(57)【要約】  イオンサイクロトロン共鳴分析器セル（トラップ）のようなイオントラップであって、複数の電極を含み、且つ少なくとも一つの一体型イオン検出器、好ましくは位置有感及び／または時間依存のイオン検出器を含み、イオン検出器の少なくとも一部はイオントラップの電極として構成されているイオントラップが説明される。そのようなイオントラップにおけるイオンの位置有感検出の方法が同様に説明される。
2016524781.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの一体型イオン検出器、好ましくは位置有感及び／または時間依存の検出器を含む、イオントラップ、好ましくはイオンサイクロトロン共鳴分析器セル（トラップ）。
【請求項２】
前記イオン検出器の少なくとも一部は、前記イオントラップの電極として構成されている、請求項１に記載のイオントラップ。
【請求項３】
前記イオンを捕獲するための電気的なトラップフィールドを生成するため、及び／または電気的励起場を印加するための複数の電極をさらに含み、前記イオン検出器は前記複数の電極の少なくとも一つに一体化されている、請求項１または２に記載のイオントラップ。
【請求項４】
前記イオン検出器が画素要素のアレイを含み、前記画素要素の少なくとも一部が、画素読出し電子機器を含むか、または画素読出し電子機器に接続されている、請求項１から３のいずれか一項に記載のイオントラップ。
【請求項５】
前記イオン検出器はさらに検出プレートを含み、前記検出プレートが半導体層及び／またはマイクロチャネルプレートを含む、請求項１から４のいずれか一項に記載のイオントラップ。
【請求項６】
前記イオン検出器の少なくとも一部は、前記画素化電極に電圧、好ましくは前記イオントラップにおいて電場を発生させる前記イオン検出器の前記電圧のバイアスされた部分を印加するための電圧源に接続されている、請求項１から５のいずれか一項に記載のイオントラップ。
【請求項７】
前記読出し電子機器は、前記イオン検出器と相互作用する一つ以上のイオンに関連した事象をカウントするため、及び／または前記イオン検出器と相互作用する一つ以上のイオンに関連したタイム・オブ・フライト情報を決定するために構成されている、請求項１から５のいずれか一項に記載のイオントラップ。
【請求項８】
前記イオントラップは、前記イオン検出器の検出面の前部に取り付けられた導電性グリッドをさらに含み、前記導電性グリッドは、前記イオントラップにおいて電場を生成するための電圧源に接続されている、請求項１から６のいずれか一項に記載のイオントラップ。
【請求項９】
前記イオントラップは、イオンサイクロトロン共鳴分析器セル（トラップ）として構成されている、請求項１から７のいずれか一項に記載のイオントラップ。
【請求項１０】
前記イオントラップが、立方体、矩形、円筒形、双曲線のトラップとして構成されている請求項１から９のいずれか一項に記載のイオントラップ。
【請求項１１】
イオントラップにおけるイオンの検出のための検出システムであって、
請求項１から１０いずれか一項に記載のイオントラップと、
前記イオントラップの電極の少なくとも一つに電圧を印加するための少なくとも一つの電圧源であって、前記イオントラップにおけるイオンの少なくとも一部が前記イオン検出器に向かって移動するように、イオントラップ内の電場を操作するように構成されている、電圧源と、
を含む、検出システム。
【請求項１２】
真空対応イオントラップアセンブリであって、
請求項１から１０のいずれか一項に記載のイオントラップと、
前記イオン検出器を載せるためのチップキャリア、好ましくは印刷回路基板（ＰＣＢ）であって、一つ以上の第１電気電極が提供された上部表面と、一つ以上の第２電極が提供された後部表面と、及び前記一つ以上の第１電極を前記一つ以上の第２電極へそれぞれ電気的に接続する、前記チップキャリアに埋め込まれた一つ以上の導電性ワイヤと、を含み、前記上部表面は、ＵＨＶ密封層で被覆されており、好ましくは前記第１密封層は液晶ポリマー材料を含む、チップキャリアと、
を含む、イオントラップアセンブリ。
【請求項１３】
前記上部表面上に少なくとも部分的に延在する少なくとも第１の熱伝導性層及び前記後部表面上に少なくとも部分的に延在する少なくとも第２の熱伝導性層であって、前記チップキャリアはさらに前記少なくとも第１の熱伝導性層を前記第２の熱伝導性層へ熱的に接続するために前記ＰＣＢに埋め込まれた一つ以上の熱伝導性ビアを含んでいる、第１の熱伝導性層及び第２の熱伝導性層を含む、請求項１２に記載のイオントラップアセンブリ。
【請求項１４】
質量分析器、好ましくはフーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴質量分析器において、請求項１から１０のいずれか一項に記載のイオントラップの使用であって、前記イオン検出器は、前記質量分析器におけるイオンに関連した空間分布及び／またはタイム・オブ・フライト情報を測定するように構成されている、イオントラップの使用、及び／または、高磁場、好ましくは０．１から５０Ｔの間で選択される高磁場における請求項１から１０のいずれか一項に記載のイオントラップの使用。
【請求項１５】
イオントラップ、好ましくはイオンサイクロトロン共鳴分析器セル（トラップ）におけるイオンを検出するための方法であって、前記イオントラップは少なくとも一つの一体型イオン検出器、好ましくは位置有感及び／または時間依存の検出器を含み、
前記イオントラップにおける一つ以上のイオンを提供するステップと、
前記イオントラップにおけるイオンの運動を操作するステップと、
前記イオンの少なくとも一部を検出するステップ及び／または前記イオン検出器を用いて前記イオンの少なくとも一部に関連したタイム・オブ・フライト情報を測定するステップと、
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオントラップにおけるイオンの検出、特に、排他的ではなく、一体型画素化イオン検出器を含むイオントラップ、一体型イオン検出器を含むイオントラップを含む検出システム、及びイオントラップにおけるイオンを検出するための方法、に関連している。
【背景技術】
【０００２】
フーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴質量分析装置（ＦＴ−ＩＣＲ  ＭＳ）は、利用可能な最も高いスペクトル性能の質量分析器の代表である。高質量分解能、高質量精度、及び高ダイナミックレンジは、小分子からインタクトプロテインまで高性能質量分析を可能にしている。多くのタンデム式ＭＳの能力は、衝突誘起解離（ＣＩＤ、外部及びインセルの両方）、赤外多光子吸収解離（ＩＲＭＰＤ）、電子捕獲解離（ＥＣＤ）、及び電子移動解離（ＥＴＤ）を含む、ＦＴ−ＩＣＲ  ＭＳに従う。ＦＴ−ＩＣＲ  ＭＳは、精度プロテオミクス、トップダウンプロテオミクス、質量分析イメージング、及びペトロリオミクスに最適な分析器である。
【０００３】
