(57)【要約】２チャネル電気および光電ＴＯＦイオン検出システムが、提供される。これらのシステムは、より低い費用においてであるが、４チャネルシステムの分解能およびダイナミックレンジ利点を維持する。電極または光パイプは、２つの別個のチャネルの中にイオン衝突によって生成される電子または光子を指向するように構成される。第１のチャネルは、各イオン衝突の長方形パターンの内側または中心部分から生じる電子または光子を受容する。第２のチャネルは、各イオン衝突の長方形パターンの２つの外端から生じる電子または光子を受容する。２チャネルデジタイザでは、第１のチャネルおよび第２のチャネルは、第１のデジタル値および第２のデジタル値を時間的に整合させ、各イオンパケットのイオン衝突の凸形状および／またはマイクロチャネルプレートの曲率を考慮するように、独立して較正される。
2020510979.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
飛行時間（ＴＯＦ）質量分析器用の電気２チャネルイオン検出システムであって、
一連の１つ以上のマイクロチャネルプレートであって、前記一連の１つ以上のマイクロチャネルプレートは、前記一連の１つ以上のマイクロチャネルプレートの第１の側面上で長方形パターンにおいてイオンパケットによって衝突され、前記衝突を、前記一連の１つ以上のマイクロチャネルプレートの第２の側面上で前記長方形パターンにおいて放出される増倍した電子に変換し、前記長方形パターンの長い方の辺は、長さであり、前記長方形パターンの短い方の辺は、幅であり、各イオンパケットのイオンは、凸形状に従って前記長方形パターンの長さに沿って異なる時間に前記第１の側面に衝突し、各パケットのイオンは、前記長方形パターンの各端部における２つの外側面積に衝突する前に、前記長方形パターンの中心内側面積に衝突する、一連の１つ以上のマイクロチャネルプレートと、
２つ以上の区画化されたアノード電極板であって、前記２つ以上の区画化されたアノード電極板は、前記一連の１つ以上のマイクロチャネルプレートと平行な平面内に配列され、前記一連の１つ以上のマイクロチャネルプレートの第２の側面上の前記長方形パターンから前記放出された電子を受容するように、前記一連の１つ以上のマイクロチャネルプレートの隣に位置付けられ、前記２つ以上の電極はともに、前記長方形パターンから電子を受容するために十分に大きい面積を有し、２つ以上の電極は、前記長方形パターンの中心内側面積から放出された電子を受容するように位置付けられる１つ以上の内側電極と、前記長方形パターンの各端部における前記２つの外側面積から放出された電子を受容するように位置付けられる１つ以上の外側電極とを含む、２つ以上の区画化されたアノード電極板と、
２チャネルデジタイザであって、前記２チャネルデジタイザは、イオンパケット毎に前記１つ以上の内側電極によって受容される前記電子を第１のデジタル値に変換する前記１つ以上の内側電極に電気的に接続される第１のチャネルと、パケット毎に前記１つ以上の外側電極によって受容される前記電子を第２のデジタル値に変換する前記１つ以上の外側電極に電気的に接続される第２のチャネルとを含み、前記第１のチャネルおよび前記第２のチャネルは、前記第１のデジタル値および前記第２のデジタル値を時間的に整合させ、各イオンパケットの前記イオン衝突の凸形状を考慮するように独立して較正される、２チャネルデジタイザと
を備える、電気２チャネルイオン検出システム。
【請求項２】
前記１つ以上の内側電極は、１つの内側電極を備える、請求項１に記載の電気システム。
【請求項３】
前記１つ以上の内側電極は、電気的に接続される２つの内側電極を備える、請求項１に記載の電気システム。
【請求項４】
前記１つ以上の外側電極は、電気的に接続される２つの電極を備え、前記２つの電極はそれぞれ、前記長方形パターンの各端部における前記２つの外側面積のうちの異なる面積から電子を受容する、請求項１に記載の電気システム。
【請求項５】
前記１つ以上の内側電極は、単一のディスク電極を備え、前記１つ以上の外側電極は、単一のリング電極を備え、前記ディスク電極および前記リング電極は、同心である、請求項１に記載の電気システム。
【請求項６】
前記２チャネルデジタイザは、２チャネルアナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）である、請求項１に記載の電気システム。
【請求項７】
前記２チャネルデジタイザは、２チャネル時間／デジタル変換器（ＴＤＣ）である、請求項１に記載の電気システム。
【請求項８】
前記第１のチャネルおよび前記第２のチャネルはさらに、前記第１のデジタル値および前記第２のデジタル値を時間的に整合させ、前記一連の１つ以上のマイクロチャネルプレートの曲率を考慮するように独立して較正される、請求項１に記載の電気システム。
【請求項９】
飛行時間質量分析計用の光電２チャネルイオン検出システムであって、
一連の１つ以上のマイクロチャネルプレートであって、前記一連の１つ以上のマイクロチャネルプレートは、前記一連の１つ以上のマイクロチャネルプレートの第１の側面上で長方形パターンにおいてイオンパケットによって衝突され、前記衝突を、前記一連の１つ以上のマイクロチャネルプレートの第２の側面上で前記長方形パターンにおいて放出される増倍した電子に変換し、前記長方形パターンの長い方の辺は、長さであり、前記長方形パターンの短い方の辺は、幅であり、各イオンパケットのイオンは、凸形状に従って前記長方形パターンの長さに沿って異なる時間に前記第１の側面に衝突し、各パケットのイオンは、前記長方形パターンの各端部における２つの外側面積に衝突する前に、前記長方形パターンの中心内側面積に衝突する、一連の１つ以上のマイクロチャネルプレートと、
