(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子を輸送するための装置であって、
制御ユニットと、
輸送チャネルの周囲に配置された複数の電極を有する輸送装置であって、前記輸送チャネルは、前記輸送装置によって受け取られた荷電粒子を受け取るように構成されたバンチ形成領域を含む輸送装置と、
を含み、
前記制御ユニットは、前記電極に印加される電圧を制御して前記輸送チャネル内に輸送ポテンシャルを生成するように構成され、前記輸送ポテンシャルは、前記輸送チャネルに沿って荷電粒子を１つ以上のバンチにより輸送するように移動するように構成される複数の移動するポテンシャル井戸を有し、
前記制御ユニットは、
前記輸送装置によって受け取られた荷電粒子が前記バンチ形成領域内に集められるように、前記バンチ形成領域内に一時的に集束ポテンシャルを生成するように前記電極に印加される電圧を制御し、ここで、前記集束ポテンシャルは、前記バンチ形成領域内に荷電粒子を集めるための静的なポテンシャル井戸を含み、該静的なポテンシャル井戸は、該静的なポテンシャル井戸の上流側ポテンシャル障壁と該静的なポテンシャル井戸の下流側ポテンシャル障壁の間に底部を有しており、該上流側ポテンシャル障壁は該下流側ポテンシャル障壁よりも前記輸送装置の入口に近く、前記静的なポテンシャル井戸の前記底部と前記上流側ポテンシャル障壁の頂部の間の電位差は、該静的なポテンシャル井戸の底部と前記下流側ポテンシャル障壁の頂部の間の電位差よりも小さく、
その後、前記集束ポテンシャルに代えて、選択された移動するポテンシャル井戸が前記集束ポテンシャルによって前記バンチ形成領域内に集められた前記荷電粒子から形成された荷電粒子のバンチを受け取った状態で該選択された移動するポテンシャル井戸が前記バンチ形成領域内に形成されるように前記バンチ形成領域内に前記輸送ポテンシャルを生成する
ように構成される装置。
【請求項２】
前記輸送チャネルの前記バンチ形成領域は緩衝ガスを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記集束ポテンシャルは、半径方向の閉じ込めポテンシャルを含み、前記半径方向の閉じ込めポテンシャルは、前記バンチ形成領域内に荷電粒子を半径方向に閉じ込めるように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記制御ユニットは、前記バンチ形成領域内に前記集束ポテンシャルを生成するための電圧が前記電極に印加されなくなる時刻の１００μｓ以内に、前記バンチ形成領域内に前記輸送ポテンシャルを生成するための電圧が前記電極に印加されるように、前記電極に印加される前記電圧を制御するように構成される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
前記制御ユニットは、前記集束ポテンシャルが前記バンチ形成領域内で一時的に生成されている間、および前記輸送ポテンシャルが前記バンチ形成領域内で生成されている間の両方において、前記電極に印加される前記電圧を制御して前記輸送チャネルの輸送領域内に前記輸送ポテンシャルを生成するように構成される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
複数の移動するポテンシャル井戸を有する前記輸送ポテンシャルは不均一高周波電界であり、その有効ポテンシャルは複数の連続的に移動するポテンシャル井戸を有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
前記制御ユニットは、
前記輸送装置によって受け取られた荷電粒子が前記バンチ形成領域内に集められるように、前記バンチ形成領域内に集束ポテンシャルを一時的に生成し、その後、
選択された移動するポテンシャル井戸が前記バンチ形成領域内に集められた前記荷電粒子から形成された荷電粒子のバンチを受け取る状態でそれぞれの選択された移動するポテンシャル井戸が前記バンチ形成領域内に形成されるように前記輸送ポテンシャルを前記バンチ形成領域内に生成するように、前記電極に印加される前記電圧を繰り返し制御するように構成されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
前記電極は、前記輸送チャネルの少なくとも一部に沿って延びる一対のソリッドのロッド電極および／または前記輸送チャネルの少なくとも一部に沿って延びる一対のセグメント化されたロッド電極を含む、請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
前記輸送装置の前記電極は複数の引き出し電極を含み、前記制御ユニットは、前記引き出し電極を制御して、前記輸送チャネルの引き出し領域内の対象のポテンシャル井戸に含まれる荷電粒子のバンチを前記輸送装置の出口を通って前記輸送装置の外へ引き出すように設定された引き出しポテンシャルを生成する、請求項１〜８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
前記引き出しポテンシャルは、前記輸送チャネルの引き出し領域内の対象のポテンシャル井戸に含まれる荷電粒子のバンチを、前記輸送チャネルに沿って延びる長手方向軸に直交する方向に前記輸送装置の前記出口を通って前記輸送装置の外へ引き出すように設定される、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記制御ユニットは、前記引き出し電極に印加される電圧を制御して、繰り返し、
前記引き出し領域内に前記輸送ポテンシャルを生成し、その後、
前記輸送装置の前記出口を通って前記輸送装置の外へ前記輸送チャネルの前記引き出し領域内の対象のポテンシャル井戸に含まれる荷電粒子のバンチを引き出すように設定された引き出しポテンシャルを一時的に生成するように構成される、請求項９または１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記制御ユニットは、対象のポテンシャル井戸が前記引き出し領域内の所定の位置に移動したときに、前記引き出しポテンシャルが前記引き出し領域内に一時的に生成されるように前記引き出し電極に印加される前記電圧を制御するように構成される、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記装置は、前記引き出し領域内に前記引き出しポテンシャルを生成するために前記引き出し電極に印加される電圧を生成するための引き出し電源を含み、前記引き出し電源は、前記引き出し領域内に前記輸送ポテンシャルを生成するために前記引き出し電極に印加される電圧を生成するための輸送電源とは分離している、請求項１１または１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記電極は、前記輸送チャネルの少なくとも一部に沿って延びる一対のセグメント化されていないロッド電極を含み、
前記一対のセグメント化されていないロッド電極は少なくとも２つの部分に分割され、前記部分の一方は前記引き出し領域の周囲に配置され、一対の引き出し電極として機能する、請求項９〜１３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１５】
前記電極は、前記輸送チャネルの少なくとも一部に沿って延びる一対のセグメント化されたロッド電極を含み、
前記一対のセグメント化されたロッド電極は、引き出し電極として機能する前記引き出し領域の周囲に配置されたセグメント化された電極を含む、請求項９〜１４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１６】
荷電粒子を分析するための装置であって、
荷電粒子を生成するように構成された荷電粒子源と、
請求項１〜１５のいずれか１項に記載の装置であって、前記輸送装置は、前記荷電粒子源によって生成された荷電粒子を受け取るように構成された装置と、
前記輸送ポテンシャルによって前記輸送装置の前記輸送チャネルに沿って輸送された荷電粒子のバンチを分析するように構成された分析装置と、
を含む装置。
【請求項１７】
前記荷電粒子源は、前記輸送装置によって受け取られる荷電粒子の流れを生成するように構成される、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
輸送チャネルの周囲に配置された複数の電極を有する輸送装置を含む装置を操作する方法であって、前記輸送チャネルは、前記輸送装置によって受け取られた荷電粒子を受け取るように構成されたバンチ形成領域を含み、前記方法は、
前記電極に印加される電圧を制御して、前記輸送チャネル内に輸送ポテンシャルを生成するステップであって、前記輸送ポテンシャルは、荷電粒子を前記輸送チャネルに沿って１つ以上のバンチにおいて輸送するように移動するように設定される複数の移動するポテンシャル井戸を有するステップと、
前記輸送装置によって受け取られた荷電粒子が前記バンチ形成領域内に集められるように、前記バンチ形成領域内に集束ポテンシャルを一時的に生成し、ここで、前記集束ポテンシャルは、前記バンチ形成領域内に荷電粒子を集めるための静的なポテンシャル井戸を含み、該静的なポテンシャル井戸は、該静的なポテンシャル井戸の上流側ポテンシャル障壁と該静的なポテンシャル井戸の下流側ポテンシャル障壁の間に底部を有しており、該上流側ポテンシャル障壁は該下流側ポテンシャル障壁よりも前記輸送装置の入口に近く、前記静的なポテンシャル井戸の前記底部と前記上流側ポテンシャル障壁の頂部の間の電位差は、該静的なポテンシャル井戸の底部と前記下流側ポテンシャル障壁の頂部の間の電位差よりも小さく、
その後、前記集束ポテンシャルに代えて、選択された移動するポテンシャル井戸が前記集束ポテンシャルによって前記バンチ形成領域内に集められた前記荷電粒子から形成された荷電粒子のバンチを受け取る状態で該選択された移動するポテンシャル井戸が前記バンチ形成領域内に形成されるように前記輸送ポテンシャルを前記バンチ形成領域内に生成するように、前記電極に印加される前記電圧を制御するステップと、
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は荷電粒子を輸送するための輸送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エレクトロスプレーイオン源などの多くの荷電粒子源は、個別に分離した荷電粒子のバンチ（bunch）ではなく、（時間的に連続した）荷電粒子の連続的な流れを生成する。しかしながら、荷電粒子を分析するように構成された多くの分析装置にとって、荷電粒子は連続的な流れとしてよりもむしろバンチ毎に分析されることが好ましい。そのような分析装置の例は、飛行時間型（「ＴｏＦ」）分析計である。
【０００３】
したがって、荷電粒子を輸送チャネルに沿って、１つ以上のバンチにより輸送するように構成された輸送装置が開発されている。
【０００４】
そのような輸送装置の例は、特許文献１および特許文献２に記載されている。以下「Ａ機器」とも呼ぶこの輸送装置は、不均一な高周波電界を使用し、その有効ポテンシャルは、各々がそれぞれの荷電粒子のバンチを輸送するのに適した複数のポテンシャル井戸を有する。デジタル手段ではなくアナログ手段によってではあるが、類似の特性を有するポテンシャルを生成する輸送装置は特許文献３にも開示されている。
【０００５】
そのような輸送装置の他の例は、特許文献４に記載されている。以下「Ｔ波」機器、イオンガイド、または衝突セルとも呼ぶこの輸送装置は、それぞれが荷電粒子のそれぞれのバンチを輸送するのに適した複数のポテンシャル井戸を含むＤＣ電界を生成する。「Ｔ波」機器では、半径方向の閉じ込め場を生成するように、積層されたリングシステム内の交互のリング電極に逆位相でＲＦ波形が印加される。進行するＤＣポテンシャルが電極に順次印加されてＤＣ障壁を生成し、このＤＣ障壁が、半径方向に捕捉されたイオンを機器に沿って付勢する。捕捉されたイオンをバンチ毎に分離するために複数のＤＣ障壁を生成してもよい。
【０００６】
このように、Ａ機器およびＴ波機器の両方において、輸送チャネル内に輸送ポテンシャルを生成するために複数の電極が制御され、この輸送ポテンシャルは、輸送チャネルに沿って荷電粒子を１以上のバンチにより輸送するように構成された複数のポテンシャル井戸を有する。
【０００７】
本発明者らは、移動する井戸を組み込んだ荷電粒子輸送装置へ荷電粒子を注入する際、広い質量範囲の荷電粒子を注入することができることが望ましく、また、どの井戸に荷電粒子を注入するかを任意に選択できることが望ましいことに気付いた。質量範囲が広い方が望ましいということは、例えば質量分析のような分析方法の効率が向上することから明らかである。
