（増幅後）からの前記信号が事前設定強度閾値を超えるときに応答するために準備される。
【０００７】
ディスクリミネータの他方の主なタイプは、コンスタントフラクションディスクリミネータ（ＣＦＤ）または零交差（すなわちピークトップ）ディスクリミネータである。イオンの前記到着時間は、前記イオン信号が前記イオン信号の最高高さの予め決められた割合を超えるときまたは到達するときに記録される。ピークトップディスクリミネータの特有のケースにおいては、このフラクションは前記イオン信号の最高高さの１００％である。零交差は、零と交差する前記イオン信号の最初の差の点に言及する。
【０００８】
デジタル立ち上がり区間検出ディスクリミネータを用いることには２つの主な欠点がある。第１の問題は、前記パルス波高分布がイオン到着により記録された前記時間における時間広がりまたはジッタを導くイオン検出器に関連することである。例えば、時間Ｔ１での前記イオン検出器への最初のイオン到着は、最高高さＨ１をもつイオン信号を生み出す。そのようなイオン信号は、時間Ｔ１′で事前設定強度閾値を通り過ぎ、その出来事は前記ＴＤＣの最も近接の対応する時間ビンに記録される。しかしながら、同時刻Ｔ１で前記イオン検出器に到着する第２のイオンは、Ｈ１より大きい最高高さをもつイオン信号を生み出す。よって、そのようなイオン信号は、わずかに早い時間Ｔ１′′で前記事前設定強度閾値を通り過ぎる。前記ＴＤＣにより記録されるその出来事は、そのために前記ＴＤＣのより早い時間ビンへの最初のイオンとして記録される。この時間ジッタの大きさは、前記イオン信号の前記立ち上がり区間の傾きおよび前記検出器の前記パルス波高分布に関係づけられる。この影響は、最終ヒストグラムおよび質量分析装置の質量分解能の減少を導く。
【０００９】
立ち上がり区間検出ディスクリミネータを用いることの第２の問題は、前記イオン信号が、その時までに検出された他のイオンと同じ事前設定強度閾値、換言すればその時までに前記イオン検出器に記録された他のイオン到着による第２のイオン信号の前記立ち上がり区間に下げられることである。２．５ナノ秒ＦＷＨＭの単一イオンピーク幅のために、これは５ナノ秒までの不感時間を導く。この不感時間は、イオンが前記イオン検出器に到着し、記録された後、さらなるイオン到着が記録されることのない時間にあたる。
【００１０】
マルチ  ストップ  ＴＤＣは、入力信号が、出来事を記録するためのほぼ２つの時間ビンのための事前設定強度閾値以上のままであるように理想的に運転されるべきである。加えて、前記信号は、第２のイオンの到着が記録される前の２つの時間ビンのための前記事前設定強度閾値以下のままにすべきである。この要求は、ＴＤＣのデジタル化の速度に関連する固有の不感時間を導く。単一イオンピーク幅に関連する前記不感時間は、通常時計歩度＞１ＧＨｚで用いられるときのＴＤＣ自体の前記固有の不感時間より大きい。
【００１１】
もしも２つのイオンが同一の質量／電荷数をもち、飛行領域の前記時間にパルスを発生させる同じ集まりのイオンからイオン検出器に到着し、一つの不感時間期間の間に前記イオン検出器に到着したならば、前記第２のイオンの前記到着は記録されない。前記検出信号が特に大強度であれば、飛行領域の前記時間にパルスを発生させる同じ集まりのイオンにおける同じ質量／電荷数をもつ多数のイオンは、前記イオン検出器に到着を検出されないイオンの重大な部分の結果に相応して大きいであろう。前記最終質量ヒストグラムにおいて測定される前記質量／電荷数は、それによってより低い質量／電荷数にシフトされ、記録されるイオンの総数は、実際に前記イオン検出器に到着するイオンの数より少ない。さらに、１つ以上のイオンが時間的に言って単一イオンパルスの前記ＦＷＨＭより小さく隔たって前記イオン検出器に到着したときには、前記結果のイオン信号は、通常単一イオン到着のためのものよりも大きいディスクリミネータへのイオン信号入力を生み出すために結合する。イオン到着時間を決定するために固定された事前設定強度閾値を用いることは、それゆえにより低く記録された質量／電荷数への付加的な系統シフトを導く。
【００１２】
前記イオン信号が前記最高ピーク高さの一定の割合を超えるときのイオン到着を記録するためにセットされたコンスタントフラクションディスクリミネータを用いることでいくつかのこれらの問題を処理することができる。これは、前記イオン検出器の前記パルス波高分布に関連する前記ジッタを小さくすることを可能にする。同様に、多重イオン到着の前記高さに関連する低い質量／電荷数への系統的シフトも小さくなる。
【００１３】
ピークトップディスクリミネータ（本質的に前記イオン信号が前記最高高さの１００％であるときのイオン到着を記録するためにセットされたコンスタントフラクションディスクリミネータである）を用いることは、前記到着時間ジッタおよび単一および多重イオンピーク高さに関係する質量／電荷数シフトも小さくする、加えて、重なり型の多重イオン到着のための前記中間のイオン到着時間の改良された測定法を得ることできる。もしも２つのイオンが、イオンの同じ集まりからイオン検出器に到着し、同一の高さおよび面積のイオン信号を生み出し、そのとき前記個々のイオン信号が、時間的に言って単一イオンピークの前記ＦＷＨＭより小さく隔てられていたならば、前記２つのイオン信号は、個々のイオン信号の２倍の面積をもつ合成的なイオン信号を生み出すために結合する。ピークトップディスクリミネータは、理論上は前記２つのイオンの前記中間の到着時間を決定しなければならないが、実際には、前記２つのイオン信号の前記高さおよび面積は全く同一ではありえないので、多重イオン到着のための前記ピークトップ測定は、いくつかの統計的な変化を受ける。しかしながら、この変化は、前記最終ヒストグラムを平均に近づける傾向がある。しかしながら、コンスタントフラクションディスクリミネータおよびピークトップディスクリミネータは、立ち上がり区間ディスクリミネータと比較して確かな利点をもつにも関わらず、それらはまた不感時間の問題に苦しむ。通常、イオン到着が記録された後、さらなるイオン到着が記録されないのは約５〜１０ナノ秒の期間である。コンスタントフラクションディスクリミネータの場合には、これは前記最終ヒストグラムに記録された質量／電荷数の系統的シフトを導く。しかしながら、このシフトは、固定された事前設定強度閾値立ち上がり区間検出ディスクリミネータを用いている状況と同等で全く際立っていない。