シンチレータであって、前記シンチレータは、前記一連の１つ以上のマイクロチャネルプレートと平行に位置付けられ、かつ前記一連の１つ以上のマイクロチャネルプレートの隣に位置付けられ、前記シンチレータは、前記一連の１つ以上のマイクロチャネルプレートの第２の側面から前記シンチレータの第１の側面上で前記長方形パターンにおいて前記放出された電子を受容し、前記電子を、前記シンチレータの第２の側面上で前記長方形パターンにおいて放出される光子に変換する、シンチレータと、
前記シンチレータの第２の側面から前記光子を受容するように前記シンチレータの第２の側面に接続される２つ以上の区画化された光パイプであって、前記２つ以上のパイプはともに、前記長方形パターンから光子を受容するために十分に大きい面積を有し、２つ以上の光パイプは、前記長方形パターンの中心内側面積から光子を受容するように位置付けられる１つ以上の内側光パイプと、前記長方形パターンの各端部における前記２つの外側面積から光子を受容するように位置付けられる１つ以上の外側光パイプとを含む、２つ以上の区画化された光パイプと、
前記１つ以上の内側光パイプによって受容される前記光子をパケット毎に第１の増倍した電子に変換する前記１つ以上の内側光パイプに接続される第１の光電子増倍管と、
前記１つ以上の外側光パイプによって受容される前記光子をパケット毎に第２の増倍した電子に変換する前記１つ以上の外側光パイプに接続される第２の光電子増倍管と、
２チャネルデジタイザであって、前記２チャネルデジタイザは、イオンパケット毎に前記第１の増倍した電子を第１のデジタル値に変換する前記第１の光電子増倍管に電気的に接続される第１のチャネルと、パケット毎に前記第２の増倍した電子を第２のデジタル値に変換する前記第２の光電子増倍管に電気的に接続される第２のチャネルとを含み、前記第１のチャネルおよび前記第２のチャネルは、前記第１のデジタル値および前記第２のデジタル値を時間的に整合させ、各イオンパケットの前記イオン衝突の凸形状を考慮するように独立して較正される、２チャネルデジタイザと
を備える、光電２チャネルイオン検出システム。
【請求項１０】
前記１つ以上の内側光パイプは、１つの内側電極を備える、請求項９に記載の光電システム。
【請求項１１】
前記１つ以上の内側光パイプは、接続される２つの内側光パイプを備える、請求項９に記載の光電システム。
【請求項１２】
前記１つ以上の外側光パイプは、接続される２つの光パイプを備え、前記２つの光パイプはそれぞれ、前記長方形パターンの各端部における前記２つの外側面積のうちの異なる面積から光子を受容する、請求項９に記載の光電システム。
【請求項１３】
前記１つ以上の内側光パイプは、単一のディスク光パイプを備え、前記１つ以上の外側光パイプは、単一のリング光パイプを備え、前記ディスク光パイプおよび前記リング光パイプは、同心である、請求項９に記載の光電システム。
【請求項１４】
前記２チャネルデジタイザは、２チャネルアナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）または２チャネル時間／デジタル変換器（ＴＤＣ）である、請求項９に記載の光電システム。
【請求項１５】
飛行時間質量分析計用の平面光電２チャネルイオン検出システムであって、
磁場を生成するための磁石と、
電場を生成するように電圧源によってバイアイスをかけられるイオンに対して透過性である複数の伝導メッシュと、
平面イオン／電子変換器であって、前記平面イオン／電子変換器は、前記平面イオン／電子変換器の第１の側面上で長方形パターンにおいてイオンパケットによって衝突され、前記衝突を、前記平面イオン／電子変換器の同一の第１の側面上で前記長方形パターンにおいて放出される増倍した電子に変換し、前記長方形パターンの長い方の辺は、長さであり、前記長方形パターンの短い方の辺は、幅であり、各イオンパケットのイオンは、凸形状に従って前記長方形パターンの長さに沿って異なる時間に前記第１の側面に衝突し、各パケットのイオンは、前記長方形パターンの各端部における２つの外側面積に衝突する前に、前記長方形パターンの中心内側面積に衝突する、平面イオン／電子変換器と、
シンチレータであって、前記シンチレータは、前記平面イオン／電子変換器と隣り合わせで位置付けられ、前記シンチレータは、前記平面イオン／電子変換器の第１の側面からシンチレータの第１の側面上で前記長方形パターンにおいて前記放出された電子を受容し、前記電子を、前記シンチレータの第２の側面上で前記長方形パターンにおいて放出される光子に変換し、前記磁石および前記複数の伝導メッシュは、前記磁場および前記電場が、前記平面イオン／電子変換器から前記シンチレータまでの半円形の経路において前記放出された電子を送信するように、前記平面イオン／電子変換器の第１の側面および前記シンチレータの第１の側面の前に前記磁場および前記電場を作成するように位置付けられる、シンチレータと、
前記シンチレータの第２の側面から前記光子を受容するように前記シンチレータの第２の側面に接続される２つ以上の区画化された光パイプであって、前記２つ以上のパイプはともに、前記長方形パターンから光子を受容するために十分に大きい面積を有し、２つ以上の光パイプは、前記長方形パターンの中心内側面積から光子を受容するように位置付けられる１つ以上の内側光パイプと、前記長方形パターンの各端部における前記２つの外側面積から光子を受容するように位置付けられる１つ以上の外側光パイプとを含む、２つ以上の区画化された光パイプと、