強い磁場が存在するとき、イオンはその質量に逆比例する回転数を得る。その関係は、サイクロトロンの式ωＣ＝ｑＢ／ｍによって与えられ、ここで、ωＣはいわゆる非摂動イオンサイクロトロン周波数、ｑはイオン電荷、ｍはイオン質量、及びＢは磁場強度である。一般の生体分子に対するＩＣＲ周波数は、商用の電子機器に非常に適した範囲にある（ｋＨｚからＭＨｚまで範囲）。イオンサイクロトロンの回転の周波数は非常に正確に測定されることができ、それ故、ＦＴ−ＩＣＲ  ＭＳに対する質量測定の精度は、容易にパーツ・パー・ミリオンまたはパーツ・パー・ビリオンの範囲において、非常に高い。この高い質量精度は元素組成配置を可能にし、それ故、より低い性能の質量分析器に対して改善された識別能力を可能にしている。同様に、ＦＴ−ＩＣＲに対する検出周期は長く、測定される周波数は高いので、質量分解能は高い。これは、非常に密接して開いている質量ピークのスペクトル分離を可能にしている。
【０００４】
質量分析の主要課題の一つは、分析される分子種を正確に特定する能力である。マススペクトル領域において２つの密接に隣接するピークが分解されないとき、質量分解能の欠如は不明瞭なスペクトル詳細をもたらし得る。ＦＴ−ＩＣＲ  ＭＳの高質量分解能は、より低い性能の質量分析器で分解するのは難しい５ｍＤａ（０．００５Ｄａ）質量単位未満の範囲で、近接して開いている質量ピークを容易に分解する。
【０００５】
サイクロトロンの式は、「非摂動な」イオンサイクロトロン周波数を定義している。しかしながら、実験ではＦＴ−ＩＣＲ分析器セルにおけるイオンの軸方向の閉じ込めを必要とする。小さな静電「トラップ」ポテンシャルの適用は、イオンサイクロトロンの測定される周波数に影響を及ぼす。さらに、ＦＴ−ＩＣＲ分析器セルにおける他のｍ／ｚイオンの存在は、イオン−イオン相互作用（または空間電荷効果）をもたらし、さらにＦＴ−ＩＣＲ分析器セルにおける電場をゆがめ、それ故イオンサイクロトロン周波数を変化させる。
【０００６】
これらの目的のために、ＦＴ−ＩＣＲ分析器セルにおけるイオン運動のシミュレーションは、これらの実験的な必需性の調査に対して支持を得た方法となった。シミュレーションによって調査された現象は、とりわけ、イオン雲運動、ピーク併合、及びイオン−イオン相互作用（空間電荷）を含む。そのような高性能コンピュータのシミュレーションは、ＦＴ−ＩＣＲ分析器セル内部のイオンの理論的な挙動を調べるために強力である。シミュレーションは、重要なパラメータ（磁場、ＦＴ−ＩＣＲ分析器セルにおけるイオンの数、静電ポテンシャル、静電的トラップ場形状、励起の前のイオンの開始位置、励起半径、励起波形の種類など）を変化させることを可能にする。しかしながら、これらのシミュレーションは、（モデリングパラメータの正確さと相関する）計算時間によって本質的に制限される。ＦＴ−ＩＣＲ信号の質におけるこれらのパラメータの効果の理解は、イオン運動の基礎で、新たなＦＴ−ＩＣＲセル設計形状、並びに改善されたデータ品質に対するＦＴ−ＩＣＲの実験的パラメータへの重要な洞察、及びイオン運動の原理の洞察につながる。しかしながら、シミュレーション結果は理論的なままであり、且つ実験データによる比較が高く望まれる。
【０００７】
特許文献１（米国特許第７，９２８，３７１号明細書（Ｒｙｊｋｏｖ））は、ぺニングトラップ（Ｐｅｎｎｉｎｇ  ｔｒａｐ）中のイオンがトラップから放出され（押し出され）、位置有感ＭＣＰ検出器で検出されるタイム・オブ・フライトの技術を提案している。Ｒｙｊｋｏｖは、検出システムの実際の技術的な実装を述べておらず、イオントラップからのイオンの放出の作用、及び高磁場でのＭＣＰ検出器の作動が、測定された信号におけるひずみを引き起こし得ると認識している。さらに、Ｒｙｊｋｏｖは、超高真空中の高磁場磁石のボアの内部にそのような検出器を取り付ける問題について何も述べていない。
【０００８】
さらに、Ｅｉｔｅｌ他は、彼らの文献である“Ｐｏｓｉｔｉｏｎ−ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  ｉｏｎ  ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ｉｎ  ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  Ｐｅｎｎｉｎｇ  ｔｒａｐ  ｍａｓｓ  ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ”（非特許文献１）において、開いた円筒形のぺニングトラップ中のイオンがトラップから放出され、位置有感ＭＣＰ検出器で検出されるタイム・オブ・フライトの技術を述べている。高磁場において検出器を作動させることの問題を回避するために、ＴＯＦ−ＩＣＲ分光器の高磁場の外側に位置する検出器にイオンを輸送するために、イオンはイオントラップからドリフト管へ放出される。しかしながら、ドリフト管と併用する放出パルスの使用は、イオン運動パラメータの正確な分析が難しくなるひずみを引き起こす。それ故、Ｅｉｔｅｌによって提案された技術は、イオントラップ中のイオンの正確な「直接」測定を提供しない。
【０００９】
上記から、イオントラップにおいてイオンを検出するための既知の検出技術は、これらの検出技術がＦＴ−ＩＣＲ分光測定のようなイオントラップの利用において役に立つツールとして使用されることを可能にしないといういくつかの欠点に悩まされることになる。それ故、イオントラップにおけるイオンを検出するための改善されたシステム及び方法が必要である。特に、強磁場及び（超）高真空内部のイオントラップにおけるイオンの空間分布及び／または重要なパラメータを検出するための改善されたシステム及び方法が必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許第７，９２８，３７１号明細書
【００１１】
【非特許文献１】Ｅｉｔｅｌ  ｅｔ  ａｌ．  “Ｐｏｓｉｔｉｏｎ−ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  ｉｏｎ  ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ｉｎ  ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  Ｐｅｎｎｉｎｇ  ｔｒａｐ  ｍａｓｓ  ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ”
【非特許文献２】Ｌｌｏｐａｒｔ  ｅｔ  ａｌ．  “Ｔｉｍｅｐｉｘ，ａ  ６５  ｋ  ｑｕａｔｕｍ  ｉｍａｇｅｒ  ｒｅａｄｏｕｔ  ｃｈｉｐ  ｆｏｒ  ａｒｒｉｖａｌ  ｔｉｍｅ，  ｅｎｅｒｇｙ  ａｎｄ／ｏｒ  ｅｖｅｎｔ  ｃｏｕｎｔｉｎｇ  ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ”  Ｎｕｃｌ．  Ｉｎｓｔｒ．  ａｎｄ  Ｍｅｔｈ．  Ａ  ５８１，  ２１  Ｏｃｔｏｂｅｒ  ２００７，  Ｐａｇｅｓ  ４８５−４９４  ａｎｄ  ｅｒｒａｔｕｍ  Ｎｕｃｌ．  Ｉｎｓｔｒ．  ａｎｄ  Ｍｅｔｈ．  Ａ  ５８５  （２００８）  １０６．
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
