(57)【要約】イオン飛行経路が比較的短く維持され、デューティーサイクルが比較的高くされた、多重反射飛行時間型質量分析計が開示される。適度に高い感度と分解能とを維持しながら、ミラー（３６）が延伸されている次元（ｚ次元）におけるイオンの空間集束をなくすことができる。
2020518979.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多重反射飛行時間型質量分析器であって、
イオン加速器と、
第１の次元（ｘ次元）においてイオンを反射するために配置され、第２の次元（ｚ次元）において延伸された２つのイオンミラーと、
イオン検出器と、を含み、
前記イオン加速器は、イオンが前記第２の次元（ｚ次元）を移動しながら前記第１の次元（ｘ次元）において前記イオンミラー間で繰り返し反射されるように前記イオンを前記第１の次元に対して角度をなして前記イオンミラーのうちの第１のイオンミラー内まで加速するように配置および構成され、
前記イオンは、前記イオン加速器から前記検出器まで移動するときに前記第２の次元（ｚ次元）において空間的に集束されず、
前記質量分析器は、≧５％のデューティーサイクルと、≧２０，０００の分解能とを有し、前記第１の次元（ｘ次元）における前記２つのイオンミラーの反射点間の距離が≦１０００ｍｍであり、前記質量分析器は、前記イオンが前記第２の次元（ｚ次元）において前記イオン加速器から前記検出器までの≦７００ｍｍの距離を移動するように構成された、多重反射飛行時間型質量分析器。
【請求項２】
各ミラーは、イオンの一次飛行時間集束が、前記第１の次元に対して直角な面（ｙ−ｚ面）における前記イオンの位置とは実質的に独立しているように配置および構成された少なくとも４つの電極を有する、請求項１に記載の質量分析器。
【請求項３】
前記質量分析器は前記イオンを前記イオン加速器に供給するためのイオン源に結合され、前記イオン源は、前記イオン加速器が前記第２の次元（ｚ次元）を移動する前記イオン源からのイオンを受け取るように配置された、請求項１または２に記載の質量分析器。
【請求項４】
前記質量分析器は≧１０％のデューティーサイクルを有する、請求項１ないし３のいずれかに記載の質量分析器。
【請求項５】
前記質量分析器は、前記イオンが前記第２の次元（ｚ次元）において前記イオン加速器から前記検出器までの第１の距離を移動するように構成され、前記イオン加速器は、前記第２の次元（ｚ次元）において初期長を有するイオンのパケットをパルス送出するように構成され、前記第１の距離と初期長とは、前記分析計が≧５％のデューティーサイクルを有するようになされた、請求項１ないし４のいずれかに記載の質量分析器。
【請求項６】
前記質量分析器は≧３０，０００の分解能を有する、請求項１ないし５のいずれかに記載の質量分析器。
【請求項７】
前記第２の次元（ｚ次元）における前記イオン加速器から前記検出器までの距離は、≦６５０ｍｍ、≦６００ｍｍ、≦５５０ｍｍ、≦５００ｍｍ、≦４８０ｍｍ、≦４６０ｍｍ、≦４４０ｍｍ、≦４２０ｍｍ、≦４００ｍｍ、≦３８０ｍｍ、≦３６０ｍｍ、≦３４０ｍｍ、≦３２０ｍｍ、≦３００ｍｍ、≦２８０ｍｍ、≦２６０ｍｍ、≦２４０ｍｍ、≦２２０ｍｍ、または≦２００ｍｍのうちの１つであり、および／または、
前記第２の次元（ｚ次元）における前記イオン加速器から前記検出器までの前記第１の距離は、≧１００ｍｍ、≧１２０ｍｍ、≧１４０ｍｍ、≧１６０ｍｍ、≧１８０ｍｍ、≧２００ｍｍ、≧２２０ｍｍ、２４０ｍｍ、≧２６０ｍｍ、≧２８０ｍｍ、≧３００ｍｍ、≧３２０ｍｍ、≧３４０ｍｍ、≧３６０ｍｍ、≧３８０ｍｍ、または、≧４００ｍｍ≧のうちの１つである、請求項１ないし６のいずれかに記載の質量分析器。
【請求項８】
前記第１の方向（ｘ次元）における前記２つのイオンミラーの反射点間の距離は、≦９５０ｍｍ、≦９００ｍｍ、≦８５０ｍｍ、≦８００ｍｍ、≦７５０ｍｍ、≦７００ｍｍ、≦６５０ｍｍ、≦６００ｍｍ、５５０ｍｍ、≦５００ｍｍ、≦４５０ｍｍ、または≦４００ｍｍであり、および／または、
前記第１の方向（ｘ次元）における前記２つのイオンミラーの反射点間の距離は、≧３５０ｍｍ、≧３６０ｍｍ、≧３８０ｍｍ、≧４００ｍｍ、≧４５０ｍｍ、≧５００ｍｍ、≧５５０ｍｍ、≧６００ｍｍ、≧６５０ｍｍ、≧７００ｍｍ、≧７５０ｍｍ、≧８００ｍｍ、≧８５０ｍｍ、または≧９００ｍｍである、請求項１ないし７のいずれかに記載の質量分析器。
【請求項９】
前記イオン加速器と、前記イオンミラーと、前記検出器とは、前記イオンが前記イオン加速器から前記検出器まで移動しながら前記イオンミラーによって少なくともｘ回反射されるように配置および構成され、
ｘは、≧２、≧３、≧４、≧５、≧６、≧７、≧８、≧９、≧１０、≧１１、≧１２、≧１３、≧１４、または≧１５であり、および／または、
ｘは、≦１５、≦１４、≦１３、≦１２、≦１１、≦１０、≦９、≦８、≦７、≦６、≦５、≦４、≦３、または≦２であり、および／または、
ｘは３ないし１０であるか、ｘは４ないし９であるか、ｘは５ないし１０であるか、ｘは３ないし６であるか、ｘは４ないし５であるか、または、ｘは５ないし６である、請求項１ないし８のいずれかに記載の質量分析器。
【請求項１０】
前記イオンは前記第２の次元（ｚ次元）において前記イオン加速器から前記検出器までの１００ｍｍと４５０ｍｍの間の距離を移動し、
前記第１の方向（ｘ次元）における前記２つのイオンミラーの反射点間の前記距離は３５０ｍｍと９５０ｍｍとの間であり、
前記イオンは、前記イオン加速器から前記検出器まで移動しながら前記イオンミラーによって２回と１５回の間の回数反射される、請求項１ないし９のいずれかに記載の質量分析器。
【請求項１１】
前記イオンは、前記第２の次元（ｚ次元）において前記イオン加速器から前記検出器までの１５０ｍｍと４００ｍｍの間の距離を移動し、
前記第１の方向（ｘ次元）における前記２つのイオンミラーの反射点間の距離は４００ｍｍと９００ｍｍの間であり、
前記イオンは、前記イオン加速器から前記検出器まで移動しながら前記イオンミラーによって３回と１０回の間の回数反射される、請求項１ないし９のいずれか一項に記載の質量分析器。
【請求項１２】
前記イオンは、前記第２の次元（ｚ次元）において前記イオン加速器から前記検出器までの１００ｍｍと４００ｍｍの間の距離を移動し、
前記第１の方向（ｘ次元）における前記イオンミラーの反射点間の距離は、３００ｍｍと７００ｍｍの間であり、
前記イオンは前記イオン加速器から前記検出器まで移動しながら前記イオンミラーによって３回と６回の間の回数反射される、請求項１ないい１１のいずれかに記載の質量分析器。
【請求項１３】
イオンが、前記第２の次元（ｚ次元）において、≦１４０ｅＶ、≦１２０ｅＶ、≦１００ｅＶ、≦９０ｅＶ、≦８０ｅＶ、≦７０ｅＶ、≦６０ｅＶ、≦５０ｅＶ、≦４０ｅＶ、≦３０ｅＶ、≦２０ｅＶ、または≦１０ｅＶのエネルギーで移動し、および／または、
イオンが、第２の次元（ｚ次元）において、≧１２０ｅＶ、≧１００ｅＶ、≧９０ｅＶ、≧８０ｅＶ、≧７０ｅＶ、≧６０ｅＶ、≧５０ｅＶ、≧４０ｅＶ、≧３０ｅＶ、≧２０ｅＶ、または≧１０ｅＶのエネルギーで移動する、請求項１ないし１２のいずれかに記載の質量分析器。
【請求項１４】
前記イオン加速器は、前記イオンを加速するためにｙＶ／ｍｍの電界を発生するように構成され、
ｙは、≧７００、≧６５０、≧６００、≧５８０、≧５６０、≧５４０、≧５２０、≧５００、≧４８０、≧４６０、≧４４０、≧４２０、≧４００、≧３８０、≧３６０、≧３４０、≧３２０、≧３００、≧２８０、≧２６０、≧２４０、≧２２０、または≧２００であり、および／または、
ｙは、≦７００、≦６５０、≦６００、≦５８０、≦５６０、≦５４０、≦５２０、≦５００、≦４８０、≦４６０、≦４４０、≦４２０、≦４００、≦３８０、≦３６０、≦３４０、≦３２０、≦３００、≦２８０、≦２６０、≦２４０、≦２２０、または≦２００である、請求項１ないし１３のいずれかに記載の質量分析器。
【請求項１５】
前記イオンが前記イオンミラー間で反射されるときに実質的に電界のない領域を通って移動するように、前記イオンミラー間に実質的に電界のない前記領域が配置された、請求項１ないし１４のいずれかに記載の質量分析器。
【請求項１６】
前記イオンは、イオンミラー間および／または実質的に電界のない前記領域にあるときに運動エネルギーＥを有し、
Ｅは、≧１ｋｅＶ、≧２ｋｅＶ、≧３ｋｅＶ、≧４ｋｅＶ、≧５ｋｅＶ、≧６ｋｅＶ、≧７ｋｅＶ、≧８ｋｅＶ、≧９ｋｅＶ、１０ｋｅＶ、≧１１ｋｅＶ、≧１２ｋｅＶ、≧１３ｋｅＶ、≧１４ｋｅＶ、または≧１５ｋｅＶであり、および／または、
Ｅは、≦１５ｋｅＶ、≦１４ｋｅＶ、≦１３ｋｅＶ、≦１２ｋｅＶ、≦１１ｋｅＶ、≦１０ｋｅＶ、≦９ｋｅＶ、≦８ｋｅＶ、≦７ｋｅＶ、≦６ｋｅＶ、または≦５ｋｅＶ、および／または、５ｋｅＶと１０ｋｅＶの間である、請求項１ないし１５のいずれかに記載の質量分析器。
【請求項１７】
前記質量分析器は、イオンを前記イオン加速器内に誘導するためのイオンガイドと前記イオンガイドを加熱するためのヒータとに結合された、請求項１ないし１６のいずれかに記載の質量分析器。
【請求項１８】
前記イオン加速器の電極を加熱するためのヒータを含む、請求項１ないし１７のいずれかに記載の質量分析器。
【請求項１９】
前記イオンガイドおよび／または前記加速器を、≧１００℃、≧１１０℃、≧１２０℃、≧１３０℃、≧１４０℃、または≧１５０℃の温度に加熱するように配置および構成されたヒータを含む、請求項１７または１８に記載の質量分析器。
【請求項２０】
前記イオン加速器はグリッドレスイオン加速器である、請求項１ないし１９のいずれかに記載の質量分析器。
【請求項２１】
前記質量分析器は、前記イオン加速器に向かって通過する前記イオンをコリメートするためのコリメータに結合され、前記コリメータは、前記第１の次元（ｘ次元）および／または、前記第１および第２の次元の両方に対して直角な次元（ｙ次元）においてイオンをコリメートするように構成された、請求項１ないし２０のいずれかに記載の質量分析器。
【請求項２２】
前記質量分析器は、前記第１の次元（ｘ次元）および／または、前記第１および第２の次元の両方に対して直角な次元（ｙ次元）において前記イオン加速器に向かって通過する前記イオンビームを拡大するように配置および構成されたイオン光学系に結合されている、請求項１ないし２１のいずれかに記載の質量分析器。
【請求項２３】
前記質量分析器は、前記イオンが前記イオン加速器に入射する前に前記イオンを空間的に、または質量対電荷比またはイオン移動度に応じて、第２の次元（ｚ次元）において分離するためのイオン分離器に結合されている、請求項１ないし２２のいずれかに記載の質量分析器。
【請求項２４】
多重反射飛行時間型質量分析器であって、
イオン加速器と、
第１の次元（ｘ次元）においてイオンを反射するために配置され、第２の次元（ｚ次元）において延伸された２つのイオンミラーと、
イオン検出器と、を含み、
前記イオン加速器は、イオンが前記第２の次元（ｚ次元）を移動しながら前記第１の次元（ｘ次元）において前記イオンミラー間で繰り返し反射されるように前記第１の次元において前記イオンを前記第１の次元に対して角度をなして前記イオンミラーのうちの第１のイオンミラー内まで加速するように配置および構成され、