前記１つ以上の内側光パイプによって受容される前記光子をパケット毎に第１の増倍した電子に変換する前記１つ以上の内側光パイプに接続される第１の光電子増倍管と、
前記１つ以上の外側光パイプによって受容される前記光子をパケット毎に第２の増倍した電子に変換する前記１つ以上の外側光パイプに接続される第２の光電子増倍管と、
２チャネルデジタイザであって、前記２チャネルデジタイザは、イオンパケット毎に前記第１の増倍した電子を第１のデジタル値に変換する前記第１の光電子増倍管に電気的に接続される第１のチャネルと、パケット毎に前記第２の増倍した電子を第２のデジタル値に変換する前記第２の光電子増倍管に電気的に接続される第２のチャネルとを含み、前記第１のチャネルおよび前記第２のチャネルは、前記第１のデジタル値および前記第２のデジタル値を時間的に整合させ、各イオンパケットの前記イオン衝突の凸形状を考慮するように独立して較正される、２チャネルデジタイザと
を備える、平面光電２チャネルイオン検出システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、２０１７年３月１３日に出願された米国仮特許出願第６２／４７０，４８６号の利益を主張するものであり、該米国仮特許出願の内容は、その全体が参照により本明細書中に援用される。
【０００２】
本明細書の教示は、飛行時間（ＴＯＦ）質量分析器または質量分析計用のイオン検出システムに関する。より具体的には、本明細書の教示は、電極または光パイプの新規の配列と、イオン検出システムが、ダイナミックレンジまたは分解能を犠牲にすることなく、イオンパケットの非一様な形状およびマイクロチャネルプレートの非一様な形状を考慮することを可能にする、２チャネルデジタイザとを含む、イオン検出システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
現在、いくつかの従来のＴＯＦ質量分析器は、４チャネルデジタイザを含む、イオン検出システムを使用する。４チャネルデジタイザは、例えば、時間／デジタル変換器（ＴＤＣ）またはアナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）のいずれかを含むことができる。マルチチャネルイオン検出システムは、２つの主要な利益、すなわち、チャネルの独立較正（チャネル整合としても公知である）を通した、向上したダイナミックレンジおよび改良された分解能を提供する。アナログ検出の使用は、原則として、ダイナミックレンジ側面からの複数のチャネルの必要性に取って代わることができ、また、ＡＤＣのより良好なタイミング分解能をもたらし得る。しかしながら、チャネル整合利益は、消滅するであろう。これは、イオンパケットまたは検出器自体のいずれかをタイル状にする種々の手段によって、部分的に補償されることができるが、分解能へのイオンパケット曲率の悪影響を除去しない。したがって、高価な４チャネルＡＤＣが、従来的に使用されている。
【０００４】
しかしながら、残念ながら、４チャネルＴＤＣまたはＡＤＣデジタイザは、ＴＯＦ質量分析計の費用の１０％近くを占め得る。結果として、より低い費用においてであるが、４チャネルシステムと同一のダイナミックレンジおよび分解能を提供し得る、マルチチャネルイオン検出システムの必要性がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
２チャネル電気、光電、および平面光電ＴＯＦイオン検出システムが、提供される。これらのシステムは、より低い費用においてであるが、４チャネルシステムの分解能およびダイナミックレンジ利点を維持する。
【０００６】
電気２チャネルイオン検出システムは、一連の１つ以上のマイクロチャネルプレート（ＭＣＰ）と、２つ以上の区画化されたアノード電極板と、２チャネルデジタイザとを含む。一連の１つ以上のＭＣＰは、第１の側面上で長方形パターンにおいてイオンパケットによって衝突される。一連は、衝突を、第２の側面上で長方形パターンにおいて放出される増倍した電子に変換する。各イオンパケットのイオンは、凸形状に従って長方形パターンの長さに沿って異なる時間に第１の側面に衝突する。イオンパケットの凸形状に起因して、各パケットのイオンは、長方形パターンの各端部における２つの外側面積に衝突する前に、長方形パターンの中心内側面積に衝突する。
【０００７】
２つ以上の区画化されたアノード電極板は、一連の１つ以上のＭＣＰと平行な平面内に配列され、第２の側面上の長方形パターンから放出された電子を受容するように、一連の１つ以上のＭＣＰの隣に位置付けられる。それらは、長方形パターンの中心内側面積から放出された電子を受容するように位置付けられる、１つ以上の内側電極と、長方形パターンの各端部における２つの外側面積から放出された電子を受容するように位置付けられる、１つ以上の外側電極とを含む。
【０００８】
２チャネルデジタイザは、受容される電子を第１のデジタル値に変換する、１つ以上の内側電極に電気的に接続される第１のチャネルを含む。これは、受容される電子を第２のデジタル値に変換する、１つ以上の外側電極に電気的に接続される第２のチャネルを含む。第１のチャネルおよび第２のチャネルは、第１のデジタル値および第２のデジタル値を時間的に整合させ、各イオンパケットのイオン衝突の凸形状および／または一連の１つ以上のＭＣＰの曲率を考慮するように独立して較正される。
