(57)【要約】【課題】質量分析計における改善された四重極イオントラップを提供する。    【解決手段】四重極イオントラップ質量分析計において、最適化された切り込み形波形のライブラリーが予め計算され、最適化され、半導体ＲＡＭなどの高速記憶装置に保存される。コンピューター制御による装置により、予め計算された波形が、特定の質量対電荷比を有するイオンを単離するための四重極イオントランプのエンドキャップに選択的に加えられる。予め計算された波形は、それぞれの波形が特定の質量について予め計算されている最適化された切り込み形波形である。単離されたイオンの衝突誘導解離において使用される単一振動数ＣＩＤ波形のライブラリーが記憶装置にさらに保存される。予め計算された波形を提供することによって、選択されたイオンを単離し、かつ解離させるための方法が提供される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量分析計において使用される四重極イオントラップであって、
ａ）リング電極と、
ｂ）１対のエンドキャップと、
ｃ）前記リング電極に捕捉電圧を加えるためのＲＦ捕捉電圧源と、
ｄ）特定の質量対電荷比を有するイオンを単離するために前記エンドキャップに予め計算された波形を選択的に加えるためのコンピューター制御による装置とを備えた四重極イオントラップ。
【請求項２】
前記コンピューター制御による装置が、特定の質量についてそれぞれの波形が予め計算されている最適化された切り込み形波形のライブラリーを保存するための記憶装置を含む、請求項１に記載の四重極イオントラップ。
【請求項３】
前記記憶装置がさらに、単離されたイオンの衝突誘導解離において使用される単一振動数ＣＩＤ波形のライブラリーを含む、請求項２に記載の四重極イオントラップ。
【請求項４】
前記コンピューター制御による装置が、前記記憶装置からのデジタルデータをアナログシグナルに変換するためのデジタル−アナログ変換器と、当該アナログシグナルを増幅するための増幅器とをさらに含む、請求項３に記載の四重極イオントラップ。
【請求項５】
前記コンピューター制御による装置が、前記記憶装置からのデジタルデータをアナログシグナルに変換するためのデジタル−アナログ変換器と、当該アナログシグナルを増幅するための増幅器とをさらに含む、請求項２に記載の四重極イオントラップ。
【請求項６】
前記予め計算された波形の中心振動数に特定イオンの永年振動数を一致させるための捕捉パラメーター調節手段をさらに含む、請求項１に記載の四重極イオントラップ。
【請求項７】
前記捕捉パラメーター調節手段により前記捕捉電圧の振幅が調節される、請求項６に記載の四重極イオントラップ。
【請求項８】
リング電極と、１対のエンドキャップと、ＲＦ捕捉発生器とを有する四重極イオントラップ質量分析計において、特定の質量対電荷比を有するイオンを単離するために前記エンドキャップに予め計算された波形を選択的に加えるためのコンピューター制御による装置を含む改善。
【請求項９】
前記コンピューター制御による装置が、特定の質量についてそれぞれの波形が予め計算されている最適化された切り込み形波形のライブラリーを保存するための記憶装置を含む、請求項８に記載の改善。
【請求項１０】
前記記憶装置が、単離されたイオンの衝突誘導解離において使用される単一振動数ＣＩＤ波形のライブラリーをさらに含む、請求項９に記載の改善。
【請求項１１】
前記コンピューター制御による装置が、前記予め計算された波形の中心振動数に特定イオンの永年振動数を一致させるための捕捉パラメーター調節手段をさらに含む、請求項８に記載の改善。
【請求項１２】
前記捕捉パラメーターがＲＦ捕捉電圧の振幅である、請求項１１に記載の改善。
【請求項１３】
リング電極と、１対のエンドキャップと、前記リング電極に捕捉電圧を加えるためのＲＦ捕捉電圧源と、前記エンドキャップに接続されたＲＦ電圧源とを有する四重極イオントラップを用いるＭＳ／ＭＳ分光測定法のために、質量Ｍを有する選択された親イオンを単離する方法であって、
ａ）特定の質量対電荷比を有するイオンを単離するための予め計算された波形を保存する工程、および
ｂ）特定の質量対電荷比を有するイオンを単離するために前記エンドキャップに予め計算された波形を選択的に加える工程を含む方法。
【請求項１４】
