(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルと、コンデンサ手段と、各々内部抵抗を有する２つのスイッチ手段とを有する無線周波共振器の高速起動及び／又は高速終了の方法であって、前記各スイッチ手段の一方の端部が、無線周波電圧が提供される前記コイルと前記コンデンサ手段の接合部に接続され、前記各スイッチ手段のもう一方の端部が反対の極性を有する高電圧電源に接続され、前記方法が、
（ａ）前記無線周波共振器の高速起動のため短い期間の間、前記スイッチ手段の１つを閉じ、及び／又は
（ｂ）前記無線周波共振器の高速終了のためある時間間隔の間、前記スイッチ手段の両方を閉じる方法。
【請求項２】
前記無線周波共振器がイオン捕捉装置中に設けられる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記イオン捕捉装置が四重極イオントラップである、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記四重極イオントラップがＭＡＬＤＩイオン源及び／または飛行時間型質量スペクトロメータに関連する、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
内部抵抗を有する前記スイッチ手段がスイッチング素子または直列に接続された１組のスイッチング素子の何れかである、請求項１−４の何れか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記スイッチング素子がパワーＭＯＳＦＥＴである、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記内部抵抗が前記スイッチング素子の内部抵抗からなるか、あるいは前記スイッチング素子の内部抵抗と前記スイッチング素子に直列に接続された少なくとも１つの外部抵抗の抵抗とからなる、請求項５または請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記内部抵抗が両方の前記スイッチ手段について同じであり、前記高電圧電源によって提供される電圧が反対の極性を有し同じである、請求項１−７の何れか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記コンデンサ手段が、リング電極とエンドキャップ電極との間の静電容量と、付加的回路、例えばＲＦ電圧の測定回路による静電容量と、漂遊静電容量とからなる、請求項１−８の何れか１項に記載の方法。
【請求項１０】
コイルと、コンデンサ手段と、各々内部抵抗を有する２つのスイッチ手段とを備える無線周波共振器を有する装置であって、前記各スイッチ手段の一方の端部が無線周波電圧が提供される前記コイルと前記コンデンサ手段の接合部に接続され、前記各スイッチ手段のもう一方の端部が反対の極性を有する高電圧電源に接続され、前記スイッチ手段が、
（ａ）前記無線周波共振器の高速起動のため短い期間の間、前記スイッチの１つを閉じ、及び／又は
（ｂ）前記無線周波共振器の高速終了のためある時間間隔の間、前記スイッチの両方を閉じる方法によって操作される装置。
【請求項１１】
前記装置がイオン捕捉装置である、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記イオン捕捉装置が四重極イオントラップである、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記四重極イオントラップがＭＡＬＤＩイオン源及び／又は飛行時間型質量スペクトロメータに関連する、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
内部抵抗を有する前記スイッチ手段がスイッチング素子または直列に接続された１組のスイッチング素子の何れかである、請求項１０−１３の何れか１項に記載の装置。
【請求項１５】
前記スイッチング素子がパワーＭＯＳＦＥＴである、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記内部抵抗が前記スイッチング素子の内部抵抗からなるか、あるいは前記スイッチング素子の内部抵抗と前記スイッチング素子に直列に接続された少なくとも１つの外部抵抗の抵抗とからなる、請求項１４または請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記内部抵抗が両方の前記スイッチ手段について同じであり、前記高電圧電源によって提供される電圧が反対の極性を有し同じである、請求項１０−１６の何れか１項に記載の装置。
【請求項１８】
前記コンデンサ手段が、リング電極とエンドキャップ電極との間の静電容量と、付加的回路、例えばＲＦ電圧の測定回路による静電容量と、漂遊静電容量とからなる、請求項１０−１７の何れか１項に記載の装置。