【０００８】
後により詳細に記載するように、本発明者らは、特許文献１に記載されているように広範囲の質量を有する荷電粒子がＡ機器に入る場合、低い質量を有する荷電粒子は、高い質量を有する荷電粒子と比較して、別々のポテンシャル井戸によって受け取られる傾向があることを見出した。結果として、それぞれのポテンシャル井戸に含まれる荷電粒子の各バンチの質量範囲は、制限されるか、または各質量の荷電粒子が最初に集められた際に存在した荷電粒子の数を正確には表さないことがある。
【０００９】
本発明者らはまた、例えば、対象のポテンシャル井戸に含まれる、ある荷電粒子のバンチを輸送装置から引き出すように設定された引き出しポテンシャルによって複数のバンチを輸送装置から引き出すと、対象のバンチ以外のバンチが歪む可能性があることに気付いた。これは、イオンの全体的な損失、イオンの部分的な損失、またはイオンのエネルギーの増加をもたらす可能性があり、その結果、より低いデューティサイクルおよびより低い感度をもたらす可能性がある。
【００１０】
そのような歪みの影響は、図６および図７に見ることができ、それらは以下に詳細に説明する装置のシミュレーションによって得られている。これらの影響により、（荷電粒子のバンチの測定によく使用される）ＴｏＦ型分析装置などの、下流側に位置する分析装置の精度とデューティサイクルが低下する可能性がある。本発明は上記の考察に鑑みてなされたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】国際公開第２０１２／１５０３５１号
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１４／００６１４５７号
【特許文献３】米国特許出願公開第２００９／２７８０４３号
【特許文献４】英国特許第２３９１６９７号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第１の態様は、荷電粒子を輸送するための装置であって、
制御ユニットと、
輸送チャネルの周囲に配置された複数の電極を有する輸送装置と、
を含む。ここで、前記輸送チャネルは、該輸送装置によって受け取られた荷電粒子を受け取るように構成されたバンチ形成領域を含む。
そして前記制御ユニットは、前記電極に印加される電圧を制御して前記輸送チャネル内に輸送ポテンシャルを生成するように構成され、前記輸送チャネルに沿って荷電粒子を１つ以上のバンチにより輸送するように前記輸送ポテンシャルが移動するように構成される複数のポテンシャル井戸を有する。
また前記制御ユニットは、前記電極に印加される電圧を制御して、
前記輸送装置によって受け取られた荷電粒子が前記バンチ形成領域内に集められるように、前記バンチ形成領域内に一時的に集束ポテンシャルを生成し、その後、
選択されたポテンシャル井戸が該集束ポテンシャルによって該バンチ形成領域内に集められた荷電粒子から形成された荷電粒子のバンチを受け取った状態で該選択されたポテンシャル井戸が該バンチ形成領域内に形成されるように前記バンチ形成領域内に輸送ポテンシャルを生成する
ように構成されている。
【００１３】
このようにして、例えば、輸送ポテンシャルが連続的に生成されているチャネル内に荷電粒子のバンチが直接注入される方法と比較して、荷電粒子の漏出および／または散乱を減少させるのを助けるように、選択されたポテンシャル井戸に荷電粒子のバンチを提供することができる。
【００１４】
好ましくは、選択ポテンシャル井戸に含まれる荷電粒子のバンチは、集束ポテンシャルによってバンチ形成領域内に集められた荷電粒子の大部分、より好ましくは実質的に全部を含む。選択されたポテンシャル井戸に含まれなかった荷電粒子は（例えば、それらは隣接する井戸に含まれているため）、その後の分析に使用できない可能性があり、したがって廃棄されると考えることができるので、これは好ましい。
【００１５】
しかしながら、選択されたポテンシャル井戸に含まれる荷電粒子のバンチがバンチ形成領域内に実質的に全ての荷電粒子を含むことが典型的には好ましい可能性がある一方で、これは例えば、バンチ形成領域内に輸送ポテンシャルを生成することによる散乱、またはバンチ形成領域内に連続的に注入される荷電粒子により、実際には達成するのが難しいかもしれない。
【００１６】
好ましくは、集束ポテンシャルは、バンチ形成領域内に荷電粒子を集めるためのポテンシャル井戸を含む。このポテンシャル井戸は、輸送チャネルに沿って延びる長手方向軸に対して荷電粒子を軸方向に閉じ込めるように構成されていることが好ましい。
【００１７】
前記集束ポテンシャルに含まれるポテンシャル井戸は、静的であってもよい。
【００１８】
前記集束ポテンシャルは、例えば、ポテンシャル井戸に加えて、半径方向の閉じ込めポテンシャルを含むことができる。この半径方向の閉じ込めポテンシャルは、バンチ形成領域内で荷電粒子を半径方向（例えば、輸送チャネルに沿って延びる長手方向軸に対して半径方向）に閉じ込めるように設定される。半径方向の閉じ込めポテンシャルは、ＡＣポテンシャル、例えば、ＲＦポテンシャル、例えば、多重極の電極にＲＦポテンシャルを印加することによって生成されるＲＦ多重極場（ＲＦ＝高周波）とすることができる。
【００１９】
前記ポテンシャル井戸は、上流側ポテンシャル障壁と下流側ポテンシャル障壁とを有することができる。なお、上流側ポテンシャル障壁は、下流側ポテンシャル障壁よりも輸送装置の入口に近い方を言う。
【００２０】
下流側ポテンシャル障壁は、ポテンシャル井戸内に集められた荷電粒子が輸送装置の入口から離れる方向にポテンシャル井戸から出るのを阻止する（より好ましくは実質的に妨げる）ように設定されてもよい。ポテンシャル井戸の底部と下流側ポテンシャル障壁の頂部との間の電位差は、０．０１Ｖ以上、より好ましくは０．１Ｖ以上、より好ましくは１Ｖ以上、さらに好ましくは２Ｖ以上とすることができる。
【００２１】
上流側ポテンシャル障壁は、荷電粒子をポテンシャル井戸の底部に向かって付勢するとともに、ポテンシャル井戸内に集められた荷電粒子が輸送装置の入口に向かう方向にポテンシャル井戸から出るのを阻止する（より好ましくは実質的に防止する）ように設定することができる。ポテンシャル井戸の底部と上流側ポテンシャル障壁の頂部との間の電位差は、少なくとも０．０１Ｖとすることができ、好ましくは０．５Ｖ未満である。この電位差は、好ましくはポテンシャル井戸の底部と下流側ポテンシャル障壁の頂部との間の電位差よりも小さい。実際、ポテンシャル井戸の底部と上流側ポテンシャル障壁の頂部との間の電位差は、イオンを輸送装置の入口からポテンシャル井戸内に押し込むだけでなく、それらをポテンシャル井戸内に閉じ込めるのに十分な大きさでありながら、輸送装置の入口からポテンシャル井戸に入る荷電粒子に与えられるエネルギーを最小にするように、可能な限り小さくすることができる。この電位差ができるだけ小さいのが好ましい理由は、荷電粒子に大きなエネルギーを与えずに、輸送装置の入口からポテンシャル井戸に入る荷電粒子をポテンシャル井戸内に押し込み、これによってポテンシャル井戸内に低い平均運動エネルギーを有する荷電粒子を集めるのを助けることが望ましいからである。より低い運動エネルギーを有する荷電粒子のバンチは、概して空間的な広がりが小さく、隣接するポテンシャル井戸内への過剰こぼれを防ぐために必要なポテンシャル井戸の深さが少なくてすむ。
【００２２】
上流側ポテンシャル障壁は、緩やかな電位勾配の形態をとり得るが、他の形態も可能である。
【００２３】
輸送チャネルのバンチ形成領域は、緩衝ガスを含む／含有することができる。バンチ形成領域内のそのような緩衝ガスの存在は、選択されたポテンシャル井戸から隣接するポテンシャル井戸へのイオンの過剰こぼれの可能性を低減／最小化し、密集したイオンのバンチ（例えば、小さなサイズのバンチ）を維持するのを助けることができる。バンチ形成領域内の緩衝ガスは中性ガスであってもよく、例えば、アルゴンなどの希ガスとすることができる。
【００２４】
バンチ形成領域内の緩衝ガスは、好ましくは５×１０−１〜５×１０−４ミリバール、より好ましくは５×１０−２〜１×１０−３ミリバールの圧力を有する。
【００２５】
バンチ形成領域内の緩衝ガスは、荷電粒子と緩衝ガスの粒子との間の衝突によって荷電粒子の熱エネルギーを減少させるように構成されることが好ましい。荷電粒子の冷却を促進するために緩衝ガスを（例えば、冷却機器によって）冷却することができるが、疑義を避けるために述べておくと、周囲温度にある緩衝ガスを用いて有用な冷却効果を与えることもできる。
【００２６】
好ましくは、バンチ形成領域内の緩衝ガスは、荷電粒子を冷却して２０ｅＶより低い、より好ましくは１ｅＶより低い、より好ましくは０．１ｅＶより低い平均（中間）エネルギーを有するように構成され、選択されたポテンシャル井戸から隣接するポテンシャル井戸内へのイオンの過剰こぼれの可能性を助ける。
【００２７】
制御ユニットは、電極に印加される電圧を制御して、集束ポテンシャルが輸送チャネルのバンチ形成領域内で輸送ポテンシャルと同時に生成しないように構成することができる。
【００２８】
これは、バンチ形成領域内で集束ポテンシャルが輸送ポテンシャルと同時に生成した場合、輸送ポテンシャルがバンチ形成領域内の荷電粒子の集まりを妨げ、例えば、荷電粒子の散乱および／または他のそのような問題のある影響を引き起こす可能性があるためである。
【００２９】
しかしながら、疑義を避けるために述べておくと、バンチ形成領域内で輸送ポテンシャルが荷電粒子の集まりを過度に妨害しないように重複が十分に短い限り、バンチ形成領域内に生成される集束ポテンシャルと輸送ポテンシャルとの間のいくらかの重複があり得る。
【００３０】
好ましくは、制御ユニットは、バンチ形成領域に輸送ポテンシャルが生成される前に、所定の時間の間、バンチ形成領域内に一時的に集束ポテンシャルが生成されるように、電極に印加する電圧を制御するように構成される。
【００３１】
前記所定の時間は、輸送装置に注入された荷電粒子がバンチ形成領域内に集まることを可能にするのに十分であり、同時に不必要な遅延なしに輸送装置が荷電粒子を次のポテンシャル井戸に提供するために移動することを可能にするのに十分短いことが好ましい。所定の時間量は、探索されるバンチ内の荷電粒子の数、荷電粒子が輸送装置に注入される頻度（荷電粒子が輸送装置によって荷電粒子の定常流として受け取られる場合）、連続荷電粒子ビームの電流、および（緩衝ガスが存在する場合）緩衝ガスの圧力および温度などの様々なパラメータにも依存するであろう。一例として、荷電粒子がエレクトロスプレーイオン源（下記参照）によって提供されるイオンである場合、所定の時間期間は、典型的な一組のパラメータに対して、０．０５ｍｓ以上、より好ましくは０．６ｍｓ以上とすることができる。
【００３２】
制御ユニットは、電極に印加される電圧を次のように制御するように構成することができる。例えば、バンチ形成領域内に集束ポテンシャルを一時的に生成することと輸送ポテンシャルを生成することとの間の迅速な移行を達成するように、バンチ形成領域内に集束ポテンシャルを生成するための電圧が電極（例えば、バンチ形成領域の周囲に配置された電極）に印加されるのを止めた時刻の１００μｓ以内、より好ましくは１０μｓ以内、より好ましくは１μｓ以内に、バンチ形成領域内に輸送ポテンシャルを生成するための電圧が電極（例えば、バンチ形成領域の周囲に配置された電極）に印加されるようにする。
【００３３】
好ましくは、バンチ形成領域内に集束ポテンシャルを生成するための電圧が電極に印加されなくなった後に、バンチ形成領域内に輸送ポテンシャルを生成するための電圧が電極に印加される。しかしながら、疑義を避けるために述べておくと、バンチ形成領域電極に印加される、バンチ形成領域内に集束ポテンシャルを生成するための電圧とバンチ形成領域内に輸送ポテンシャルを生成するための電圧との間にいくらかの重複が存在することができる。ただし、バンチ形成領域内で輸送ポテンシャルが荷電粒子の集まりを過度に妨害しないように、重複はできるだけ短いことが好ましい。
【００３４】
好ましくは、制御ユニットは、集束ポテンシャルが一時的にバンチ形成領域内に生成されている間に、電極に印加される電圧を制御して輸送チャネルの輸送領域に輸送ポテンシャルを生成するように構成されるので、好ましくは、荷電粒子の１つ以上のバンチが輸送領域内の輸送チャネルに沿って輸送されている一方、集束ポテンシャルはバンチ形成領域内に一時的に生成されている。
【００３５】