【０００９】
光電２チャネルイオン検出システムは、一連の１つ以上のＭＣＰと、シンチレータと、２つ以上の区画化された光パイプと、第１の光電子増倍管（ＰＭＴ）と、第２のＰＭＴと、２チャネルデジタイザとを含む。
【００１０】
一連の１つ以上のＭＣＰは、第１の側面上で長方形パターンにおいてイオンパケットによって衝突される。それらは、衝突を、第２の側面上で長方形パターンにおいて放出される増倍した電子に変換する。各イオンパケットのイオンは、凸形状に従って長方形パターンの長さに沿って異なる時間に第１の側面に衝突する。イオンパケットの凸形状に起因して、各パケットのイオンは、長方形パターンの各端部における２つの外側面積に衝突する前に、長方形パターンの中心内側面積に衝突する。
【００１１】
シンチレータは、一連の１つ以上のＭＣＰの隣に、かつそれと平行に位置付けられる。シンチレータは、一連の１つ以上のＭＣＰの第２の側面から第１の側面上で長方形パターンにおいて放出された電子を受容する。シンチレータは、電子を、その第２の側面上で長方形パターンにおいて放出される光子に変換する。
【００１２】
２つ以上の区画化された光パイプは、放出される光子を受容するようにシンチレータの第２の側面に接続される。それらは、長方形パターンの中心内側面積から光子を受容するように位置付けられる、１つ以上の内側光パイプと、長方形パターンの各端部における２つの外側面積から光子を受容するように位置付けられる、１つ以上の外側光パイプとを含む。
【００１３】
第１のＰＭＴは、１つ以上の内側光パイプに接続され、受容される光子をパケット毎に第１の増倍した電子に変換する。第２のＰＭＴは、１つ以上の外側光パイプに接続され、受容される光子をパケット毎に第２の増倍した電子に変換する。
【００１４】
２チャネルデジタイザは、イオンパケット毎に第１の増倍した電子を第１のデジタル値に変換する、第１のＰＭＴに電気的に接続される第１のチャネルと、イオンパケット毎に第２の増倍した電子を第２のデジタル値に変換する、第２のＰＭＴに電気的に接続される第２のチャネルとを含む。第１のチャネルおよび第２のチャネルは、第１のデジタル値および第２のデジタル値を時間的に整合させ、各イオンパケットのイオン衝突の凸形状および／または一連の１つ以上のＭＣＰの曲率を考慮するように独立して較正される。
【００１５】
平面光電２チャネルイオン検出システムは、磁石と、イオンに対して透過性である複数の伝導メッシュと、平面イオン／電子変換器と、シンチレータと、２つ以上の区画化された光パイプと、第１の光電子増倍管（ＰＭＴ）と、第２のＰＭＴと、２チャネルデジタイザとを含む。
【００１６】
磁石は、磁場を生成するために使用される。複数の伝導メッシュは、電場を生成するように電圧源によってバイアイスをかけられる。
【００１７】
平面イオン／電子変換器は、第１の側面上で長方形パターンにおいてイオンパケットによって衝突される。平面イオン／電子変換器は、衝突を、同一の第１の側面上で長方形パターンにおいて放出される増倍した電子に変換する。各イオンパケットのイオンは、凸形状に従って長方形パターンの長さに沿って異なる時間に第１の側面に衝突する。イオンパケットの凸形状に起因して、各パケットのイオンは、長方形パターンの各端部における２つの外側面積に衝突する前に、長方形パターンの中心内側面積に衝突する。
【００１８】
シンチレータは、平面イオン／電子変換器と隣り合わせで位置付けられる。シンチレータは、平面イオン／電子変換器の第１の側面から第１の側面上で長方形パターンにおいて放出された電子を受容する。シンチレータは、電子を、その第２の側面上で長方形パターンにおいて放出される光子に変換する。磁石および複数の伝導メッシュは、磁場および電場が、平面イオン／電子変換器からシンチレータまでの半円形の経路において放出された電子を送信するように、平面イオン／電子変換器の第１の側面およびシンチレータの第１の側面の前に磁場および電場を作成するように位置付けられる。
【００１９】
２つ以上の区画化された光パイプは、放出される光子を受容するようにシンチレータの第２の側面に接続される。それらは、長方形パターンの中心内側面積から光子を受容するように位置付けられる、１つ以上の内側光パイプと、長方形パターンの各端部における２つの外側面積から光子を受容するように位置付けられる、１つ以上の外側光パイプとを含む。
【００２０】
第１のＰＭＴは、１つ以上の内側光パイプに接続され、受容される光子を、パケット毎に第１の増倍した電子に変換する。第２のＰＭＴは、１つ以上の外側光パイプに接続され、受容される光子を、パケット毎に第２の増倍した電子に変換する。
【００２１】
２チャネルデジタイザは、イオンパケット毎に第１の増倍した電子を第１のデジタル値に変換する、第１のＰＭＴに電気的に接続される第１のチャネルと、イオンパケット毎に第２の増倍した電子を第２のデジタル値に変換する、第２のＰＭＴに電気的に接続される第２のチャネルとを含む。第１のチャネルおよび第２のチャネルは、第１のデジタル値および第２のデジタル値を時間的に整合させ、各イオンパケットのイオン衝突の凸形状および／または一連の１つ以上のＭＣＰの曲率を考慮するように独立して較正される。
【００２２】
本出願人の教示のこれらおよび他の特徴が、本明細書に記載される。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
当業者は、後述の図面が、例証目的にすぎないことを理解するであろう。図面は、本教示の範囲をいかようにも制限することを意図するものではない。