【００１４】
ピークトップディスクリミネータのケースにおいては、低い質量／電荷数への系統的シフトは、ただ前記最終ヒストグラムピークにおけるイオン到着の広がり（前記器具の質量分解能に等しい）が真の値を超えるときのみ明らかである。説明のために、もしも２つのイオンが、イオンの同じ集まりからイオン検出器に到着し、時間的に言って単一イオンピークの前記ＦＷＨＭより大きく隔てられていたならば、前記合成的なイオン信号は、２つの局所的な極大をもつ。前記最初の極大にだけピークトップディスクリミネータを用いることは、前記第２の極大が前記最初の極大の前記不感時間に入ったならば記録される（よくあるケースである）。これは、最終ヒストグラムのより低い質量／電荷数へのシフトを再び導く。
【００１５】
すべてのケースにおいて、一つの出来事だけが一つの不感時間期間の間に記録される。有効多数のイオンが概ね同時に到着したとき、多数のイオン到着は、最終ヒストグラムに実際に前記イオン検出器に到着したイオンの総数より少なく記録される。
【００１６】
これらのタイプのイオン計数システムのために、不感時間補正の方法を用いる最終質量ヒストグラムにおける前記質量／電荷数およびイオン信号強度を補正するための試みが知られている。不感時間補正は、前記最終質量ヒストグラムのそれぞれの時間ビンのイオン計数に適用されるかまたは不感時間補正は、予め決められた参照用テーブルに基づく個々の質量スペクトルピークに適用される。さらに、不感時間補正技術の検討は、ホイエス等に与えられる（特許文献１および２参照）。後者の方法は、質量スペクトルの同時補正を可能にし、パルス波高分布および出力ピーク幅および形を調節するための個々のディスクリミネータおよび検出器の特性曲線の詳細なモンテカルロモデリングからのデータを可能にする。
【００１７】
不感時間補正は、しかしながら、前記イオン信号強度が、完全な質量スペクトルを集めるために費やされる時間の間にダイナミックに変化するときには正確には適用できない。もしも前記イオン強度が既知の方法で変化するならば、これは前記不感時間モデルにある程度組み込める。しかしながら、現実には、前記イオン強度は予測できない方法で変化する傾向にあり、よって適用のための補正の平均量は質量スペクトルから前記実験収益としての質量スペクトルへの変化の割合を検定することによってのみ見積もられる。例えば、クロマトグラフィーの導入口から溶出する分析物として、その強度は単一ヒストグラムの前記時間フレームの間に変化する。同様に、イオン移動装置としてＲＦ多重極ロッドセットイオンガイドを用いるシステムのために、前記イオンガイドの伝導特性は、ヒストグラムを蓄積するために必要な前記時間の間で変化する。これは、異なる質量／電荷数をもつイオンの幅の広い横断面が伝えられることを認める。このヒストグラム期間内の個々の質量／電荷数の前記強度は、この手順の間に異なる割合で変化する。複合モデルは、不感時間補正の量を見込むためにこれらの変化を調節する試みのために必要とされる。これは、質量および強度エラーの双方を導くことができる。質量／電荷数の不感時間補正のために必要とされる正確度および精密度は、しばしば±１〜５ｐｐｍ程度である。しかしながら、定量作業のための強度補正のための前記正確度および精密度は、通常±５〜１０％程度である。従って、不感時間補正のための比較的粗野なモデルは、強度補正のための必要を満たすが、質量測定において容認できないエラーを導く。
【特許文献１】ＷＯ９８／２１７４２号パンフレット
【特許文献２】米国特許第６,３７３,０５２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
したがって、イオン検出システムの改良およびイオン検出器における前記イオン到着時間を決定する方法の提供が要望される。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明のある局面によれば、使用に際して１つのまたは複数のイオンが到着したことに応答して信号を発生させる検出器；立ち上がり、上昇、第１のまたは最初の区間で前記信号が第１の閾値または水準と交差するまたは超える第１の時間を決めるための手段；立ち下がり、下落、第２のまたは後続の区間で前記信号が第２の閾値または水準と交差するまたは下がる第２の時間を決めるための手段；およびイオン到着時間を提供するための前記第１のおよび第２の時間の結合するまたは平均するための手段を含む質量分析器のためのイオン検出器が提供される。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、イオン検出システムの改良およびイオン検出器における前記イオン到着時間を決定する方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
好ましい実施態様によれば、前記１つのまたは複数のイオンが到着したことに応答した信号は、最初はベースラインの値（即ち零）から増加し、それからピークは減少しベースラインの値に戻る。しかしながら、その他の実施態様によれば、前記信号はさかさにされる即ち前記信号は最初にベースラインの値から減少し、それから増加しベースラインの値に戻る。双方の実施態様が、前記独立クレームの適用対象の範囲内として意図されている。
【００２２】
前記検出器は、好ましくは、１つのまたは複数のマイクロチャネルプレートのようなチャネル電子倍増管を含む。好ましい実施態様によれば、少なくとも２つのマイクロチャネルプレートが、少なくとも１つの山形の一対のマイクロチャネルプレートを形成するために準備される。イオンは、前記１つのまたは複数のマイクロチャネルプレートの入力面に受け取られ、電子は、前記１つまたは複数のマイクロチャネルプレートの出力面から放たれる。前記検出器は、好ましくは、さらに、使用に際して、前記１つのまたは複数のマイクロチャネルプレートから放たれた少なくともいくつかの電子を受け取るために準備された１つのまたは複数の捕集電極または陽極を含む。