より好ましくは、制御ユニットは、集束ポテンシャルが一時的にバンチ形成領域に生成されている間、および輸送ポテンシャルがバンチ形成領域に生成されている間の両方の間に、電極に印加される電圧を制御して輸送チャネルの輸送領域に輸送ポテンシャルを生成するように構成されるので、好ましくは、バンチ形成領域内に生成されるポテンシャルに関係なく、荷電粒子の１つ以上のバンチを輸送チャネルの輸送領域内の輸送チャネルに沿って輸送できる。
【００３６】
このようにして、輸送領域内の１つ以上のポテンシャル井戸に含まれる荷電粒子の１つ以上のバンチを輸送領域内の輸送チャネルに沿って輸送しながら、バンチ形成領域内で（新しいバンチを形成するために）荷電粒子が集められる。したがって、荷電粒子のいくつかのバンチをそれぞれのポテンシャル井戸内のチャネルに沿っていつでも輸送することができ、それによって輸送装置のデューティサイクルを増加させることを可能にする。
【００３７】
輸送チャネルの輸送領域は、緩衝ガスを含む／含有することができる。そのような緩衝ガスの例示的な特性は、以下の詳細な説明に示す。
【００３８】
輸送領域は、バンチ形成領域よりも輸送装置の入口から遠くに離れていてもよい。
【００３９】
疑義を避けるために述べておくが、輸送領域の周囲の電極は、輸送チャネルのバンチ形成領域の周囲の電極と構造的に非常に類似しているか、または同一でさえあり得る。したがって、いくつかの実施形態では、これらの領域は、各領域の周囲の電極に印加される電圧の形態および／またはタイミングによってのみ区別可能であり得る。
【００４０】
制御ユニットは、１つ以上のバンチ内において輸送チャネルに沿って荷電粒子を輸送するように、輸送ポテンシャルが生成されている輸送チャネルの任意の領域において、複数のポテンシャル井戸が（例えば、引き出し領域が存在する場合には該引き出し領域に向かって）共に移動するように、電極に印加される電圧を制御するように構成することができる。このようにして、各々のバンチがそれぞれのポテンシャル井戸に収容されている荷電粒子の複数のバンチを同時にチャネルに沿って、例えば、ベルトコンベア方式で、移動させることができる。
【００４１】
制御ユニットは、１つ以上のバンチにおいて輸送チャネルに沿って荷電粒子を輸送するように、輸送ポテンシャルが生成されている輸送チャネルの任意の領域において、複数のポテンシャル井戸が（例えば、引き出し領域が存在する場合には該引き出し領域に向かって）輸送チャネルに沿って連続的に共に移動するように、電極に印加される電圧を制御するように構成することができる。この場合、複数のポテンシャル井戸は、輸送ポテンシャルが生成されている任意の領域内を継続的に移動しているので、移動ポテンシャル井戸または進行ポテンシャル井戸と呼ぶことができる。
【００４２】
輸送ポテンシャルがバンチ形成領域内で生成されている間に、複数のポテンシャル井戸が輸送チャネルのいずれかの領域で連続的に共に移動している場合、好ましくは、輸送ポテンシャルがバンチ形成領域内に生成され始めるタイミング／フェーズは、選択されたポテンシャル井戸がバンチ形成領域内に形成され、選択されたポテンシャル井戸が集束ポテンシャルによってバンチ形成領域内に集められた荷電粒子から形成された荷電粒子のバンチを受け取るように選択される。そのようなタイミング／フェーズを選択するように制御ユニットを構成することは、輸送ポテンシャルの形態の知識を有する当業者の能力の範囲内であろう。
【００４３】
他の構成も可能である。例えば、ポテンシャル井戸は互いに異なる速度で、互いに異なる方向に移動することができる。また、いくつかのポテンシャル井戸は他が動いているとき静的であることができる。
【００４４】
疑義を避けるために述べておくが、輸送ポテンシャルがバンチ形成領域内で生成されない時間期間（例えば、集束ポテンシャルが一時的にバンチ形成領域で生成されている場合−上記参照）が存在する可能性があり、そのため、そのような期間中にバンチ形成領域内に（連続的に移動している、または連続的に移動していない）複数のポテンシャル井戸が存在しない可能性がある。
【００４５】
好ましくは、複数のポテンシャル井戸を有する輸送ポテンシャルは不均一な高周波電界であり、その有効ポテンシャルは、例えば、特許文献１に記載されているように（特許文献２も参照）、複数の連続的に移動するポテンシャル井戸を有する。したがって、複数のポテンシャル井戸は、有効ポテンシャル井戸であり得る。
【００４６】
デジタル手段ではなくアナログ手段によって生成されるものであるが、連続的に移動する複数のポテンシャル井戸を有するポテンシャルを生成する別の輸送装置もまた、特許文献３に開示されている。
【００４７】
あるいはまた、複数のポテンシャル井戸を有する輸送ポテンシャルは、各々が荷電粒子のそれぞれのバンチを輸送するのに適した複数のポテンシャル井戸を含むＤＣ（非振動）ポテンシャル、上述したように、例えば「Ｔ波」衝突セルとすることができる。
【００４８】
好ましくは、制御ユニットは、電極に印加される電圧を、繰り返し、次のように制御するように構成されている。すなわち、輸送装置によって受け取られた荷電粒子がバンチ形成領域内に集められるように、バンチ形成領域内に集束ポテンシャルを一時的に生成する。その後、選択されたポテンシャル井戸がバンチ形成領域内に集められた荷電粒子から形成された荷電粒子のバンチを受け取る状態でそれぞれの選択されたポテンシャル井戸がバンチ形成領域内に形成されるように、輸送ポテンシャルをバンチ形成領域内に生成する。
【００４９】
選択されたポテンシャル井戸間の距離（例えば、荷電粒子のバンチを含んだ１つの選択されたポテンシャル井戸の底から荷電粒子のバンチを含んだ次の選択されたポテンシャル井戸の底までの距離）は、１０ｍｍ以上とすることができる。バンチ間の間隔、すなわち輸送装置の軸に沿った連続するバンチ間の距離を制御することにより、この間隔を所与の出力機器に合わせることが可能になる。例えば、図３に示す出力機器の場合、分離は、引き出しポテンシャル（存在する場合は下記参照）が対象のポテンシャル井戸に含まれるバンチ以外の荷電粒子のバンチを歪ませるのを防ぐように選択することができる。
【００５０】
好ましくは、荷電粒子のそれぞれのバンチを含む選択されたポテンシャル井戸は、輸送ポテンシャルのｎ番目（ｎは整数）ごとの連続的なポテンシャル井戸に対応し、すなわち、輸送ポテンシャルのｎ番目ごとの連続的なポテンシャル井戸は、荷電粒子のそれぞれのバンチを含む。例えば、ｎは、１、２、３、または４、またはより大きな整数とすることができる。
【００５１】
ｎ番目のバンチを選択する能力は、下流側機器が、デューティサイクルを維持しなければ隣接するポテンシャル井戸内に含まれるイオンバンチを混乱させまたは処理することができなくなるときに、デューティサイクルを維持することを可能にし得るので有用である。そのような装置の一例として、例えば、輸送チャネルの長手方向軸に対して直交する方向に輸送装置から対象のイオンバンチを引き出すための引き出し電極を設けることができる。
【００５２】
輸送装置は、荷電粒子が輸送装置によって、例えば、荷電粒子の供給源から、受け取られることを可能にするように構成された入口を有することができる。
【００５３】
輸送装置は、荷電粒子が輸送装置から出ることを可能にするように構成された出口を有することができる。
【００５４】
いくつかの実施形態では、電極は、輸送チャネルの少なくとも一部に沿って延びる一対のソリッドな（好ましくは双曲線の）ロッド電極および／または輸送チャネルの少なくとも一部に沿って延びる一対のセグメント化された（好ましくは双曲線の）ロッド電極を含むことができる。両方の対が存在する場合、一対の連続双曲線ロッド電極は、一対のセグメント化された双曲線ロッド電極と同じ輸送チャネルの部分に沿って延びることができる。
【００５５】
輸送装置の電極は、複数の引き出し電極を含むことができる。制御ユニットは、引き出し電極を制御して、輸送チャネルの引き出し領域内の対象のポテンシャル井戸に含まれる荷電粒子のバンチを、輸送装置の出口を通って輸送装置から、例えば、後述のような分析装置に向けて引き出すように設定された引き出しポテンシャルを生成するように構成することができる。
【００５６】
このようにして、荷電粒子のバンチは、分析装置それらが輸送チャネルに沿って輸送された後に、後述するように分析装置によって行われる次の分析のために輸送装置から引き出すことができる。
【００５７】
引き出しポテンシャルは、輸送チャネルに沿って延びる長手方向軸に対して非平行（好ましくは直交）である方向に、輸送装置の出口を通って輸送装置の外に輸送チャネルの引き出し領域内の対象のポテンシャル井戸に含まれる荷電粒子のバンチを引き出すように設定することができる。
【００５８】
輸送チャネルは、１つ以上の引き出し領域を含むことができる。その／各々の引き出し領域は、輸送チャネルの輸送領域内に配置することができる。このようにして、荷電粒子を束ねて、その／各々の引き出し領域に輸送することができる。
【００５９】
好ましくは、制御ユニットは、次のような処理を繰り返すように、引き出し電極に印加される電圧を制御するように構成される。
引き出し領域内に輸送ポテンシャルを生成し、その後
輸送チャネルの引き出し領域内の対象のポテンシャル井戸に含まれる荷電粒子のバンチを輸送装置の出口を通って輸送装置の外に引き出すように設定された引き出しポテンシャルを一時的に生成する。
【００６０】
装置は、引き出し電極に印加される電圧を発生させて、引き出し領域に引き出しポテンシャルを生成する引き出し電源を含みうる。ただし、それは、引き出し電極に印加される電圧を発生させて、引き出し領域に輸送ポテンシャルを生成する輸送電源とは別個である。
【００６１】
制御ユニットは、対象のポテンシャル井戸が引き出し領域内の所定の位置（例えば、引き出し領域の中央）に移動したときに、引き出しポテンシャルが引き出し領域内に一時的に生成されるように、引き出し電極に印加される電圧を制御するように構成することができる。
【００６２】
電極が、輸送チャネルの少なくとも一部に沿って延びる一対のソリッドな（例えば、双曲線の）ロッド電極と、輸送チャネルの少なくとも一部に沿って延びる一対のセグメント化された（例えば、双曲線の）ロッド電極とを含む場合（上記参照）、一対のソリッドなロッド電極は、（例えば、輸送チャネルに沿って延びる長手方向軸に沿って）少なくとも２つの部分に分割されてもよく、前記部分の一方は引き出し領域の周囲に配置され、一対の引き出し電極として機能する。
【００６３】
電極が、輸送チャネルの少なくとも一部に沿って延びる一対のソリッドな（例えば、双曲線の）ロッド電極と、輸送チャネルの少なくとも一部に沿って延びる一対のセグメント化された（例えば、双曲線の）ロッド電極とを含む場合（上記参照）、一対のセグメント化されたロッド電極は、引き出し電極として機能する引き出し領域の周囲に配置されたセグメント化された電極を含むことができる。
【００６４】
輸送装置の入口は、輸送チャネルのバンチ形成領域に隣接して配置することができ、例えば、その結果、輸送装置の入口によって受け取られた荷電粒子は、輸送チャネルのバンチ形成領域に入る。
【００６５】
輸送装置は、１つ以上の所定の受け取り時間窓の間に荷電粒子が輸送装置によって受け取られることのみを可能にするように構成されてもよい。好ましくは、該１つ以上の所定の受け取り時間窓は、輸送ポテンシャルがバンチ形成領域内に生成されるときに、選択されたポテンシャル井戸に含まれる荷電粒子のバンチが、バンチ形成領域内に存在する荷電粒子の大部分、より好ましくは実質的に全部を含むように、輸送装置によって受け取られた荷電粒子がバンチ形成領域内に集まる時間を有するように選択される。
【００６６】
荷電粒子の連続供給源を使用して荷電粒子を輸送装置に注入する場合（後記参照）、荷電粒子を１つ以上の所定の受け取り時間窓の間だけ輸送装置によって受け取られるように輸送装置を構成することは特に有用でありえる。なぜなら、そうでないならば、荷電粒子が輸送装置に連続的に注入される可能性があり、輸送装置によって受け取られた荷電粒子の多くは、選択されたポテンシャル井戸によって受け取られない可能性がある。
【００６７】
好ましくは、その／各々の所定の受け取り時間窓は、集束ポテンシャルがバンチ形成領域内に生成される集束ポテンシャル時間窓と一致するように選択され、例えば、その結果、集束ポテンシャルがバンチ形成領域内に生成されていない間、荷電粒子は輸送チャネルによって受け取られない。
【００６８】
輸送装置は、例えば、集束ポテンシャルの形状を変更して輸送装置の入口に隣接する適切な大きさのポテンシャル障壁／井戸を含むことによって、および／または輸送装置の入口の外側で荷電粒子ゲートを使用することによって、荷電粒子が１つ以上の所定の受け取り時間窓の間に輸送装置によって受け取られることのみを可能にするように構成することができる。