【００２４】
【図１】図１は、ＴＯＦイオン検出システムのマイクロチャネルプレート（ＭＣＰ）に衝突する直前に、理想的形状および理想的配向をそれぞれ有する、例示的イオンパケットを示す、飛行時間（ＴＯＦ）イオン検出システムの側面図である。
【００２５】
【図２】図２は、ＴＯＦイオン検出システムのＭＣＰに衝突する直前に、理想的形状および非理想的配向をそれぞれ有する、例示的イオンパケットを示す、ＴＯＦイオン検出システムの側面図である。
【００２６】
【図３】図３は、ＴＯＦイオン検出システムのＭＣＰに衝突する直前に、非理想的形状および理想的配向をそれぞれ有する、例示的イオンパケットを示す、ＴＯＦイオン検出システムの側面図である。
【００２７】
【図４】図４は、同様に非理想的形状を有するＴＯＦイオン検出システムのＭＣＰに衝突する直前に、非理想的形状および理想的配向をそれぞれ有する、例示的イオンパケットを示す、ＴＯＦイオン検出システムの側面図である。
【００２８】
【図５】図５は、非理想的形状をそれぞれ有する例示的イオンパケットのデジタル化信号が、分解能を改良するように４つの電極および４チャネルデジタイザを使用して取得される方法を示す、ＴＯＦイオン検出システムの側面図である。
【００２９】
【図６】図６は、イオンパケットが長方形パターンにおいてＭＣＰに衝突することを示す、図５のＭＣＰの衝突側の正面図である。
【００３０】
【図７】図７は、図５の４つの電極の正面図である。
【００３１】
【図８】図８は、図５の４チャネルデジタイザの４つのチャネルからの測定が、イオンパケットの非理想的形状を補償し、イオン検出システムの全体的分解能を改良するように整合される、または組み合わせられる方法を示す、例示的な一連のタイミング図である。
【００３２】
【図９】図９は、重複する例示的イオンパケットを伴う、図５に示されるものと同一のＴＯＦイオン検出システムの側面図である。
【００３３】
【図１０】図１０は、図９の４チャネルデジタイザの４つのチャネルからの測定が、イオンパケットが重複するときでさえも、イオンパケットの非理想的形状を補償し、イオン検出システムの全体的分解能を改良するように整合される、または組み合わせられる方法を示す、例示的な一連のタイミング図である。
【００３４】
【図１１】図１１は、種々の実施形態による、３つの電極が電気的に接続され、電極の２つのみのセットを生成し、放出された電子の長方形パターンの内側および外側部分を検出するために使用され得る方法を示す、３つの区画化されたアノード電極板の正面図である。
【００３５】
【図１２】図１２は、種々の実施形態による、２つだけの電極が、放出された電子の長方形パターンの内側および外側部分を検出するように構成され得る方法を示す、２つの区画化されたアノード電極板の正面図である。
【００３６】
【図１３】図１３は、種々の実施形態による、ＴＯＦ質量分析器用の電気２チャネルイオン検出システムの側面図である。
【００３７】
【図１４】図１４は、種々の実施形態による、ＴＯＦ質量分析器用の光電２チャネルイオン検出システムの側面図である。
【００３８】
【図１５】図１５は、種々の実施形態による、ＴＯＦ質量分析器用の平面イオン／電子光電２チャネルイオン検出システムの側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
本教示の１つ以上の実施形態が詳細に説明される前に、当業者は、本教示が、その用途において、以下の詳細な説明に記載される、または図面に図示される、構造、構成要素の配列、およびステップの配列の詳細に限定されないことを理解するであろう。また、本明細書で使用される表現および専門用語は、説明の目的のためであって、限定的と見なされるべきではないことを理解されたい。
【００４０】
（２チャネルイオン検出システム）
上記で説明されるように、いくつかの従来の飛行時間（ＴＯＦ）質量分析器は、４チャネルデジタイザを含む、イオン検出システムを使用する。４チャネルデジタイザは、例えば、時間／デジタル変換器（ＴＤＣ）またはアナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）のいずれかを含むことができる。マルチチャネルイオン検出システムは、２つの主要な利益、すなわち、チャネルの独立較正（チャネル整合としても公知である）を通した、向上したダイナミックレンジおよび改良された分解能を提供する。
【００４１】
しかしながら、残念ながら、４チャネルＴＤＣまたはＡＤＣデジタイザは、高価であり、ＴＯＦ質量分析計の費用の１０％近くを占め得る。結果として、より低い費用においてであるが、４チャネルシステムと同一または類似のダイナミックレンジおよび分解能を提供し得る、マルチチャネルイオン検出システムの必要性がある。
【００４２】
当業者は、用語「質量分析器」および「質量分析計」が同義的に使用され得ることを理解することができる。概して、質量分析器は、質量分析計の１つ以上の段階におけるデバイスを指す。換言すると、質量分析器は、典型的には、質量分析計の１つの構成要素にすぎない。しかしながら、業界の慣行では、その質量分析器の観点から質量分析計全体を指すことが一般的である。例えば、ＴＯＦ質量分析器を含む質量分析計は、多くの場合、ＴＯＦ質量分析器が１つの構成要素にすぎなくても、ＴＯＦ質量分析計と称される。
（分解能およびチャネル整合）
【００４３】
マルチチャネルイオン検出システムの利益のうちの１つは、チャネル整合と呼ばれる、チャネルの独立較正を通した改良された分解能である。チャネル整合は、イオンパケットが検出器に衝突するときに成形される、非理想的な方法に起因して必要とされる。