【００２３】
その他の実施態様によれば、前記検出器は、１つのまたは複数の分離したダイノード電子倍増管、またはシンチレーターまたは燐を含むスクリーン（好ましくは、光電子倍増管と共に）を含む。
【００２４】
前記第１の閾値または水準および／または前記第２の閾値または水準は、好ましくは、強度閾値または水準を含む。好ましい実施態様によれば、前記第１の閾値または水準は、前記第２の閾値または水準と実質的に同じである。しかしながら、より少なく好ましい実施態様によれば、前記第１の閾値または水準は、前記第２の閾値または水準と実質的に異なる（即ち、より大きいまたはより小さい）。
【００２５】
前記イオン検出器は、好ましくは、前記信号の立ち上がり、上昇、第１のまたは最初の区間とその最も近接に検出された立ち下がり、下落、第２のまたは後続の区間とを関連付ける手段を含む。
【００２６】
もしも前記イオン信号が多重立ち上がり、上昇、第１のまたは最初の区間および／または多重立ち下がり、下落、第２のまたは後続の区間含むならば、前記立ち上がり、上昇、第１のまたは最初の区間が、前記立ち上がり、上昇、第１のまたは最初の区間の時間に最も近接である前記特定の立ち下がり、下落、第２のまたは後続の区間と関連付けられる。
【００２７】
前記イオン検出器は、好ましくは、前記第１の時間および／または前記第２の時間を決めるための第１のタイム  トゥ  デジタル  コンバータを含む。随意に、第２のタイム  トゥ  デジタル  コンバータが、前記第１の時間および／または前記第２の時間を決めるために準備される。前記第１のタイム  トゥ  デジタル  コンバータおよび／または前記第２のタイム  トゥ  デジタル  コンバータは、前記第１の時間および／または前記第２の時間を決めるために立ち上がり区間ディスクリミネータを用いることで構成される。二者択一的に、前記第１のタイム  トゥ  デジタル  コンバータおよび／または前記第２のタイム  トゥ  デジタル  コンバータは、前記第１の時間および／または前記第２の時間を決めるためにコンスタントフラクションディスクリミネータを用いることで構成される。
【００２８】
より少なく好ましい実施態様によれば、前記イオン検出器は、前記第１の時間および／または前記第２の時間を決めるための第１のアナログ  トゥ  デジタル  コンバータを含む。随意に、第２のアナログ  トゥ  デジタル  コンバータが、前記第１の時間および／または前記第２の時間を決めるために準備される。
【００２９】
本発明の局面によれば、上述のイオン検出器を含む質量分析器が提供される。
【００３０】
前記質量分析器は、好ましくは、飛行空間型質量分析器を含むが、より少なく好ましい実施態様では、前記質量分析器は、四重極質量分析器、ぺニング質量分析器、フーリエ変換イオンサイクロトロン（ＦＴＩＣＲ）質量分析器、二次元またはリニア四重極イオントラップ、ポールまたは三次元四重極イオントラップまたは扇形磁場質量分析器を含む。
【００３１】
前記質量分析器は、好ましくは、さらに、（ｉ）エレクトロスプレーイオン化（ＥＳＩ）イオン源；（ｉｉ）大気圧イオン化（ＡＰＩ）イオン源；（ｉｉｉ）大気圧化学イオン化（ＡＰＣＩ）イオン源；（ｖｉ）大気圧フォトイオン化（ＡＰＰＩ）イオン源；（ｖ）レーザー脱離イオン化（ＤＰＩ）イオン源；（ｖｉ）誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）イオン源；（ｖｉｉ）高速原子衝撃（ＦＡＢ）イオン源；（ｖｉｉｉ）液体二次イオン質量分析（ＬＳＩＭＳ）イオン源；（ｉｘ）電界イオン化（ＦＩ）イオン源；（ｘ）電界脱離（ＦＤ）イオン源；（ｘｉ）電子衝撃（ＥＩ）イオン源；（ｘｉｉ）化学イオン化（ＣＩ）イオン源；（ｘｉｉｉ）マトリックス支援レーザー脱離イオン化（ＭＡＬＤＩ）イオン源；および（ｘｉｖ）シリコン上の脱離イオン化（ＤＩＯＳ）イオン源からなる群から選ばれる少なくとも一つのイオン源を含む。
【００３２】
前記イオン源は、連続かパルス型かどちらかである
本発明のその他の局面によれば、使用に際して、１つのまたは複数のイオンが到着したことに応答して信号を発生させる検出器；立ち上がり、上昇、第１のまたは最初の区間で前記信号が第１の閾値または水準と交差するまたは超える第１の時間を決めるための手段；立ち下がり、下落、第２のまたは後続の区間で前記信号が第２の閾値または水準と交差するまたは下がる第２の時間を決めるための手段；およびイオン到着時間を提供するための前記第１のおよび第２の時間の間の信号強度を平均するための手段を含む質量分析器のためのイオン検出器が提供される。
【００３３】
前記第１のおよび第２の時間の間の信号強度を平均するための手段は、好ましくは、イオン到着時間の加重平均で決定する。好ましくは、前記第１のおよび第２の時間の間の信号強度を平均するための手段は、前記第１の時間および前記第２の時間によって閉ざされた時間ビンの内側のイオン到着時間の加重平均で決定する。さらに好ましくは、前記第１のおよび第２の時間の間の信号強度を平均するための手段は、前記第１の時間および前記第２の時間によって閉ざされた時間ビンの少なくとも５０％、６０％、７０％、８０％、９０％、９５％または１００％のすべての強度の合計で決定する。
【００３４】
前記イオン検出器は、前記第１の時間および／または前記第２の時間を決めるための第１のアナログ  トゥ  デジタル  コンバータを含む。随意に、第２のアナログ  トゥ  デジタル  コンバータが、前記第１の時間および／または前記第２の時間を決めるために準備される。
【００３５】
本発明のその他の局面によれば、検出器で１つのまたは複数のイオン到着時間を決める方法であって、検出器で１つのまたは複数のイオンが到着したことに応答して信号を発生させること；立ち上がり、上昇、第１のまたは最初の区間で前記信号が第１の閾値または水準と交差するまたは超える第１の時間を決めること；立ち下がり、下落、第２のまたは後続の区間で前記信号が第２の閾値または水準と交差するまたは下がる第２の時間を決めること；およびイオン到着時間を提供するために前記第１のおよび第２の時間の結合するまたは平均することを含む方法が提供される。
【００３６】