【００６９】
荷電粒子はイオンとすることができる。他の荷電粒子（例えば、粉塵粒子）もまた使用することができる。
【００７０】
本発明の第２の態様は、荷電粒子を分析するための装置であって、
荷電粒子を生成するように構成された荷電粒子の供給源と、
本発明の第１の態様で説明したような装置であって、該輸送装置は、前記荷電粒子の供給源によって生成した荷電粒子を受け取るように構成された装置と、
前記輸送ポテンシャルによって前記輸送装置の前記輸送チャネルに沿って輸送された荷電粒子のバンチを分析するように構成された分析装置と、
を含む装置を提供することができる。
【００７１】
荷電粒子の供給源は、大気圧イオン化（「ＡＰＩ」）源とすることができる。
【００７２】
制御ユニットは、荷電粒子を分析するための装置のすべての要素（すなわち、輸送装置だけではない）のための制御ユニットとして機能しうる。
【００７３】
荷電粒子が大気圧イオン化源の大気圧領域内でバンチ毎に生成されたとしても、そのようなバンチは輸送中に著しく広がる可能性があり、したがって輸送装置によって受け取られたときに荷電粒子の連続的な流れとして現れる。
【００７４】
ＡＰＩ源は、例えば、大気圧化学イオン化、電子イオン化、電界イオン化、大気圧光イオン化、誘導結合プラズマイオン化によって荷電粒子を生成するように構成された供給源を含むことができる。
【００７５】
荷電粒子の供給源が輸送装置によって受け取られる荷電粒子の流れを生成するように構成されている場合、荷電粒子の供給源は、荷電粒子の「連続的な」供給源と呼ぶことができる。
【００７６】
例として、荷電粒子の供給源は、エレクトロスプレーイオン供給源とすることができる。これは荷電粒子の流れを生成するＡＰＩ源の一例である。
【００７７】
本発明の第１の態様に記載の輸送装置は、荷電粒子の連続的な流れから荷電粒子の離散的なバンチを形成することができるので、エレクトロスプレーイオン源などの荷電粒子の連続的な供給源と共に使用するのに特に適している。
【００７８】
しかしながら、荷電粒子の供給源は、輸送装置によって受け取られる荷電粒子の離散的なバーストを生成するように等しく構成することができる。
【００７９】
例えば、荷電粒子の供給源は、輸送装置によって受け取られる荷電粒子の離散的なバーストを生成するように構成されたＭＡＬＤＩイオン源とすることができる。
【００８０】
ＭＡＬＤＩイオン源は、一般的に、マトリックス材料と混合された荷電粒子の供給源材料を含有し、その供給源とマトリックス混合物へのレーザー光の照射によって荷電粒子を生成する。ＭＡＬＤＩイオン源は、ＤＮＡおよびタンパク質などのより大きな有機分子の分析にしばしば使用され、一般的に輸送装置によって受け取るための荷電粒子の離散的なバーストを提供する。高い繰り返し速度では、荷電粒子の供給源は「準連続」であると考えられ、それによって荷電粒子は、荷電粒子の流れが連続流と考えられるような頻度で供給される。
【００８１】
荷電粒子の供給源は、大きな質量範囲、例えば、（ｍ／ｚ）ｍａｘ／（ｍ／ｚ）ｍｉｎ≧１０を有する荷電粒子を生成するように構成されてもよい。
【００８２】
装置は、輸送装置によって受け取られる荷電粒子の供給源によって生成した荷電粒子を導くための荷電粒子ガイドを含むことができる。
【００８３】
注入機器と呼ぶことができる荷電粒子ガイドは、緩衝ガスを含む／含有することができる。荷電粒子ガイド内の緩衝ガスは、荷電粒子と緩衝ガスの粒子との間の衝突によって荷電粒子の熱エネルギーを減少させるように構成することができる。荷電粒子の冷却を強化するために緩衝ガスを冷却することができるが、疑義を避けるために述べておくが、周囲温度にある緩衝ガスによって冷却効果を可能にしてもよい。
【００８４】
緩衝ガスは、荷電粒子を冷却して所定の範囲内の平均エネルギー値を有するように構成することができ、それは例えば、１ｅＶ以下、好ましくは実質的に１ｅＶ未満、そして好ましくは０．１Ｖ未満である。平均エネルギー値は、荷電粒子の平均運動エネルギーとすることができる。
【００８５】
このようにして、輸送装置に注入された荷電粒子は低エネルギーを有することができ、それはイオン集束フェーズの間のイオン損失または選択されたポテンシャル井戸からの荷電粒子の過剰こぼれを減らすのを助けることができる。
【００８６】
分析装置は、輸送装置の輸送チャネルに沿って輸送され、その後、例えば、上記のように引き出しポテンシャルによって、輸送装置から引き出された荷電粒子のバンチを分析するように構成することができる。
【００８７】
分析装置は、セクタ静止型質量分析計、飛行時間型（「ＴｏＦ」）質量分析計、フーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴（「ＦＴＩＣＲ」）質量分析計、３ｄイオントラップ、線形イオントラップ、四重極マスフィルタ、静電イオントラップ（オービトラップなど）のうちの１つ以上を含むことができる（がこれらに限定されない）。
【００８８】
好ましくは、分析装置は、輸送チャネルから引き出された荷電粒子の飛行時間を測定するように構成された飛行時間型（「ＴｏＦ」）質量分析計である。
【００８９】
本発明の第３の態様は、本発明の第１または第２の態様のいずれかに記載されているような輸送装置または装置を操作する方法を提供することができる。
【００９０】
本方法は、上記の装置の特徴に対応する任意のステップを含むことができる。
【００９１】
本開示は、本明細書に記載された態様および好ましい構成の任意の組み合わせが明らかに許容されないかまたは明白に回避される場合を除いて、そのような組み合わせを含む。
【００９２】
これらの提案の例は、添付の図面を参照しながら以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】荷電粒子を分析するための例示的な装置を示す。
【図２】図１の装置で使用するための例示的な輸送装置を示す。
【図３】図１の装置で使用するための他の例示的な輸送装置を示す。
【図４】図２または図３に示す輸送装置において使用することができるような、バンチ形成領域内で生成される例示的な集束ポテンシャルを示す。
【図５Ａ】図２または図３に示す輸送装置において使用され得るように、図４の集束ポテンシャルの生成からバンチ形成領域内の輸送ポテンシャルへの例示的遷移を示す。
【図５Ｂ】図２または図３に示す輸送装置において使用され得るように、図４の集束ポテンシャルの生成からバンチ形成領域内の輸送ポテンシャルへの例示的遷移を示す。
【図６】輸送ポテンシャルにおいてポテンシャル井戸にイオンを選択的に供給することを可能にする機能のいくつかの利点を説明するのに役立つ。
【図７】輸送ポテンシャルにおいてポテンシャル井戸にイオンを選択的に供給することを可能にする機能のいくつかの利点を説明するのに役立つ。
【図８】第１の実施例に関するシミュレーションデータを示す。
【図９】第１の実施例に関するシミュレーションデータを示す。
【図１０】第１の実施例に関するシミュレーションデータを示す。
【図１１】第１の実施例に関するシミュレーションデータを示す。
【図１２】第２の実施例に関する実験（シミュレーション）データを示す。
【図１３】第２の実施例に関する実験（シミュレーション）データを示す。
【図１４】第２の実施例に関する実験（シミュレーション）データを示す。
【発明を実施するための形態】
【００９４】
簡単に上述したＡ機器は、所定の速度で移動する有効ポテンシャル井戸内の荷電粒子（典型的にはイオン）をバンチ毎に輸送することができる輸送装置である。Ａ機器の移動する有効ポテンシャル井戸は、通常、所定の速度で輸送装置の軸に沿って移動する。荷電粒子をＡ機器内に導くために使用される注入機器から通常現れるので、荷電粒子はＡ機器に入る際、それらは定義された平均並進エネルギーの周囲に密集したエネルギー分布を有する。ここで、Ａ機器は多重極イオンガイドおよび／または冷却機器（例えば、冷却四重極）とすることができる。軸方向のこの平均並進エネルギーは、第１の近似では、注入機器とＡ機器との間の電位差によって定義することができる。
【００９５】
運動（並進）エネルギーは、速度の２乗を乗じた質量に比例すると見なすことができるので、同様のエネルギーの荷電粒子の速度は荷電粒子の質量によって決まる。例えば、所与の並進（運動）エネルギーに対して、所与の質量の１／４倍という小さい質量を有する荷電粒子は、２倍の速度を有することになる。さらに、注入機器とＡ機器の間に電位差が加えられた場合、荷電粒子のエネルギーの減衰は、荷電粒子の質量と周囲のガス分子の質量との間の比にも依存する。その結果、注入機器からＡ機器に入る荷電粒子は、それらの質量に応じて、異なる時間におよび／または異なる速度で入りうる。広範囲の荷電粒子質量をＡ機器に注入することが望ましい場合には、広い質量範囲の荷電粒子を効率的にそして単一のポテンシャル井戸内の単一のバンチに集めることが困難になる。
【００９６】
Ａ機器では、荷電粒子はバンチで輸送されることが好ましく、各バンチはそれぞれの移動する有効ポテンシャル井戸に閉じ込められる。所与の荷電粒子が経験する有効ポテンシャル井戸の深さは、荷電粒子の質量に反比例する。その結果、より重い荷電粒子は、より浅い有効ポテンシャル障壁を経験し、そして失われる（例えば、障壁を越えて隣接する井戸に入る）可能性がある。
【００９７】
Ａ機器内の質量弁別（バンチの質量範囲の縮小など）につながる要因には、以下のものが含まれる。
１）荷電粒子の速度のその質量に対する依存性。これにより荷電粒子の速度が広範囲にわたっている。これは、広範囲の質量を効率的に捕捉すること、および荷電粒子を単一の井戸内に捕捉することが困難であり得ることを意味する。荷電粒子はいくつかの井戸に広がるようになり、輸送ポテンシャルの好ましいフェーズでは導入されない可能性があるため、高エネルギーを得てチャネルからの損失を招く可能性がある。
２）荷電粒子によって経験されるような有効ポテンシャル障壁の高さの、荷電粒子の質量に対する逆依存性。Ａ機器によって受け取られる時に同じ初期エネルギーを有する荷電粒子であっても、同じ時間期間にわたって同じ有効ポテンシャル井戸に閉じ込められる可能性が異なる。
【００９８】
これらの要因の両方が、実用において広い質量範囲を有する荷電粒子がいくつかの隣接する有効ポテンシャル井戸にわたって広がる結果となり得る。荷電粒子の供給源の質量範囲が広いほど、荷電粒子が同時にイオンガイドに入ったとしても、輸送装置に沿った荷電粒子の広がりが広くなる。このセクションの最後に与えられている比較データはこの効果を示している。
【００９９】
多くの理由で最終結果に弊害がもたらされる可能性がある。これらの理由は以下を含む。
１）ある場合には、単一の井戸内の荷電粒子のバンチの時間的／空間的位置を維持することが望ましいことがある。荷電粒子が隣接する井戸内にこぼれると、荷電粒子の時間的／空間的分解能が不鮮明になる。言い換えれば、厳密に定義されたバンチが広げられることになる。
２）荷電粒子を単一の井戸にのみ注入したい場合、荷電粒子が隣接する井戸に「こぼれる」と、対象の井戸に捕捉されない荷電粒子が失われる可能性がある。例えば、対象の井戸内に捕捉された荷電粒子についてのみ分析を実行する場合、隣接する井戸に意図せずに注入された荷電粒子は分析されない可能性があり、これはデューティサイクルおよび感度を低下させる可能性がある。飛行時間型分析計などの分析計への引き出しなどのいくつかの技術は、対象の井戸に隣接する井戸内の荷電粒子の損失を伴うことがある。そして、対象の井戸内の荷電粒子を分析計に引き出すことによって対象の井戸に隣接する井戸内の荷電粒子が失われないとしても、対象の井戸に隣接する井戸内の荷電粒子のエネルギー／空間特性は、対象の井戸から荷電粒子を引き出すために引き出しポテンシャルを印加することによって変化する可能性があり、これは、対象の井戸に隣接する井戸内のバンチについての飛行時間型システムの性能を損なう可能性がある。さらに、輸送ポテンシャルの各ポテンシャル井戸が分析される荷電粒子のバンチを含むことになっている場合、引き出し領域内に位置する対象の井戸に印加される引き出しポテンシャルを介して、引き出し領域に到達する前に、例えば、各バンチが乱され、その結果として失われることによって、そのようなバンチがすべて失われる可能性がある。
【０１００】
したがって、本発明者らは、輸送装置によって受け取られる間の荷電粒子の広がりおよび損失、ならびに引き出しポテンシャルによる引き出し中の荷電粒子の損失を最小限に抑え、それによって、輸送装置によって受け取られる荷電粒子の効率および特異性を改善することが望ましいと考える。
【０１０１】