【００４４】
図１は、ＴＯＦイオン検出システムのマイクロチャネルプレート（ＭＣＰ）に衝突する直前に、理想的形状および理想的配向をそれぞれ有する、例示的イオンパケットを示す、ＴＯＦイオン検出システムの側面図１００である。ＭＣＰは、ＭＣＰの一方の側面上のイオン衝突を、ＭＣＰの対応する他方の側面上の電子放出に変換する、デバイスである。典型的には、ＭＣＰは、イオン衝突毎に多くの電子を生成する。結果として、ＭＣＰは、イオン衝突の増倍器または増幅器として作用する。本増幅効果に起因して、複数のＭＣＰもまた、イオン衝突の増幅を増加させるために直列に使用されることができる。
【００４５】
イオンパケット１０１および１０２の形状は、それらがＭＣＰ１１０と本質的に同一の平坦な形状であるため、図１のＭＣＰ１１０に対して理想的である。換言すると、本形状に起因して、イオンパケット１０１のイオンの全ては、同時にＭＣＰ１１０に衝打し、イオンパケット１０２のイオンの全てもまた、同時にＭＣＰ１１０に衝打するであろう。
【００４６】
イオンパケット１０１および１０２の配向は、それらがＭＣＰ１１０と略平行であるため、ＭＣＰ１１０に対して理想的である。再度、本配向は、イオンパケット１０１のイオンの全てが同時にＭＣＰ１１０に衝打し、イオンパケット１０２のイオンの全てが同時にＭＣＰ１１０に衝打することを可能にする。
【００４７】
イオンパケットの形状および配向は、それらがＴＯＦイオン検出システムの分解能に影響を及ぼすため、重要である。ＴＯＦイオン検出システムでは、分解能は、本質的に、イオンパケットの間の距離が測定され得る程度を指す。換言すると、最高分解能は、２つのイオンパケットが依然として分解され得る、これら２つの異なるイオンパケットの間の最小距離であろう。
【００４８】
図１のイオンパケット１０１および１０２の理想的形状および理想的配向は、非常に高い分解能を可能にする。本形状および配向を伴うイオンパケットは、それらがイオンパケット１０１および１０２よりもはるかに近く設置されても、分解されることができる。しかしながら、非理想的形状および非理想的配向を伴うイオンパケットは、２つのイオンパケットが依然として分解され得る、これら２つの異なるイオンパケットの間の最小距離を増加させることによって、分解能を劣化させ得る。
【００４９】
図２は、ＴＯＦイオン検出システムのＭＣＰに衝突する直前に、理想的形状および非理想的配向をそれぞれ有する、例示的イオンパケットを示す、ＴＯＦイオン検出システムの側面図２００である。図２では、イオンパケット２０１および２０２は、ＭＣＰ１１０に対して、ある角度において配向される、または傾転される。イオンビーム内のイオンパケット２０１および２０２の本傾転は、分解能の減少を引き起こす。
【００５０】
本分解能の減少は、イオンパケット２０１および２０２が、ともにより近く設置され、依然として、ＭＣＰ１１０において区別され得るかどうかを決定することによって、見られ得る。イオンパケット２０１がイオンパケット２０２により近く設置される場合、その前縁は、即時にイオンパケット２０２の後縁に重複し始める。これらの縁が重複する場合、イオンパケットは、ＭＣＰ１１０において区別されることができない。これは、イオンパケット２０１および２０２がともにはるかに近く設置されることができないことを意味する。したがって、図１および２の比較は、非理想的配向が分解能を劣化させ得る方法を示す。
【００５１】
実践では、ＴＯＦ質量分析器が傾転または非理想的配向を伴うイオンパケットを生成することが一般的である。しかしながら、幸いにも、本問題の従来の改善措置が存在する。傾転パケットを補償するために、ＭＣＰは、それに対応して、傾転または非理想的配向を伴うイオンパケットを考慮するように、較正ステップで傾転されることができる。非理想的イオンパケット形状もまた、分解能を劣化させ得る。
【００５２】
図３は、ＴＯＦイオン検出システムのＭＣＰに衝突する直前に、非理想的形状および理想的配向をそれぞれ有する、例示的イオンパケットを示す、ＴＯＦイオン検出システムの側面図３００である。図３では、イオンパケット３０１および３０２は、ＭＣＰ１１０に対する弓形ソーセージまたは凸形状を有する。イオンパケット３０１の長さ３１１は、約４０ｍｍであり、イオンパケット３０１の凸性３１２の深度は、例えば、１ｍｍよりもはるかに少ない。ＴＯＦ質量分析器内のイオンパケット３０１および３０２の凸形状は、一般的である。
【００５３】
本凸形状は、イオン検出システムの分解能を低減させる。図２のイオンパケット２０１および２０２のように、図３のイオンパケット３０１および３０２は、図３に示されるよりもはるかに近い場合に、ＭＣＰ１１０において分解されることができない。これは、例えば、イオンパケット３０１および３０２がともに任意により近く設置される場合に、イオンパケット３０２の２つの後縁が、イオンパケット３０１の前縁と重複するであろうためである。イオンパケットのように、ＭＣＰもまた、非理想的形状を有することができる。実践では、ＭＣＰは、多くの場合、凸形状を有する。
【００５４】
図４は、同様に非理想的形状を有するＴＯＦイオン検出システムのＭＣＰに衝突する直前に、非理想的形状および理想的配向をそれぞれ有する、例示的イオンパケットを示す、ＴＯＦイオン検出システムの側面図４００である。図４では、ＭＣＰ２１０は、多くの場合、実践で見られる、凸形状を有する。ＭＣＰの任意の凸性もまた、イオン検出システムの分解能に影響を及ぼすであろう。