先行技術で知られている欠点の少なくとも一つを減らすか、または除くことが本発明の目的である。第１の態様において、本発明は、少なくとも一つの一体型イオン検出器、好ましくは位置有感（ｐｏｓｉｔｉｏｎ−ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ）及び／または時間依存の（ｔｉｍｅ−ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ）イオン検出器を含むイオントラップ、好ましくはイオンサイクロトロン共鳴分析器セル（トラップ）に関連し得る。一つの実施形態において、前記イオン検出器の少なくとも一部は、前記イオントラップの電極として構成され得る。
【００１３】
本発明によるイオントラップは、イオントラップにおける陰イオン及び陽イオンの両方の空間分布、及び／または前記トラップにおけるイオンに関連したタイム・オブ・フライト情報の直接イメージングを可能にする、イオン検出器、好ましくは位置有感及び／または時間依存のイオン検出器を含む。イオン検出器は、イオントラップの一体部分を形成し、その結果、（超伝導）磁石のボアの内側に前記トラップを配置するのに適している非常に小さな設計を提供する。さらに、イオントラップは、イオントラップにおけるイオンのｍ／ｚ比及び空間分布のような異なるパラメータに対して一つ以上のイオン集合の試験を可能にしている。イオン検出器によって測定される情報は、（数ある中で、）イオン雲の運動、ピーク併合、イオン−イオン相互作用を調査するのに使用されてもよく、ＦＴ−ＩＣＲ質量分析器に対するシミュレーションの確認及び最適な操作パラメータの決定に使用され得る。
【００１４】
一つの実施形態において、イオントラップは、前記イオンを捕獲するための電気的トラップフィールドを生成するため、及び／または電気的励起場を印加するために複数の電極含んでいてもよく、前記イオン検出器は、前記複数の電極の少なくとも一つに一体化される。それ故、検出器はトラップ電極の一部であってもよく、その結果、検出器がイオントラップにおけるイオンに非常に近接することを可能にさせる。
【００１５】
一つの実施形態において、前記イオン検出器は、画素要素のアレイを含んでいてもよく、前記画素要素の少なくとも一部は、画素読出し電子機器を含んでいるか、または画素読出し電極に接続され得る。それ故に、イオン検出器は、画素化電極であってもよく、各画素は前記イオントラップにおけるイオンの検出に関連した処理情報に対する電子機器を含み得る。このように、イオン検出器により検出されるイオンの情報は、並列に処理され、その結果、イオンのタイム・オブ・フライト情報を測定することのような時間分解されたイオン検出事象を可能にし得る。
【００１６】
一つの実施形態において、前記イオン検出器は、検出プレートをさらに含んでいてもよく、前記検出プレートは半導体層及び／またはマイクロチャネルプレートを含む。本発明は、完全に一体化したイオン検出器、ハイブリッドタイプのイオン検出器、及びマイクロチャネルプレートまたは別の事象乗算器を含むイオン検出器を含む、異なる種類のイオン検出器の一体化を可能にする。
【００１７】
一つの実施形態において、前記イオン検出器の少なくとも一部は、前記画素化電極に電圧、好ましくは前記イオントラップにおける電場を生成及び／または操作する前記イオン検出器の前記電圧のバイアスされた部分を印加するための電圧源に接続されている。
【００１８】
一つの実施形態において、前記読出し電子機器は、前記イオン検出器と相互作用している一つ以上のイオンに関連する事象をカウントし、及び／または前記イオン検出器と相互作用している一つ以上のイオンに関連するタイム・オブ・フライト情報を決定するように構成されている。
【００１９】
一つの実施形態において、前記イオントラップは、前記イオン検出器の検出面の前部に取り付けられた導電性グリッドをさらに含んでいてもよく、前記導電性グリッドは、前記イオントラップにおいて電場を生成するための電圧源に接続されている。それ故、さらなる電極は、イオントラップ内部に電場の形成及び／または操作を改善することをもたらす。
【００２０】
一つの実施形態において、前記イオントラップは、イオンサイクロトロン共鳴分析器セル（トラップ）として構成され得る。一つの実施形態において、前記イオントラップは、立方体、矩形、円筒形、双曲線のトラップとして構成され得る。
【００２１】
さらなる態様において、本発明は、上述したようなイオントラップを含む、イオントラップにおけるイオンの検出のための検出システムに関連し得る。一つの実施形態において、前記検出システムは、前記イオントラップの電極の少なくとも一つに電圧を印加するための少なくとも一つの電圧源をさらに含んでいてもよく、前記電圧源は、前記イオントラップにおけるイオンの少なくとも一部が前記イオン検出器に向かって移動するように前記イオントラップにおける電場を操作するように構成されている。
【００２２】
またさらなる態様において、本発明は、上述したようなイオントラップを含む真空対応イオントラップアセンブリに関連し得る。一つの実施形態において、イオントラップアセンブリは、前記イオン検出器を載せるためのチップキャリア、好ましくは印刷回路基板（ＰＣＢ）をさらに含んでいてもよく、前記チップキャリアは、一つ以上の第１電気電極を備えている上部表面；一つ以上の第２電極を備えている後部表面、及び前記一つ以上の第１電極を前記一つ以上の第２電極に電気的に接続する前記チップキャリアに埋められた一つ以上の導電性ワイヤ、を含み、前記上部表面はＵＨＶシーリング層で被覆されており、好ましくは前記第１シーリング層は液晶ポリマー材料を含んでいる。
【００２３】
一つの実施形態において、イオントラップは、前記上部表面に少なくとも部分的にわたって延在している少なくとも第１熱伝導性層と、前記後部表面に少なくとも部分的にわたって延在している少なくとも第２熱伝導性層と、を含んでいてもよく、前記チップキャリアは、前記少なくとも第１熱伝導性層を前記第２熱伝導性層に熱的に接続するために前記ＰＣＢに埋め込まれた一つ以上の熱伝導性ビアをさらに含んでいる。
【００２４】
一つの実施形態において、前記イオン検出器は、前記第１熱伝導性表面と熱接触していてもよく、前記第２熱伝導性表面は熱伝導性金属支持ブロックと接触しており、好ましくは前記検出器アセンブリは前記イオン検出器によりもたらされる熱を放散させるための前記支持ブロックに熱的に接続している冷却装置をさらに含む。
【００２５】
一つの実施形態において、前記イオントラップアセンブリはさらに、前記イオン検出器によって生成されたデータ信号を読み出すための読出し電子機器を含む読出しボードを含んでいてもよく、前記読出し電子機器は、前記第一および第二電極を経て前記イオン検出器に電気的に接続されている。
【００２６】
本発明はさらに、質量分析器において上述したようなイオントラップ、好ましくはフーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴質量分析器の使用に関連しており、前記イオン検出器は、前記質量分析器におけるイオンに関連した空間分布及び／またはタイム・オブ・フライト情報を測定するように構成されている。
【００２７】
本発明はまた、上述したようなイオントラップであってもよく、イオントラップは高磁場において使用され、好ましくは前記高磁場が０．１から５０Ｔの間で選択される。