Ａ機器内の選択されたポテンシャル井戸によって受け取られる荷電粒子を注入するために本発明者らによって検討された１つのアプローチは、輸送装置の入口で電気ゲートポテンシャルを使用して荷電粒子を装置内に「ゲート」することであった。このアプローチでは、ＤＣ障壁を荷電粒子輸送装置の入口に維持して、荷電粒子をこの障壁の後ろで減速させることができる。適切な時点で（例えば、輸送ポテンシャルの好ましいフェーズで）、このＤＣ障壁を所定の時間の間だけ下げて、荷電粒子を荷電粒子輸送装置内に通過させることができる。しかしながら、本発明者らは、装置に入る集められた荷電粒子がいくつかの井戸にわたって広がる傾向があり、単一の選択された井戸によって受け取られる荷電粒子の質量範囲が制限される（したがって、一般的な分析用途には小さすぎる）ので、それ自体で使用されるこのアプローチは非効率的であることを見出した。
【０１０２】
一般的に言えば、荷電粒子のバンチを受け取るための輸送ポテンシャルの選択されたポテンシャル井戸に対して本発明者らによって考案された好ましい方法論は、輸送装置内のバンチ形成領域に荷電粒子を集める（そこでそれらを保持し、冷却し、そして閉じ込めることができる）ための集束ポテンシャルの使用と、その後、選択されたポテンシャル井戸をバンチ形成領域内に形成した輸送ポテンシャルの生成とを含む。これにより、選択されたポテンシャル井戸は、集束ポテンシャルによってバンチ形成領域に集められた荷電粒子から形成された荷電粒子のバンチを受け取る、すなわち、選択された輸送ポテンシャルは、選択されたポテンシャル井戸内の輸送チャネルに沿って荷電粒子のバンチを輸送することができる。
【０１０３】
装置内へのイオンの単純な「ゲーティング」に対するこの好ましい方法論の利点は、以下を含み得る。
・荷電粒子を、輸送装置内の特定の選択されたポテンシャル井戸に入れることができ、これはバンチ間の混合を減少／最小化するのに役立つ（これは、質量分析の多くの用途で有益である）。
・荷電粒子はより高い効率で、例えば、より少ない荷電粒子の損失で、集められた輸送ポテンシャルに導入することができる。
・従来技術の装置と比較して、広い質量範囲の荷電粒子を集められた輸送ポテンシャル内により効率的に輸送することができる。
・単純な形態の搬送チャネルを使用して、例えば、４つの波形フェーズを使用して輸送ポテンシャルを生成するだけで（本発明はより多数のフェーズを有する輸送ポテンシャルに適用可能であるが）、分離、すなわち連続するバンチ間の距離を制御することができる。
【０１０４】
本明細書では好ましい方法論はＡ機器で実施されるものとして説明してあるが、この方法論は、荷電粒子を１つ以上のバンチにおいて輸送チャネルに沿って輸送するように構成された複数のポテンシャル井戸を有する輸送ポテンシャルを組み込んだ他の輸送装置による荷電粒子の受け取りにも同様に使用できる。
【０１０５】
図１は荷電粒子（この場合はイオン）を分析するための例示的な装置１を示す。
【０１０６】
装置１は、イオン源１０、輸送装置２０、分析装置３０、および制御ユニット６０を含む。イオン源１０は、輸送装置２０によって受け取られるイオンを生成するように構成されている。分析装置３０は、輸送装置２０の輸送チャネル（の少なくとも一部）に沿って輸送されたイオンを分析するように構成されている。
【０１０７】
装置１は、イオン源１０によって生成されたイオンを輸送装置２０内に導くように構成されたイオンガイド４０（図２には示されているが図１には示されていない）をさらに含むことができる。あるいはまた、輸送装置２０は、イオン源１０から直接イオンを受け取るように構成されてもよい。
【０１０８】
イオン源１０は、輸送装置２０によって受け取られるイオンの流れを生成するように構成されてもよい。イオン源１０は、例えば、エレクトロスプレーイオン源を含み得る。
【０１０９】
分析装置３０は、輸送チャネルから引き出されたイオンの飛行時間を測定するように構成された飛行時間型（「ＴｏＦ」）質量分析計とすることができる。
【０１１０】
図２は、図１の装置１で使用するための例示的な輸送装置２０を示す。
【０１１１】
輸送装置２０は、輸送チャネル２２の周囲に配置された複数の電極２１ａ、２１ｂを有する（図２では、電極のうちのいくつかにのみ符号が付けてある）。輸送チャネル２２は、輸送装置２０によって受け取られるイオンを受け取るように構成されたバンチ形成領域２５および輸送領域２７（後述）を含む。電極２１ａ、２１ｂは、輸送チャネル２２のバンチ形成領域２５の周囲に配置された電極２１ａと、輸送チャネル２２の輸送領域２７の周囲に配置された電極２１ｂとを含む。
【０１１２】
輸送チャネル２２のバンチ形成領域２５の周囲の電極２１ａは、（以下により詳細に説明する）集束ポテンシャルに適したＤＣプロファイルを生成するために、好ましくは２つ以上、より好ましくは３つ以上のセグメント化された電極を含む。
【０１１３】
輸送チャネル２２のバンチ形成領域２５は、緩衝ガスを含む／含有することが好ましい。バンチ形成領域２５内にそのような緩衝ガスが存在することは、選択されたポテンシャル井戸から隣接するポテンシャル井戸へのイオンの過剰こぼれの可能性を低減／最小化し、密集したイオンのバンチ（例えば、小さなサイズのバンチ）を維持するのに役立つ。
【０１１４】
緩衝ガスは、中性ガス、例えば、アルゴンなどの希ガスとすることができる。バンチ形成領域２５内の緩衝ガスの好ましい特性は、上で既に論じてある。
【０１１５】
装置１の他の領域もまた、緩衝ガスを含む／含有してもよい。
【０１１６】
例えば、イオンガイド４０は緩衝ガスを含む／含有することができる。イオン源１０における中性ガスの圧力は、１×１０−４ミリバール未満から０．１ミリバールを超えるまで変化させることができる。イオン源１０における緩衝ガスの圧力は、イオンが輸送装置２０によって受け取られる前に、イオンエネルギーを低く保つために、イオンと中性ガスとの間の所望の衝突速度に従って設定することができる。
【０１１７】
別の一例として、イオン源１０によって生成されたイオンを輸送装置２０（後述）によって受け取られるように導くように構成されたイオンガイド４０は、イオンがバンチ形成領域２５に入る前にイオンを冷却するための緩衝ガスを含む／含有することができる。バンチ形成領域２５内の緩衝ガスは、好ましくは５×１０―２〜５×１０―４ミリバール、より好ましくは１×１０―２〜１×１０―３ミリバールの圧力を有する。
【０１１８】
別の一例として、輸送チャネル２２の輸送領域２７は、緩衝ガスを含む／含有することができる。輸送チャネル２２の輸送領域２７内の緩衝ガスは、緩衝ガスの圧力がバンチ形成領域２５から離れるにつれて減少するように圧力勾配を有することができる。例えば、引き出し領域２９（後述）における緩衝ガス（存在する場合）の圧力は、１×１０―４ミリバール以下、またはバンチ形成領域２５内の圧力未満とすることができる。これは、輸送チャネル２２を使用してイオンをより低い圧力の領域に輸送するために使用する場合に、例えば、イオンが高真空を必要とする外部質量分析計に移動される場合に有用であり得るように、有用であり得る。
【０１１９】
当業者には理解されるように、輸送チャネル２２の輸送領域２７内の緩衝ガスは、圧力勾配を有する必要はなく、バンチ形成領域２５からの距離と共に増加する圧力勾配を有することさえあってもよく、あるいは代わりに増加してから減少してもよい。引き出し領域２９における緩衝ガスの圧力は、輸送装置２０と組み合わせて使用される分析装置３０によって指示される任意のレベルに設定することができる。
【０１２０】
制御ユニット６０は、好ましくは、電極２１ａ、２１ｂを制御して、輸送チャネル２２内に輸送ポテンシャルを生成するように構成され、輸送ポテンシャルは、１つ以上のバンチで輸送チャネル２２に沿ってイオンを輸送するように構成される複数のポテンシャル井戸を有する。
【０１２１】
制御ユニット６０は、例えば、コンピュータ、コンピュータプログラム、統合制御回路、および波形生成回路を含むことができる。コンピュータおよびコンピュータプログラムは、電極２１に電圧波形を印加して集束および輸送（および他の任意の所望のポテンシャル）を輸送チャネル２２内に生成するように波形生成回路を制御するための駆動信号を提供し得る統合制御回路と連結するように構成され得る。
【０１２２】
制御ユニット６０は、例えば、特許文献１に記載されるように、コンピュータ、マイクロプロセッサ、またはプログラミング可能なインパルス機器を含むデジタル方法を用いて電圧波形を生成するように構成されるのが好ましい。電圧波形は、例えば、特許文献１に記載されるように、それ自体（例えば、有限数の離散的な電圧値を含む）デジタル形式を有することができる。アナログ電圧波形もまた、可能であり得る。
【０１２３】
輸送装置２０の制御ユニット６０は、バンチ形成領域２５の周囲に配置された電極２１ａに印加する電圧を制御して、輸送装置２０が受け取ったイオンがバンチ形成領域内に集められるようにバンチ形成領域２５内に集束ポテンシャルを一時的に生成し、その後、選択されたポテンシャル井戸が集束ポテンシャルによってバンチ形成領域２５内に集められたイオンから形成されたイオンのバンチを受け取った状態で、選択されたポテンシャル井戸がバンチ形成領域内に形成／生成されるようにバンチ形成領域２５内に輸送ポテンシャルを生成するように構成されるのが好ましい。
【０１２４】
図２は、輸送装置２０を示すことに加えて、イオン源１０によって生成されたイオンを輸送装置２０内に導くように構成されたイオンガイド４０の出口部分もまた示す。
【０１２５】
イオンガイド４０は、例えば、冷却四重極（以下により詳細に説明してある）とすることができる。イオンは、イオンガイド４０の出口部分と輸送装置２０のバンチ形成領域２５との間の小さなポテンシャル降下を介して輸送装置２０の入口へと導くことができる。
【０１２６】
この例では、輸送装置２０の入口はダイヤフラム（またはガス伝導制限部）２３によって提供される。しかしながら、ダイヤフラム２３は輸送装置２０内の他の場所に配置されていてもよいし、完全に省略されていてもよいので、輸送装置２０の入口は必ずしもダイヤフラム２３によって提供される必要はない。ダイヤフラム２３は、イオンが通過することができる小さな開口部からなることができ、イオンガイド４０から輸送チャネル２２へのガスの流れが通過するのを制限するように構成することができる。例えば、これは、輸送チャネル２２によって受け取られる前にイオンを冷却するために冷却ガスが使用される場合に有用であり得る（後記参照）。
【０１２７】
輸送チャネル２２の周囲に配置された複数の電極２１ａ、２１ｂは、セグメント化された双曲線四重極電極配置を形成することができ、２つの領域に分割されると考えることができる。これらの領域のうちの第１の領域は、バンチ形成領域２５である。バンチ形成領域２５の後には、輸送領域２７がある。図２の例示的な輸送装置２０では、バンチ形成領域２５の電極は、輸送領域２７の電極とほぼ同じ幾何学的形状をしている。
【０１２８】
図２にはまた、引き出し領域２９が示してある。引き出し領域２９は、輸送チャネル２２の輸送領域２７内に位置している。
【０１２９】
図３は、図１の装置１で使用するための他の例示的な輸送装置２０’を示す。対応する構成には対応する符号が付してあり、以下に特に記載のない限り、これは、図２に記載したものと同じである。
【０１３０】
図２の輸送装置２０とは異なり、図３の輸送装置２０’では、輸送領域２７の周囲に配置された電極２１ｂ’は、図３に示すような輸送チャネル２２の長手方向軸の方向に、１対のソリッドな（すなわち、セグメント化されていない）ロッド電極を有する双曲線ロッド電極と、図２に示すようなセグメント化された別の対を含む。この実施形態では、ＤＣ電圧がソリッドな電極に印加されてもよく、輸送ポテンシャルがセグメント化された一対のロッドに印加されてもよい。
【０１３１】
この実施形態では、ソリッドなロッド電極の一部は、輸送チャネル２２からのイオンの引き出しに適した引き出し電極として機能することが好ましく、輸送チャネル２２の長手方向軸に対して垂直な方向にイオンを引き出すように構成される。破線は、ソリッドなロッド引き出し電極内の開口部を示し、それは、イオンが輸送チャネル２２を出ることができるようにする輸送装置２０、２０’の出口を提供する。この実施形態は、イオンが輸送チャネル２２の長手方向軸と直交する方向に引き出されるという事実のために、直交引き出し輸送装置と見なすことができる。
【０１３２】
図２の輸送装置２０と同様に、図３の輸送装置２０’において、輸送チャネル２２のバンチ形成領域２５は、集束ポテンシャルにとって好適なＤＣプロファイルを生成するために、好ましくは２つ以上、より好ましくは３つ以上のセグメント化された電極を有する。
【０１３３】