【００５５】
イオンパケット３１０および３２０もまた、凸形状を有するが、ＭＣＰおよびイオンパケットで見られる凸性の量は、典型的には、対応しない。結果として、両方が、多くの場合、分解能を改良するために考慮される必要がある。
（４チャネルデジタイザ）
【００５６】
従来のＴＯＦイオン検出システムは、４つの電極および４チャネルデジタイザを使用することによって、イオンパケットの凸形状およびＭＣＰの凸形状によって引き起こされる、分解能の損失を補償してきた。
【００５７】
図５は、非理想的形状をそれぞれ有する例示的イオンパケットのデジタル化信号が、分解能を改良するように４つの電極および４チャネルデジタイザを使用して取得される方法を示す、ＴＯＦイオン検出システムの側面図５００である。図５では、直列に位置付けられる２つのＭＣＰ５１０が、凸形状を有するイオンパケット３０１および３０２によって衝突される。ＭＣＰ５１０によって生成される増倍した電子は、４つの区画化されたアノード電極板５２１、５２２、５２３、および５２４によって収集される。アノード電極板５２１、５２２、５２３、および５２４はそれぞれ、４チャネルデジタイザ５３０の別個のチャネルに電気的に接続される。
【００５８】
４チャネルデジタイザ５３０は、例えば、ＡＤＣまたはＴＤＣである。アノード電極板５２１、５２２、５２３、および５２４はそれぞれ、また、例えば、４チャネル前置増幅器（図示せず）を通して、４チャネルデジタイザ５３０に電気的に接続されることもできる。４チャネル前置増幅器は、電極板から受信される電気信号を増幅する。
【００５９】
ＭＣＰ５１０は、本質的に、一方の側面上のイオン衝突画像を、他方の側面上の対応する電子放出画像に変換する。イオンパケット３０１および３０２は、凸形状を有するが、ＭＣＰ５１０のいずれか一方の側面上のそれらの画像は、長方形パターンまたは形状を有する。
【００６０】
図６は、イオンパケットが長方形パターンにおいてＭＣＰに衝突することを示す、図５のＭＣＰの衝突側の正面図６００である。図６では、図５のＭＣＰ５１０の側面５１１は、長方形パターンまたは画像３０５において図５のイオンパケット３０１および３０２によって衝突される。図５のイオンパケット３０１および３０２が凸形状を有するため、各パケットのイオンは、最初に、図６の長方形パターン３０５の中心または内側部分に衝突する。後の時間に、各パケットのイオンは、長方形パターン３０５の外側の２つの縁に衝突する。典型的には、長方形パターン３０５は、約１０ｍｍの幅３０７と、約４０ｍｍの長さ３０９とを有する。電子は、長方形パターン３０５と同一の長方形パターンにおいて図５のＭＣＰ５１０の他方の側面から放出される。
【００６１】
図７は、図５の４つの電極の正面図７００である。図７は、４つの区画化されたアノード電極板５２１、５２２、５２３、および５２４が、例えば、円形ＭＣＰからのイオンを検出するように位置付けられることを示す。電子は、電子の対応する長方形パターン３０５を生成するＭＣＰを使用して、電極５２１、５２２、５２３、および５２４上に放出される。
【００６２】
アノード電極板５２１、５２２、５２３、および５２４はそれぞれ、経時的に長方形パターン３０５の異なる部分を検出することができる。長方形パターンが幅よりもはるかに長いため、長方形パターンが長方形パターンの長さに沿って最も凸状であることに留意されたい。経時的に長方形パターン３０５の異なる部分を検出することによって、各イオンパケットの凸形状が検出される。
【００６３】
図５に戻ると、４チャネルデジタイザ５３０の４つのチャネル５３１、５３２、５３３、および５３４は、異なる時間における異なるチャネルからの測定を組み合わせ、または整合させ、イオンパケットの縦凸性を考慮するように較正される。
【００６４】
図８は、図５の４チャネルデジタイザの４つのチャネルからの測定が、イオンパケットの非理想的形状を補償し、イオン検出システムの全体的分解能を改良するように整合される、または組み合わせられる方法を示す、例示的な一連のタイミング図８００である。タイミング図はそれぞれ、時間の関数としての電子束の強度のプロットである。
【００６５】
図８では、タイミング図８３１は、図５の４チャネルデジタイザ５３０のチャネル５３１内で測定される、それぞれ、図５のイオンパケット３０２および３０１に関する強度８１２および８１１を示す。図８のタイミング図８３２は、図５の４チャネルデジタイザ５３０のチャネル５３２内で測定される、それぞれ、図５のイオンパケット３０２および３０１に関する強度８２２および８２１を示す。図８のタイミング図８３３は、図５の４チャネルデジタイザ５３０のチャネル５３３内で測定される、それぞれ、図５のイオンパケット３０２および３０１に関する強度８３２および８３１を示す。最後に、図８のタイミング図８３４は、図５の４チャネルデジタイザ５３０のチャネル５３４内で測定される、それぞれ、図５のイオンパケット３０２および３０１に関する強度８４２および８４１を示す。
【００６６】
図８のタイミング図８５０では、タイミング図８３１、８３２、８３３、および８３４内で測定される強度が、組み合わせられる。例えば、これらの値は、略図８５０内で合計される。これは、図５のイオンパケット３０２および３０１毎に２つの強度ピーク、すなわち、図５の２つの内側電極板５２２および５２３からの測定の組み合わせであるもの、および図５の２つの外側電極板５２１および５２４からの測定の組み合わせであるものをもたらす。例えば、図８のタイミング図８５０では、ピーク８５１および８５２は、図５のイオンパケット３０２から測定される２つの強度ピークであり、ピーク８５３および８５４は、図５のイオンパケット３０１から測定される２つの強度ピークである。