本発明のその他の局面によれば、検出器で１つのまたは複数のイオン到着時間を決める方法であって、検出器で１つのまたは複数のイオンが到着したことに応答して信号を発生させること；立ち上がり、上昇、第１のまたは最初の区間で前記信号が第１の閾値または水準と交差するまたは超える第１の時間を決めること；立ち下がり、下落、第２のまたは後続の区間で前記信号が第２の閾値または水準と交差するまたは下がる第２の時間を決めること；およびイオン到着時間を提供するために前記第１のおよび第２の時間の間の信号強度を平均することを含む方法が提供される。
【００３７】
イオンの到着時間を決定するための従来技術とイオンの到着時間を決定するための好ましい方法の間の様々な違いを理解するために、多数の異なる従来の手法をまず図１〜３のグラフに示す。図１（Ａ）〜１（Ｄ）は、単一の立ち上がり区間検出を用いるイオン到着時間の決定を示すグラフであり、図２（Ａ）〜２（Ｄ）は、コンスタントフラクションディスクリミネータによる立ち上がり区間検出を用いるイオン到着時間の決定を示すグラフであり、図３（Ａ）〜３（Ｄ）は、ピークトップ検出を用いるイオン到着時間の決定を示すグラフである。イオン到着時間を決めるためのこれらの異なる手法についてより詳細に説明する。
【００３８】
図１（Ａ）のグラフは、イオン検出器への単一イオンの到着のためにイオン検出器の捕集電極により記録されたイオン信号および単一の立ち上がり区間検出を用いてどのように前記イオン検出時間を決定するかを示す。イオン到着時間Ｔ１は、前記検出されるイオン信号強度が事前設定強度閾値を超えるときのイオン到着を検出および記録するためにセットされた立ち上がり区間ディスクリミネータにより記録される。図１（Ａ）のグラフに示す特定の例では、事前設定強度閾値は、５０にセットされている。
【００３９】
図１（Ｂ）のグラフは、図１（Ａ）のグラフに示す例において前記イオンが同時に前記イオン検出器へ到着したが、前記イオン検出器により生み出された前記合成的なイオン信号が図１（Ａ）のグラフに示すイオン信号より低い強度をもつときの前記イオン検出器への単一イオンの到着のためにイオン検出器の捕集電極により記録されたイオン信号を示す。前記のより低い強度のイオン信号は、前記イオン検出器のパルス波高分布のためである。図１（Ｂ）のグラフに示した例におけるイオンの中間の到着時間は図１（Ａ）のグラフに示した例と同じであるにも関わらず、一定の事前設定強度閾値をもつ立ち上がり区間検出を用いるとき、前記イオン信号がより低い強度のときに記録されるイオン到着時間Ｔ２が前記イオン信号がより強いときに記録されるイオン到着時間Ｔ１と異なるのは明らかである。
【００４０】
立ち上がり区間ディスクリミネータを用いることで記録された前記２つの異なる記録されたイオン到着時間Ｔ１、Ｔ２は、前記ディスクリミネータを前記イオン信号強度が同じ事前設定強度閾値を超えるときにイオン到着を検出するためにセットしていることから生じる。同じ中間の到着時間をもつ２つのイオンのための２つの記録された到着時間Ｔ１、Ｔ２の差異は、単一の立ち上がり区間ディスクリミネータを用いることに関連する時間ジッタを示す。前記時間ジッタは、主に前記イオン検出器のパルス波高分布のためである。
【００４１】
図１（Ｃ）のグラフは、２つのイオンがイオン検出器に類似の時間で到着し、個々のイオン信号が単一イオン信号のＦＷＭＨより少ないことにより時間的に分離されたときに単一の立ち上がり区間検出器を用いるイオン検出器の捕集電極により記録された合成的なイオン信号を示す。イオン到着時間Ｔ３は、検出されたイオン信号強度が、事前設定強度閾値を超えるときのイオン到着を検出および記録するためにセットされた立ち上がり区間ディスクリミネータにより記録される。図１（Ｃ）のグラフに示す特定の例では、事前設定強度閾値は、５０にセットされている。前記２つのイオン信号の前記中間の到着時間が図１（Ａ）および１（Ｂ）のグラフにおける例において示した前記イオン到着時間と比較してより高い飛行時間へとかなり動かされる間に、立ち上がり区間ディスクリミネータにより実際に記録された前記イオン到着時間Ｔ３は、いかなるそのようなシフトも反映していない。概ね類似の時間での多重イオン到着の可能性が有意であるとき、この効果は、質量スペクトルの最終ヒストグラムにおいてより低い飛行時間への系統的シフトを導く。
【００４２】
図１（Ｄ）のグラフは、２つのイオンがイオン検出器にわずかに異なる時間で到着し、個々のイオン信号が単一イオン信号のＦＷＭＨより多いことにより時間的に分離されたときに単一の立ち上がり区間検出器を用いるイオン検出器の捕集電極により記録された合成的なイオン信号を示す。イオン到着時間Ｔ４は、イオン信号強度が事前設定強度閾値を超えるときのイオン到着を検出および記録するためにセットされた立ち上がり区間ディスクリミネータにより記録される。図１（Ｄ）のグラフに示す特定の例では、事前設定強度閾値は、５０にセットされている。前記２つのイオン信号の前記中間の到着時間が図１（Ａ）、１（Ｂ）および１（Ｃ）のグラフにおける例において示した前記イオン到着時間と比較してより高い飛行時間へとより以上にかなり動かされる間に、立ち上がり区間ディスクリミネータにより実際に記録された前記イオン到着時間Ｔ４は、またもいかなるそのようなシフトも反映していない。わずかに異なる時間での多重イオン到着の可能性が有意であるとき、この効果は、質量スペクトルの最終ヒストグラムにおいてより低い飛行時間への系統的シフトを導く。
【００４３】
図２（Ａ）のグラフは、イオン検出器への単一イオンの到着のためにイオン検出器の捕集電極により記録されたイオン信号およびコンスタントフラクションディスクリミネータを用いてどのように前記イオン検出時間を決定するかを示す。イオン到着時間Ｔ１は、前記検出されるイオン信号強度が、この特定の例においては前記ピークの最高高さの５０％にセットされた事前設定強度閾値を超えるときのイオン到着を検出および記録するためにセットされたコンスタントフラクションディスクリミネータにより記録される。
【００４４】