図２および図３の輸送装置２０、２０’において、輸送チャネル２２のバンチ形成領域２５の周囲に配置された電極２１ａの形態は、輸送チャネル２２の輸送領域２７の周囲に配置された電極２１ｂの形態と同様であり得る。あるいはまた、バンチ形成領域２５の周囲に配置された電極２１ａは、ダイヤフラム２３の半径と一致するように、可変の（例えば、漏斗状で先細になっている）外形を有することができる。バンチ形成領域２５の周囲に配置されている電極２１ａは、例えば、様々な形状の開口またはリングであるか、あるいは四重極または異なる形状（双曲線、平面、円形、三角形など）の電極を有する他の種類の多重極を形成することができる。バンチ形成領域２５の周囲に配置された電極２１ａの外形は、例えば、まっすぐまたは曲線とすることができる。図３の輸送領域２７の周囲に配置された電極２１ｂと同様に、バンチ形成領域２５の周囲に配置された電極２１ａは、様々な外形のソリッドなロッドを含むことができる。
【０１３４】
輸送装置２０、２０’は、輸送装置２０、２０’の引き出し領域２９、２９’に引き出し電極３１、３１’、３２’を含むことが好ましく、制御ユニットは、引き出し電極３１、３１’、３２’を制御して、引き出し領域２９、２９’内の対象のポテンシャル井戸に含まれるイオンのバンチを、輸送装置２０、２０’の出口を通って輸送装置２０、２０’の外に引き出すように設定された引き出しポテンシャルを一時的に生成するように構成される。
【０１３５】
引き出しポテンシャルの大きさは、一般的に、（例えば、ＴｏＦ質量分析計とすることができる）下流側の分析装置３０の詳細に依存するであろう。いくつかの実施形態では、引き出しポテンシャルは、１ｋＶ以上とすることができる。好ましくは、対象のポテンシャル井戸に含まれるイオンのバンチが輸送装置２０、２０’の引き出し領域２９、２９’に到達する時点で引き出しポテンシャルが生成される。
【０１３６】
分析装置３０は、イオンが輸送チャネル２２から引き出される方向に応じて、輸送チャネル２２の長手方向軸に沿って、または輸送チャネル２２の長手方向軸から軸外に配置することができる。そのため、図２の輸送装置２０の場合、分析装置３０は、輸送チャネル２２の長手方向軸と平行な方向に引き出し領域２９から引き出されたイオンを受け取るように配置することができる。図３の輸送装置２０’の場合、分析装置３０は、輸送チャネル２２の長手方向軸と直交する方向に引き出し領域２９’から引き出されたイオンを受け取るように配置されてもよい。
【０１３７】
図１および図３による装置を参照すると、使用中に、輸送ポテンシャルの選択された井戸に、上で教示した方法に従ってイオンバンチを提供し、これを輸送領域２７に沿って一定速度で輸送することができる。輸送領域２７は、（図３に示すように）輸送チャネル２２の長手方向軸の方向にソリッドな（すなわち、セグメント化されていない）ロッド電極２１ｂ’である一対の双曲線ロッド電極と、一対のセグメント化された双曲線ロッド電極（図３には示していないが、図２に示してある電極２１ｂと同様である）とを含むことができる。一対のソリッドなロッド電極２１ｂ’は、引き出し電極３１’および３２’を有する（図３に示すような）引き出し領域２９’を画定するように分割することができる。引き出し領域２９’の内側に配置されたセグメント化された電極（図示せず）は、輸送ポテンシャルを供給するための別個の供給部を有し、輸送領域２７の残りの部分に印加される輸送ポテンシャルを残しながら、引き出し領域２９’内の輸送ポテンシャルを終了させることができる。
【０１３８】
引き出し領域２９’内の輸送ポテンシャルは、印加されたＲＦ電圧および変調波形の特定の所定のフェーズで終了することが好ましい。
【０１３９】
引き出し領域２９’内の輸送ポテンシャルが終了すると、引き出し電極３１’、３２に引き出し電圧が印加される。例えば、引き出し電圧３１’に負の引き出し電圧を印加しながら、引き出し電極３２’に正の引き出し電圧を印加することができる。
【０１４０】
好ましくは、選択されたイオンバンチが引き出し領域２９の中央を通過したときに引き出し電圧が引き出し電極３１’、３２’に印加される。
【０１４１】
好ましくは、輸送領域２７におけるイオンバンチ間の間隔は、引き出し領域２９が輸送領域２７に沿って延びる長さよりも大きい。
【０１４２】
引き出し電圧が印加されると、イオンは、チャネル２２の軸と直交する方向にＡ機器のチャネル２２を通過して、分析装置３０に向かって飛行する。
【０１４３】
輸送領域の輸送ポテンシャル、引き出し領域の輸送ポテンシャル、および引き出し電圧の位相およびタイミングは、全てコントローラ６０を用いて制御される。
【０１４４】
イオンが輸送装置２０、２０’から引き出されないいくつかの実施形態では、分析装置３０は輸送チャネル２２自体の中に配置されてもよい。
【０１４５】
図４は、図２または図３に示されるように輸送装置２０、２０’において使用され得るようなバンチ形成領域２５において生成される例示的な集束静電ポテンシャル２６を示す。
【０１４６】
図４に示すように、静電ポテンシャル２６は底部２６ａを有する静的なポテンシャル井戸である。
【０１４７】
図４に示すように、集束ポテンシャル２６は、上流側ポテンシャル障壁２６ｂと下流側ポテンシャル障壁２６ｃとを含むことが好ましい。上流側ポテンシャル障壁２６ｂは、緩やかな電位勾配２６ｂの形態を有する。この緩やかな電位勾配２６ｂは、この例では、輸送装置２０、２０’の入口における固定ポテンシャルから静的ポテンシャル井戸の底部２６ａにおける最小ポテンシャルへのポテンシャル降下として示してある。下流側ポテンシャル障壁２６ｃは、イオンがポテンシャル障壁２６ｃを通過するのを阻止する（好ましくは実質的に防止する）ように構成された高さを有する。
【０１４８】
好ましくは、集束ポテンシャル２６は、輸送装置２０、２０’の制御ユニットを制御して、数分の１ボルトから数ボルトまで、そして最高端で最大で数十または数百ボルトの範囲の電圧を輸送チャネル２２のバンチ形成領域２５の周囲に配置された電極２１ａに供給することによって生成する。集束ポテンシャル２６を生成するために使用される電圧の全体の範囲は、例えば、１ｍＶより低い電圧から１００Ｖより高い電圧まで変化させることができる。
【０１４９】
図４の特定の例に示すように、輸送装置２０、２０’の入口における軸上ポテンシャルは、（接地に対して）２．５Ｖの典型的な電圧に維持され得る。軸上ポテンシャルは、集束ポテンシャル２６によって提供されるポテンシャル井戸の底部２６ａに向かって０．５Ｖだけ減少する。好ましくは、集束ポテンシャル２６によって提供されるポテンシャル井戸の底部２６ａとポテンシャル障壁２６ｃの頂部との間の電位差は少なくとも１ボルトであり、好ましくは実質的により高い。図４は、集束ポテンシャル２６のＤＣ成分のみを示す。集束ポテンシャルのさらなる成分は、イオンを半径方向に閉じ込めるためのＲＦ四重極電場である。
【０１５０】
上流側ポテンシャル障壁２６ｂによって提供される集束ポテンシャル２６の緩やかな降下は、緩衝ガスの助けを借りて、イオンガイド４０からポテンシャル井戸の底部２６ａに向けていかなるステージにおいてもイオンに大きなエネルギーを与えることなくイオンを付勢するように作用することが好ましい。下流側ポテンシャル障壁２６ｃは、イオンがポテンシャル障壁２６ｃを通過するのを阻止する（好ましくは実質的に防止する）ように作用するのが好ましい。したがって、集束ポテンシャル２６は、輸送装置２０、２０’によって受け取られたイオンがバンチ形成領域２５に集まるのを促進する。
【０１５１】
緩衝ガスは、例えば、ヘリウム、アルゴン、または窒素であってもよく、一定の圧力がバンチ形成領域２５内で維持されるように導入されることが好ましい。緩衝ガスは、（多重極であってもよい）イオンガイド４０からバンチ形成領域２５に進入したイオンがバンチ形成領域２５内に留まり、実質的に上流に反射されてイオンガイド４０に再進入しないことを確実にするのを助ける。緩衝ガスは、イオンがバンチ形成領域２５内に入った後にイオンを冷却するのを助けることもできる。イオンの冷却は、集められたイオンによって占められる空間を減らすのを助け、そして次に、イオンが集束ポテンシャルと輸送ポテンシャルとの間を移動する効率を改善するのを助ける。
【０１５２】
図５Aおよび図５Bは、図２または図３に示すような輸送装置２０、２０’において使用され得るように、バンチ形成領域２５内における図４の集束ポテンシャル２６の生成から輸送ポテンシャル２８への遷移の一例を示す。
【０１５３】
図５Bは、図５Aと同じ遷移を示しているが、集束ポテンシャル２６および輸送ポテンシャル２８が３Ｄで示してあるので、これらのポテンシャルの軸方向（ｚ軸）および半径方向（ｒ軸）の両方の態様が分かる。図５Aおよび図５Bに示すように、最初にイオン５０ａがイオンガイド４０から輸送チャネル２２に入る。次に、イオン５０ｂは、集束ポテンシャル２６によってバンチ形成領域２５内に集められ、（短い冷却時間の後に）予め形成されたイオンのバンチとして見ることができる。次に、複数の移動するポテンシャル井戸を有する輸送ポテンシャル２８がバンチ形成領域２５に生成され、複数のポテンシャル井戸のうちの選択されたポテンシャル井戸２８ａがバンチ形成領域２５に形成されるので、選択されたポテンシャルの最小値（底部）は、起動時に、集束ポテンシャルの最小値（底部）、したがってイオン５０ｃと整列する。これにより、選択されたポテンシャル井戸２８ａには、集束ポテンシャル２６によってバンチ形成領域２５に集められたイオン５０ｂから形成されたイオン５０ｃの束が提供される。好ましくは、選択されたポテンシャル井戸２８ａに含まれるイオンのバンチは、集束ポテンシャル２６によってバンチ形成領域２５に集められた実質的に全てのイオンを含み、その結果、バンチは、輸送ポテンシャル２８の隣接するポテンシャル井戸への最小限の過剰あふれで選択されたポテンシャル井戸２８ａ内に形成される。
【０１５４】
イオンのバンチ５０ｃは、バンチ形成領域２５がイオンの次のバンチ５０ｂを集めるために集束ポテンシャル２６に戻る前に、輸送ポテンシャル２８によってバンチ形成領域２５の外へ輸送されることが好ましい。
【０１５５】
疑義を避けるために述べておくが、イオン５０ａ、５０ｂ、５０ｃは同じイオンであるが、導入方法の時間／段階の異なる時点におけるイオンを示すために異なるラベルを付けてある。
【０１５６】
好ましくは、輸送装置２０、２０'の制御ユニットは、輸送ポテンシャル２８がバンチ形成領域２５に生成される前に、バンチ形成領域２５内に所定の時間量の間、一時的に集束ポテンシャル２６が生成されるようにバンチ形成領域２５の周囲に配置された電極２１ａに印加される電圧を制御するように構成される。所定の時間量は、輸送装置２０、２０'によって受け取られたイオンがバンチ形成領域２５内に集められることを可能にするのに適度であることが好ましい。この時間は、波の周期の一部分に輸送ポテンシャル２８の波の周期の整数倍を加えたものとすることができる。したがって、所定の時間量は、輸送ポテンシャル期間（ポテンシャル井戸が１つの波長を並進する、すなわち、２つの連続した有効ポテンシャル井戸間の距離と同じ距離を輸送チャネルに沿って移動するのにかかる時間）の一部分とすることができる。
【０１５７】
輸送ポテンシャル２８は、好ましくは不均一な高周波電場であり、その有効ポテンシャルは、例えば、Ａ機器に関連して上述したように、複数の連続的に移動するポテンシャル井戸を有するが、（例えば、Ｔ波機器に関連して上述したように）他の輸送ポテンシャルを使用してもよい。選択されたポテンシャル井戸２８ａにイオンのバンチが供給されると、バンチは、好ましくは生成されたバンチからさらなる損失なしに／最小限の損失で輸送することができる。
【０１５８】
集束ポテンシャル２６を生成する電極２１ａから輸送ポテンシャル２８を生成する電極２１ａへのバンチ形成領域２５内の遷移は、集束ポテンシャル２６を生成するための電圧の印加を停止し、輸送ポテンシャル２８を生成するために電極２１ａに提供される電圧波形を修正するようにバンチ形成領域２５の周囲に配置された電極２１ａを制御することを含むことが好ましい。（輸送ポテンシャル２８を生成するための電圧を印加することによって）輸送ポテンシャル２８をオンにする前に集束ポテンシャル２６を生成するための電圧の印加を停止することによって、集められたイオンのバンチの分散を最小にする（好ましくは実質的に排除する）ことができる。（例えば、ポテンシャル障壁２６ｃが選択されたポテンシャル井戸内のイオンのバンチ５０ｃと相互作用することによって引き起こされる）そのような散乱は、そうでなければ過剰こぼれをもたらし、イオンのバンチ５０ｃを広げ、あるいは失わせることさえあり得る。
【０１５９】