【００２８】
別の態様において、本発明は、イオントラップ、好ましくはイオンサイクロトロン共鳴分析器セル（トラップ）におけるイオンの検出のための方法に関連していてもよく、前記イオントラップは少なくとも一つの一体型イオン検出器、好ましくは位置有感及び／または時間依存の検出器を含み、前記方法は、前記イオントラップに一つ以上のイオンを提供するステップと、前記イオントラップにおけるイオンの運動を操作するステップと、前記イオンの少なくとも一部を検出するステップ及び／または前記イオン検出器を用いて前記イオンの少なくとも一部に関連したタイム・オブ・フライト情報を測定するステップと、を含み得る。
【００２９】
本発明は、本発明による実施形態を概略的に示している添付の図面を参照することでさらに説明される。本発明は、これらの具体的な実施形態に決して制限されないことが理解される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施形態によるイオントラップを図示している。
【図２Ａ】本発明の実施形態によるイオントラップにおける使用のための例となるイオン検出器の構成を図示している。
【図２Ｂ】本発明の実施形態によるイオントラップにおける使用のための例となるイオン検出器の構成を図示している。
【図２Ｃ】本発明の実施形態によるイオントラップにおける使用のための例となるイオン検出器の構成を図示している。
【図２Ｄ】本発明の実施形態によるイオントラップにおける使用のための例となるイオン検出器の構成を図示している。
【図３】本発明の実施形態による電気的真空フィードスルー構造の上に実装された、一体型位置有感イオン検出器を含むイオンセルの概略図を図示している。
【図４】本発明の実施形態による位置有感検出のための検出システムの断面図を図示している。
【図５Ａ】本発明の実施形態によるイオントラップアセンブリを図示している。
【図５Ｂ】本発明の実施形態によるイオントラップアセンブリを図示している。
【図６Ａ】本発明の実施形態によるイオントラップにおけるイオンの位置有感検出のための方法を概略的に図示している。
【図６Ｂ】本発明の実施形態によるイオントラップにおけるイオンの位置有感検出のための方法を概略的に図示している。
【図６Ｃ】本発明の実施形態によるイオントラップにおけるイオンの位置有感検出のための方法を概略的に図示している。
【図７】Ｔｉｍｅｐｉｘ検出器のタイム・オブ・フライトモードを概略的に図示している。
【図８】本発明の実施形態によるイオントラップにおけるイオンにより作られた画像のコンピュータシミュレーションを図示している。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
図１は、本発明の実施形態によるイオントラップを概略的に図示している。イオントラップは、０．１から５０テスラの間、好ましくは５から３０テスラの間で磁場を作り出すように構成さている（超伝導）磁石（図示せず）の強く均一な磁場に位置し得る。一般的に、イオントラップは磁石のボア内に、または、永久磁石または電磁石の極の間に置かれる。イオントラップはさらに、複数の電極１０２−１０８を含んでいてもよく、少なくとも２つの（トラップ）電極１０４、１０８は、所定の電圧を電極に印加することにより、例えば静電トラップフィールドのようなイオンに対して電気的な「トラップ」フィールドである電場を作り出すために使用され得る。
【００３２】
イオンは、電極の一つにおける開口１１５を通してトラップに導入され得る。磁場は、磁場に垂直な方向にイオン１２０を閉じ込めることができ、電気的なトラップフィールドは軸方向にイオンを閉じ込める。強磁場に起因して、イオンは、磁場に対して垂直な平面において軌道運動で移動する。この軌道運動は、イオンサイクロトロン運動と呼ばれる。対向する励起電極１０６は、イオンのコヒーレント加速のための外部の時間依存「励起」電場を、検出に十分な軌道の半径まで導入するために使用され得る。
【００３３】
一群のイオンのマススペクトルは、ＦＴ−ＩＣＲ分光測定を用いて、磁場及び電場の組み合わせを用いるトラップにおいて一群のイオンを閉じ込めることにより、及びそれらをサイクロトロン運動のより大きな軌道に励起させるために時間依存「励起」電場を移動している一群のイオンに印加することにより、生成され得る。特定の条件の下で、同じ質量−電荷比ｍ／ｚ（ｍはイオンの質量であり、ｚはイオンの素電荷数である）を有するイオンは、コヒーレントに励起される。励起したイオンの応答は、イオントラップの（検出）電極１０２に誘導される画像電流を測定することにより測定することができる。検出電極により測定された応答信号（時間領域信号を表す）は、測定用電子機器１１４で増幅され、デジタル化され、フーリエ変換を用いた周波数領域に変換される（図示せず）。周波数信号は、周波数スペクトルの「ピーク」として現れる。これらのピークは、異なる質量−電荷比の異なるイオンに関連し得る。周波数信号は、（周波数から質量への較正式を経て）トラップにおけるイオンの質量−電荷比ｍ／ｚを正確に計算するために用いられ得る。現在では、フーリエ変換ＩＣＲ質量分析は、利用可能な最も正確な種類の質量分析である。
【００３４】
従来のイオントラップ設計と対照的に、本発明によるイオントラップは、イオントラップに一体化された画素化イオン検出器１０８を含む。イオン検出器は、イオントラップにおけるイオンの空間分布を測定し得るように位置有感（ｐｏｓｉｔｉｏｎ−ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ）ｘ−ｙ検出器であり得る。一つの実施形態において、イオントラップの電極の少なくとも１つは、画素化イオン検出器１０８のイオン検出器１１０の一部であり得る。このように、電極は、ＡＳＩＣのような、アレイ状に配列され得る画素、すなわち空間的にアドレス可能な（検出）素子１１１を含み得る。画素は、アドレス可能な物理的座標に関連しており、その結果、イオン検出器と相互作用するイオンのような荷電粒子の位置分解検出を可能にしている。画素化イオン検出器または画素化イオン検出器の少なくとも一部は、それが所定のバイアス電圧で維持され得るように、電圧源１１６に接続し得る。このように、画素化イオン検出器は、位置有感イオン検出器として、及びイオントラップの電極として共に機能し得る。それ故、イオン検出器はイオントラップの一体部分であり、その結果、（先行技術の解法で要求されているような）トラップの外にイオンを放出する必要無く、（高磁場における）イオントラップ内部のイオンを直接測定することができる。この応用の目的のために、イオントラップの電極として機能する一体型イオン検出器は、イオン検出器電極と呼ばれ得る。
【００３５】
様々な実施形態において、イオン検出器電極は、イオンに対するトラップ電場を生成するためのトラップ電極、トラップ内のイオンの応答を測定するための検出電極（すなわち、ＦＴ−ＩＣＲ  ＭＳ分析器セルの従来の検出器電極の機能（の一部））、及び／または電気励起場をイオンに印加するための励起電極として機能し得る。
【００３６】