前記イオンは、前記イオンミラーのうちの１つのイオンミラーから前記イオンミラーのうちの他のイオンミラーまでｎ回通過するように反射され、前記イオンは前記ｎ回のうちの≧６０％の間、前記第２の次元（ｚ次元）において空間的に集束されない多重反射飛行時間型質量分析器。
【請求項２５】
前記イオンは、前記ｎ回のうちの≧６５％、≧７０％、≧７５％、≧８０％、≧８５％、≧９０％、または≧９５％の間、第２の次元（ｚ次元）において空間的に集束されない、請求項２４に記載の質量分析器。
【請求項２６】
前記質量分析器は≧５％のデューティーサイクルを有する、請求項２４または２５に記載の質量分析器。
【請求項２７】
前記質量分析器は≧２０，０００の分解能を有する、請求項２４、２５または２６に記載の質量分析器。
【請求項２８】
前記第１の次元（ｘ次元）における前記２つのイオンミラーの反射点間の距離は≦１０００ｍｍである、請求項２４ないし２７のいずれか一項に記載の質量分析器。
【請求項２９】
前記質量分析器は、前記イオンが前記第２の次元（ｚ次元）において前記イオン加速器から前記検出器までの≦７００ｍｍの距離を移動するように構成された、請求項２４ないし２８のいずれか一項に記載の質量分析器。
【請求項３０】
多重反射飛行時間型質量分析器であって、
イオン加速器と、
第１の次元（ｘ次元）においてイオンを反射するために配置され、第２の次元（ｚ次元）において延伸された２つのイオンミラーと、
イオン検出器と、を含み、
前記イオン加速器は、イオンが前記第２の次元（ｚ次元）を移動しながら前記第１の次元（ｘ次元）において前記イオンミラー間で繰り返し反射されるように前記イオンを前記第１の次元に対して角度をなして前記イオンミラーのうちの第１のイオンミラー内まで加速するように配置および構成された、多重反射飛行時間型質量分析器。
【請求項３１】
飛行時間型質量分析方法であって、
請求項１ないし２３のいずれか一項に記載の質量分析器を設けることと、
イオンが前記第２の次元（ｚ次元）を移動しながら前記イオンが前記第１の次元（ｘ次元）において前記イオンミラー間で繰り返し反射されるように前記イオンを前記第１の次元に対して角度をなして前記イオンミラーのうちの第１のイオンミラー内まで加速させるように、前記イオン加速器を制御することと、を含み、前記第１の次元（ｘ次元）における前記２つのイオンミラーの反射点間の距離が≦１０００ｍｍであり、前記イオンは前記第２の次元（ｚ次元）において前記イオン加速器から前記検出器までの≦７００ｍｍの距離を移動し、前記イオンは前記イオン加速器から前記検出器まで移動するときに前記第２の次元（ｚ次元）において空間的に集束されず、
前記イオンは、前記検出器によって検出され、≧５％のデューティーサイクルおよび≧２０，０００の分解能で飛行時間型質量分析される飛行時間型質量分析方法。
【請求項３２】
飛行時間型質量分析方法であって、
請求項２４ないし２９のいずれか一項に記載の質量分析器を設けることと、
イオンが前記第２の次元（ｚ次元）を移動しながら前記第１の次元（ｘ次元）において前記イオンミラー間で繰り返し反射されるように前記イオンを前記第１の次元に対して角度をなして前記イオンミラーのうちの第１のイオンミラー内まで加速させるように、前記イオン加速器を制御することと、を含み、
前記イオンは、前記イオンミラーのうちの１つのイオンミラーから前記イオンミラーのうちの他のイオンミラーまでｎ回数通過するように反射され、前記イオンは前記ｎ回のうちの≧６０％の間、前記第２の次元（ｚ次元）において空間的に集束されない飛行時間型質量分析方法。
【請求項３３】
飛行時間型質量分析方法であって、
請求項３０に記載の質量分析器を設けることと、
イオンが前記第２の次元（ｚ次元）を移動しながら前記第１の次元（ｘ次元）において前記イオンミラー間で繰り返し反射されるように前記イオンを前記第１の次元に対して角度をなして前記イオンミラーのうちの第１のイオンミラー内まで加速させるように、前記イオン加速器を制御することと、を含む飛行時間型質量分析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１７年５月５日に出願された英国特許出願第１７０７２０８．３号の優先権および利益を主張する。参照により本出願の内容全体が本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、一般には、質量分析計に関し、特に、多重反射飛行時間型質量分析計（ＭＲ−ＴＯＦ−ＭＳ）およびその使用方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
飛行時間型質量分析計は、広い質量範囲の高速分析によって特徴づけられる、広く使用されている分析化学機器である。多重反射飛行時間型質量分析計（ＭＲ−ＴＯＦ−ＭＳ）は、イオンの飛行経路を拡張するようにイオンを複数回反射することによって分解能を大幅に向上させることが認識されてきた。このようなイオン飛行経路の拡張は、イオンミラー間でイオンを反射することによって実現されている。
【０００４】
ソ連特許第１７２５２８９号（特許文献１）は、無電界領域の両側に配置されたイオンミラーを有するＭＲ−ＴＯＦ−ＭＳ器を開示している。無電界領域にはイオン源が配置され、イオンミラーのうちの１つにイオンを放出する。イオンは、イオン検出器に達するまで計器に沿って移動しながらイオンミラー間で往復して反射される。次に、イオンがイオン源からイオン検出器までに移動するのに要する時間を検出することによって、イオンの質量対電荷比を測定することができる。
【０００５】
ＷＯ２００５／００１８７８号（特許文献２）は、イオンがイオンミラーによって反射される次元に対して直角の方向にイオンビームが大きく発散するのを防ぎ、それによって分析計のデューティーサイクルを増すように、イオンミラー間の無電界領域内に１組の周期的レンズを有する類似の計器を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】ソ連特許第１７２５２８９号
【特許文献２】ＷＯ２００５／００１８７８号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の態様によると、本発明は、多重反射飛行時間型質量分析計であって、
イオン加速器と、
第１の次元（ｘ次元）においてイオンを反射するために配置され、第２の次元（ｚ次元）において延伸された２つのイオンミラーと、
イオン検出器と、を含み、
前記イオン加速器は、イオンが前記第２の次元（ｚ次元）を移動しながら前記第１の次元（ｘ次元）において前記イオンミラー間で繰り返し反射されるように前記イオンを前記第１の次元に対して角度をなして前記イオンミラーのうちの第１のイオンミラー内まで加速するように配置および構成され、
前記イオンは、前記イオン加速器から前記検出器まで移動するときに前記第２の次元（ｚ次元）において空間的に集束されず、
前記質量分析器は、≧５％のデューティーサイクルと、≧２０，０００の分解能とを有し、前記第１の次元（ｘ次元）における前記２つのイオンミラーの反射点間の距離が≦１０００ｍｍであり、前記質量分析器は、前記イオンが前記第２の次元（ｚ次元）において前記イオン加速器から前記検出器までの≦７００ｍｍの距離を移動するように構成された、多重反射飛行時間型質量分析器を提供する。
【０００８】
イオンミラー間の第２の次元（ｚ次元）ではイオンの集束が行われず、例えば第２の次元（ｚ次元）ではイオンを集束する周期的レンズがない。したがって、イオンの各パケットはイオン加速器から検出器に移動しながら第２の次元（ｚ次元）において拡大する。ＭＲ−ＴＯＦ−ＭＳ器は、従来からきわめて高い分解能を得ることを目指しており、したがってイオンミラー間で多くの回数の反射を必要とする。したがって、従来は、イオンパケットの幅が、イオンパケットが多数のミラー反射を終えて検出器に到達する時点までに検出器の幅よりも大きくなる程度まで発散するのを防ぐために、イオンミラー間において第２の次元（ｚ次元）の集束を設ける必要があるとみなされてきた。これは、受容可能なイオン透過、したがって計器の感度を維持するために必要であるとみなされていた。また、イオンパケットが第２の次元（ｚ次元）において発散し過ぎると、一部のイオンが第１の回数のみ反射されて検出器に達し、他のイオンがそれより多い回数反射されて検出器に達する可能性がある。したがって、イオンが検出器に達する途中に無電界領域を通る大幅に異なる飛行経路長を有する可能性があり、これは飛行時間型質量分析計においては望ましくない。
【０００９】
しかし、本発明の発明者らは、計器内のイオン飛行経路を比較的短く維持し、デューティーサイクル（すなわち以下で定義するＤ／Ｌ）を比較的高くすれば、適度に高い感度と分解能とを維持しながら第２の次元（ｚ次元）の集束をなくすことができることを認めた。より具体的には、イオン加速器からパルス状に送り出される各イオンパケットは、検出器に向かって移動するときに第２の次元（ｚ次元）においてイオンの熱運動速度により拡大する。これは、一方では、所望の回数のイオンミラー反射が行われるまでイオンが検出器に衝突しないように、イオン検出器は第２の次元（ｚ次元）において比較的短くなければならないが、他方では、イオン検出器は拡大したイオンパケットを受け取るのに十分な長さでなければならないため、多重反射飛行時間型質量分析計では特に問題となる。これは、第２の次元（ｚ次元）でイオンパケットが該次元における元の長さに対して相対的に大きく拡大するほどますます問題となる。発明者らは、イオンパケットの初期サイズ（すなわちＤ）を比較的大きく維持し、イオン加速器と検出器との間の距離（すなわちＬ）を比較的短く維持すれば（すなわち、比較的高いデューティーサイクルＤ／Ｌを設けることによって）、イオン加速器と検出器との間でのイオンパケットの比例拡大が比較的小さいままとなることを認めた。
【００１０】
本発明の第１の態様は、飛行時間型質量分析方法であって、上記の記載の質量分析器を設けることと、イオンが前記第２の次元（ｚ次元）を移動しながら前記イオンが前記第１の次元（ｘ次元）において前記イオンミラー間で繰り返し反射されるように前記イオンを前記第１の次元に対して角度をなして前記イオンミラーのうちの第１のイオンミラー内まで前記イオンを加速させるように、前記イオン加速器を制御することとを含み、前記第１の次元（ｘ次元）における前記２つのイオンミラーの反射点間の距離が≦１０００ｍｍであり、前記イオンは前記第２の次元（ｚ次元）において前記イオン加速器から前記検出器までの≦７００ｍｍの距離を移動し、前記イオンは前記イオン加速器から前記検出器まで移動するときに前記第２の次元（ｚ次元）において空間的に集束されず、前記イオンは、前記検出器によって検出され、≧５％のデューティーサイクルおよび≧２０，０００の分解能で飛行時間型質量分析される飛行時間型質量分析方法も提供する。
【００１１】
第２の態様では、本発明は、多重反射飛行時間型質量分析器であって、
イオン加速器と、
第１の次元（ｘ次元）においてイオンを反射するために配置され、第２の次元（ｚ次元）において延伸された２つのイオンミラーと、