図２（Ｂ）のグラフは、図２（Ａ）のグラフに示す例において前記イオンが同時に前記イオン検出器へ到着したが、前記イオン検出器により提示された前記合成的なイオン信号が図２（Ａ）のグラフに示すイオン信号より低い強度をもつときの前記イオン検出器への単一イオンの到着のためにイオン検出器の捕集電極により記録されたイオン信号を示す。前記のより低い強度のイオン信号は、前記イオン検出器のパルス波高分布のためである。イオン到着時間Ｔ２は、前記検出されるイオン信号強度が、この特定の例においては前記ピークの最高高さの５０％にセットされた事前設定強度閾値を超えるときのイオン到着を検出および記録するためにセットされたコンスタントフラクションディスクリミネータにより記録される前記到着時間を指し示す。このケースでは、前記コンスタントフラクションディスクリミネータにより記録された前記イオン到着時間Ｔ２は、図２（Ａ）のグラフにおいて示す前記例における前記コンスタントフラクションディスクリミネータにより記録された前記イオン到着時間Ｔ１と同一であるとみなすことができる。これは、単一の立ち上がり区間ディスクリミネータを用いるときに問題であった前記イオン検出器のパルス波高分布に関連する到着時間ジッタを最小化するためのコンスタントフラクションディスクリミネータの能力を示す。
【００４５】
図２（Ｃ）のグラフは、２つのイオンがイオン検出器に類似の時間で到着し、個々のイオン信号が単一イオン信号のＦＷＭＨより少ないことにより時間的に分離されたときにコンスタントフラクションディスクリミネータを用いるイオン検出器の捕集電極により記録された合成的なイオン信号を示す。イオン到着時間Ｔ３は、前記検出されるイオン信号強度が、この特定の例においては前記ピークの最高高さの５０％にセットされた事前設定強度閾値を超えるときのイオン到着を検出するためにセットされたコンスタントフラクションディスクリミネータを用いることにより記録される。前記２つのイオン信号の前記中間の到着時間が図２（Ａ）および２（Ｂ）のグラフにおける例において示した前記イオン到着時間と比較してより高い飛行時間へとかなり動かされる間に、コンスタントフラクションディスクリミネータにより実際に記録された前記イオン到着時間Ｔ３は、このシフトの大きさを全く反映していない。概ね類似の時間での多重イオン到着の可能性が有意であるとき、この効果は、質量スペクトルの最終ヒストグラムにおいてより低い飛行時間への系統的シフトを導く。
【００４６】
図２（Ｄ）のグラフは、２つのイオンがイオン検出器にわずかに異なる時間で到着し、個々のイオン信号が単一イオン信号のＦＷＭＨより多いことにより時間的に分離されたときにコンスタントフラクションディスクリミネータを用いるイオン検出器の捕集電極により記録された合成的なイオン信号を示す。イオン到着時間Ｔ４は、前記検出されるイオン信号強度が、この特定の例においては前記ピークの最高高さの５０％にセットされた事前設定強度閾値を超えるときのイオン到着を検出および記録するためにセットされたコンスタントフラクションディスクリミネータにより記録される。前記２つのイオン信号の前記中間の到着時間が図２（Ａ）、２（Ｂ）および２（Ｃ）のグラフにおける例において示した前記イオン到着時間と比較してより高い飛行時間へとより以上にかなり動かされる間に、コンスタントフラクションディスクリミネータにより実際に記録された前記イオン到着時間Ｔ４は、いかなるそのようなシフトも反映していない。わずかに異なる時間での多重イオン到着の可能性が有意であるとき、この効果は、質量スペクトルの最終ヒストグラムにおいてより低い飛行時間への系統的シフトを導く。
【００４７】
図３（Ａ）のグラフは、イオン検出器への単一イオンの到着のためにイオン検出器の捕集電極により記録されたイオン信号およびピークトップディスクリミネータを用いてどのように前記イオン検出時間を決定するかを示す。イオン到着時間Ｔ１は、前記検出されるイオン信号強度が、この特定の例においては前記ピークの最高高さに到達するときにピークトップディスクリミネータにより記録される。
【００４８】
図３（Ｂ）のグラフは、図３（Ａ）のグラフに示す例において前記イオンが同時に前記イオン検出器へ到着したが、前記イオン検出器により提示された前記合成的なイオン信号が図３（Ａ）に示すイオン信号より低い強度をもつときの前記イオン検出器への単一イオンの到着のためにイオン検出器の捕集電極により記録されたイオン信号を示す。前記のより低い強度のイオン信号は、前記イオン検出器のパルス波高分布のためである。イオン到着時間Ｔ２は、前記検出されるイオン信号強度が、前記ピークの最高高さに到達するときにピークトップディスクリミネータにより記録される前記到着時間を指し示す。このケースでは、前記ピークトップディスクリミネータにより記録された前記イオン到着時間Ｔ２は、図３（Ａ）のグラフにおいて示す前記例における前記ピークトップディスクリミネータにより記録された前記イオン到着時間Ｔ１と同一であるとみなすことができる。これは、単一の立ち上がり区間ディスクリミネータを用いるときに問題であった前記イオン検出器のパルス波高分布に関連する到着時間ジッタを最小化するためのピークトップディスクリミネータの能力を示す。
【００４９】
図３（Ｃ）のグラフは、２つのイオンがイオン検出器に類似の時間で到着し、個々のイオン信号が単一イオン信号のＦＷＭＨより少ないことにより時間的に分離されたときにピークトップディスクリミネータを用いるイオン検出器の捕集電極により記録された合成的なイオン信号を示す。イオン到着時間Ｔ３は、前記検出されるイオン信号強度が、前記ピークの最高高さに到達するときのイオン到着を検出するためにセットされたピークトップディスクリミネータを用いることにより記録される。前記２つのイオン信号の前記中間の到着時間がより高い飛行時間へとかなり動かされ、前記ピークトップディスクリミネータが到着時間における前記シフトを正確に記録する。
【００５０】