イオンがトラップ電場に閉じ込められているとき、トラップ電場は、イオンがもはや画素化電極の方向に閉じ込められないように操作されてもよく、その結果、イオンは画素化電極の方へ移動し始める。一つの実施形態において、トラップ電場は、イオン検出器電極の電圧バイアス、及び／またはイオン検出器電極の前に置かれた電圧バイアスされた導電性グリッドを用いて操作され得る。一つの実施形態において、イオンは画素化イオン検出器電極の表面に当たり得る。イオンは、イオン検出器の一つ以上の画素要素で検出され得る。一つの実施形態において、イオン検出器の画素要素は、分離した別々の画素要素として構成されてもよく、各々の画素は、イオンと相互作用するときに電荷キャリアを作り出すセンサー材料を含む。画素電子機器は、生成された電荷キャリアに比例する信号を生成するように構成されている。他の実施形態において、イオン検出器は連続的なセンサー層を含んでいてもよく、連続層の背面は、イオンの衝突に起因する局所的に誘導された電荷キャリアを収集するように構成された別々の画素要素に接続されている。イオンの検出に関連した（電荷）信号は、特定の時間周期内で特定の位置にある画素にぶつかるイオンの数を数えるか（均一なカウント）、または、トリガー信号の後に画素にぶつかるイオンのタイム・オブ・フライトを決定することを含む、特定のパラメータを測定するために画素検出器によって使用され得る。
【００３７】
それ故、上記から、イオン検出器のイオントラップへの一体化は、イオントラップ内部のイオンまたはイオン雲の空間分布の直接画像化を可能にする位置有感検出システムを提供する結果となる。一つの実施形態において、イオントラップは、ＦＴ−ＩＣＲ  ＭＳ分光計で使われることができるＦＴ−ＩＣＲ  ＭＳ分析器セルとして構成され得る。検出システムは、ＦＴ−ＩＣＲ分析器セルの一体部分である。このように、ＦＴ−ＩＣＲ  ＭＳセルの「背面」トラップ電極上に投影されるｘ−ｙ平面における空間イオン分布の直接画像化が達成され得る（すなわちｚ軸に配向され得る磁場に対して垂直に）。
【００３８】
一つの実施形態において、イオン検出器電極は、分析器セルの（背面）トラップ電極に対して適切なトラップポテンシャルの形成を可能にする電圧でバイアスされ得る。一つの実施形態において、バイアス電圧は、正または負の電圧のどちらかで０から５０Ｖの間、好ましくは０．５から１０Ｖの間、より好ましくは０．５から３Ｖの間で選択され得る。一つの実施形態において、導電性グリッドがイオン検出器電極の前に取り付けられ得る。グリッドは、イオン検出器電極上の電位を強化及び／または均質化し得る追加のトラップポテンシャルを提供するために、バイアス電圧に接続され得る。
【００３９】
本発明は立方体設計のイオントラップに基づいて説明されたが、本発明は如何なる種類のイオントラップ及び／またはＩＣＲセル、すなわち、：立方体または二重立方体セル、（開閉の）円筒形セル、容量結合したオープンセル、ペニングトラップ、動的に調和した（リーフ）セル、７分節（開閉）補償セル、７分節補償セル、ウインドウセル、励起結合したトラップリング電極セルなどにおいて使用され得ることは当業者にとって明らかである。
【００４０】
さらに異なる検出器の配置が使用され得る。一つの実施形態において、イオン検出電極は、２つ以上のイオン検出器のタイル化した配置（ｔｉｌｅｄ  ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）を含み得る。タイル化は、広い能動検出領域の形成を可能にしている。さらなる実施形態において、イオントラップの２つ以上の電極は、イオン検出電極として構成され得る。さらに別の実施形態において、トラップ電極の代わりに、イオントラップの別の電極、例えば検出及び／または励起電極が、イオン検出電極として使用され得る。
【００４１】
図２Ａから２Ｄは、本発明の実施形態によるイオントラップで使用するための例としてのイオン検出器の構成を描写している。図２Ａおよび２Ｂは、画素読出し電子機器２０６を有する基板２０２を含む複合型の画素化された位置有感及び／または時間依存の（ｔｉｍｅ−ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ）イオン検出器を描写している。一つの実施形態において、画素読出し電子機器は、ソルダバンプ２０８に基づいて半導体センサープレート２０４にバンプ結合された特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）として実装され得る。一つの実施形態において、半導体センサープレートは、シリコンのようなＩＶ族半導体を含み得る。
【００４２】
更なる実施形態において、ダイオード領域２１０は、ソルダバンプがセンサープレートに接触する領域で形成され得る。シリコン層を適切なドーパント、例えばｐ型ドーパントで局所的に注入することによって、ダイオード領域が適切な結合技術及び／またははんだ技術を用いて画素読出し電子機器に接続され得るところで、センサープレートの背面にｐｎ接合が形成され得る。更なる実施形態において、半導体検出プレートは、センサープレートにおいて画素を画定するために構造化され得る。イオン誘導電荷キャリアが画素読出し電子機器に効率的に導かれ得るように、上部電極２１２は検出プレートの背面に対して検出プレートをバイアスするためにセンサープレート上に形成され得る。
【００４３】
図２Ｃは、マイクロチャネルプレート（ＭＣＰ）２１２または別のイベント乗算器と組み合わせて、一体型画素読出し電子機器２０６を含む画素化検出器２０２を含む検出器の配置を描写している。ＭＣＰは、入ってくるイオンに応答して二次電子のアバランシェを発生させるイオン感応層として構成されてもよく、二次電子は画素化検出器で検出され得る。図２Ｄは、「ベアの」画素化検出器がイオン検出器として使われる検出器の配置を描写している。イオンが感知される場合において、検出器は信号を生成するための読出し電子機器を含むイオン感応性画素を含み得る。
【００４４】
一つの実施形態において、図２Ａおよび２Ｂにおけるイオン検出器は、ＴｉｍｅｐｉｘまたはＭｅｄｉｐｉｘ型のイオン検出器（の一部）であり得る。これらの周知の検出器は、Ｌｌｏｐａｒｔ他「Ｔｉｍｅｐｉｘ，ａ  ６５  ｋ  ｑｕａｔｕｍ  ｉｍａｇｅｒ  ｒｅａｄｏｕｔ  ｃｈｉｐ  ｆｏｒ  ａｒｒｉｖａｌ  ｔｉｍｅ，  ｅｎｅｒｇｙ  ａｎｄ／ｏｒ  ｅｖｅｎｔ  ｃｏｕｎｔｉｎｇ  ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ」の文献（非特許文献２）で説明されている。Ｔｉｍｅｐｉｘ検出器は、図２で図示されたものと類似の構造を有するハイブリッド検出器として実装され得る。Ｔｉｍｅｐｉｘ検出器はまた、図２Ｃで描かれたようなＭＣＰまたはイベント乗算器と組み合わせて、または、図２Ｄで描かれたようなセンサープレートの無い「ベアの」検出器として使用され得る。
【００４５】