工程ａ）が、特定の質量についてそれぞれの波形が予め計算されている、デジタル方式で規定される最適化された切り込み形波形のライブラリーを保存するためのコンピューター制御による記憶装置を装備することを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
工程ｂ）が、前記記憶装置からのデジタルデータをアナログシグナルに変換するためのデジタル−アナログ変換器と、当該アナログシグナルに対する増幅器とを装備することを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
工程ａ）が、単離されたイオンの衝突誘導解離において使用される単一振動数ＣＩＤ波形のライブラリーを保存することをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
工程ｂ）が、前記記憶装置からのデジタルデータをアナログシグナルに変換するためのデジタル−アナログ変換器と、当該アナログシグナルに対する増幅器とを装備することを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記予め計算された波形の中心振動数に特定イオンの永年振動数を一致させるための捕捉パラメーターを調節する工程をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１９】
前記捕捉パラメーターがＲＦ捕捉電圧の振幅である、請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般には質量分析計、さらに詳細には、本発明は、質量分析計におけるイオン単離および衝突誘導解離（ＣＩＤ）のためのイオントラップに関する。
【背景技術】
【０００２】
質量分析計は、化学構造を分析するための広く知られている科学装置である。質量分析計は、イオン源、イオンフィルター、およびイオン検出器を含む。低圧の気体が、気体をイオン化させるイオン源の中に導入される。イオンは、その後、イオンフィルターによって選択され、イオン検出器に送られる。イオンフィルターにより、気体を分析するために変化させることができる特定のｍ／ｅ比を有するイオンが選択される。
【０００３】
下記特許文献１には、ある範囲の質量を有するイオンを形成させ、イオントラップにおいて保存する工程、研究対象の特定質量のイオン（親イオン）を選択するためにそれらの中で質量選択する工程、親イオンを衝突によって解離させる工程、およびそのフラグメント（娘イオン）を分析、すなわち分離して放出し、娘イオンの質量スペクトルを得る工程を含むＭＳ／ＭＳと呼ばれる四重極技術が記載されている。ＭＳ／ＭＳのためのイオンを単離するために、知られている式に従ってＲＦ捕捉場電圧を走査または調整する方法では、目的とするイオンのｍ／ｅまでの原子質量を有するイオンが放出させられる。その後、ＲＦ捕捉電圧が下げられ、残留するイオンが衝突によって解離させられる。最後に、ＲＦ捕捉電圧が再び走査され、放出された娘イオンの質量スペクトログラムが得られる。娘イオンを得るためにＣＩＤを得る１つの技術は、四重極イオントラップのエンドプレートに接続された第２の固定振動数発生器を用いることである。この場合、そのような振動数は、調べられている保持されたイオンの計算された永年振動数にある。永年振動数は、イオンがＲＦ捕捉場の中で周期的かつ物理的に運動している振動数である。
【０００４】
図１には、下記特許文献２に記載されるような四重極イオントラップが示されている。この四重極イオントラップ１では、高周波の運動（捕捉）場発生器７に接続された双曲線形態のリング電極２が用いられている。デジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）１０が、出力電圧１１の振幅を制御するためのＲＦ捕捉場発生器７に接続されている。双曲線状エンドキャップ３および３’が、接地された中心タップ９を有する結合変成器８のコイル４に接続されている。変成器８の二次巻き線は、固定振動数発生器５および固定広帯域スペクトル発生器６に接続されている。制御器１２が、四重極イオントラップのシーケンスのタイミングを管理するために、コネクター１８を介してデジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）１０に接続されており、かつ、コネクター１３、１４および１９を介して３つの発生器５、６および７にそれぞれ接続されている。