図３（Ｄ）のグラフは、２つのイオンがイオン検出器にわずかに異なる時間で到着し、個々のイオン信号が単一イオン信号のＦＷＭＨより多いことにより時間的に分離されたときにピークトップディスクリミネータを用いるイオン検出器の捕集電極により記録された合成的なイオン信号を示す。イオン到着時間Ｔ４は、前記検出されるイオン信号強度が、前記ピークの最高高さに到達するときのイオン到着を検出するためにセットされたピークトップディスクリミネータにより記録される。前記２つのイオン信号の前記中間の到着時間が図３（Ａ）、３（Ｂ）および３（Ｃ）のグラフにおける例において示した前記イオン到着時間と比較してより高い飛行時間へとより以上にかなり動かされる間に、ピークトップディスクリミネータにより実際に記録された前記イオン到着時間Ｔ４は、いかなるそのようなシフトも反映していない。前記結合されたイオン信号の前記最初の頂上のための前記時間だけが記録され、前記第２の頂上は、前記ディスクリミネータの不感時間に入る。この不感時間内の多重イオン到着の可能性が有意なとき、この効果は、質量スペクトルの最終ヒストグラムにおいてより低い飛行時間への系統的シフトを導く。
【００５１】
イオン検出器で１つのまたは複数のイオンの前記到着時間を決定するための好ましい方法について説明する。特に、前記好ましい方法は、立ち上がりと立ち下がり区間の両方でイオン信号が強度閾値と交差するときを検出するためおよび結合するためおよび好ましくはこれらの２つの時間を平均するためである。
【００５２】
図４（Ａ）のグラフは、イオン検出器への単一イオンの到着のためにイオン検出器の捕集電極により記録されたイオン信号および前記好ましい方法によってどのように前記イオン検出時間を記録されるかを示す。前記イオン到着時間Ｔ１は、立ち上がりおよび立ち下がり区間で前記イオン信号が予め決められた強度閾値と交差する時間Ｔ１ａ、Ｔ１ｂを決定することにより前記好ましい実施態様によって記録される。好ましくは、前記好ましい実施態様によって記録される前記イオン到着時間Ｔ１は、これら２つの時間Ｔ１ａ、Ｔ１ｂの平均または中間である。
【００５３】
図４（Ｂ）のグラフは、図４（Ａ）のグラフに示す例において前記イオンが同時に前記イオン検出器へ到着したが、前記イオン検出器により生み出された前記合成的なイオン信号が図４（Ａ）のグラフに示すイオン信号より低い強度をもつときの前記イオン検出器への単一イオンの到着のためにイオン検出器の捕集電極により記録されたイオン信号を示す。前記のより低い強度のイオン信号は、前記イオン検出器のパルス波高分布のためである。イオン到着時間Ｔ２は、前記立ち上がりおよび立ち下がり区間で前記イオン信号が予め決められた強度閾値と交差する前記時間Ｔ２ａ、Ｔ２ｂを平均することにより前記好ましい実施態様によって記録される前記到着時間を指し示す。このケースでは、前記好ましい実施態様によって記録された前記イオン到着時間Ｔ２は、図４（Ａ）のグラフにおいて示す前記例において記録された前記イオン到着時間Ｔ１と同一であるとみなすことができる。これは、単一の立ち上がり区間弁ディスクリミネータを用いるときに問題であった前記イオン検出器のパルス波高分布に関連する到着時間ジッタを最小化するための前記好ましい実施態様の能力を示す。
【００５４】
図４（Ｃ）のグラフは、２つのイオンがイオン検出器に類似の時間で到着し、個々のイオン信号が単一イオン信号のＦＷＭＨより少ないことにより時間的に分離されたときに前記好ましい実施態様を用いるイオン検出器の捕集電極により記録された合成的なイオン信号を示す。イオン到着時間Ｔ３は、前記立ち上がりおよび立ち下がり区間で前記イオン信号が予め決められた強度閾値と交差する前記時間Ｔ３ａ、Ｔ３ｂを平均することにより前記好ましい実施態様によって記録される。前記２つのイオン信号の前記中間の到着時間がより高い飛行時間へとかなり動かされ、前記好ましい方法のイオン検出器が到着時間における前記シフトを正確に記録する。
【００５５】
図４（Ｄ）のグラフは、２つのイオンがイオン検出器にわずかに異なる時間で到着し、個々のイオン信号が単一イオン信号のＦＷＭＨより多いことにより時間的に分離されたときに前記好ましい方法を用いるイオン検出器の捕集電極により記録された合成的なイオン信号を示す。イオン到着時間Ｔ４は、前記立ち上がりおよび立ち下がり区間で前記イオン信号が予め決められた強度閾値と交差する前記時間Ｔ４ａ、Ｔ４ｂを平均することにより前記好ましい実施態様によって記録される。前記２つのイオン信号の前記中間の到着時間がより高い飛行時間へとかなり動かされ、前記好ましい方法のイオン検出器が到着時間における前記シフトを正確に記録する。そのために前記合成的な質量スペクトルのヒストグラムは、不感時間効果による飛行時間の不利なシフトを示さない。そのために前記イオン検出の好ましい方法は、その技術における重要な進歩を示し、有意に改良されたイオン検出器を提供することを可能にする。
【００５６】
２００ｐｐｍの半値幅に相当する８００の質量／電荷数および５０００（ＦＷＨＭ）の分解能をもつ質量スペクトルピークに対して生じた前記ヒストグラムに代表されるモンテカルロモデルは、さらにイオン到着時間を決定するための異なる方法を説明するために運転される。前記モデルは、集まり当たり平均２つのイオンをもつイオンの１００００の集まりから生じた信号からなる。前記イオンの１００００の集まりのそれぞれの中のイオンのポアソン分布を考慮すると、単一および多重イオン到着の数は：２７０７の単一イオン到着、２７０７の二重イオン到着、１８０４の三重イオン到着、９０２の四重イオン到着、３６１の五重イオン到着、１２０の六重イオン到着、３４の七重イオン到着および９の八重イオン到着と決定される。合計１９９７６のイオンがシミュレートされ、記録された分離した単一および多重イオンの出来事の総数は８６４４であった。前記実際に記録された出来事の数（８６４４）とシミュレートされたイオンの実数との間の差異は、前述の不感時間効果によるものであった。集まり当たりのイオンの平均数を知ることは、前記記録された強度を不感時間補正の既知の方法を用いて部分的に補正することを可能にした。
【００５７】
前記それぞれのイオンのシミュレーションの目的のために、２ナノ秒のＦＷＭＨおよび１５０％のパルス波高分布に相当する高さのランダムガウス分布が発生させられる。前記それぞれのイオンの到着時間もまた３３．１ナノ秒の中間の到着時間をもつガウス分布および３．３１ナノ秒のＦＷＭＨから発生させられる。
【００５８】