Ｔｉｍｅｐｉｘ検出器は、約２ｃｍ２の全能動領域を有する１チップあたり２５６×２５６画素を含む。検出器は、タイル化された配置で使用され得る。例えば、イオン検出器は、おおよそ２８×２８ｍｍ２の領域を形成するために、２×２のタイル化されたチップアセンブリで配置され得る。各画素は、正と負の電荷を感知するための電荷感応性増幅器を含む画素読出し電子機器と関連しており、所定の閾値より上の信号の検出を可能にするために調整可能な閾値及びカウンターを増加させるためのリファレンスクロックは、タイム・オブ・アライバル（ＴＯＡ）またはタイム・オーバー・スレッショルド（ＴＯＴ）時間の検出のために使用され得る。Ｔｉｍｅｐｉｘチップは、特にＦＴ−ＩＣＲ分析器セル内でのイオンの検出に適している。別の実施形態において、位置有感検出を有する前記イオントラップは、ダイレクトフィードバックループを通してビーム品質監視と安定化のために使用されることができる。
【００４６】
多くの種類の位置有感イオン検出器が、イオントラップに対して画素化検出電極として使用され得ることが提案される。これらの検出器は、ＴｉｍｅｐｉｘまたはＭｅｄｉｐｉｘ検出器のようなハイブリットタイプのイオン検出器を含むだけでなく、ＣＭＯＳ型アクティブ画素センサー技術に基づく完全に一体化したイオン検出器も含む。そのような場合、イオンを検出するための半導体材料は、画素読出し電子機器を含むチップの上部に直接製造され得る。
【００４７】
検出システム及び読出し電子機器は、０．１〜５０のテスラの高磁場（超伝導）磁石のボアの内部で機能するのに適している。そのうえ検出システムは、非常に正確なＦＴ−ＩＣＲ  ＭＳ測定を達成するために重要な超高真空（ＵＨＶ）（すなわち、おおよそｌ０−９ｍＢａｒより低い圧力）に好ましくは対応し得る。この目的のために、イオン検出器はＵＨＶ対応チップキャリアに取り付けら、キャリアはイオン検出のための電気的フィードスルーとして、及び、ＦＴ−ＩＣＲ分析器セルの内側のＵＨＶ（おおよそｌ０−９ｍｂａｒ）とＦＴ−ＩＣＲ分光器の外側の周囲圧力との間のＵＨＶバリアとして機能する。
【００４８】
図３は、本発明の実施形態による電気的真空フィードスルー構造上に取り付けられた一体型位置有感イオン検出器を含むイオンセルの概略図を描写している。特に、図３は、電気的真空フィードスルー構造３０６、３０８、３１０に取り付けられたイオン検出電極３１６１を含むイオンセルを描写している。電気的真空フィードスルー構造は、電気的超高真空対応チップキャリアとして、及び、真空チャンバ３０２内の検出器と外気３０４内の検出器の読出し電子機器との間の真空シールとして共に機能し得る。イオンセルは複数の電極３１６１−３１６４を含んでいてもよく、電極３１６１のうちの一つは位置有感イオン検出器の画素化電極の一部である。
【００４９】
以下でより詳細に示されるように、電気的真空フィードスルー構造は、超高真空ＦＴ−ＩＣＲ  ＭＳ応用におけるイオントラップの性能ならびに実現可能性及び使いやすさを増大し得る。電気的真空フィードスルー構造は、支持構造上に取り付けられた印刷回路基板（ＰＣＢ）３０６を含み得る。支持構造は、支持ブロック３０８及び真空フランジ３１０を含み得る。真空フランジは、質量分析器の真空チャンバの開口のような真空チャンバにおける開口に固定されることができるように構成され得る。
【００５０】
ＰＣＢは、支持／冷却ブロックに固定される第１の（後部）表面３１２と、一つ以上のイオン検出器３１６が取り付けられ得る第２の（上部）表面３１４とを有している。図４を参照してより詳細に説明されるＰＣＢは、その上部表面上に位置し、その背面に位置する複数の第２の電気的接触に電気的に接続される、複数の第１の電気的接触、例えば伝導性（ボンディング）パッドを含み得る。ＰＣＢに埋め込まれる導電線は、第１の電気的接触と第２の電気的接触との間で電気的接続を確立し得る。
【００５１】
検出器が読出し電子機器で読み出すことができるように、真空チャンバ内の一つ以上の検出器は、周囲圧力であるＰＣＢの背面での第２の電気的接触に電気的に接続される複数の第１の電気的接触に電気的に接続され得る。
【００５２】
さらに、一つの実施形態において、ＰＣＢの上部表面のかなりの部分は第１の熱伝導性層で被覆されてもよく、ＰＣＢの後部表面は第２の熱伝導性層で被覆され得る。一つの実施形態において、熱伝導性層は、アルミニウム、銅及び／または銀を含む金属層であり得る。第１の層と第２の層との間の熱的接触は、ＰＣＢを通って伸びる複数の熱伝導ビアによって確立され得る。一つの実施形態において、前記少なくとも一つの第１及び第２の熱伝導性層は、前記ＰＣＢを通って伸びる複数の熱伝導ビアによって、互いに熱的に結合され得る。一つの実施形態において、前記複数の熱伝導ビアは、２から２０ｍｍの間で選択されるアレイピッチを有するアレイを形成する。検出器は、適切な熱伝導性接着剤を用いて、第１の熱導電性層に結合することによって、ＰＣＢに取り付けられ得る。
【００５３】
同様に、第２の熱導電層は、熱伝導性接着剤を用いて取付けブロックに固定され得る。取付けブロックは、熱伝導性材料、好ましくは銅及び／またはアルミニウムを含む金属から作られ得る。熱取付けブロックは、ブロックをある一定の温度まで冷却するための冷却要素に接続され得る。それ故、複数の熱伝導性ビアを含むＰＣＢは、取付けブロックとイオン検出器との間の非常に良好な熱接触の実現をもたらす。
【００５４】
取付けブロックは、作動中に検出器で発生する熱を放散させるための熱貯蔵器として機能し得る。外気にある取付けブロックの背面は、取付けブロック及び検出器を所定の温度に冷却するための、例えば一つ以上のペルチェ要素または水冷却要素を含む冷却要素に接続され得る。検出器の冷却は、Ｍｅｄｉｐｉｘ検出器のような検出器が１５μＷ／画素も生成し得るときに重要となる。
【００５５】
支持ブロックにおける一つ以上の開口３１８は、第２の電気的接触を含むＰＣＢの背面の一部を露出させ得る。一つの実施形態において、第２の電気的接触は、コネクタ３２０、例えば標準的な電気コネクタ内に配置されてもよく、これは検出器の読出し電子機器への素早い接続を可能にしている。
【００５６】
図４Ａ〜４Ｃは、ＰＣＢの上部及び背面の写真と、ＰＣＢ４００の概要断面図を描写している。図４Ａおよび４Ｂは、円形状である例となるＰＣＢを描写している。この特定の実施形態において、ＰＣＢは約５０ｍｍの直径及び約１．６ｍｍの厚さを有している。検出器の応用及び／または数に応じて、ＰＣＢは任意の適切な大きさを有し得る。ＰＣＢの上部表面は、ＰＣＢの背面で、検出器の信号リード線を第２の電気的接触４０４へ電気的に接続させるために、第１の電気的接触４０２、例えばボンディングパッドを含み得る。これらの第２の電気的接触は、図４Ｂで示すようなＰＣＢの背面上に取り付けられる電気コネクタ４０３に接続され得る。
【００５７】
ＰＣＢ材料に埋め込まれた電気導電線４０６は、第１および第２の電気的接触を電気的に接続し得る。ＰＣＢは、高度に一体化した電気的真空フィードスルーとして機能し得るように、複数（多数）のコンタクト及び埋込み導電線を含み得る。例えば、その上に取り付けられる検出器の特定の応用及び／または数に応じて、ＰＣＢは、上部表面の第１の電気的接触を後部表面の第２の電気的接触に電気的に接続するために、１００から２０００の間の導電線を含み得る。
【００５８】
一つの実施形態において、多層ＰＣＢ、例えば標準の多層ＦＲ−４  ＰＣＢが使用され得る。他の実施形態において、低温同時焼成セラミック（ＬＴＣＣ）または高温同時焼成セラミック（ＨＴＴＣＣ）に基づくＰＣＢ、１層、２層及び多層の金属コアＰＣＢ及び／またはセラミックＰＣＢを含む他の適切なＰＣＢが使用され得る。そのようなＰＣＢの使用は、簡単で、安価で、信頼でき、且つ確立した電気的設計及び製造の利点を表す。加えて、ＰＣＢは様々な形状（矩形、円形）及び大きさ（数ｍｍから最大で数十ｃｍの直径）で製造され得る。