【０００５】
上記で記載されたように、ＭＳ／ＭＳ法では、（１）前駆体の質量単離および（２）衝突誘導解離（すなわち、ＣＩＤ）を含む２つの工程が必要である。質量単離は、図２の波形で示される方法によって達成され、そのような波形は、イオン化工程の途中で、イオン化が終わった後の短い「冷却時間」のために加えられる図３に示されるような切り込み（ノッチ）形波形の付加とともに、下記特許文献２（前掲）に詳しく記載されている。所望されないイオン質量は、その波形によってエネルギーが与えられ、イオントラップから除かれる。しかしながら、有意な強度の振動数が存在しない切り込み（すなわち、ある範囲の振動数）は、イオントラップに留まっている目的とするイオンにエネルギーを与えない。エネルギーが与えられなかったイオンが質量単離された後、ＲＦ捕捉場が、ＣＩＤから形成される生成物イオンの捕捉を可能にするために下げられ、そして、波形が、ＣＩＤを行わせるためにイオンの永年振動数で加えられる。
【０００６】
多振動数の切り込み形波形を最適化および位相整合する多くの方法がこの分野では知られている。下記特許文献３では、波形全体の計算が要求される。下記特許文献４では、波形の切り込み内における振動数が計算され、その後、切り込みを有しない波形から差し引かれる。下記特許文献５では、基礎の広帯域ノイズ波形が、選択された範囲の振動数を除くためにフィルター処理される。これらの先行技術方法は、すべてにおいて、最終的な波形を生じさせるために、多数の別々の振動数を計算し、かつ、適切な位相整合および振幅により総和しなければならない。さらに、総和される各振動数成分の強度を、その波形を含む各データ点において計算しなければならない。例えば、５ｋＨｚ〜５００ｋＨｚの振動数範囲を有する多振動数波形では、２．５ｍＨｚで記録される５，０００個のデータ点が要求される。このことは５００ｋＨｚで１サイクルあたり５点を表し、これは、振動数偽信号を防止するためのナイキストの必要条件を満たすために十分である。合計で９９０個の振動数が、５００Ｈｚの間隔を置いたとき、この波形には存在し得る。各データ点での強度をそれぞれの振動数成分について計算しなければならない場合、最終的な波形を生じさせるためには、合計で４，９５０，０００個の強度を計算し、適切に総和しなければならない。各計算は三角関数の形態の計算であり、これは、デジタル方式で計算されたとき、ゆっくり収束する。
【特許文献１】米国特許第４，７３６，１０１号明細書
【特許文献２】米国特許第５，１９８，６６５号明細書
【特許文献３】米国特許第５，３２４，９３９号明細書
【特許文献４】米国特許第５，４４９，９０５号明細書
【特許文献５】米国特許第５，１３４，２８６号明細書
【非特許文献１】March, "An Introduction to Quadruple Ion Trap Mass Spectrometry", Journal of Mass Spectrometry, 第32巻、351頁〜369頁（1997）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、分析のための所望されるイオンを単離するために選択的にアクセスされ、かつ適用され得る、コンピューター記憶装置に保存されている最適化された切り込み形波形のライブラリーを含むことによって質量分析計における改善された四重極イオントラップを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
ライブラリーは、前駆体質量が単離された後、ＣＩＤにおいて使用される第２の波形を含むことができる。
特定イオンの永年振動数が、ＲＦ電圧の振幅などの捕捉パラメーターを調節することによって、予め計算された波形の中心振動数と一致させるために調節され得る。
したがって、本発明による装置および方法は、イオンの質量単離およびＣＩＤを達成するために必要となる波形を再計算する必要を伴うことなく、指定されたイオン質量を単離し、その後、ＣＩＤを生じさせるために、要求される条件を与えることができる。
【０００９】