【請求項１９】
コンデンサ手段と、前記コンデンサ手段に結合されたコイルと、各々内部抵抗を有する第１及び第２スイッチ手段とを備える無線周波共振器を含む装置であって、無線周波電圧が前記コイルと前記コンデンサ手段の接合部に印加され、前記各スイッチ手段の一方の端部が前記接合部に接続され、前記各スイッチ手段のもう一方の端部が前記第１及び第２のスイッチ手段にそれぞれ反対の極性の高電圧を供給する高電圧源に結合され、前記スイッチ手段の一方または他方が前記無線周波共振器の高速起動のために動作可能であり、及び／又は前記スイッチ手段の両方が前記無線周波共振器の高速終了のため同時に動作可能である装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
〔技術分野〕
本発明は無線周波（ＲＦ）共振器とＲＦ共振回路を使用した装置に関する。特に、本発明はイオントラップ装置すなわち四重極イオントラップに関する。
【０００２】
〔背景技術〕
四重極イオントラップ（quadrupole ion trap）は、当初Ｐａｕｌ他の米国特許第2,939,952号によって説明され、通常、リング電極と、リング電極の各側面にある２つのエンドキャップ電極との３つの電極からなる。無線周波（ＲＦ）電圧は通常リング電極に印加され、２つのエンドキャップ電極は通常接地されている。コイルがリング電極に接続され、リング電極と２つのエンドキャップ電極との間の静電容量、及びリング電極に接続された他の全ての回路要素の静電容量と共にＬＣ共振器を形成する。共振器のＱ値が高いため、低電圧ＲＦ励振器（driver）であっても、直接または変圧器結合を通じてコイルに接続され、リング電極上に高ＲＦ電圧を有効に発生することができる。
【０００３】
四重極イオントラップは、多様なイオン源と共に質量分析装置のイオン捕捉装置として使用される。最も一般的なイオン源の１つは電子スプレー・イオン化による液体クロマトグラフィーである。イオントラップとの非常に有望な組み合わせと思われる、もう１つのイオン源は、マトリックス支援レーザー脱離イオン化（ＭＡＬＤＩ：Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization）である。
【０００４】
ＭＡＬＤＩイオン源によって発生するイオンは必然的にパルス化されレーザー・パルスに同期する。こうしたイオンの捕捉効率は、英国特許出願第9802112.4号に記載されているようなＲＦ電圧の高速起動の方法を使用することで最大化される。残念ながら、通常のＲＦ励振回路（RF drive circuit）は低い励振電圧だけを提供し、ＲＦ電圧の上昇率は非常に低い。必要なＲＦ電圧を確立する時間は普通ＲＦ数サイクルまたはそれ以上を必要とする。
【０００５】
飛行時間型質量スペクトロメータ（time-of-flight mass spectrometer）と組み合わせて四重極イオントラップを使用する別の試みがなされており、それは英国特許出願第9802111.6号に記載されている。この方法では、イオン抽出電圧は２つのエンドキャップ電極に印加され、リング電極上のＲＦ電圧は抽出電圧の印加と同時またはほとんど同時に終了すべきである。イオンがイオン捕捉領域から逃れるのを防止するために、終了は十分に高速である、少なくともＲＦの１サイクル未満であるべきである。ここでも、これは普通のＲＦ励振回路を使用して達成するのは困難である。ＲＦ励振回路の励振電圧が終了する間、共振器中に蓄積されたエネルギーは消費され、共振器の抵抗のみを通じて放出され、ＲＦ電圧の減衰の時定数は通常ＲＦの１サイクルよりはるかに大きい。
【０００６】
本発明の目的は、ＭＡＬＤＩイオン源からの高い効率のイオン捕捉及び／又は飛行時間型質量スペクトロメータへのイオンの有効な抽出を達成するため、ＲＦ共振器の高速起動及び／または共振器の高速終了の方法を提供することである。
〔発明の概要〕
従って、本発明は、コイルと、コンデンサ手段と、各々内部抵抗を有する２つのスイッチ手段とを有し、前記各スイッチ手段の一方の端部が、無線周波電圧が提供される場所である前記コイルと前記コンデンサ手段との接合部に接続され、前記各スイッチ手段のもう一方の端部が反対の極性を有する高電圧電源に接続される無線周波共振器の高速起動及び／又は高速終了の方法を提供し、この方法は、前記無線周波共振器の高速起動のため短い期間の間に前記スイッチ手段の１つを閉じるステップ及び／又は、前記無線周波共振器の高速終了のためある時間間隔の間前記スイッチ手段の両方を閉じるステップを含む。
【０００７】