イオン検出器と、を含み、
前記イオン加速器は、イオンが前記第２の次元（ｚ次元）を移動しながら前記イオンが前記第１の次元（ｘ次元）において前記イオンミラー間で繰り返し反射されるように前記イオンを前記第１の次元に対して角度をなして前記イオンミラーのうちの第１のイオンミラー内まで加速するように配置および構成され、
前記イオンは、前記イオンミラーのうちの１つのイオンミラーから前記イオンミラーのうちの他のイオンミラーまでｎ回通過するように反射され、前記イオンは前記ｎ回のうちの≧６０％の間、前記第２の次元（ｚ次元）において空間的に集束されない多重反射飛行時間質量分析器を提供する。
【００１２】
本発明の第２の態様は、飛行時間型質量分析方法であって、上記の質量分析器を設けることと、イオンが前記第２の次元（ｚ次元）を移動しながら前記イオンが前記第１の次元（ｘ次元）において前記イオンミラー間で繰り返し反射されるように前記第１の次元に対して角度をなして前記イオンミラーのうちの第１のイオンミラー内まで前記イオンを加速させるように、前記イオン加速器を制御することとを含み、前記イオンは、前記イオンミラーのうちの１つのイオンミラーから前記イオンミラーのうちの他のイオンミラーまでｎ回通過するように反射され、前記イオンは前記ｎ回のうちの≧６０％の間、前記第２の次元（ｚ次元）において空間的に集束されない飛行時間型質量分析方法も提供する。
【００１３】
第３の態様では、本発明は、多重反射飛行時間型質量分析器であって、
イオン加速器と、
第１の次元（ｘ次元）においてイオンを反射するために配置され、第２の次元（ｚ次元）において延伸された２つのイオンミラーと、
イオン検出器と、を含み、
前記イオン加速器は、イオンが前記第２の次元（ｚ次元）を移動しながら前記第１の次元（ｘ次元）において前記イオンが前記イオンミラー間で繰り返し反射されるように、前記イオンを、角度をなして前記イオンミラーのうちの第１のイオンミラー内まで加速するように配置および構成された、多重反射飛行時間型質量分析器を提供する。
【００１４】
本発明の第３の態様は、飛行時間型質量分析方法であって、上記の質量分析器を設けることと、イオンが前記第２の次元（ｚ次元）を移動しながら前記イオンが前記第１の次元（ｘ次元）において前記イオンミラー間で繰り返し反射されるように前記第１の次元に対して角度をなして前記イオンミラーのうちの第１のイオンミラー内まで前記イオンを加速させるように、前記イオン加速器を制御することとを含む飛行時間型質量分析方法も提供する。
【００１５】
本明細書における分析器は、（ｉ）エレクトロスプレーイオン化（「ＥＳＩ」イオン源と、（ｉｉ）大気圧光イオン化（「ＡＰＰＩ」）イオン源と、（ｉｉｉ）大気圧化学イオン化（「ＡＰＣＩ」）イオン源と、（ｉｖ）マトリクス支援レーザ脱離イオン化（「ＭＡＬＤＩ」）イオン源と、（ｖ）レーザ脱離イオン化（「ＬＤＩ」）イオン源と、（ｖｉ）大気圧イオン化（「ＡＰＩ」）イオン源と、（ｖｉｉ）シリコン上脱離イオン化（「ＤＩＯＳ」）イオン源と、（ｖｉｉｉ）電子衝撃（「ＥＩ」）イオン源と、（ｉｘ）化学イオン化（「ＣＩ」）イオン源と、（ｘ）フィールドイオン化（「ＦＩ」）イオン源と、（ｘｉ）フィールド脱離（「ＦＤ」）イオン源と、（ｘｉｉ）誘導結合プラズマ（「ＩＣＰ」）イオン源と、（ｘｉｉｉ）高速原子衝撃（「ＦＡＢ」）イオン源と、（ｘｉｖ）液体二次イオン質量分析（「ＬＳＩＭＳ」）イオン源と、（ｘｖ）脱離エレクトロスプレーイオン化（「ＤＥＳＩ」）イオン源と、（ｘｖｉ）ニッケル６３放射性イオン源と、（ｘｖｉｉ）大気圧マトリクス支援レーザ脱離イオン化イオン源と、（ｘｖｉｉｉ）サーモスプレーイオン源と、（ｘｉｘ）大気サンプリンググロー放電イオン化（「ＡＳＧＤＩ」）イオン源と、（ｘｘ）グロー放電（「ＧＤ」）イオン源と、（ｘｘｉ）インパクタイオン源と、（ｘｘｉｉ）リアルタイム直接分析（「ＤＡＲＴ」）イオン源と、（ｘｘｉｉｉ）レーザスプレーイオン化（「ＬＳＩ」）イオン源と、（ｘｘｉｖ）ソニックスプレーイオン化（「ＳＳＩ」）イオン源と、（ｘｘｖ）マトリクス支援インレットイオン化（「ＭＡＩＩ」）イオン源と、（ｘｘｖｉ）溶媒支援インレットイオン化（「ＳＡＩＩ」）イオン源と、（ｘｘｖｉｉ）脱離エレクトロスプレーイオン化（「ＤＥＳＩ」）イオン源と、（ｘｘｖｉｉｉ）レーザアブレーションエレクトロスプレーイオン化（「ＬＡＥＳＩ」）イオン源と、（ｘｘｉｘ）表面支援レーザ脱離イオン化（「ＳＡＬＤＩ」）とからなるグループから選択されたイオン源を含むことができる。
【００１６】
分析計は、１つまたは複数の連続またはパルスイオン源を含み得る。
【００１７】
分析計は、１つまたは複数のイオンガイドを含み得る。
【００１８】
分析計は、１つまたは複数のイオン移動度分離装置および／または１つまたは複数のフィールド非対称イオン移動度分析計装置を含み得る。
【００１９】
分析計は、１つまたは複数のイオントラップまたは１つまたは複数のイオントラップ領域を含み得る。
【００２０】
分析計は、（ｉ）衝突誘起解離（「ＣＩＤ」）フラグメンテーション装置と、（ｉｉ）表面誘起解離（「ＳＩＤ」）フラグメンテーション装置と、（ｉｉｉ）電子移動解離（「ＥＴＤ」）フラグメンテーション装置と、（ｉｖ）電子捕獲解離（「ＥＣＤ」）フラグメンテーション装置と、（ｖ）電子衝突または衝撃解離フラグメンテーション装置と、（ｖｉ）光誘起解離（「ＰＩＤ」）フラグメンテーション装置と、（ｖｉｉ）レーザ誘起解離フラグメンテーション装置と、（ｖｉｉｉ）赤外線放射誘起解離装置と、（ｉｘ）紫外線放射誘起解離装置と、（ｘ）ノズルスキマーインターフェースフラグメンテーション装置と、（ｘｉ）インソースフラグメンテーション装置と、（ｘｉｉ）インソース衝突誘起解離フラグメンテーション装置と、（ｘｉｉｉ）熱または温度源フラグメンテーション装置と、（ｘｉｖ）電界誘起フラグメンテーション装置と、（ｘｖ）磁界誘起フラグメンテーション装置と、（ｘｖｉ）酵素消化または酵素分解フラグメンテーション装置と、（ｘｖｉｉ）イオン間反応フラグメンテーション装置と、（ｘｖｉｉｉ）イオン−分子反応フラグメンテーション装置と、（ｘｉｘ）イオン−原子反応フラグメンテーション装置と、（ｘｘ）イオン準安定イオン反応フラグメンテーション装置と、（ｘｘｉ）イオン準安定分子反応フラグメンテーション装置と、（ｘｘｉｉ）イオン準安定原子反応フラグメンテーション装置と、（ｘｘｉｉｉ）付加イオンまたはプロダクトイオン生成のための反応イオンのイオン間反応装置と、（ｘｘｉｖ）付加イオンまたはプロダクトイオン生成のための反応イオンのイオン−分子反応装置と、（ｘｘｖ）付加イオンまたはプロダクトイオン生成のための反応イオンのイオン−原子反応装置と、（ｘｘｖｉ）付加イオンまたはプロダクトイオン生成のための反応イオンの準安定イオン反応装置と、（ｘｘｖｉｉ）付加イオンまたはプロダクトイオン生成のための反応イオンのイオン準安定分子反応装置と、（ｘｘｖｉｉｉ）付加イオンまたはプロダクトイオン生成のための反応イオンのイオン準安定原子反応装置と、（ｘｘｉｘ）電子イオン化解離（「ＥＩＤ」）フラグメンテーション装置とからなるグループから選択された１つまたは複数の衝突セル、フラグメンテーションセルまたは反応セルを含むことができる。
【００２１】
イオン−分子反応装置は、脂質中のオレフィン（二重）結合の位置特定のためにオゾン分解を行うように構成することができる。
【００２２】
分析計は、（ｉ）四重極質量分析器と、（ｉｉ）２Ｄまたは線形四重極質量分析器と、（ｉｉｉ）ポールまたは３Ｄ四重極質量分析器と、（ｉｖ）ペニングトラップ質量分析器と、（ｖ）イオントラップ質量分析器と、（ｖｉ）磁場セクタ型質量分析器と、（ｖｉｉ）イオンサイクロトロン共鳴（「ＩＣＲ」）質量分析器と、（ｖｉｉｉ）フーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴（「ＦＴＩＣＲ」）質量分析器と、（ｉｘ）クアドロ対数ポテンシャル分布を有する静電界を生じさせるようになされた静電質量分析器と、（ｘ）フーリエ変換静電質量分析器と、（ｘｉ）フーリエ変換質量分析器とからなるグループから選択された質量分析器を含むことができる。
【００２３】
分析計は、１つまたは複数のエネルギー分析器または静電エネルギー分析器を含み得る。
【００２４】
分析計は、（ｉ）四重極質量フィルタと、（ｉｉ）２Ｄまたは線形四重極イオントラップと、（ｉｉｉ）ポールまたは３Ｄ四重極質量フィルタと、（ｉｖ）ペニングイオントラップと、（ｖ）イオントラップと、（ｖｉ）磁場セクタ型質量フィルタと、（ｖｉｉ）飛行時間質量フィルタと、（ｖｉｉｉ）ウィーンフィルタとからなるグループから選択された１つまたは複数の質量フィルタを含むことができる。
【００２５】
分析計は、イオンをパルス状に送出するための装置またはイオンゲート、および／または、実質的に連続したイオンビームをパルス状イオンビームに変換するための装置を含むことができる。
【００２６】
分析計は、Ｃトラップと、クアドロ対数ポテンシャル分布を有する静電界を形成する樽形の外側電極および同軸スピンドル形内側電極を含む質量分析器とを含んでもよく、第１の動作モードではイオンがＣトラップに送られ、次に質量分析器に導入され、第２の動作モードではイオンがＣトラップに送られ、次に、衝突セルまたは電子移動解離装置に送られ、少なくとも一部のイオンが断片イオンに断片化され、次に断片イオンがＣトラップに送られてから質量分析器に導入される。
【００２７】
分析計は、各電極が使用時にイオンが送り込まれる開口を有する複数の電極を含み、電極の間隔がイオン経路の長さに沿って大きくなり、イオンガイドの上流部の電極の開口が第１の直径を有し、イオンガイドの下流部の電極の開口が第１の直径より小さい第２の直径を有し、使用時にＡＣ電圧またはＲＦ電圧の逆位相が連続した電極に印加される、積層リングイオンガイドを含むことができる。
【００２８】
分析計は、電極にＡＣ電圧またはＲＦ電圧を供給するように配置され、適応化された装置を含むことができる。ＡＣ電圧またはＲＦ電圧は、任意により、（ｉ）ピーク間約＜５０Ｖと、（ｉｉ）ピーク間約５０Ｖないし１００Ｖと、（ｉｉｉ）ピーク間約１００Ｖないし１５０Ｖと、（ｉｖ）ピーク間約１５０Ｖないし２００Ｖと、（ｖ）ピーク間約２００Ｖないし２５０Ｖと、（ｖｉ）ピーク間約２５０Ｖないし３００Ｖと、（ｖｉｉ）ピーク間約３００Ｖないし３５０Ｖと、（ｖｉｉｉ）ピーク間約３５０Ｖないし４００Ｖと、（ｉｘ）ピーク間約４００ないし４５０Ｖと、（ｘ）ピーク間約４５０Ｖないし５００Ｖと、（ｘｉ）ピーク間＞約５００Ｖからなるグループから選択された振幅を有する。
【００２９】