好ましくは、集束ポテンシャル２６と輸送ポテンシャル２８との間の遷移は、集束ポテンシャル２６が終了する１００マイクロ秒以内、好ましくは１０マイクロ秒以内、より好ましくは５マイクロ秒以内に行われる。集束ポテンシャル２６および選択されたポテンシャル井戸２８ａの最小値の軸方向位置は、遷移時に位置合わせされることが好ましい。
【０１６０】
疑義を避けるために述べておくが、集束ポテンシャル２６および輸送ポテンシャル２８はそれぞれ、ＤＣ成分およびＡＣ（例えばＲＦ）成分を含んでもよい。集束ポテンシャル２６および輸送ポテンシャル２８のＡＣ（例えばＲＦ）成分を用いてイオンを半径方向に閉じ込めることができる。集束ポテンシャル２６のＡＣ（例えばＲＦ）成分は、輸送ポテンシャル２８のＲＦ成分と同じであり得るが、そうである必要はない。
【０１６１】
集束ポテンシャル２６から輸送ポテンシャル２８への遷移が迅速に、効率的に、そして（アナログ方法と比較して）比較的簡単になされるのを助けるので、デジタル制御回路が集束ポテンシャル２６および輸送ポテンシャル２８を生成するために使用されることが好ましい。例えば、輸送ポテンシャル２８は、特許文献１に記載されているようなデジタル方法によって生成することができる。デジタル方法は、デジタル信号発生器および電極を高ＤＣ電源と低ＤＣ電源（Ｖ１、Ｖ２）の間で交互に切り替えて矩形波の高電圧波形を生成するスイッチング構成を利用してＲＦ波形を生成する方法を指すことができる。デジタル信号発生器を他の手段のコンピュータを介して制御して、周波数およびデューティサイクルおよび位相などの方形波形のパラメータを制御することができる。さらに、デジタル周期波形は正確な位相で終了してもよい。
【０１６２】
いくつかの実施形態（図示せず）では、バンチ形成領域２５は、イオンをバンチ形成領域２５内のいくつかのバンチに同時に集めるように制御ユニットによって制御することができ、各バンチの位置およびサイズは事前定義できる。
【０１６３】
イオンのその／各々のバンチの特性／サイズは、好ましくは、実質的にイオン損失がなく、輸送ポテンシャル２８の隣接するポテンシャル井戸にわたってバンチが広がることがないように、輸送チャネル２２内で生成される輸送ポテンシャル２８に適しているのが好ましく、イオンのバンチの特性は、輸送波の井戸と一致する（すなわち、井戸のサイズとイオンのエネルギー／深さは一致する）。
【０１６４】
バンチ形成領域２５内の集束ポテンシャル２６と輸送ポテンシャル２８との間の遷移が上記のように行われる場合、好ましくは、
１）いくつかのバンチにわたってイオンの広がりが減少する（好ましくは実質的にない）ので、各々のバンチの位置とタイミングを予め決めることができる。
２）その／各々のバンチの質量範囲が輸送ポテンシャル２８自体によって決定されるものと同じくらい高くなりうるように、注入の質量弁別を減少させる（好ましくは実質的にない）。
３）イオンバンチの平均エネルギーは実質的に増加しない。
【０１６５】
選択されたポテンシャル井戸２８ａにイオンのバンチが与えられると、輸送ポテンシャル２８はオンになり、集束ポテンシャル２６によって与えられたポテンシャル井戸の底部２６ａの位置から離れるように所定の速度でそのポテンシャル井戸内に、形成されたイオンのバンチを輸送チャネルの輸送領域２７に向かって運び始め、そこで引き出し領域２９、２９’に向かって輸送され続けることができる。
【０１６６】
好ましくは、輸送ポテンシャル２８は、輸送装置２０、２０’の輸送領域２７内に連続的に生成され、一方、集束ポテンシャル２６は、バンチ形成領域２５内に生成されている。このようにして、上述したように、輸送領域２７内の１つ以上のポテンシャル井戸に含まれる１つ以上のイオンのバンチを、輸送領域２７内の輸送チャネル２２に沿って輸送することができ、同時にイオンはバンチ形成領域２５内で（新しいバンチを形成するために）集められている。したがって、いくつかのイオンのバンチをそれぞれのポテンシャル井戸内の輸送チャネル２２の下に一度に輸送することができ、したがって輸送装置２０、２０’内のバンチの生成の頻度（ならびにイオンのスループット）を高める。
【０１６７】
このようにして選択されたポテンシャル井戸を提供することによって、この方法によって形成されるバンチの時間的および空間的位置、ならびにバンチ間の時間的および空間的ギャップは任意に決定され、出力機器（存在する場合）の要件に合わせられる。
【０１６８】
隣接するポテンシャル井戸にわたってイオンの広がりが最小限であれば、異なる時間原点のイオン間の混合を確実に最小限に抑制することが可能であるため、イオンのバンチの形成を輸送チャネル２２へのイオンの案内と時間同期し得る。これにより、輸送チャネル２２内のイオンのタイミングおよび位置を正確に知ること、またはさらには予め決定することが可能になる。
【０１６９】
イオンを流れ、連続流として生成されるイオン源１０の場合（例えば、エレクトロスプレーイオン源の場合）、集束ポテンシャル２６がバンチ形成領域２５内に生成されていない間にイオンが輸送チャネル２２によって受け取られるのを防ぐことが有利であり得るので、輸送ポテンシャルの選択されていないポテンシャル井戸へのイオンの注入を防ぐことができる。
【０１７０】
特に、輸送チャネル２２の入口にあるイオンゲート（図示せず）を使用して、１つ以上の注入時間窓の間に輸送装置２０、２０’によってイオンを受け取ることのみを可能にすることができ、これは、（例えば、集束ポテンシャルがバンチ形成領域２５に生成される）１つ以上の集束時間窓と同期することが好ましい。このようにして、選択されたポテンシャル井戸２８ａに含まれる輸送チャネル２２内に存在するイオンの割合を最大にすることができ、すなわち高いデューティサイクルを達成することができる。
【０１７１】
イオンの半径方向の閉じ込め（ならびに集束ポテンシャルによって提供される軸方向の精密化）を提供するために、制御ユニットは、輸送チャネル２２の周囲に配置された電極に印加される電圧を制御して、集束ポテンシャル２６に加えて、バンチ形成領域２５内に半径方向の閉じ込めポテンシャルを生成するように構成することができるので、イオンがバンチ形成領域２５内に集められながら、半径方向に閉じ込められ得る。例えば、四重極ＲＦ場は、イオンの半径方向の閉じ込めに使用され得る。図４で説明したＤＣ集束ポテンシャルの場合のように、集束ポテンシャル２６それ自体がイオンの半径方向の閉じ込めを提供しない場合、バンチ形成領域２５内の半径方向の閉じ込めポテンシャルが必要とされる場合がある。制御ユニットは、輸送チャネル２２の周囲に配置された電極２１ａ、２１ｂに印加される電圧を制御して輸送領域２７内に半径方向の閉じ込めポテンシャルを生成するように構成されてもよい。しかしながら、これは一般的に、上記の背景技術のセクションで説明した「Ａ機器」および「Ｔ波」機器に関して説明してある輸送ポテンシャルの場合のように、輸送ポテンシャル２８がイオンの半径方向の閉じ込めを提供するように構成されている場合には必要とされない。
【０１７２】
オプションの半径方向の閉じ込めＲＦ波形は、輸送チャネル２２の入口の半径に従って選択されるべきであり、そして適切なバンチ質量範囲を提供するために選択されるべきである。制御ユニットによって電極に提供される波形の周波数の範囲は、数キロヘルツから数十メガヘルツのオーダーとなる可能性があり、制御ユニットによって電極に提供される波形の接地からピークまでの振幅は、数十ボルトから数百ボルトまたは数千ボルトの範囲内となる可能性がある。適切な周波数および振幅を有する適切なＲＦ波形の選択は、当該技術分野において周知であるように、標準的な電気力学的理論に従ってなされ得る。
【０１７３】
輸送ポテンシャル２８を生成するために制御ユニットによって電極に印加される電圧は、質量範囲ならびに望ましいバンチサイズおよびバンチ間隔に従って選択することができる。適切な波形は、先行技術の特許文献１に記載されている。
【０１７４】
上述のように、本明細書に開示してある方法および実施形態は、先行技術である特許文献１に記載されているＡ機器の移動する有効ポテンシャル波形と組み合わせて実施することができる。そのような組み合わせは、Ａ機器への改善された注入方法と見なすことができる。本開示の輸送装置２０、２０'は、単一のチャネル内に５ｋＨｚまでの速度でイオンのバンチを供給することができると考えられる。荷電粒子損失は広い質量範囲にわたって低くなるので、これは、高い感度および質量範囲を維持しながら、Ａ機器を組み込んだ飛行時間型分析計システムにおいて改善されたダイナミックレンジおよび質量精度を生み出すであろう。
【０１７５】
本装置は、束ねられた娘イオンを保持するＡ機器衝突セルまたは他のフラグメンテーション機器も含むことができる。
【０１７６】
シミュレーションデータ
本開示の実施形態の性能を実証するために、以下のイオン輸送シミュレーションを行った。実施形態のいくつかの有効性を実証する例示的なシミュレーションを以下に記載する。本発明者らは、四次ルンゲ−クッタ（Ｒｕｎｇｅ−Ｋｕｔｔａ）積分法を用いてイオン軌道をシミュレートするために本発明者ら自身の社内シミュレーションパッケージを使用した。電場は有限差分法を用いて解かれた。イオンとガス粒子との間の衝突は剛体球モデルを用いてシミュレートされた。平均自由行程は、ガスの数値密度と衝突粒子のサイズによって定義された。
【０１７７】
当業者は、バンチで輸送されている類似電荷のイオン間の相互反発力が輸送装置の性能に何らかの影響を及ぼし得ることを認識するであろう。同じ電荷のイオンの反発によって引き起こされる現象は、「空間電荷」効果として当該技術分野において一般的に知られている。次のセクションのシミュレーションでは、空間電荷効果は含まれておらず、イオンのクーロン反発力をモデル化する手段も含まれていない。当業者は、この場合、空間電荷効果が装置の一般的な動作原理に影響を及ぼさず、電荷入力がある臨界レベル以下に保たれるならば、装置のシミュレーションの結果または動作結果にほとんど影響を及ぼさないことを認識するであろう。装置の高周波動作は、開示された機器に基づく装置を確実にし、実用的なレベルの電荷スループットで動作させる。
【０１７８】
実施例１：イオン引き出しの考察
図６および図７は、ポテンシャル井戸に輸送ポテンシャル２８中のイオンを選択的に供給することを可能にする機能の利点を説明するのに役立つシミュレーションデータのグラフ図である。
【０１７９】
図６および図７は、イオンを引き出すことができる引き出し領域１２９を有する、上記の図３に示したものと同様の輸送装置１２０の輸送チャネル１２２の断面図を示す。図６および図７の輸送装置１２０では、引き出し領域１２９内の引き出し電極１２９ａ、１２９ｂに引き出し電圧を印加することによって、輸送装置１２０の長手方向軸と直交する方向に輸送チャネル１２２からイオンが引き出される。引き出し領域１２９は、イオンが輸送チャネル１２２から出ることができる輸送装置１２０の出口１２９ｃを組み込んでいる。正イオンを直交して引き出すための適切な引き出しポテンシャルは、正の高電圧（例えば、２ｋＶ）を引き出し電極１２９ａに印加し、負の高電圧（例えば、―２ｋＶ）を引き出し電極１２９ｂに印加することによって生成することができる。
【０１８０】
図６は、引き出しポテンシャルの印加前に輸送チャネル１２２に沿って輸送されているイオンのバンチ１５０、１５１を示す。５つのバンチ１５０、１５１を輸送チャネル１２２の長さに沿って見ることができ、そのうちの１つ１５１は、引き出し領域１２９を通過するときに対象のポテンシャル井戸（図示せず）に含まれる。この場合、対象の井戸から直交方向にバンチ１５１を引き出すことが望ましい。他のバンチ１５０はまだ引き出し領域１２９に到達していないので、まだ引き出すことができない。
【０１８１】
図７は、対象のバンチ１５１の引き出し直後（引き出しポテンシャルが引き出し領域に印加された３０μｓ後）の状況を示す。対象のバンチ１５１は、輸送装置１２０の出口１２９ｃを通して引き出されたことが分かる。また、引き出し領域１２９に近接する他のバンチ１５０は、輸送チャネル１２２に侵入する可能性がある引き出し電界のフリンジ電界にさらされているため、引き出し電圧の印加によって悪影響を受けていることも分かる。特に、引き出し領域１２９に最も近い２つのバンチは、電極１２１に対して失われたことが分かる。その次に近いバンチもまた大きく乱されている。著しく乱されていない唯一のバンチは、引き出し領域１２９に４番目に近いバンチである。最良の場合には、この特定の輸送装置１２０についての成功した引き出し（例えば、歪んでいない束の引き出し）のデューティサイクルは、引き出し電圧が４バンチごとにのみ印加されるという条件で、４バンチの中の１つ（７５％のイオン損失または０．２５のデューティサイクルに相当する）になることが分かる。これは装置の感度とダイナミックレンジを著しく低減させる。