本発明ならびにその目的および特徴は、図面とともに検討されたとき、下記の詳細な説明および添付された特許請求の範囲から、より容易に明らかになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明では、予め計算された波形が、イオントラップ質量分析計のデータ依存的操作のために、特定の質量対電荷比を有するイオンを単離し、かつ衝突誘導解離（ＣＩＤ）を生じさせるために使用される。イオントラップ質量分析計のデータ依存的操作では、所定の基準に基づいて、最後のサンプルの獲得された振動数スペクトルにおいて、特定の質量を認識することが要求される。その質量が存在し、基準が満たされる場合、その次の振動数走査により、同定された質量が自動的に質量単離され、ＣＩＤが生じさせられる。これには、本発明により提供されるように、イオンを単離し、かつ解離させるための条件のすべてを計算するための非常に高速な方法が必要である。
【００１１】
図４は、本発明による四重極イオントラップ（ＱＩＴ）の１つの実施形態の概略図である。このＱＩＴは、上記特許文献２（前掲）に開示され、また図１に示されているＱＩＴに類似する。しかしながら、固定振動数発生器５および広帯域スペクトル発生器６が、記憶装置２０によって置き換えられている。記憶装置２０は、予め計算され、最適化され、かつ高速ランダムアクセスメモリーに保存されている固定された切り込み（ノッチ）幅の最適化された切り込み形波形のライブラリーを保存している。特定の質量対電荷比のイオンに対する適切な波形が制御器１２によって選択され、デジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）２２および増幅器２４を介して駆動コイル８および結合コイル４に加えられる。必要な場合、ＲＦ電圧の振幅などの捕捉パラメーターを制御器１２によって調節することができ、その結果、特定イオンの永年振動数が、予め計算された波形の中心振動数と一致させるために調節される。電圧の増大はイオンが振動する振動数を増大させ、一方で、電圧の低下はイオンが振動する振動数を低下させる。したがって、２つの予め計算された値の間での補間が、ＲＦ捕捉電圧の振幅を調節することによって達成される。
【００１２】
波形技術では、一般に、質量およびＲＦ保存電圧情報の入力（一般にはユーザーインターフェースのために質量単位で）、ならびにイオンの共鳴振動数の計算が必要である。任意の共鳴振動数の計算には、イオン質量およびＲＦ保存電圧の知識が要求される。ＲＦ保存電圧は、ＲＦ電圧を発生するＲＦ発生器に加えられるＲＦ  ＤＡＣ値に線形的に関係づけられ、この場合、ＤＡＣは捕捉場ＲＦ振幅である。ＲＦ電圧（Ｖrf）は、Ｖrf＝ｓ’（ＤＡＣ）m＋ｂ’（式中、（ｓ’）および（ｂ’）は定数である）によって与えられる。質量ｍ、ＤＡＣおよびｑ（捕捉パラメーター）の間における関係が、ｑm＝［ｓ（ＤＡＣ）m＋ｂ］／ｍによって与えられる。捕捉パラメーターｑは、トラップ幾何形状、操作振動数、電圧および永年振動数の関数である。例えば、上記非特許文献１を参照のこと。勾配（ｓ）およびオフセット（ｂ）は経験的な振動数計算から決定することができる。したがって、質量（ｍ）に対するイオン化保存ＲＦ（ＤＡＣ）mの最初のデフォルト選択のために、初期（ｑ）値は、ｑmi＝［ｓ（ＤＡＣ）mi＋ｂ］／ｍである。（ｑ）は振動数の単調関数であるので、波形ライブラリーにおける各切り込み波形の中心振動数は（ｑ）をインデックスとすることができる。デフォルト保存のＲＦ  ＤＡＣに対する質量のｑmi値が、最も近い一致するライブラリー波形（その切り込みの中心振動数は、対応する（ｑ）値ｑlibを有する）について、切り込み形波形ライブラリーに対して比較される。捕捉場ＲＦ振幅（すなわち、ＤＡＣ）が、その後、イオンの永年振動数を切り込みの中心でライブラリー値と一致させるように調節される。これは、イオンのｑ値が切り込みの中心で波形のｑ値と一致させられることと等価である。したがって、新しいＤＡＣ値は、ｑlib＝［ｓ（ＤＡＣ）mnew＋ｂ］／ｍまたは（ＤＡＣ）mnew＝（ｍｑlib−ｂ）／ｓとなる。波形は、典型的には、５００Ｈｚの間隔を有し、かつ、ランダムな位相、または、他の適切な位相を有しなければならない。振動数の数は本質的には一定のままであり、かつ切り込み位置のみが移動するので、最適な波形振幅を、質量または切り込みの中心振動数に関係なく、一定に保つことができる。＋／−７％を超えないＲＦ保存質量（すなわち、ＲＦ電圧）のシフトは、任意の質量の共鳴振動数をライブラリー波形の１つの中心振動数と一致させることを可能にする。