ＡＣ電圧またはＲＦ電圧は、（ｉ）＜約１００ｋＨｚと、（ｉｉ）約１００ｋＨｚないし２００ｋＨｚと、（ｉｉｉ）約２００ｋＨｚないし３００ｋＨｚと、（ｉｖ）約３００ｋＨｚないし４００ｋＨｚと、（ｖ）約４００ｋＨｚないし５００ｋＨｚと、（ｖｉ）約０．５ＭＨｚないし１．０ＭＨｚと、（ｖｉｉ）約１．０ＭＨｚないし１．５ＭＨｚと、（ｖｉｉｉ）約１．５ＭＨｚないし２．０ＭＨｚと、（ｉｘ）約２．０ＭＨｚないし２．５ＭＨｚと、（ｘ）約２．５ＭＨｚないし３．０ＭＨｚと、（ｘｉ）約３．０ＭＨｚないし３．５ＭＨｚと、（ｘｉｉ）約３．５ＭＨｚないし４．０ＭＨｚと、（ｘｉｉｉ）約４．０ＭＨｚないし４．５ＭＨｚと、（ｘｉｖ）約４．５ＭＨｚないし５．０ＭＨｚと、（ｘｖ）約５．０ＭＨｚないし５．５ＭＨｚと、（ｘｖｉ）約５．５ＭＨｚないし６．０ＭＨｚと、（ｘｖｉｉ）約６．０ＭＨｚないし６．５ＭＨｚと、（ｘｖｉｉｉ）約６．５ＭＨｚないし７．０ＭＨｚと、（ｘｉｘ）約７．０ＭＨｚないし７．５ＭＨｚと、（ｘｘ）約７．５ＭＨｚないし８．０ＭＨｚと、（ｘｘｉ）約８．０ＭＨｚないし８．５ＭＨｚと、（ｘｘｉｉ）約８．５ＭＨｚないし９．０ＭＨｚと、（ｘｘｉｉｉ）約９．０ＭＨｚないし９．５ＭＨｚと、（ｘｘｉｖ）約９．５ＭＨｚないし１０．０ＭＨｚと、（ｘｘｖ）＞約１０．０ＭＨｚとからなるグループから選択された周波数を有し得る。
【００３０】
分析計は、イオン源の上流にクロマトグラフィ分離装置またはその他の分離装置を含むことができる。クロマトグラフィ分離装置は、液体クロマトグラフィ装置またはガスクロマトグラフィ装置を含み得る。あるいは、分離装置は、（ｉ）キャピラリ電気泳動（「ＣＥ」）分離装置、（ｉｉ）キャピラリ電気クロマトグラフィ（「ＣＥＣ」）分離装置、（ｉｉｉ）実質的に剛性のセラミックベースの多層微小流体基板（「セラミックタイル」）分離装置、または（ｉｖ）超臨界流体クロマトグラフィ分離装置を含み得る。
【００３１】
イオンガイドは、（ｉ）＜約０．０００１ｍｂａｒと、（ｉｉ）約０．０００１ｍｂａｒないし０．００１ｍｂａｒと、（ｉｉｉ）約０．００１ｍｂａｒないし０．０１ｍｂａｒと、（ｉｖ）約０．０１ｍｂａｒないし約０．１ｍｂａｒと、（ｖ）約０．１ｍｂａｒないし１ｍｂａｒと、（ｖｉ）約１ｍｂａｒないし１０ｍｂａｒと、（ｖｉｉ）約１０ｍｂａｒないし１００ｍｂａｒと、（ｖｉｉｉ）約１００ｍｂａｒないし１０００ｍｂａｒと、（ｉｘ）＞約１０００ｍｂａｒとからなるグループから選択された圧力に維持することができる。
【００３２】
検体イオンは、電子移動解離（「ＥＴＤ」）フラグメンテーション装置で電子移動解離にかけることができる。検体イオンは、イオンガイド内またはフラグメンテーション装置内でＥＴＤ試薬と相互作用させることができる。
【００３３】
分析計は、質量分析（「ＭＳ」）動作モード、または、タンデム質量分析（「ＭＳ／ＭＳ）動作モード、または、断片イオンまたはプロダクトイオンを生成するように親イオンまたは前駆イオンが、二者択一的に、断片化または反応させられたり、断片化または反応させられないかまたはよりわずかに断片化または反応させられたりする動作モード、または、多重反応モニタリング（「ＭＲＭ」）動作モード、データ依存分析（「ＤＤＡ」）動作モード、または、データ非依存分析（「ＤＩＡ」）動作モード、または、定量化分析動作モード、または、イオン移動度分光分析動作モードを含む、様々な動作モードで動作させることができる。
【００３４】
次に、添付図面を参照しながら様々な実施形態について例示のみを目的として説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】従来技術によるＭＲ−ＴＯＦ−ＭＳ器を示す図である。
【図２】従来技術による別のＭＲ−ＴＯＦ−ＭＳ器を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態の概略を示す図である。
【図４】本発明の別の実施形態の概略を示す図である。
【図５Ａ−１】９．２ｋｅＶのミラー間の無電界領域におけるエネルギーを有するイオンについて、異なる大きさのＭＲ−ＴＯＦ−ＭＳ器のモデル化された分解能およびデューティーサイクルを示す図である。
【図５Ａ−２】９．２ｋｅＶのミラー間の無電界領域におけるエネルギーを有するイオンについて、異なる大きさのＭＲ−ＴＯＦ−ＭＳ器のモデル化された分解能およびデューティーサイクルを示す図である。
【図５Ａ−３】９．２ｋｅＶのミラー間の無電界領域におけるエネルギーを有するイオンについて、異なる大きさのＭＲ−ＴＯＦ−ＭＳ器のモデル化された分解能およびデューティーサイクルを示す図である。
【図５Ｂ−１】９．２ｋｅＶのミラー間の無電界領域におけるエネルギーを有するイオンについて、異なる大きさのＭＲ−ＴＯＦ−ＭＳ器のモデル化された分解能およびデューティーサイクルを示す図である。
【図５Ｂ−２】９．２ｋｅＶのミラー間の無電界領域におけるエネルギーを有するイオンについて、異なる大きさのＭＲ−ＴＯＦ−ＭＳ器のモデル化された分解能およびデューティーサイクルを示す図である。
【図５Ｂ−３】９．２ｋｅＶのミラー間の無電界領域におけるエネルギーを有するイオンについて、異なる大きさのＭＲ−ＴＯＦ−ＭＳ器のモデル化された分解能およびデューティーサイクルを示す図である。
【図６Ａ−１】データが６ｋｅＶのミラー間の無電界領域におけるエネルギーを有するイオンについてモデル化されている以外は、図５Ａ−１〜図５Ｂ−３に示すものに対応するパラメータのデータを示す図である。
【図６Ａ−２】データが６ｋｅＶのミラー間の無電界領域におけるエネルギーを有するイオンについてモデル化されている以外は、図５Ａ−１〜図５Ｂ−３に示すものに対応するパラメータのデータを示す図である。
【図６Ａ−３】データが６ｋｅＶのミラー間の無電界領域におけるエネルギーを有するイオンについてモデル化されている以外は、図５Ａ−１〜図５Ｂ−３に示すものに対応するパラメータのデータを示す図である。
【図６Ｂ−１】データが６ｋｅＶのミラー間の無電界領域におけるエネルギーを有するイオンについてモデル化されている以外は、図５Ａ−１〜図５Ｂ−３に示すものに対応するパラメータのデータを示す図である。
【図６Ｂ−２】データが６ｋｅＶのミラー間の無電界領域におけるエネルギーを有するイオンについてモデル化されている以外は、図５Ａ−１〜図５Ｂ−３に示すものに対応するパラメータのデータを示す図である。
【図６Ｂ−３】データが６ｋｅＶのミラー間の無電界領域におけるエネルギーを有するイオンについてモデル化されている以外は、図５Ａ−１〜図５Ｂ−３に示すものに対応するパラメータのデータを示す図である。
【図７−１】データが３ｋｅＶ、４ｋｅＶおよび５ｋｅＶのミラー間の無電界領域におけるネルギーを有するイオンについてモデル化されている以外は、図５Ａ−１〜図５Ｂ−３に示すものに対応するパラメータのデータを示す図である。
【図７−２】データが３ｋｅＶ、４ｋｅＶおよび５ｋｅＶのミラー間の無電界領域におけるネルギーを有するイオンについてモデル化されている以外は、図５Ａ−１〜図５Ｂ−３に示すものに対応するパラメータのデータを示す図である。
【図７−３】データが３ｋｅＶ、４ｋｅＶおよび５ｋｅＶのミラー間の無電界領域におけるネルギーを有するイオンについてモデル化されている以外は、図５Ａ−１〜図５Ｂ−３に示すものに対応するパラメータのデータを示す図である。
【図８−１】ミラーにおいて５回反射され、４ｋｅＶと１０ｋｅＶの間のミラー間の無電界領域におけるエネルギーを有するイオンについてデータがモデル化されている以外は、図５Ａ−１〜図５Ｂ−３に示すものに対応するパラメータのデータを示す図である。
【図８−２】ミラーにおいて５回反射され、４ｋｅＶと１０ｋｅＶの間のミラー間の無電界領域におけるエネルギーを有するイオンについてデータがモデル化されている以外は、図５Ａ−１〜図５Ｂ−３に示すものに対応するパラメータのデータを示す図である。
【図９−１】ミラーにおいて６回反射されるイオンについてデータがモデル化されている以外は、図８−１〜図８−２に示すものに対応するパラメータのデータを示す図である。
【図９−２】ミラーにおいて６回反射されるイオンについてデータがモデル化されている以外は、図８−１〜図８−２に示すものに対応するパラメータのデータを示す図である。
【図１０−１】データが約１０％のデューティーサイクルを達成するためにモデル化されている以外は、図５Ａ−１〜図５Ｂ−３に示すものに対応するパラメータの値を示す図である。
【図１０−２】データが約１０％のデューティーサイクルを達成するためにモデル化されている以外は、図５Ａ−１〜図５Ｂ−３に示すものに対応するパラメータの値を示す図である。
【図１１−１】中程度の大きさを有する計器の、図５Ａ−１〜図５Ｂ−３に示すものに対応するパラメータのデータを示す図である。
【図１１−２】中程度の大きさを有する計器の、図５Ａ−１〜図５Ｂ−３に示すものに対応するパラメータのデータを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
図１に、ソ連特許第１７２５２８９号（特許文献１）のＭＲ−ＴＯＦ−ＭＳ器を示す。この計器は、ｘ次元において無電界領域１２によって分離された２つのイオンミラー１０を含む。各イオンミラー１０は、ｚ次元において延伸された３対の電極３ないし８を含む。無電界領域１２において計器の（ｚ次元における）一端にイオン源１が配置され、計器の（ｚ次元における）他端にイオン検出器２が配置されている。
【００３７】
使用時、イオン源１がイオンミラー１０のうちの第１のイオンミラーにｘ軸に対して傾斜角度をなしてイオンを加速させる。したがって、イオンはｘ次元の速度と、ｚ次元の移動速度も有する。イオンは、第１のイオンミラー１０に入射し、イオンミラー１０のうちの第２のイオンミラーに向かって反射される。次に、イオンは第２のイオンミラーに入射し、第１のイオンミラーに対して反射される。次に、第１のイオンミラーがイオンを第２のイオンミラーに対して反射する。イオンがイオン検出器２に衝突するまでこれが続き、イオンはｚ次元において装置に沿って移動しながら２つのイオンミラー間で連続的に反射される。したがって、イオンは、イオン源１とイオン検出器２の間のｘ−ｚ面内でほぼ正弦曲線の平均軌道をたどる。
【００３８】
図２に、ＷＯ２００５／００１８７８号（特許文献２）で開示されているＭＲ−ＴＯＦ−ＭＳ器を示す。この計器は、イオン源２４からのイオンがイオン検出器２６に向かってｚ次元において移動しながら２つのイオンミラー２１間で複数回反射される点で、ソ連特許第１７２５２８９号のものと類似している。しかし、ＷＯ２００５／００１８７８７号（特許文献２）の計器はイオンミラー２１間の無電界領域２７内に、１組の周期的レンズ２３も含む。これらのレンズ２３は、イオンパケットがイオンミラー２１間で反射されながらレンズ２３を通過するように配置される。イオンパケットをｚ次元において空間的に集束させるように、レンズ２３の電極に電圧が印加される。これにより、イオンパケットがｚ次元で過度に発散し、互いに重なり合うのを防ぐとともに、検出器２６に到達する時点までにｚ次元において検出器２６よりも長くなるのを防ぐ。
【００３９】
本発明の実施形態は、イオンミラー間の無電界領域内に１組のレンズ２３がないＭＲ−ＴＯＦ−ＭＳ器に関する。
【００４０】
第１の態様によると、本発明は、多重反射飛行時間型質量分析器であって、
イオン加速器と、
第１の次元（ｘ次元）においてイオンを反射するために配置され、第２の次元（ｚ次元）において延伸された２つのイオンミラーと、
イオン検出器と、を含み、