【０１８２】
図７の輸送装置１２０のための可能な改良されたアプローチは、例えば、上記の教示に基づいて、４つおきの井戸にのみイオンを選択的に供給することとすることができる。このようにして、選択されたポテンシャル井戸に含まれるバンチは、引き出し電圧による歪みを回避するために適切に間隔をあけることができ、それによって不必要なイオンの損失を回避し、装置のデューティサイクルを改善する。
【０１８３】
したがって、本明細書に記載の好ましい方法論は、輸送チャネル１２２からのイオンのバンチの引き出しによって引き起こされ得る悪影響を最小限に抑える、または実質的に排除する方法を提供すると見なすことができる。
【０１８４】
実施例２：双曲線外形を有するセグメント化された電極からなる荷電粒子輸送装置
図８は、イオンガイド４０（この場合は四重極）と輸送チャネル２２２のバンチ形成領域２２５とを組み込んだ輸送装置２２０を示す。セグメント化された双曲線セクション電極２２５ａ、２２５ｂ、２２５ｃがバンチ形成領域２２５の周囲に配置されている。輸送チャネル２２２の輸送領域２２７（図示せず）は、バンチ形成領域２２５の周囲に配置された電極と同じ幾何学的形状の電極を有する。この例のシミュレーションでは、輸送チャネル２２２の内径（輸送チャネル２２２の周囲に配置された電極の内径によって定義される）は２．５ｍｍである。バンチ形成領域２２５には、上述したような集束ポテンシャルが印加されたため、イオンガイド４０とバンチ形成領域２２５との間にはＤＣ電位勾配が印加された。具体的には、イオンガイド４０に２．５Ｖ、電極２２５ａに＋２Ｖ、電極２２５ｂに０Ｖ、電極２２５ｃに＋８Ｖを印加することによって、このＤＣ電位勾配を印加した。図８では、シミュレーションのこの時点におけるイオン２５０ａは、輸送チャネル２２２によって受け取られる前のイオンガイド４０内に概略的に示してある。シミュレーションされたイオンにはある範囲のｍ／ｚ値が与えられた。
【０１８５】
ＤＣ集束ポテンシャルをバンチ形成領域２２５内に生成しながら、追加の閉じ込めＲＦ波形を輸送装置２２０の入口およびバンチ形成領域２２５に印加した。ＲＦ波形は、３．２ＭＨｚの周波数で振幅３００Ｖ（接地からピークまで）を有していた。この領域における緩衝ガス（アルゴン）の圧力は０．０１ミリバールに設定された。
【０１８６】
図９は、集束ポテンシャルによってバンチ形成領域２２５に集められているイオンのスクリーンショットを示す。このスクリーンショットは、図８のスクリーンショットの３０μｓ後、例えば、イオンが輸送装置２２０によって受け取られた３０μｓ後に撮影されたものである。シミュレーションのこの時点でのイオン２５０ｂの大部分は、バンチ形成領域２２５の集束ポテンシャル内にあることが分かる。
【０１８７】
図１０は、図９の集められたイオンから形成されたイオンバンチのスクリーンショットを示す。このスクリーンショットは、図９のスクリーンショットの２２０μｓ後（すなわち、図８のスクリーンショットの２５０μｓ後）に撮影された。イオンバンチはここで冷却されて完全に形成され、輸送ポテンシャル２２８によって捕捉される準備ができている。図１０は、輸送ポテンシャル２２８がオンになった瞬間のＡ機器の輸送ポテンシャル２２８のポテンシャル井戸に沿ったイオンのバンチ２５０ｃを示す。この例では、Ａ機器の輸送ポテンシャル２２８を生成するために使用される電圧波形は、集束ポテンシャルおよび追加の閉じ込めＲＦがスイッチオフされるとすぐに印加された。装置の性能は、ｍ／ｚ＝８０Ｔｈ〜ｍ／ｚ＝２５００Ｔｈの範囲内で調べた。ｔ＝０におけるシミュレーションの開始時に各質量の等量のイオンが生成された。図１１は、単一の共通バンチ内の各ｍ／ｚ値で輸送チャネルの引き出し領域に伝達されたイオンの百分率のプロットを示す。したがって、本発明には、単一のバンチ内で輸送される広いｍ／ｚ範囲のイオンに対して高い割合の透過率を達成することが示してある。
【０１８８】
実施例３：本開示のバンチ形成技術を用いた場合と用いない場合の、輸送チャネルに注入されたイオンからのイオンのバンチの形成の比較
この例示的状況では、輸送チャネル内で一時的な集束ポテンシャルを使用するときのイオンのバンチの形成が、輸送チャネルの入口で荷電粒子ゲートを使用するときのイオンのバンチの形成と比較される。
【０１８９】
この比較のために選択された構成が図１２に示してある。この例では、四重極電極が輸送チャネル３２２の周囲に配置され、輸送チャネル３２２の内接内径は（電極によって定義されるように）２．５ｍｍである。バンチ形成領域３２５および輸送装置３２０の本体は、やはり２．５ｍｍの内径を有する円形開口部を有するリング電極の積み重ねから形成される。各リングの厚さは０．２ｍｍであり、リング間の分離距離は１ｍｍであり、したがって電極構造の反復距離は１．２ｍｍであった。集束ポテンシャルを生成しながら、適切な放射状閉じ込めＲＦ波形をバンチ形成領域３２５のリング電極に印加した（この例では、隣接する電極は３００Ｖの接地対ピーク振幅および３．２ＭＨｚの周波数を有する逆位相ＲＦ波形を受け取った）。アルゴンの残留背景ガスを、イオンの衝突冷却のために０．０１ミリバールの圧力でシミュレートした。
【０１９０】
図１２は、実施例２に記載したような集束ポテンシャルによって所定の位置に集められているイオン３５０ａを示す（上記は、すなわち、荷電粒子の供給源１で＋２．５Ｖ、３２５ａとラベル付けした電極に対して＋２Ｖ、３２５ｂとラベル付けした電極に対して０Ｖ、および３２５ｃとラベル付けした電極に対して＋８Ｖ）。この例では、少数のイオンがバンチ形成領域３２５の電極に対して失われたことが分かる。
【０１９１】
イオンがバンチ形成領域に到達し、捕捉輸送ポテンシャルが残りの輸送チャネルと同期することを可能にするために適切な時間（２５０μｓ）の後、図１２においてアクティブであった集束ポテンシャルは除去され、移動するポテンシャル井戸を有するバンチ輸送ポテンシャル（この場合はＡ機器輸送ポテンシャル）を生成するのに適した波形を印加した。８つの適切な波形フェーズが制御ユニットによってリング電極に供給された。各フェーズは、それぞれ８つのリング電極に印加された。波形の詳細は、ｆ＝２ＭＨｚ、Ｖ０-ｐ＝２２０Ｖ（輸送ポテンシャルを生成するために使用されたＲＦ電圧の接地からピークまでの電圧）およびω＝４ｋＨｚ（Ａ波の井戸の速度を規定し、ωＬで与えられる変調波形の周波数）であり、ここでＬは輸送ポテンシャルまたは８つのリング電極の反復距離であり、この例では９．６ｍｍである。つまり、イオンバンチは３８．４ｍｓ−１の速度で移動する。
【０１９２】
印加される波形の正確な形式は、先行技術文献の特許文献１に見出すことができる。
【０１９３】
（輸送ポテンシャル印加後２５０μｓ後のスクリーンショットである）図１３では、図１２のバンチ形成領域３２５に集められたイオンから形成されたイオンのバンチ３５０ｂが、バンチ形成領域３２５から離れて輸送領域３２７に向かって輸送チャネル３２２の長さに沿って移動したように見ることができる。イオンのバンチ３５０ｂは、隣接するポテンシャル井戸へのイオンの最少の過剰こぼれで、イオンのごく一部だけが電極に対して失われ、選択されたポテンシャル井戸内に含まれていることを見ることができる。
【０１９４】
図１２および図１３と同じ輸送チャネル３２２へのイオン注入ではあるが、輸送装置３２０の外側に配置されたイオンゲートを使用して集束ポテンシャルがないものとの比較シミュレーションを図１４に示す。
【０１９５】
この比較例では、イオンゲートは、輸送装置３２０のイオン入力端にＤＣ障壁を有することによって提供され、このＤＣ障壁は、イオンが輸送装置３２０内にＤＣ電位勾配を下って移動できるように下げられる。
【０１９６】
「閉じた」動作期間で動作するイオンゲートを達成するための適切な電圧プロファイルは、イオンガイド４０に１ＶのＤＣオフセット、輸送装置３２０の第１の電極に５ＶのＤＣオフセット、および輸送３２０の残りの電極に０ＶのＤＣオフセットを印加することによって達成できる。イオンゲートを「開く」ために、輸送装置３２０の第１の電極上の電圧は、イオン源１０のＤＣオフセットとイオンガイド４０のＤＣオフセットとの間の値まで下げることができる。イオンガイド４０から輸送装置３２０へのイオンバンチの「ゲーティング」を提供するために他の電圧プロファイルを同様に使用することができ、ここで使用される値は単に一例として与えられている。一般原理は、イオンがＤＣ勾配を下降して輸送装置３２０に入ることができるようにＤＣ障壁を下げることによって、輸送装置３２０内に放出される前に、イオンが適切なＤＣ電圧障壁によってイオンガイド４０内で抑制または減速されることである。ここに記載してある電圧は正に帯電したイオンに適しており、負に帯電したイオンの用途に適するように負にすることができる。
【０１９７】
この場合、移動する有効ポテンシャル井戸の生成に適した波形を連続的に輸送装置３２０本体に印加した。一価イオンについては、２０ｅＶのエネルギーでイオンバンチが輸送装置３２０によって受け取られた。イオンの２０ｅＶの初期エネルギーは、広い質量範囲のイオンの大部分を輸送装置３２０に注入するために輸送ポテンシャルの有効ポテンシャル障壁を克服するのに必要であった。
【０１９８】
図１４は、イオンが輸送装置３２０に注入された後のシミュレーションからのスナップショットを示す。イオン３５０ａは、大きな軸方向長さにわたって広がっているように見え、多くの異なるポテンシャル井戸に含まれるいくつかのバンチに維持されているように見える（少なくとも７つのイオンのバンチが見られる）。これは、（集束ポテンシャルで使用される０．０１ミリバールと比較して）０．０５ミリバールのかなり高い圧力にもかかわらず、ここで使用されるアルゴンガスである。イオン輸送ポテンシャルおよびまたイオン注入エネルギーのフェーズでイオンのゲート放出の効率を最適化する試みもなされた。これらの試みは、図１４に示すデータと比較して改善をもたらさなかった。
【０１９９】
ｍ／ｚ１００のいくつかのイオン３５０ｂは、入力四重極機器内に反射して戻ってきたように見える可能性があり、したがって全く透過されなかったであろう。
【０２００】
この後者のシミュレーションは、代表的な従来技術の方法と比較して本発明によって提供される改善を示す。
【０２０１】
本開示、および本明細書に開示してあるような本開示の実施形態は、各々のバンチの質量範囲を増大させることができ、選択されたポテンシャル井戸からのイオンの損失、過剰こぼれ、および広がりを減らすことができるように、バンチの形成および輸送に関して達成可能な制御を改善するのに役立つと見なすことができる。その結果、イオン分析の精度およびデューティサイクルを向上させることができる。
【０２０２】
本明細書および特許請求の範囲で使用するとき、用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」および「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」およびそれらの変形は、特定の構成、ステップ、または整数が含まれることを意味する。これらの用語は、他の構成、ステップ、または整数が存在する可能性を排除すると解釈されるべきではない。
【０２０３】
前述の説明、または以下の特許請求の範囲、または添付の図面に開示した構成は、それらの特定の形態で、または開示した機能を実行するための手段に関して、または開示した結果を得るための方法またはプロセスに関して適宜表され、本発明をその多様な形態で実現するために、別々に、またはそのような構成の任意の組み合わせで利用することができる。
【０２０４】
本発明を上記の例示的な実施形態と併せて説明してきたが、この開示が与えられたときに、多くの均等な修正形態および変形形態が当業者には明らかになるであろう。したがって、上記の本発明の例示的な実施形態は例示的なものであり、限定的なものではないと考えられる。記載した実施形態に対する種々の変更は、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなくなされ得る。
【０２０５】
疑義を避けるために述べておくが、本明細書に提供した理論的説明のいずれも、読者の理解を向上させる目的で提供してある。本発明者らは、これらの理論的説明のいずれにも束縛されることを望まない。
【０２０６】
上記で言及した全ての参考文献は、参照により本明細書に組み込まれる。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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