従来の単一の立ち上がり区間検出、コンスタントフラクションディスクリミネータを用いる立ち上がり区間検出、およびピークトップディスクリミネータを用いるイオン到着検出がシミュレートされた。前記検出に基づく検出の好ましい方法および前記立ち上がりおよび立ち下がり区間の前記イオン信号が強度閾値と交差する時間の加算平均もまたシミュレートされた。
【００５９】
図５のグラフは、固定された事前設定強度閾値をもつ単一の立ち上がり区間検出を用いる前記シミュレーションの結果を示す。前記シミュレーションにより生じたデータはヒストグラムとして示され、実ラインは不感時間効果が起こることによる歪みがない場合の期待される（理論上の）ピーク包絡線を示す。前記歪みのないピーク包絡線の高さは、前記シミュレーションにより生じたヒストグラムにおける最高高さ強度と標準化されている。前記実験データの質量／電荷数における測定されたｐｐｍシフトは前記期待された測定から離れ、−４４．５ｐｐｍであることが決定された。この測定に対して見積もられる標準偏差の誤差は、±０．８５ｐｐｍであることが決定された。
【００６０】
図６のグラフは、前記結合された信号の前記高さの１０％にセットされた強度閾値をもつコンスタントフラクションディスクリミネータを用いる前記シミュレーションの結果を示す。前記シミュレーションにより生じたデータはヒストグラムとして示され、実ラインは不感時間効果が起こることによる歪みがない場合の期待される（理論上の）ピーク包絡線を示す。前記歪みのないピーク包絡線の高さは、前記シミュレーションにより生じたヒストグラムにおける最高高さ強度と標準化されている。前記実験データの質量／電荷数における測定されたｐｐｍシフトは前記期待された測定から離れ、−３３．２ｐｐｍであることが決定された。この測定に対して見積もられる標準偏差の誤差は、±０．８５ｐｐｍであることが決定された。
【００６１】
図７のグラフは、ピークトップディスクリミネータを用いる前記シミュレーションの結果を示す。前記シミュレーションにより生じたデータはヒストグラムとして示され、実ラインは不感時間効果が起こることによる歪みがない場合の期待される（理論上の）ピーク包絡線を示す。前記歪みのないピーク包絡線の高さは、前記シミュレーションにより生じたヒストグラムにおける最高高さ強度と標準化されている。前記実験データの質量／電荷数における測定されたｐｐｍシフトは前記期待された測定から離れ、−２２．３ｐｐｍであることが決定された。この測定に対して見積もられる標準偏差の誤差は、±０．８５ｐｐｍであることが決定された。
【００６２】
図８のグラフは、イオン到着を決定するための前記好ましい方法を用いる前記シミュレーションの結果を示す。前記シミュレーションにより生じたデータはヒストグラムとして示され、実ラインは不感時間効果が起こることによる歪みがない場合の期待される（理論上の）ピーク包絡線を示す。前記歪みのないピーク包絡線の高さは、前記シミュレーションにより生じたヒストグラムにおける最高高さ強度と標準化されている。前記実験データの質量／電荷数における測定されたｐｐｍシフトは前記期待された測定から離れ、０．６８ｐｐｍ（即ちごく僅か）であることが決定された。この測定に対して見積もられる標準偏差の誤差は、±０．８５ｐｐｍであることが決定された。
【００６３】
前記好ましい実施態様におけるマルチ  ストップＴＤＣ内のデジタルエレクトロニクスは、好ましくは、前記立ち上がりおよび立ち下がり区間で捕集電極により（単一イオン到着または多重イオン到着により）生み出された前記信号が事前設定強度閾値と交差する時間を記録するために用いられる。前記ＴＤＣは、前記立ち上がりおよび立ち下がり区間で一定の閾値を超える時間を記録するための立ち上がり区間またはコンスタントフラクションディスクリミネータに使用する。前記ＴＤＣにより記録された単一飛行時間スペクトルは、一組の立ち上がりおよび立ち下がり区間時間からなる。検出された立ち上がり区間は、好ましくは、最も近接に検出された立ち下がり区間と関連付けられる。前記記録された時間は、立ち上がりおよび立ち下がり区間時間を指し示すために付箋がつけられる。
【００６４】
前記単一イオン到着出来事の立ち上がり区間でおよび立ち下がり区間で記録された時間は、好ましくは、平均されおよび１カウントとされ、好ましくは、この平均到着時間に相応するヒストグラムに加えられる。この手順は、好ましくは、生み出される質量スペクトルのヒストグラムが完成するまで次の飛行時間スペクトルのために繰り返される。
【００６５】
実施態様において、前記イオン到着からの信号は、２つの分離したＴＤＣまたは単一のＴＤＣの第２の通過をさせられる。前記立ち上がり区間は１つのＴＤＣを用いて記録され、前記立ち下がり区間はもう一方のＴＤＣまたは単一のＴＤＣの第２の入力を用いて記録される。前記２つの時間は、平均されおよび１カウントとされ、この平均到着時間に相応するヒストグラムに加えられる。
【００６６】
実施態様において、第１のコンスタントフラクションディスクリミネータは立ち上がり区間の検出のために用いられ、第２のコンスタントフラクションディスクリミネータは立ち下がり区間の検出のために用いられる。前記ディスクリミネータからの出力は、１つまたは複数のＴＤＣまたは多重入力ＴＤＣを用いて記録される。
【００６７】
実施態様において、ＴＤＣ内のデジタルエレクトロニクスは、事前設定閾値以上の前記入力信号におけるすべての前記時間ビンのための前記ヒストグラムにおける１カウントを記録するために用いられる。それぞれのイオン到着出来事の一連のすべては、前記事前設定閾値以上の前記到着出来事の前記幅に相当する前記ヒストグラムを作る。かなりの数の多重イオン到着を含む前記最終ヒストグラムにおけるピークは、主として単一イオン到着をもつそれらのピークより幅広く現れる。前記合成的なピークのヒストグラムのための前記質量／電荷数割り当てにおける前記エラーも最小化される。
【００６８】
その他のより少なく好ましい実施態様において、この方法は、アナログ  トゥ  デジタル（ＡＤＣ）記録装置に適用される。個々のイオン到着出来事のための前記立ち上がりおよび立ち下がり区間で予め決められた強度閾値を前記単一の交差する点は、ＡＤＣを用いて記録される。この場合において、前記検出された立ち上がりおよび立ち下がり区間により閉ざされた前記時間ビン内の加重平均到着時間が計算される。前記立ち上がりおよび立ち下がり区間により閉ざされた前記すべての時間ビンの前記強度の前記合計もまた記録される。ヒストグラムは、その出来事のために計算された前記全ての強度に相当する高さをもつ計算された前記平均到着時間として記録された出来事から組み立てられる。例えば、時間ｔ１、ｔ２、・・・ｔｎおよび単一到着出来事により事前設定強度閾値以上の記録された関連する強度ｉ１、ｉ２、・・・ｉｎにより、前記加重平均Ｔは、