前記イオン加速器は、イオンが前記第２の次元（ｚ次元）を移動しながら前記イオンが前記第１の次元（ｘ次元）において前記イオンミラー間で繰り返し反射されるように前記イオンを前記第１の次元に対して角度をなして前記イオンミラーのうちの第１のイオンミラー内まで加速するように配置および構成され、
前記イオンは、前記イオン加速器から前記検出器まで移動するときに前記第２の次元（ｚ次元）において空間的に集束されず、
前記質量分析器は、≧５％のデューティーサイクルと、≧２０，０００の分解能とを有し、前記第１の次元（ｘ次元）における前記２つのイオンミラーの反射点間の距離が≦１０００ｍｍであり、前記質量分析器は、前記イオンが前記第２の次元（ｚ次元）において前記イオン加速器から前記検出器までの≦７００ｍｍの距離を移動するように構成された、多重反射飛行時間型質量分析器を提供する。
【００４１】
「デューティーサイクル」という用語は当業者にはよく理解されているが、疑義を避けるために明記すると、デューティーサイクルとは連続イオン源からのイオンが質量分析器に受け入れられる割合である。本発明の実施形態によるもののような直交加速イオン加速器の場合、デューティーサイクルは以下の式によって与えられる。
【数１】
2020518979.tif 000003
上式で、Ｄはイオンパケットがイオン加速器によって直角方向に加速されるときのイオンパケットの第２の次元（ｚ次元）における長さ（すなわち、イオン加速器の直交加速領域の第２の次元における長さ）であり、Ｌは、第２の次元における、イオン加速器の直交加速領域の中心からイオン検出器の検出領域の中心までの距離であり、（ｍ／ｚ）は分析するイオンの質量対電荷比であり、（ｍ／ｚ）ｍａｘは分析したい対象の最大質量対電荷比である。
【００４２】
したがって、質量分析器のデューティーサイクルは質量に依存することが明らかである。これは、質量対電荷比の高いイオンほど、イオン加速器の抽出領域を通過し、満たすのに時間がかかるためである。ただし、質量分析器について説明する場合、当業者は、質量分析器のデューティーサイクルを対象最大質量対電荷比のデューティーサイクル、すなわち、上記の式で（ｍ／ｚ）＝（ｍ／ｚ）ｍａｘであるときのデューティーサイクルであるとみなす。したがって、本明細書でデューティーサイクルと言う場合、（パーセンテージとしての）Ｄ／Ｌの比を指し、これは純粋に質量分析器の形状パラメータＤおよびＬによって規定される値である。これは、「サンプリング効率」とも呼ばれることがある。
【００４３】
また、疑義を避けるために明記すると、本明細書で使用する分解能という用語は、当技術分野における通常の意味を有し、すなわち、ＦＷＨＭにおけるｍ／（Δｍ）であり、ここでｍは質量対電荷比である。
【００４４】
本発明の第１の態様に関して以下の特徴が開示される。
【００４５】
各ミラーは、イオンの一次飛行時間集束が、第１の次元（ｙ−ｚ面）に対して直角な面におけるイオンの位置とは実質的に独立しているように配置および構成された少なくとも４つの電極を有し得る。
【００４６】
したがって、イオンの一次飛行時間集束は、第２の次元（ｚ次元）と、第１および第２の次元（ｘおよびｚ次元）に対して直角な第３の次元（ｙ次元）の両方におけるイオンの位置とは実質的に独立し得る。
【００４７】
質量分析器は、イオンを反射して前記飛行時間集束を実現するために、各イオンミラーの４つの異なる電極に少なくとも４通りの異なる電圧を印加するための電圧源を含み得る。
【００４８】
イオンは加速器から検出器まで移動するときに第２の次元（ｚ次元）では空間集束しない。したがって、第２の次元（ｚ次元）においてイオンを空間的に集束させるためのイオンレンズがイオンミラー間に設けられない。同様に、イオンミラーは、第２の次元（ｚ次元）においてイオンを空間的に集束させるようには構成されない。
【００４９】
イオン検出器は、第２の次元（ｚ次元）においてイオン加速器から離隔されることができる。あるいは、イオンは、イオン加速器から第２の次元（ｚ次元）において第１の方向に移動することができ、次に、第２の次元（ｚ次元）において第２の、反対の方向に検出器まで移動するように、反射電極によって反射されることができる。１つまたは複数のさらなるｚ次元の反射を生じさせるように１つまたは複数の追加の反射電極を設けてもよく、その場合、それらのｚ次元の反射後にイオンを検出するように検出器が適切に位置決めされる。
【００５０】
本発明の実施形態は、本明細書に記載の質量分析器を含む分析計を提供する。
【００５１】
分析計は、前記イオンをイオン加速器に供給するためのイオン源を含むことができ、イオン源は、前記イオン加速器がイオン源から第２の次元（ｚ次元）を移動するイオンを受け取るように配置される。
【００５２】
この配置構成は、比較的高いデューティーサイクルを備えた質量分析器を提供する。上述のように、デューティーサイクルは、イオン加速器の中心から検出器の中心までの距離に対する、イオンパケットがイオン加速器によって加速されるときの第２の次元（ｚ次元）におけるイオンパケットの長さの比である。本発明の実施形態は、比較的小型の質量分析器に関し、したがって、比較的高いデューティーサイクルを実現するためには、イオン加速器は（第２の、ｚ次元において）比較的長いイオンパケットをパルス出力することが望ましい。第２の次元（ｚ次元）における比較的長いイオンパケットは、第２の次元（ｚ次元）を移動するイオンをイオン加速器に供給することによって促される。これは、イオンパケットが第２の次元（ｚ次元）において重なり合う程度まで発散する前に多数のミラー反射を行うことができるように、イオンパケットが第２の次元（ｚ次元）においてきわめて小さく維持されることが望ましい従来の多重反射ＴＯＦ分析計とは異なる。これを実現するために、このような従来の計器は、イオンを本明細書に記載の第１および第２の次元に対して直角の第３の次元に対応する方向でイオン加速器に供給する。その結果、このような従来の分析計はデューティーサイクルが比較的低い。
【００５３】
イオン源は、イオンを実質的に連続して生成するための連続イオン源であってよく、またはパルスイオン源であってもよい。
【００５４】
質量分析器は、≧１０％のデューティーサイクルを有することができる。
【００５５】
上述のように、質量分析器は≧５％のデューティーサイクルを有する。質量分析器は、≧６％、≧７％、≧８％、≧９％、１０％、１１％、≧１２％、≧１３％、≧１４％、≧１５％、≧１６％、≧１７％、≧１８％、≧１９％、≧２０％、≧２５％、≧３０％のデューティーサイクルを有し得ることが企図される。これに加えて、またはこれに代えて、質量分析計は、≦３０％、≦２５％、≦２０％、≦１９％、≦１８％、≦１７％、１６％、≦１５％、≦１４％、≦１３％、≦１２％、≦１１％、≦１０％、≦９％、≦８％、≦７％、または≦６％のデューティーサイクルを有し得ることが企図される。
【００５６】
上記列挙したデューティーサイクルの上端点のうちのいずれか１つを、上記で列挙したデューティーサイクルの下端点のうちのいずれか１つと組み合わせることができる（ここで、上端点は下端点よりも高い。これらの端点のうちのいずれか１つまたは組合せを、本明細書に記載の他のパラメータのうちのいずれか１つまたはいずれかの組合せと関連して記載されている範囲のうちの１つの範囲（または範囲の組合せ）と組み合わせることもできる。例えば、デューティーサイクルに関連して記載されている端点または範囲のうちのいずれか１つまたは組合せを、分解能、および／または、イオン加速器から検出器までの第２の次元（ｚ次元）における距離、および／または、２つのイオンミラーの反射点間の第１の次元（ｘ次元）における距離、および／または、反射回数、および／または、第２の次元におけるイオンエネルギー、および／または、電界強度、および／または運動エネルギーに関して記載されている範囲のうちのいずれか１つまたはいずれかの組合せと組み合わせることができる。
【００５７】
質量分析器は、イオンが第２の次元（ｚ次元）においてイオン加速器から検出器までの第１の距離を移動するように構成することができ、イオン加速器は第２の次元（ｚ次元）における初期長を有するイオンのパケットをパルス状に送出するように配置および構成され、第１の距離と初期長とは、分析器が≧５％のデューティーサイクルを有するような距離および初期長である。
【００５８】
ただし、第１の距離と初期長とは、デューティーサイクルが本明細書で開示されているデューティーサイクルの他の範囲のいずれかとなるようになされてもよい。
【００５９】
質量分析器は、≧３０，０００の分解能を有し得る。
【００６０】
ただし、質量分析器は、≧２２０００、≧２４０００、≧２６０００、≧２８０００、≧３００００、≧３５０００、≧４００００、≧４５０００、≧５００００、≧６００００、≧７００００、≧８００００、≧９００００、または≧１０００００の分解能を有し得ることが企図される。これに加えて、またはこれに代えて、質量分析器は、≦１０００００、≦９００００、≦８００００、≦７００００、≦６００００、≦５００００、≦４５０００、≦４００００、３５０００、≦３００００、≦２８０００、≦２６０００、≦２４０００、または≦２２０００の分解能を有し得ることが企図される。
【００６１】
上記で列挙した分解能の上端点のいずれか１つを上記で列挙した分解能の下端点のいずれか１つと組み合わせることができる（上端点は、下端点より高い。上記の端点のうちのいずれか１つの端点または組合せを、本明細書に記載の他のパラメータのうちのいずれか１つまたはいずれかの組合せに関して記載されている範囲（または範囲の組合せ）のいずれか１つと組み合わせることもできる。例えば、分解能に関して記載されている端点または範囲のいずれか１つまたはいずれかの組合せを、デューティーサイクル、および／または、第２の次元（ｚ次元）におけるイオン加速器から検出器までの距離、および／または、第１の次元（ｘ次元）における２つのイオンミラーの反射点間の距離、および／または、反射回数、および／または、第２の次元におけるイオンエネルギー、および／または、電界強度、および／または運動エネルギーに関して記載されている範囲のいずれか１つまたはいずれかの組合せと組み合わせることができる。
【００６２】
第２の次元（ｚ次元）におけるイオン加速器から検出器までの距離は、≦６５０ｍｍ、≦６００ｍｍ、≦５５０ｍｍ、≦５００ｍｍ、≦４８０ｍｍ、≦４６０ｍｍ、≦４４０ｍｍ、≦４２０ｍｍ、≦４００ｍｍ、≦３８０ｍｍ、≦３６０ｍｍ、≦３４０ｍｍ、≦３２０ｍｍ、≦３００ｍｍ、≦２８０ｍｍ、≦２６０ｍｍ、≦２４０ｍｍ、≦２２０ｍｍ、または≦２００ｍｍのうちの１つとすることができ、および／または、第２の次元（ｚ次元）におけるイオン加速器から検出器までの第１の距離は、≧１００ｍｍ、≧１２０ｍｍ、≧１４０ｍｍ、≧１６０ｍｍ、≧１８０ｍｍ、≧２００ｍｍ、≧２２０ｍｍ、２４０ｍｍ、≧２６０ｍｍ、≧２８０ｍｍ、≧３００ｍｍ、≧３２０ｍｍ、≧３４０ｍｍ、≧３６０ｍｍ、≧３８０ｍｍ、または、≧４００ｍｍのうちの１つとすることができる。
【００６３】