【００１３】
表１には、図３に示される波形パラメーターが、ライブラリーにおける各波形について示されている。ＦNotchHigh値およびＦNotchLow値は振動数切り込みの開始および終了に対応している。例えば、４０Ｄａ（ダルトン）の質量カットオフに対応するデフォルトＲＦ保存電圧について、表１における波形ライブラリーは、様々な質量に対する切り込みの中心振動数を示す。質量８０は１７３．０ｋＨｚの中心振動数を有し、その対応する波形は、４０Ｄａの名目的ＲＦ保存電圧を＋／−７％変化させることによって７５〜８５の範囲において前駆体質量を取り扱うために使用することができ、この範囲内の任意の質量の永年振動数がこの１つの波形の中心切り込み振動数と正確に一致させられる。
【００１４】
【表１】
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【００１５】
質量単離後、ＲＦ保存電圧はデフォルト値に設定される。質量（ｍ）に対する保存ＲＦ（ＤＡＣ）miの初期デフォルト選択の場合、初期（ｑ）値は、ｑmi＝［ｓ（ＤＡＣ）mi＋ｂ］／ｍである。（ｑ）は振動数の単調関数であるので、ＣＩＤ振動数は（ｑ）をインデックスとすることができる。デフォルト保存のＲＦ  ＤＡＣに対する質量のｑmi値が、最も近い一致するライブラリー波形（その振動数は、対応する（ｑ）値ｑlibを有する）について、波形ライブラリーのインデックスに対して比較される。捕捉場ＲＦ振幅（すなわち、ＤＡＣ）が、その後、イオンの永年振動数をライブラリー値と一致させるために調節される。これは、イオンのｑ値を波形のｑ値と一致させることと等価である。したがって、新しいＤＡＣ値は、ｑlib＝［ｓ（ＤＡＣ）mnew＋ｂ］／ｍまたは（ＤＡＣ）mnew＝（ｍｑlib−ｂ）／ｓとなる。したがって、単一振動数ＣＩＤ波形の波形ライブラリーが可能である。ＣＩＤ振動数範囲全体に及ぶためには、合計で４４個の波形が必要である。
【００１６】
表２には、ライブラリー波形振動数（ｆcenter）の値、および、ＲＦ保存電圧を＋／−５％変化させることによって得ることができる、ｆLからｆHまでの振動数のシフトが示されている。ＲＦ保存電圧の変化は、前駆体質量またはＲＦ保存電圧（すなわち、ＲＦ保存ＤＡＣ）のいずれかを変化させることによって達成することができる。表２におけるライブラリーにより、６０〜１０００の任意の前駆体質量を、３０〜９５０に対応するＣＩＤ保存質量に置くことが可能になる。多振動数波形のライブラリーの使用はまた、振動数成分の数が固定されている場合でも可能である。１つのＦcenter波形振動数に由来するＦLは隣のＦcenter波形振動数に由来するＦHに重なることに留意されたい。
【００１７】
【表２】
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【００１８】
質量単離およびＣＩＤを行うために必要となる波形を再計算する必要を伴うことなく、質量分析計において、指定された質量を単離し、かつＣＩＤを生じさせるために、要求される条件を得るための高速度の方法および装置が記載されてきた。本発明は、特定の実施形態を参照して記載されているが、その記載は、本発明の例示であり、本発明を限定するものとして解釈してはならない。様々な改変および適用が、添付された特許請求の範囲によって規定される本発明の真の精神および範囲から逸脱することなく当業者には生じ得る。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】先行技術による四重極イオントラップの概略図である。
【図２】図１の四重極イオントラップを使用するＭＳ／ＭＳシステムにおいてイオンを単離し、評価する際の従来の工程を示す。
【図３】図２におけるイオン質量単離において従来から使用されている切り込み形振動数波形を示す。
【図４】本発明による四重極イオントラップを示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【手続補正書】