【００５９】
一つの実施形態において、ＰＣＢの少なくとも上部表面は、ＰＣＢをガス抜けから防ぐ超高真空シーラント層４０５で被覆されている。一つの実施形態において、ＵＨＶシーラント層は、液晶ポリマー（ＬＣＰ）材料を含み得る。別の実施形態において、ＰＣＢの背面は、ＬＣＰ材料を含むＵＨＶシーラント層４０７で被覆され得る。ＬＣＰ材料は、ＰＣＢをガス抜きから防ぎ得る。Ｒｏｇｅｒｓ社のＲ／ｆｌｅｘ（登録商標）３６００  シングル  クラッド  ラミネートのような適切なＬＣＰ材料が使用され得る。一つの実施形態において、ＰＣＢの端は、側面からのガス抜きを防ぎ、且つ取付け構造と真空チャンバとの間での真空密封のための金属表面を提供するために、例えば、銅及び／またはインジウム及び／または金を含む金属層４０８で密封され得る。
【００６０】
一つの実施形態において、ＰＣＢの端は、ある角度（例えば２０から５０度）で（部分的に）傾斜し得る。ＰＣＢに対する支持構造はＰＣＢを受けるための開口を有していてもよく、支持構造は傾斜した端部を備えており、これは、支持構造における最適な真空密閉が確実となるように、ＰＣＢの傾斜端部を受けるように構成されている。
【００６１】
ＬＣＰで被覆されたＰＣＢは真空密封として機能するので、ＰＣＢとステンレス鋼支持体（真空フランジ）との間の接続は、真空気密となる必要がある。この目的のために、真空フランジは、チップキャリアの傾斜端部がステンレス鋼支持体に接着されることができるように、機械加工されていてもよく、これはＰＣＢの端部と同じ角度で傾斜している（図４Ｃ参照）。二成分銀エポキシ（Ｈｙｓｏｌ  ＴＲＡ−ＤＵＣＴ  ２９０２、ヘンケル、デュッセルドルフ、ドイツ）のような真空対応接着剤が使用され得る。この方法で、ＵＨＶ密封は、ｌ０−９ｍｂａｒ・ｌ／ｓ未満の漏洩速度を有している。
【００６２】
加えて、ＰＣＢは支持ブロックによって機械的に支持され、これはキャリアのチップ側の真空とボードの電子機器側の周囲圧力との間の圧力差に起因した機械的応力を防ぐ。ＰＣＢ及び銅支持体は、熱的及び電気的導電性接着剤、例えば二成分銀エポキシ接着剤（ＥＰＯ−ＴＥＫ（登録商標）  ＥＥ１２９−４、エポキシテクノロジー社、ビルリカ、ＵＳＡ）を用いて接続され得る。支持ブロックは、ペルチェ要素及び／または水冷却チャネルなどの一つ以上の能動冷却要素を使用するヒートシンクとして機能し得る。キャリアのステンレス鋼支持体は、（１．５ｍｍ）インジウム糸またはバイトンＯリングを使用して真空チャンバに接続され得る。この方法は、１０−９ｍｂａｒ・ｌ／ｓ未満の漏洩速度を達成し得る。
【００６３】
図５Ａ及び５Ｂは、本発明の実施形態によるイオントラップフランジアセンブリ、特にＦＴ−ＩＣＲ  ＭＳ分析器セルフランジアセンブリを描写しており、イオントラップは、イオントラップを質量分析器のＵＨＶチャンバへ取り付けるために使用され得る超高真空対応フランジ構造上に取り付けられる。図５Ａ及び図５Ｂは、フランジ構造の断面図及び斜視図それぞれを描写しており、これは（（Ｔｉｍｅｐｉｘ）イオン検出器及び導電性グリッドを含み得る）（背面トラップ）イオン検出電極５０４及び前面トラップ電極５０６を含む複数の電極５０２から５０８を含むセルを含む。
【００６４】
すでに詳細に説明されたように、トラップ電極のようなイオントラップの電極は、図３及び４を参照して詳細に説明されるＵＨＶ対応ＰＣＢに基づく電気的フィードスルー構造に取り付けられ得る、一つ以上のＴｉｍｅｐｉｘイオン検出器のような一つ以上のイオン検出器を含むイオン検出電極として構成され得る。
【００６５】
すでに図３を参照して説明されたように、ＰＣＢは、（銅の）支持ブロック５１０に取り付けられてもよく、その結果、ＰＣＢに対して機械的支持を提供し、同時に検出器に対してヒートシンクとして機能する。支持ブロックは、ステンレス鋼フランジ構造５１２に取り付けられ得る。支持ブロックは一つ以上の開口を有していてもよく、それによって電気コネクタに接続され得るＰＣＢの背面の一部及び第２の電気的接触を露出させ、これは検出器とデータ処理コンピュータとの間で１Ｇｂｉｔ／ｓより大きい、好ましくは１から２５Ｇｂｉｔ／ｓの間の高速データ交換が達成され得るように、イオントラップの真空内イオン検出器と近接している外気の読出しインターフェースボード５１４を提供し得る。冷却手段、例えばベンチレータ、水冷式要素及び／または能動冷却要素は、金属支持ブロックに結合され得る。
【００６６】
本発明によるイオントラップは、イオントラップの検出電極において誘導される電荷の従来の検出を越えて、そのようなトラップの使用を拡張し得る。図６Ａから６Ｃは、本発明の実施形態によるイオントラップにおけるイオンの位置有感検出のための方法を描写している。図６Ａは、イオンセルのトラップ電極６０６〜６１０によって生成される電気的なトラップフィールド６０４において捕獲された、動いているイオン６０２を描写している。この特定の実施例において、イオン検出電極６１２は、前部のトラップ電極と共にトラップ電場を生成するように、所定の第１のバイアス電圧Ｖｄ１でバイアスされ得る。その後、イオンが図６Ｂで示すような位置有感検出器の画素化電極に向けて移動するように、バイアス電圧は第２のバイアス電圧Ｖｄ２に変更され、その結果トラップ電場を修正する。画素化電極と相互作用するイオンに関連した画素信号はイオントラップのイオンの空間分布の画像に加工される。別の実施形態において、イオン集合がイオン検出電極の方へ移動するように、前部トラップ電極６０６は電圧が上げられる。さらに別の実施形態において、イオン集合はイオン検出電極の方へ進むように、前部及び後部のトラップ電極は時間依存的な方法で操作され得る。
【００６７】
ＭｅｄｉｐｉｘまたはＴｉｍｅｐｉｘイオン検出器を用いるとき、画素は粒子計数モードに設定されるかもしれず、各画素はイオン検出電極にぶつかる（ヒットする）粒子の数を計数し得る。信号が特定のしきい値を越える場合、「ヒット」が計数され得る。そのように、ＩＣＲセルにおける空間イオン分布は、様々なパラメータを用いて調査され得る。
【００６８】
一つの実施形態において、空間イオン分布は、イオンサイクロトロン半径（励起の大きさ）の関数として調査されてもよく、これは（チャープ励起、共鳴正弦波励起、または保存された波形逆フーリエ変換（ＳＷＩＦＴ）によって）無線周波（ＲＦ）イオン励起によって印加される出力量を変更することによって変化され得る。ここで、出力は、ＲＦ振幅を変えることにより、または、励起時間を変えることにより、変更され得る。このように、ＩＣＲセルにおける正確なポスト励起の半径は、位置有感検出器によって直接測定されることができる。
【００６９】
別の実施形態において、ＩＣＲセルにおける空間イオン分布は、セルにおけるイオンの初期の捕獲の後の時間の関数として調査され得る。磁場の存在において、イオンはサイクロトロン運動及びマグネトロン運動の両方を得る。ＩＣＲセルにおけるイオンの捕獲時間が長いほど、イオンはより多くのマグネトロン運動を得る。