上記で列挙した第２の次元（ｚ次元）における第１の距離の上端点のいずれか１つを、上記で列挙した第２の次元（ｚ次元）における第１の距離の下端点のうちのいずれか１つと組み合わせることができる（上端点は下端点より高い。これらの端点のうちのいずれか１つの端点または組合せを、本明細書に記載の他のパラメータのうちのいずれか１つまたはいずれかの組合せと関連して記載されている範囲のうちのいずれか１つの範囲（または範囲の組合せ）と組み合わせることもできる。例えば、イオン加速器から検出器までの距離に関して記載されている端点または範囲のうちのいずれか１つまたは組合せを、デューティーサイクル、および／または、分解能、および／または、第１の方向（ｘ次元）における２つのイオンミラーの反射点間の距離、および／または、反射回数、および／または、第２の次元におけるイオンエネルギー、および／または、電界強度、および／または、運動エネルギーに関して記載されている範囲のいずれか１つまたはいずれかの組合せと組み合わせることができる。
【００６４】
第１の方向（ｘ次元）における２つのイオンミラーの反射点間の距離は、≦９５０ｍｍ、≦９００ｍｍ、≦８５０ｍｍ、≦８００ｍｍ、≦７５０ｍｍ、≦７００ｍｍ、≦６５０ｍｍ、≦６００ｍｍ、５５０ｍｍ、≦５００ｍｍ、≦４５０ｍｍ、または≦４００ｍｍとすることができ、および／または、第１の方向（ｘ次元）における２つのイオンミラーの反射点間の距離は、≧３５０ｍｍ、≧３６０ｍｍ、≧３８０ｍｍ、≧４００ｍｍ、≧４５０ｍｍ、≧５００ｍｍ、≧５５０ｍｍ、≧６００ｍｍ、≧６５０ｍｍ、≧７００ｍｍ、≧７５０ｍｍ、≧８００ｍｍ、≧８５０ｍｍ、または≧９００ｍｍとすることができる。
【００６５】
上記で列挙した２つのイオンミラーの反射点間の距離の上端点のいずれか１つを、上記で列挙した２つのイオンミラーの反射点間の距離の下端点のうちのいずれか１つと組み合わせることができる（上端点は下端点より高い。これらの端点のいずれか１つまたは組合せを、本明細書に記載の他のパラメータのうちのいずれか１つまたはいずれかの組合せに関して記載されている範囲のいずれか１つの範囲（または範囲の組合せ）と組み合わせることもできる。例えば、反射点間の距離に関して記載されている端点または範囲のうちのいずれか１つまたは組合せを、デューティーサイクル、および／または、分解能、および／または、第２の次元（ｚ次元）におけるイオン加速器から検出器までの距離、および／または、反射回数、および／または、第２の次元におけるイオンエネルギー、および／または、電界強度、および／または運動エネルギーに関して記載されている範囲のいずれか１つの範囲またはいずれかの組合せと組み合わせることができる。
【００６６】
イオン加速器、イオンミラーおよび検出器は、イオンがイオン加速器から検出器まで移動しながらイオンミラーによって少なくともｘ回反射されるように配置および構成されてよく、ここでｘは、≧２、≧３、≧４、≧５、≧６、≧７、≧８、≧９、≧１０、≧１１、≧１２、≧１３、≧１４、または≧１５であり、および／または、ｘは、≦１５、≦１４、≦１３、≦１２、≦１１、≦１０、≦９、≦８、≦７、≦６、≦５、≦４、≦３または≦２であり、および／または、ｘは３ないし１０であり、ｘは４ないし９、であり、ｘは５ないし１０であり、ｘは３ないし６であり、ｘは４ないし５であり、またはｘは５ないし６である。
【００６７】
上記で列挙した反射回数の上端点のいずれか１つを、上記で列挙した反射回数の下端点のいずれか１つと組み合わせることができる（上端点は下端点より高い。これらの端点のうちのいずれか１つまたは組合せを、本明細書に記載の他のパラメータのうちのいずれか１つまたはいずれかの組合せに関して記載されている範囲のいずれか１つ（または範囲の組合せ）と組み合わせることもできる。例えば、反射回数に関して記載されている端点または範囲のうちのいずれか１つまたは組合せを、デューティーサイクル、および／または、分解能、および／または、第２の次元（ｚ次元）における加速器から検出器までの距離、および／または、第１の方向（ｘ次元）における２つのイオンミラーの反射点間の距離、および／または、第２の次元におけるイオンエネルギー、および／または電界強度、および／または運動エネルギーのうちのいずれか１つまたはいずれかの組合せと組み合わせることができる。
【００６８】
イオンは、第２の次元（ｚ次元）において加速計器から検出器まで１００ｍｍと４５０ｍｍの間の距離を移動することができ、第１の方向（ｘ次元）における２つのイオンミラーの反射点間の距離は、３５０ｍｍと９５０ｍｍの間とすることができ、イオンは加速器から検出器まで移動しながらイオンミラーによって２回と１５回の間、反射されることができる。
【００６９】
あるいは、イオンは、第２の次元（ｚ次元）においてイオン加速器から検出器まで１５０ｍｍと４００ｍｍの間の距離を移動することができ、第１の方向（ｘ次元）における２つのイオンミラーの反射点間の距離は、４００ｍｍと９００ｍｍの間とすることができ、イオンはイオン加速器から検出器まで移動しながらイオンミラーによって３回と１０回の間、反射されることができる。あるいは、イオンは、第２の次元（ｚ次元）において１５０ｍｍと３５０ｍｍの間の距離を移動することができる。これに代えて、またはこれに加えて、第１の方向（ｘ次元）における２つのイオンミラーの反射点間の距離は、４００ｍｍと６００ｍｍの間とすることができる。
【００７０】
イオンは、第２の次元（ｚ次元）においてイオン加速器から検出器まで１００ｍｍと４００ｍｍの間の距離を移動することができ、第１の方向（ｘ次元）におけるイオンミラーの反射点間の距離は３００ｍｍと７００ｍｍの間とすることができ、イオンは、イオン加速器から検出器まで移動しながらイオンミラーによって３回と６回の間の回数、反射されることができることが企図される。あるいは、イオンは、第２の次元（ｚ次元）において加速器から検出器まで１５０ｍｍと３５０ｍｍの間の距離を移動することができる。これに代えて、またはこれに加えて、第１の方向（ｘ次元）における２つのイオンミラーの反射点間の距離は、４００ｍｍと６０ｍｍの間である。これに加えて、またはこれらのパラメータの一方または両方の代わりに、イオンは、イオン加速器から検出器まで移動しながら、４回と５回の間、または５回と６回の間の回数だけイオンミラーによって反射されてもよい。
【００７１】
分析計は、イオンを第２の次元（ｚ次元）において、≦１４０ｅＶ、≦１２０ｅＶ、≦１００ｅＶ、≦９０ｅＶ、≦８０ｅＶ、≦７０ｅＶ、≦６０ｅＶ、≦５０ｅＶ、≦４０ｅＶ、≦３０ｅＶ、≦２０ｅＶ、または≦１０ｅＶのエネルギーで移動させるように構成することができ、および／または、分析計は、イオンを第２の次元（ｚ次元）において、≧１２０ｅＶ、≧１００ｅＶ、≧９０ｅＶ、≧８０ｅＶ、≧７０ｅＶ、≧６０ｅＶ、≧５０ｅＶ、≧４０ｅＶ、≧３０ｅＶ、≧２０ｅＶ、または≧１０ｅＶのエネルギーで移動させるように構成することができる。分析計は、イオンを第２の次元（ｚ次元）において、１５ｅＶないし７０ｅＶ、１０ｅＶないし６５ｅＶ、１０ｅＶないし６０ｅＶ、２０ｅＶないし１００ｅＶ、２５ｅＶないし１００ｅＶ、２０ｅＶないし９０ｅＶ、４０ｅＶないし６０ｅＶ、３０ｅＶないし５０ｅＶ、２０ｅＶないし３０ｅＶ、２０ｅＶないし４５ｅＶ、２５ｅＶないし４０ｅＶ、１５ｅＶないし４０ｅＶ、１０ｅＶないし４５ｅＶ、または１０ｅＶないし２５ｅＶのエネルギーで移動させるように構成することができる。
【００７２】
上記で列挙したエネルギーの上端点うちのいずれか１つを、上記で列挙したエネルギーの下端点のうちのいずれか１つと組み合わせることができる（上端点は下端点より高い。これらの端点のいずれか１つの端点または組合せを、本明細書に記載の他のパラメータのうちのいずれか１つまたはいずれかの組合せに関して記載されている範囲のうちのいずれか１つの範囲（または範囲の組合せ）と組み合わせることもできる。例えば、第２の次元におけるエネルギーに関して記載されている端点または範囲のいずれか１つまたは組合せを、デューティーサイクル、および／または、分解能、および／または、第２の次元（ｚ次元）におけるイオン加速器から検出器までの距離、および／または、第１の方向（ｘ次元）における２つのイオンミラーの反射点間の距離、および／または、反射回数、および／または、電界強度、および／または、運動エネルギーに関して記載されている範囲のうちのいずれか１つまたはいずれかの組合せと組み合わせることができる。
【００７３】
本明細書に記載の質量分析器の分解能、デューティーサイクル、およびサイズ（すなわち、第１の方向における２つのイオンミラーの反射点間の距離と、第２の次元におけるイオン加速器と検出器との間の移動距離）の範囲は、飛行時間エネルギーおよびミラー電圧の実用値の範囲である。
【００７４】
イオン加速器は、イオンを加速するためにｙＶ／ｍｍの電界を発生するように構成することができ、ｙは、≧７００、≧６５０、≧６００、≧５８０、≧５６０、≧５４０、≧５２０、≧５００、≧４８０、≧４６０、≧４４０、≧４２０、≧４００、≧３８０、≧３６０、≧３４０、≧３２０、≧３００、≧２８０、≧２６０、≧２４０、≧２２０、または≧２００であり、および／または、ｙは、≦７００、≦６５０、≦６００、≦５８０、≦５６０、≦５４０、≦５２０、≦５００、≦４８０、≦４６０、≦４４０、≦４２０、≦４００、≦３８０、≦３６０、≦３４０、≦３２０、≦３００、≦２８０、≦２６０、≦２４０、≦２２０、または≦２００である。
【００７５】
上記で列挙した電界の上端点のうちのいずれか１つを、上記で列挙した電界の下端点のいずれか１つと組み合わせることができる（上端点は下端点よりも高い。これらの端点のいずれか１つまたは組合せを、本明細書に記載の他のパラメータのうちのいずれか１つまたはいずれかの組合せに関して記載されている範囲のうちのいずれか１つの範囲（または範囲の組合せ）と組み合わせることもできる。例えば、電界強度に関して記載されている端点または範囲のうちの１つまたは組合せを、デューティーサイクル、および／または分解能、および／または第２の次元（ｚ次元）におけるイオン加速器から検出器までの距離、および／または第１の領域（ｘ領域）における２つのイオンミラーの反射点間の距離、および／または反射回数、および／または第２の次元におけるイオンエネルギー、および／または運動エネルギーに関して記載されている範囲のうちのいずれか１つの範囲またはいずれかの組合せと組合せることができる。
【００７６】
イオンがイオンミラー間で反射されるときに、イオンが実質的に電界のない領域を通過するように、イオンミラー間に電界のない前記領域を配置することができる。
【００７７】
イオンは、イオンミラー間および／または実質的に電界のない前記領域にあるときに運動エネルギーＥを有することができ、Ｅは、≧１ｋｅＶ、≧２ｋｅＶ、≧３ｋｅＶ、≧４ｋｅＶ、≧５ｋｅＶ、≧６ｋｅＶ、≧７ｋｅＶ、≧８ｋｅＶ、≧９ｋｅＶ、１０ｋｅＶ、≧１１ｋｅＶ、≧１２ｋｅＶ、≧１３ｋｅＶ、≧１４ｋｅＶ、≧１５ｋｅＶであり、および／または、Ｅは、≦１５ｋｅＶ、≦１４ｋｅＶ、≦１３ｋｅＶ、≦１２ｋｅＶ、≦１１ｋｅＶ、≦１０ｋｅＶ、≦９ｋｅＶ、≦８ｋｅＶ、≦７ｋｅＶ、≦６ｋｅＶ、≦５ｋｅＶ、および／または、５ｋｅＶと１０ｋｅＶの間である。
【００７８】