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により与えられる。
【００６９】
前記好ましい実施態様によるとはいえ、前記立ち上がりおよび立ち下がり区間の前記強度閾値は、好ましくは同一のままであり、より少なく好ましい実施態様によれば、前記強度閾値は、立ち上がり区間か立ち下がり区間かにより、それと比較して少なくともわずかに異なるように意図される。
【００７０】
前記好ましい実施態様によれば、前記イオン信号が前記立ち上がり区間および前記立ち下がり区間で前記強度閾値と交差する前記時間は結合され、平均（中間）値を生み出すために２つに分けられる。しかしながら、より少なく好ましい実施態様によれば、前記２つの異なる時間は、他の方法で結合されおよび／または平均される。例えば、１つまたは両方の時間が加重され、いくつかの他の平均は、決定されるまたは近づけられる前記正確な中間の方法から離れる。
【００７１】
本発明を好ましい実施態様を参照して説明したとはいえ、請求項において示す発明の適用範囲から外れることなくされる形式および詳細の様々な変化は前記技術に熟練しているそれらにより理解される。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】図１（Ａ）は、イオン到着を決定するために立ち上がり区間検出を用いることを示すグラフであり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のグラフに示す前記例においてイオンが同じ中間の飛行時間をもつが、前記イオン検出器がイオン到着に対応するイオン信号をより低い強度で提供するために立ち上がり区間ディスクリミネータを用いられることがどのように異なって記録された到着時間を結果として得るかを示すグラフであり、図１（Ｃ）は、２つのイオンが類似の時間で到着したときに平均イオン到着時間を決めるために立ち上がり区間ディスクリミネータを用いることを示すグラフであり、図２（Ｄ）は、２つのイオンがわずかに異なる時間で到着したときに平均イオン到着時間を決めるために立ち上がり区間ディスクリミネータを用いることを示すグラフである。
【図２】図２（Ａ）は、イオン到着を決定するためにコンスタントフラクションディスクリミネータを用いることを示すグラフであり、図２（Ｂ）は、コンスタントフラクションディスクリミネータが、イオン到着に対応する前記イオン検出器により生み出される前記イオン信号の前記強度に関わり無くどのように同じ飛行時間を正確に記録するかを示すグラフであり、図２（Ｃ）は、２つのイオンが類似の時間で到着したときに平均イオン到着時間を決めるためにコンスタントフラクションディスクリミネータを用いることを示すグラフであり、図２（Ｄ）は、２つのイオンがわずかに異なる時間で到着したときに平均イオン到着時間を決めるためにコンスタントフラクションディスクリミネータを用いることを示すグラフである。
【図３】図３（Ａ）は、イオン到着を決定するためにピークトップ検出器を用いることを示すグラフであり、図３（Ｂ）は、コンスタントフラクションディスクリミネータが、イオン到着に対応する前記イオン検出器により生み出される前記イオン信号の前記強度に関わり無くどのように同じ飛行時間を正確に記録するかを示すグラフであり、図３（Ｃ）は、２つのイオンが類似の時間で到着したときにピークトップ検出器がどのように平均イオン到着時間を正確に決めるかを示すグラフであり、図３（Ｄ）は、２つのイオンがわずかな遅延時間で到着したときにピークトップ検出器がどのように平均イオン到着時間を正確に決めることに失敗するかを示すグラフである。
【図４】図４（Ａ）は、前記立ち上がりおよび立ち下がり区間でイオン信号が強度閾値と交差する時間が検出されおよびその時間が平均される点でイオン到着を決定するための好ましい方法を示すグラフであり、図４（Ｂ）は、前記好ましい方法で、どのようにイオン到着に応答して前記イオン検出器により生み出された前記信号の前記強度に関わり無く前記同じ飛行時間を記録するイオン到着時間を決定するかを示すグラフであり、図４（Ｃ）は、前記好ましい方法で、２つのイオンが類似の時間で到着したときにどのように平均イオン到着時間を正確に決定するかを示すグラフであり、図４（Ｄ）は、前記好ましい方法で、２つのイオンがわずかな遅延時間で到着したときにどのように平均イオン到着時間を正確に決定するかを示すグラフである。
【図５】図５は、前記イオン検出システムにイオン到着時間を決定するための立ち上がり区間ディスクリミネータを用いたシミュレーションで実際に測定されたイオン信号と理論的イオン信号との間の差異を示すグラフである。
【図６】図６は、前記イオン検出システムにイオン到着時間を決定するためのコンスタントフラクションディスクリミネータを用いたシミュレーションで実際に測定されたイオン信号と理論的イオン信号との間の差異を示すグラフである。
【図７】図７は、前記イオン検出システムにイオン到着時間を決定するためのピークトップディスクリミネータを用いたシミュレーションで実際に測定されたイオン信号と理論的イオン信号との間の差異を示すグラフである。
【図８】図８は、前記イオン検出システムにイオン到着時間を決定するための本発明の好ましい実施態様を用いたシミュレーションで実際に測定されたイオン信号と理論的イオン信号との間の差異を示すグラフである。
【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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【外国語明細書】
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