【００７０】
別の実施形態において、ＩＣＲセルにおける空間イオン分布は、外部の累積時間（すなわちＩＣＲセルにおけるイオンの数）の関数として研究され得る。このように、イオン−イオン相互作用（空間電荷）が研究され得る。通常のＦＴ−ＩＣＲ操作によってスペクトル効果が観察され得ると同時に、イオン−イオン相互作用の効果が位置有感検出器で観察され得る。
【００７１】
さらに別の実施形態において、ＩＣＲセルにおけるイオン分布は、セルの前部の電極及び後部の電極でのトラップ電圧の関数として調査され得る。スペクトル品質でのトラップ電圧の効果は、通常のＦＴ−ＩＣＲ操作によって測定されることができる。Ｔｉｍｅｐｉｘイオン検出器を用いるとき、図７において概略的に描写されているように、画素はタイム・オブ・フライト（ＴＯＦ）モードに設定され得る。このモードにおいて、外部シャッター間隔７２０は、トリガー信号７０４に基づいて開始され得る。一つ以上のイオンのイオン検出器の画素化電極への移動の開始を表し得るトリガー信号の生成で、画素化電極におけるデジタルカウンターは、長さＴの外部シャッター間隔の終わりまで（クロック７０８によって生成された）クロックサイクルを数える。シャッター間隔の間に信号７１２（すなわち、予め定められた閾値７０６を超える信号）が検出される場合、測定時間ｔｍｅａｓｕｒｅ７１０は、数えられたクロックサイクルの数に基づいて決定され得る。測定時間に基づいて、タイム・オブ・フライトはｔＴＯＦ＝Ｔ−ｔｍｅａｓｕｒｅとして決定され得る。このモードにおいて、いくつかの異なるパラメータ及び／または依存性が調査され得る。
【００７２】
一つの実施形態において、外部のストレージデバイスからＩＣＲセルの端部へのタイム・オブ・フライト（Ｔｉｍｅｐｉｘモード）が測定され得る。この場合において、イオンは静電的及び／またはｒｆ場によって外部のストレージデバイス（または多重極）に「保存」され得る。それから、イオンは、ストレージデバイスの外へセルに向かって放出され得る。放出の瞬間に、イオントラップの画素化電極での放出の運動から到着の運動までのイオンのタイム・オブ・フライト、並びにそれらの空間分布を測定し得るように、トリガー信号がＴｉｍｅｐｉｘに送られる。このタイム・オブ・フライト測定は、分光器内のタイムダイナミクス、及びビーム収束、及び輸送特性の情報を提供する。
【００７３】
別の実施形態において、ＩＣＲセルにおけるイオンのタイム・オブ・フライトが測定され得る。その場合において、イオンはセルの中心に収束／集中され得る。それから、イオンが（セルの一部である）Ｔｉｍｅｐｉｘ検出器の画素化電極へ向かって移動するように、ＩＣＲセルの電場は変更される。イオンが解放される瞬間、トリガー信号がＴｉｍｅｐｉｘ検出器に送られる。それから、Ｔｉｍｅｐｉｘは画素位置に基づいてイオンの衝突の位置、及びイオンが画素化電極上の特定の位置に到達するのにかかる時間を登録する。この情報は、ＩＣＲセル内のイオン運動及びタイムダイナミクスにおける見識を提供する。
【００７４】
上述した実験において、イオンが実際に画素化電極に「ぶつかる（ヒットする）」という意味では、イオンは画素化電極と相互作用している。別の実施形態において、イオンは誘導電流信号に基づいて画素化電極と相互作用し得る。特に、誘導電流は、イオンがＴｉｍｐｉｘイオン検出器の画素化電極の近くに移動するときに測定され得る。その場合において、イオンはセル内を循環し得る。それから、慎重にトラップフィールドを調整することにより、イオンは、Ｔｉｍｅｐｉｘ検出器の画素化電極の近くへ、それにぶつかることなく移動し得る。これらのイオンは、運動するイオンに近接する画素で、時間依存の鏡像電荷を誘導し得る。この測定は、セルにおけるイオン運動の性質における見識を提供し得る。
【００７５】
図８は、本発明の実施形態によるイオントラップにおけるイオンによって生成された画像の（高性能）コンピュータシミュレーションを描写している。それらが位置有感イオン検出器の画素化電極に投影されているように、画像はＦＴ−ＩＣＲ分析器セルにおけるイオン運動を示している。別々の雲は、タンパク質シトクロムＣの異なる電荷状態（ｍ／ｚまたはｍ／ｑ）を示している。（磁場に対して垂直な）軸方向にイオンを動かすことによって、ＦＴ−ＩＣＲ分析器におけるイオン雲の位置は、セルの一体部分である位置有感検出器で測定され得る。
【００７６】
いずれの実施形態に関して説明された如何なる特徴は、単独で、または、説明された他の特徴と組み合わせて使用されてもよく、その他の実施形態の一つ以上の特徴、またはその他の実施形態の如何なる組合せと組み合わせて使用され得ることを理解すべきである。
【符号の説明】
【００７７】
１０２  （検出）電極
１０４  （トラップ）電極
１０６  励起電極
１０８  （トラップ）電極、画素化イオン検出器
１１０  イオン検出器
１１１  アドレス可能な（検出）素子
１１４  測定用電子機器
１１５  開口
１１６  電圧源
１２０  イオン
２０２  基板
２０４  センサープレート
２０６  画素読出し電子機器
２０８  ソルダバンプ
２１０  ダイオード領域
２１２  上部電極
３０２  真空チャンバ
３０４  外気
３０６  印刷回路基板
３０８  支持ブロック
３１０  真空フランジ
３１２  第１の（後部）表面
３１４  第２の（上部）表面
３１６  １つ以上のイオン検出器
３１８  開口
３２０  コネクタ
４０２  第１の電気的接触
４０３  電気コネクタ
４０４  第２の電気的接触
４０５  超高真空シーラント層
４０６  電気導電線
４０７  シーラント層
４０８  金属層
５０２  電極
５０４  イオン検出電極
５０６  前面トラップ電極
５１０  支持ブロック
５１２  フランジ構造
５１４  読出しインターフェースボード
６０２  動いているイオン
６０４  トラップフィールド
６０６  前部トラップ電極
６０８  トラップ電極
６１０  トラップ電極
６１２  イオン検出電極
７０４  トリガー信号
７１２  信号
７２０  外部シャッター間隔
【図１】
2016524781.tif 000003
【図２】
2016524781.tif 000004
【図３】
2016524781.tif 000005
【図４】
2016524781.tif 000006
【図５（Ａ）】
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【図５（Ｂ）】
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【図６（Ａ）】
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【図６（Ｂ）】
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【図６（Ｃ）】
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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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