これらの列挙した運動エネルギーの上端点は、上記で列挙した運動エネルギーの下端点のいずれか１つと組み合わせることができる（上端点は下端点より高い。これらの端点のいずれか１つまたは組合せを、本明細書に記載の他のパラメータのうちのいずれか１つまたはいずれかの組合せに関して記載されている範囲のうちのいずれか１つの範囲（または範囲の組合せ）と組み合わせることもできる。例えば、運動エネルギーに関して記載されている端点または範囲のいずれか１つまたは組合せを、デューティーサイクル、および／または分解能、および／または第２の次元（ｚ次元）におけるイオン加速器から検出器までの距離、および／または第１の次元（ｘ次元）における２つのイオンミラーの反射点間の距離、および／または、反射回数、および／または第２の次元におけるイオンエネルギー、および／または電界強度に関連して記載されている範囲のいずれか１つまたはいずれかの組合せと組み合わせることができる。
【００７９】
分析計は、イオンをイオン加速器に誘導するためのイオンガイドと、前記イオンガイドを加熱するためのヒータ３９とを含むことができる。
【００８０】
分析計は、イオン加速器の電極を加熱するためのヒータを含むことができる。
【００８１】
分析計は、イオンガイドおよび／または加速器を、≧１００℃、≧１１０℃、≧１２０℃、≧１３０℃、≧１４０℃、または≧１５０℃の温度に加熱するように配置および構成されたヒータを含み得る。本明細書に記載のような様々な構成要素を加熱することで、界面帯電を低減しやすくすることができる。
【００８２】
本明細書で開示されているイオン加速器は、グリッドレスイオン加速器であってもよい。イオン加速器が加熱される場合、グリッドレスイオン加速器は、グリッドレスでない場合に加熱によって生じることになるグリッドのたるみが生じない。
【００８３】
分析計は、イオン加速器に向かって通過するイオンをコリメートするコリメータを含むことができ、コリメータは、第１の次元（ｘ次元）および／または、第１の次元と第２の次元の両方に対して直角な次元（ｙ次元）においてイオンをコリメートするように構成される。
【００８４】
分析計は、第１の次元（ｘ次元）、および／または第１および第２の次元の両方に対して直角な次元（ｙ次元）においてイオン加速器に向かって通過するイオンビームを拡大するように配置および構成されたイオン光学系３３を含み得る。
【００８５】
分析計は、イオンがイオン加速器に入射する前に、イオンを空間的に、または質量対電荷比もしくはイオン移動度に応じて、第２の次元（ｚ次元）において分離するためのイオン分離器を含み得る。
【００８６】
第２の態様では、本発明は、多重反射飛行時間型質量分析器であって、
イオン加速器と、
第１の次元（ｘ次元）においてイオンを反射するために配置され、第２の次元（ｚ次元）において延伸された２つのイオンミラーと、
イオン検出器と、を含み、
前記イオン加速器は、イオンが前記第２の次元（ｚ次元）を移動しながら前記第１の次元（ｘ次元）において前記イオンミラー間で繰り返し反射されるように前記第１の次元に対して角度をなして前記イオンを前記イオンミラーのうちの第１のイオンミラー内まで加速するように配置および構成され、
前記イオンは、前記イオンミラーのうちの１つのイオンミラーから前記イオンミラーのうちの他のイオンミラーまでｎ回通過するように反射され、前記イオンは前記ｎ回のうちの≧６０％の間、前記第２の次元（ｚ次元）において空間的に集束されない多重反射飛行時間型質量分析器を提供する。
【００８７】
前記第２の態様による質量分析器は、前記第１の態様に関して本明細書で開示されている特徴のいずれでも有し得るが、この質量分析器は、第１の態様に関して説明したようにイオンがイオン加速器から検出器まで移動するときに（例えばイオン加速器から検出器までの全飛行中に）第２の次元（ｚ次元）においてイオンが空間的に集束されることに限定される場合とされない場合がある点が異なる。ミラー反射のうちの一部のミラー反射間の第２の次元（ｚ次元）において、ある程度の空間集束があってもよいことが企図される。したがって、本発明の第２の態様によると、前記ｎ回のうちの≧６０％の間、イオンは第２の次元（ｚ次元）において空間的に集束されない。任意により、イオンは、前記ｎ回のうちの、≧６５％、≧７０％、≧７５％、≧８０％、≧８５％、≧９０％、または≧９５％の間、第２の次元（ｚ次元）において空間的に集束されない。
【００８８】
前記第２の態様による質量分析器は、前記第１の態様に関して開示した特徴のいずれでも有し得るが、質量分析器が、第１の態様に関して説明したように≧５％のデューティーサイクルに限定されてもされなくてもよい点が異なる。
【００８９】
前記第２の態様による質量分析器は、前記第１の態様に関して開示した特徴のいずれでも有し得るが、この質量分析器は、第１の態様に関して説明したように分解能が≧２０，０００に限定されてもされなくてもよい点が異なる。
【００９０】
前記第２の態様による質量分析器は、前記第１の態様に関して開示した特徴のいずれでも有し得るが、この質量分析器は、第１の態様に関して説明したように第１の次元（ｘ次元）における２つのイオンミラーの反射点間の距離が≦１０００ｍｍであることに限定されてもされなくてもよい点が異なる。
【００９１】
前記第２の態様による質量分析器は、前記第１の態様に関して開示した特徴のいずれでも有し得るが、この質量分析器は、第１の態様に関して説明したように第２の次元（ｚ次元）においてイオンが加速器から検出器まで移動する距離が≦７００ｍｍに限定されてもされなくてもよい点が異なる。
【００９２】
本発明の第１の態様は、飛行時間型質量分析方法であって、
本発明の前記第１の態様に関して記載されている質量分析器を設けることと、
イオンが前記第２の次元（ｚ次元）を移動しながら前記第１の次元（ｘ次元）において前記イオンミラー間で繰り返し反射されるように前記第１の次元に対して角度をなして前記イオンミラーのうちの第１のイオンミラー内まで前記イオンを加速させるように、前記イオン加速器を制御することと、を含み、前記第１の次元（ｘ次元）における前記２つのイオンミラーの反射点間の距離が≦１０００ｍｍであり、前記イオンは前記第２の次元（ｚ次元）において前記イオン加速器から前記検出器まで≦７００ｍｍの距離を移動し、前記イオンは前記イオン加速器から前記検出器まで移動するときに前記第２の次元（ｚ次元）において空間的に集束されず、  前記イオンは、前記検出器によって検出され、≧５％のデューティーサイクルおよび≧２０，０００の分解能で飛行時間型質量分析される飛行時間型質量分析方法も提供する。
【００９３】
本発明の第２の態様は、飛行時間型質量分析方法であって、
本発明の前記第２の態様に関して記載されている質量分析器を設けることと、
イオンが前記第２の次元（ｚ次元）を移動しながら前記第１の次元（ｘ次元）において前記イオンミラー間で繰り返し反射されるように前記第１の次元に対して角度をなして前記イオンミラーのうちの第１のイオンミラー内まで前記イオンを加速させるように、前記イオン加速器を制御することと、を含み、
前記イオンは、前記イオンミラーのうちの１つのイオンミラーから前記イオンミラーのうちの他のイオンミラーまでｎ回通過するように反射され、前記イオンは前記ｎ回のうちの≧６０％の間、前記第２の次元（ｚ次元）において空間的に集束されない飛行時間型質量分析方法も提供する。
【００９４】
次に、本発明を理解しやすくするために、本発明の特定の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００９５】
図３に、本発明の一実施形態の概略図を示す。この分析計は、入口軸に沿ってイオンビーム３２を受け取るためのイオン入口３０と、受け取ったイオンをパルス状に直角方向に加速するためのイオン加速器３４と、イオンを反射するための１対のイオンミラー３６と、イオンを検出するためのイオン検出器３８とを含む。各イオンミラー３６は、イオンを反射させるために電極に異なる電圧を印加することができるように、（ｘ次元に沿って配置された）複数の電極を含む。電極は、Ｚ次元において延伸され、それによって、以下で詳述するように各ミラーによってイオンを複数回反射させることができる。各イオンミラーは、Ｘ−Ｙ面に２次元静電界を形成することができる。イオンミラー３６間に配置された移動空間４０は、イオンが反射されてイオンミラー間の空間を移動するときに、イオンが実質的に無電界である領域を通るように、実質的に無電界とすることができる。
【００９６】
使用時、イオンが、連続イオンビームとして、または断続的もしくはパルス状に、イオン入口３０に供給される。イオンは、望ましくはｚ次元に整列した軸に沿ってイオン入口に送られる。これにより、計器のデューティーサイクルが高く維持される。しかし、イオンはｙ次元に整列した入口軸に沿って導入されることも可能であることが企図される。イオンは、イオン入口からイオン加速器３４まで通過し、イオン加速器３４は、イオンのパケット３１がｘ次元においてイオンミラー３６のうちの第１のイオンミラー３６に向かって移動し、入射するように、イオンをｘ次元において（例えば周期的に）パルス状に送り出す。イオンは、イオン加速器３４内に入るときに有していた速度成分をｚ次元において維持するか、またはそのような速度成分をｚ次元において与えられる（例えば、イオンがｙ次元に沿ってイオン加速器に入った場合）。したがって、イオンは、ｘ次元に対してわずかな傾斜角をなして計器の飛行時間領域４０に導入され、ｘ次元における主速度成分はイオンミラー３６に向かい、ｚ次元における若干の速度成分が検出器３８に向かう。
【００９７】
イオンは、イオンミラーのうちの第１のミラーに入り、イオンミラーのうちの第２にミラーに向かって反射される。イオンは、第２のミラーに向かって移動するときにミラー３６間の無電界領域４０を通過し、飛行時間型質量分析計において起こる既知の方式でイオンの質量対電荷比に従って分離する。次に、イオンは第２のミラーに入射し、第１のイオンミラーに対して反射され、第１のイオンミラーに向かって移動するときに再びミラー間の無電界領域を通過する。次に、第１のイオンミラーがイオンを第２のイオンミラーに対して反射する。イオンがイオン検出器に衝突するまでこれが続き、イオンは装置に沿って移動しながら２つのイオンミラーの間で連続して反射される。したがって、イオンは、イオン源とイオン検出器の間のｘ−ｚ面内でほぼ正弦曲線の平均軌道をたどる。図３には４回のイオン反射が示されているが、本明細書の他の個所に記載されているように他の回数のイオン反射も企図される。
【００９８】
イオン加速器からあるイオンがパルス状に送出されてからそのイオンが検出されるまでの時間を計測することができ、わかっている飛行経路長とともに使用してそのイオンの質量対電荷比を計算することができる。
【００９９】
前述のように、本明細書でデューティーサイクルという場合、（パーセンテージとしての）Ｄ／Ｌの比を指し、ここでＤはイオン加速器３４によって直角方向に加速されるときのイオンパケット３１のｚ次元における長さ（すなわち、イオン加速器３１の直交加速領域のｚ次元における長さ）であり、Ｌはｚ次元におけるイオン加速器３４の直交加速領域の中心からイオン検出器３８の検出領域の中心までの距離である。
【０１００】