ＭＡＬＤＩイオン源では、イオンは試料表面に向けられたレーザー・パルスによって発生し、ＭＡＬＤＩイオン源の内部に設けられたイオン光学装置を使用してイオントラップに導かれる。イオンが発生する以前、リング電極に印加されるＲＦ電圧はゼロである。イオンが３つの電極によって取り囲まれたイオン捕捉領域内にある時、スイッチの１つが閉じ、リング電極とエンドキャップ電極の間の静電容量、付加的回路、例えばＲＦ電圧の測定回路による静電容量、及び漂遊静電容量を充電する。静電容量が充電されると、スイッチはすぐに開き、共振器の自由振動を開始する。ＲＦ励振回路の励振電圧も振動を維持する適切な電圧に設定されるが、ＲＦ励振回路の励振電圧が低くＲＦ電圧はそれほど急速に変化しないので、タイミングはそれほど重要ではない。
【０００８】
飛行時間型質量スペクトロメータにイオンを抽出する場合、ＲＦ電圧は両方のスイッチを同時に閉じることでゼロになる。スイッチに接続された高電圧電源が反対の極性で同じ電圧を有し、スイッチが同じ内部抵抗を有する場合、２つのスイッチの間に印加されるＲＦ電圧は、電極間の静電容量とスイッチの抵抗によって決定される時定数でゼロに近づく。イオンがイオン捕捉領域から逃れるのを防止するため、この時定数は十分に小さく設定される。励振電圧もＲＦの終了とほとんど同時にエンドキャップ電極に印加され、イオンを飛行時間型質量スペクトロメータに抽出する。
【０００９】
スイッチは、全てのイオンがイオントラップから抽出されるまで閉じたままになる。その後、スイッチはイオンの運動に影響することなく開く。ＲＦ励振回路の励振電圧もイオン抽出後の振動を防止するためゼロに設定されるが、ここでもイオンが抽出されている間ＲＦ電圧はスイッチによってゼロに保持されているため、タイミングはそれほど重要ではない。
【００１０】
〔発明の実施の形態〕
ここで、共振器の高速起動及び／または高速終了の方法を、例示によって、添付の図面を参照して説明する。
図１を参照すると、四重極イオントラップ１はリング電極１１と２つのエンドキャップ電極１２及び１３とを備えている。これらの３つの電極はイオン捕捉領域１４を形成する。エンドキャップ電極１２及び１３はそれぞれ電圧源１５及び１６に接続され、それらはイオントラップ操作中に使用される抽出電圧と電圧波形を提供する。コイル２がリング電極１１に接続され、それにＲＦ励振回路３が続く。リング電極１１には、２つのスイッチ４及び５も接続される。これら２つのスイッチのもう一方の端部には、それぞれ２つの高電圧電源６及び７が接続される。
【００１１】
図２は、負極性のＲＦ電圧の高速起動の場合におけるＲＦ電圧と共にスイッチ動作のタイミングを例示する。この場合、負高電圧電源７に接続されたスイッチ５は始めにオンになり（すなわち閉じ）、ＲＦ電圧を高電圧電源７の電圧と同じに設定する。その後すぐに、スイッチ５はオフになり（すなわち開き）、ＲＦ共振器がその共振周波数で発振を開始する。この例では、ＲＦ共振器の高速終了はＲＦ電圧の正ピークでなされる。この時点で、両方のスイッチ４及び５はオンになる。高電圧電源６及び７の正及び負電圧は、スイッチ４及び５の内部抵抗の比に応じて分割される。高電圧電源６の電圧は高電圧電源７のものと同じであり、スイッチ４の内部抵抗はスイッチ５のものと同じであるので、ＲＦ電圧はゼロになり、両方のスイッチがオンである間ゼロに保持される。全てのイオンが四重極イオントラップから抽出された後、両方のスイッチ４及び５はオフになる。
【００１２】
ＲＦ励振回路３もこれらのスイッチ動作によって決定される電圧に一致するよう動作する。ＲＦ共振器の高速起動の場合、ＲＦ励振回路３は、高電圧電源７の電圧と同じピーク電圧を生じるように設定される。従って、スイッチ動作によって開始される発振は、ＲＦ励振回路３によって連続的に保持される。ＲＦ共振器の高速終了時、ＲＦ励振回路３はゼロに設定され、スイッチ動作によってゼロに設定されたＲＦ電圧は次のシーケンスが開始されるまでゼロに保持される。
【００１３】
上記の例は各極性について１つのスイッチを示しているが、スイッチの何れか一方または両方が１組のスイッチから構成されることもある。例えば、スイッチ４または５は単一のパワーＭＯＳＦＥＴ素子または直列に接続された１組のパワーＭＯＳＦＥＴ素子でありうる。
ＲＦ励振回路３はコイル２に直接接続されるものとして示されているが、ＲＦ励振器は変圧器結合によってコイル２に接続されることもある。
【００１４】
図２では、ＲＦ電圧は例示のみの目的のためわずか１．５サイクル後に終了している。実際にはＲＦ電圧は捕捉領域の内部に捕らえられたイオンを処理するためはるかに長い時間保持される。普通、ＲＦ電圧で抽出がなされる前に捕捉条件をシフトするよう変更される。従って終了は高電圧電源６及び／又は７の電圧と異なったＲＦ電圧から開始される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ＭＡＬＤＩイオン源と飛行時間型質量スペクトロメータ（ＴｏＦ）を伴う四重極イオントラップの概略図である。
【図２】  ＲＦ電圧と２つのスイッチの状態を示す説明用タイミング図である。
【図１】
0003785042.tif 000002
【図２】
0003785042.tif 000003