【提出日】平成17年10月4日(2005.10.4)
【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】
質量分析計において使用される四重極イオントラップであって、
ａ）リング電極と、
ｂ）１対のエンドキャップと、
ｃ）前記リング電極に捕捉電圧を加えるためのＲＦ捕捉電圧源と、
ｄ）特定の質量対電荷比を有するイオンを単離するために前記エンドキャップに予め計算された波形を選択的に加えるためのコンピューター制御による装置であって、前記コンピューター制御による装置が、特定の質量についてそれぞれの波形が予め計算されている最適化された切り込み形波形のライブラリーを保存するための記憶装置を含み、前記記憶装置がさらに、単離されたイオンの衝突誘導解離において使用される単一振動数ＣＩＤ波形のライブラリーを含む、装置
とを備えた四重極イオントラップ。
【請求項２】
前記コンピューター制御による装置が、前記記憶装置からのデジタルデータをアナログシグナルに変換するためのデジタル−アナログ変換器と、当該アナログシグナルを増幅するための増幅器とをさらに含む、請求項１に記載の四重極イオントラップ。
【請求項３】
前記予め計算された波形の中心振動数に特定イオンの永年振動数を一致させるための捕捉パラメーター調節手段をさらに含む、請求項１に記載の四重極イオントラップ。
【請求項４】
前記捕捉パラメーター調節手段により前記捕捉電圧の振幅が調節される、請求項３に記載の四重極イオントラップ。
【請求項５】
リング電極と、１対のエンドキャップと、ＲＦ捕捉発生器とを有する四重極イオントラップ質量分析計において、特定の質量対電荷比を有するイオンを単離するために前記エンドキャップに予め計算された波形を選択的に加えるためのコンピューター制御による装置であって、前記コンピューター制御による装置が、特定の質量についてそれぞれの波形が予め計算されている最適化された切り込み形波形のライブラリーを保存するための記憶装置を含み、前記記憶装置が、単離されたイオンの衝突誘導解離において使用される単一振動数ＣＩＤ波形のライブラリーをさらに含む、装置
を含む改善。
【請求項６】
前記コンピューター制御による装置が、前記予め計算された波形の中心振動数に特定イオンの永年振動数を一致させるための捕捉パラメーター調節手段をさらに含む、請求項５に記載の改善。
【請求項７】
前記捕捉パラメーターがＲＦ捕捉電圧の振幅である、請求項６に記載の改善。
【請求項８】
リング電極と、１対のエンドキャップと、前記リング電極に捕捉電圧を加えるためのＲＦ捕捉電圧源と、前記エンドキャップに接続されたＲＦ電圧源とを有する四重極イオントラップを用いるＭＳ／ＭＳ分光測定法のために、質量Ｍを有する選択された親イオンを単離する方法であって、
ａ）特定の質量対電荷比を有するイオンを単離するための予め計算された波形を保存し、特定の質量についてそれぞれの波形が予め計算されている、デジタル方式で規定される最適化された切り込み形波形のライブラリーを保存するためのコンピューター制御による記憶装置を装備し、さらに単離されたイオンの衝突誘導解離において使用される単一振動数ＣＩＤ波形のライブラリーを保存する工程、および
ｂ）特定の質量対電荷比を有するイオンを単離するために前記エンドキャップに予め計算された波形を選択的に加える工程を含む方法。
【請求項９】
工程ｂ）が、前記記憶装置からのデジタルデータをアナログシグナルに変換するためのデジタル−アナログ変換器と、当該アナログシグナルに対する増幅器とを装備することを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記予め計算された波形の中心振動数に特定イオンの永年振動数を一致させるための捕捉パラメーターを調節する工程をさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記捕捉パラメーターがＲＦ捕捉電圧の振幅である、請求項１０に記載の方法。
【国際調査報告】
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2006505894.tif 000010
2006505894.tif 000011