イオンミラー間のｚ次元においてはイオンの集束が行われず、例えば、ｚ次元においてはイオンを集束させる周期的レンズがない。したがって、イオンの各パケットはイオン加速器から検出器に移動しながらｚ次元において拡大する。ＭＲ−ＴＯＦ−ＭＳ器は、従来からきわめて高い分解能を得ることを目指しており、したがってイオンミラー間で多くの回数の反射を必要とする。したがって、従来は、イオンパケットの幅が、イオンパケットが多数のミラー反射を終えて検出器に到達する時点までに検出器の幅よりも大きくなる程度まで発散するのを防ぐために、イオンミラー間においてｚ次元の集束を設ける必要があるとみなされてきた。これは、受容可能な計器の感度を維持するために必要であるとみなされていた。また、イオンパケットがｚ次元において発散し過ぎると、一部のイオンが第１の回数のみ反射されて検出器に達し、他のイオンがそれより多い回数反射されて検出器に達する可能性がある。したがって、イオンが検出器に達する途中に無電界領域を通る大幅に異なる飛行経路長を有する可能性があり、これは飛行時間型質量分析計においては望ましくない。しかし、本発明の発明者らは、計器内のイオン飛行経路を比較的短く維持し、デューティーサイクル（すなわちＤ／Ｌ）を比較的高くすれば、適度に高い感度と分解能とを維持しながらｚ次元の集束をなくすことができることを認めた。
【０１０１】
したがって、２つのイオンミラーの反射点間の距離Ｓは比較的短く維持され、イオンがｚ次元においてイオン加速器から検出器まで移動する距離Ｗが比較的短く維持される。
【０１０２】
イオン加速器から検出器まで移動するときにイオンパケットをｚ次元においてコリメートするためにコリメータを設けることができることが企図される。これにより、すべてのイオンがイオン加速器と検出器の間でイオンミラーにおいて確実に同じ回数の反復を行うようになる（すなわち、検出器におけるエイリアシングを防ぐ）。
【０１０３】
任意により、各イオンミラーは、４通りの異なる（接地されていない）電圧が印加される少なくとも４つの電極を有してもよい。各イオンミラーは、追加の電極を含んでもよく、追加の電極は接地されるかまたはミラーの他の電極と同じ電圧に維持されてもよい。各ミラーは、任意により、イオンの第１の次元の飛行時間集束がｙ−ｚ面におけるイオンの位置とは実質的に独立し、すなわち、ｙ次元とｚ次元の両方におけるイオンの位置とは（一次近似まで）独立しているように配置および構成された、少なくとも４つの電極を有する。図３に、イオンミラーのうちの１つのイオンミラーの電極に印加可能な例示の電圧を示す。図示されていないが、同じ電圧を他方のイオンミラーにも対称的に印加することができる。例えば、各イオンミラーの入口電極がドリフト電圧（例えば−５ｋＶ）に維持され、それによってイオンミラー間の無電界領域を維持する。イオンミラーのさらに内側の電極は、より低い（またはイオンの極性によっては、より高い）電圧（例えば−１０ｋＶ）に維持されてもよい。イオンミラーのさらに内側の電極は、ドリフト電圧（例えば−５ｋＶ）に維持されてもよい。イオンミラーのさらに内側の電極は、より低い（またはより高い）電圧（例えば−１０ｋＶ）に維持されてもよい。イオンミラーのさらに内側の１つまたは複数の他の電極は、イオンをミラーから外に反射するように、１つまたは複数のより高い電圧、任意により、漸進的に高い電圧（例えば１１ｋＶおよび＋２ｋＶ）に維持されてもよい。
【０１０４】
イオン入口は、例えばｙ次元および／またはｘ次元においてスリットコリメータを使用してイオンをコリメートすることができるイオンガイド３３から、イオンを受け取ることができる。イオンガイドは、例えば≧１００℃、≧１１０℃、≧１２０℃、≧１３０℃、１４０℃、または≧１５０℃に加熱されてもよい。
【０１０５】
イオンビームは、イオン加速器３４に入る前にｙ次元および／またはｘ次元において拡大させることができることが企図される。これに代えて、またはこれに加えて、イオンは、イオン加速器３４に入る前に、ｚ次元において分離されてもよい。
【０１０６】
イオン加速器３４の電極は、例えば、≧１００℃、≧１１０℃、≧１２０℃、≧１３０℃、１４０℃、または≧１５０℃に加熱されてもよい。これに代えて、またはこれに加えて、グリッドレスイオン加速器を使用してもよい。イオン加速器が加熱される場合、グリッドレスイオン加速器は、グリッドレスでない場合に加熱によって生じることになるグリッドのたるみが生じない。
【０１０７】
本明細書に記載のような様々な構成要素を加熱することで、界面帯電を低減しやすくすることができる。
【０１０８】
イオン加速器３４についてイオンビームを受け取るものとして説明したが、イオン加速器は代わりにパルスイオン源を含み得ることが企図される。
【０１０９】
図４に本発明の別の実施形態を示す。この実施形態は、検出器３８が（ｚ次元における）計器のイオン加速器３４と同じ側に配置され、計器がｚ次元においてイオンを検出器３８に向けて反射させるための反射電極４２を含む点を除き、図３に示すものと実質的に同じである。使用時、図３と同様にしてイオンが計器を通過し、ｚ次元において第１の方向に通過しながらイオンミラー３６間で複数回反射される。何回かの反射後、イオンは、イオンミラー間に配置可能な反射電極４２に達する。反射電極４２は、イオンが第１の方向とは反対の第２の方向に移動するように、ｚ次元においてイオンを反射する。イオンは、イオン検出器３８に衝突するまで、第２の方向に移動しながらイオンミラー３６間で反射され続ける。この実施形態は、図３の実施形態と比較して、与えられた物理空間においてより多くの反射が行われるようにすることができる。イオンはｚ次元においてさらに１回または複数回反射させることもでき、適切に配置された検出器がこれらの１つまたは複数の追加のｚ−反射後にイオンを受け取ることができることが企図される。
【０１１０】
図５Ａ−１ないし図５Ｂ−３に、異なるサイズの、ｚ次元集束のないＭＲ−ＴＯＦ−ＭＳ器のモデル化された分解能およびデューティーサイクルを示す。このデータは、９．２ｋｅＶのミラー間の無電界領域におけるエネルギーを有するイオンについてモデル化されている。
【０１１１】
図６Ａ−１ないし図６Ｂ−３に、データが６ｋｅＶのミラー間の無電界領域におけるエネルギーを有するイオンについてモデル化されている以外は、図５Ａ−１ないし図５Ｂ−３に示すものに対応するパラメータのデータを示す。
【０１１２】
図７−１ないし図７−３に、データが３ｋｅＶ、４ｋｅＶおよび５ｋｅＶのミラー間の無電界領域におけるエネルギーを有するイオンについてモデル化されている以外は、図５Ａ−１ないし図５Ｂ−３に示すものに対応するパラメータのデータを示す。
【０１１３】
図８−１ないし図８−２に、イオンがミラーで５回反射され、４ｋｅＶと１０ｋｅＶの間のミラー間の無電界領域におけるエネルギーを有するイオンについてデータがモデル化されている以外は、図５Ａ−１ないし図５Ｂ−３に示すものに対応するパラメータのデータを示す。
【０１１４】
図９−１ないし図９−２に、ミラーで６回反射されるイオンについてデータがモデル化されている以外は、図８−１ないし図８−２に示すものに対応するパラメータのデータを示す。
【０１１５】
図１０−１ないし図１０−２に、約１０％のデューティーサイクルを達成するためにデータがモデル化されている以外は、図５Ａ−１ないし図５Ｂ−３に示すものに対応するパラメータのデータを示す。
【０１１６】
図１１−１ないし図１１−２に、中程度のサイズを有する計器の、図５Ａ−１ないし図５Ｂ−３に示すものに対応するパラメータのデータを示す。
【０１１７】
本発明について好ましい実施形態を参照しながら説明したが、当業者は、添付の特許請求の範囲に記載の本発明の範囲から逸脱することなく、形態および詳細に様々な変更を加えることができることがわかるであろう。
【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−１】
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【図５Ａ−２】
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【図５Ａ−３】
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【図５Ｂ−１】
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【図５Ｂ−２】
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【図５Ｂ−３】
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【図６Ａ−１】
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【図６Ａ−２】
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【図６Ａ−３】
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【図６Ｂ−１】
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【図６Ｂ−２】
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【図６Ｂ−３】
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【図７−１】
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【図７−２】
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【図７−３】
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【図８−１】
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【図８−２】
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【図９−１】
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【図９−２】
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【図１０−１】
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【図１０−２】
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【図１１−１】
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【図１１−２】
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【国際調査報告】
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