【００６７】
図５では、イオンパケットの凸形状に起因して、電極５２２および５２３におけるイオンパケットの中心または内側イオンの検出と、電極５２１および５２４におけるイオンパケットの外側イオンの検出との間の時間差が、Δｔ５０１であることに留意されたい。図８では、これは、ピーク８５１および８５２の中心の間の差としてのΔｔ５０１、ピーク８５３および８５４の中心の間の差としてのΔｔ５０２である。イオンパケットの凸形状によって生成される本時間差Δｔ５０１またはΔｔ５０２は、検出分解能を減少させる。これは、２つの異なるパケットに関して測定され得る強度の間の空間を減少させることによって、検出分解能を減少させる。換言すると、タイミング図８５０に示されるように、単一のイオンパケットの強度がイオンパケットの凸形状に起因して経時的に拡散されるため、分解能が低減される。
【００６８】
しかしながら、複数のチャネルがイオンパケットの凸形状の異なる部分を測定するために使用されるため、強度の拡散を補償することが可能である。これは、タイミング図８６０に示される。本質的に、図５のイオンパケット３０２に関するピーク８５１および８５２は、ピーク８６１に組み合わせられ、図５のイオンパケット３０２に関するピーク８５３および８５４は、図８のタイミング図８６０内のピーク８６２に組み合わせられる。換言すると、図５のデジタイザ５３０は、チャネル５３１および５３４の強度をチャネル５３２および５３３の強度と整合させるように較正される。本較正は、例えば、ｍが、質量であり、ａが、傾斜であり、ｔが、時間であり、ｔ０が、時間オフセットである、較正方程式ｍ＝ａ×（ｔ−ｔ０）２を使用して、行われる。いったん較正されると、４つ全てのチャネルの強度が、組み合わせられる。
【００６９】
図８のタイミング図８６０は、分解能が復元されていることを示す。換言すると、異なるパケットのピーク（８６１および８６２）の間の間隔が、増加されている。これは、図５のイオンパケットが重複している場合に、より明確に示されることができる。
【００７０】
図９は、重複する例示的イオンパケットを伴う、図５に示されるものと同一のＴＯＦイオン検出システムの側面図９００である。図９では、イオンパケット９０１の前縁が、イオンパケット９０２の後縁と重複する。１つだけの電極および１つのデジタル化チャネルが使用された場合、イオンパケット９０１および９０２は、区別されることができない。しかしながら、分離された電極および４チャネルデジタイザを使用することによって、パケット９０１および９０２は、区別されることができる。
【００７１】
図１０は、図９の４チャネルデジタイザの４つのチャネルからの測定が、イオンパケットが重複するときでさえも、イオンパケットの非理想的形状を補償し、イオン検出システムの全体的分解能を改良するように整合される、または組み合わせられる方法を示す、例示的な一連のタイミング図１０００である。図１０では、タイミング図１０３１は、図９の４チャネルデジタイザ５３０のチャネル５３１内で測定される、それぞれ、図９のイオンパケット９０２および９０１に関する強度１０１２および１０１１を示す。図１０のタイミング図１０３２は、図９の４チャネルデジタイザ５３０のチャネル５３２内で測定される、それぞれ、図９のイオンパケット９０２および９０１に関する強度１０２２および１０２１を示す。図１０のタイミング図１０３３は、図９の４チャネルデジタイザ５３０のチャネル５３３内で測定される、それぞれ、図９のイオンパケット９０２および９０１に関する強度１０３２および１０３１を示す。最後に、図１０のタイミング図１０３４は、図９の４チャネルデジタイザ５３０のチャネル５３４内で測定される、それぞれ、図９のイオンパケット９０２および９０１に関する強度１０４２および１０４１を示す。
【００７２】
図１０のタイミング図１０５０では、タイミング図１０３１、１０３２、１０３３、および１０３４内で測定される強度が、組み合わせられる。これは、図９のイオンパケット９０２および９０１毎に２つの強度ピーク、すなわち、図９の２つの内側電極板５２２および５２３からの測定の組み合わせであるもの、および図９の２つの外側電極板５２１および５２４からの測定の組み合わせであるものをもたらす。例えば、図１０のタイミング図１０５０では、ピーク１０５１および１０５２は、図９のイオンパケット９０２から測定される２つの強度ピークであり、ピーク１０５３および１０５４は、図５のイオンパケット９０１から測定される２つの強度ピークである。
【００７３】
図１０では、図９のイオンパケット９０２のピーク１０５２が図９のイオンパケット９０１のピーク１０５３と重複することに留意されたい。これは、図９のイオンパケットの凸形状によって引き起こされる重複が分解能を低減させることを示す。
【００７４】
しかしながら、複数のチャネルがイオンパケットの凸形状の異なる部分を測定するために使用されるため、本重複を補償することが可能である。これは、タイミング図１０６０に示される。本質的に、図９のイオンパケット９０２に関するピーク１０５１および１０５２は、ピーク１０６１に組み合わせられ、図９のイオンパケット９０２に関するピーク１０５３および１０５４は、図１０のタイミング図１０６０内のピーク１０６２に組み合わせられる。これは、例えば、チャネル５３２および５３３上のピーク位置に合致するようにチャネル５３１および５３４を再較正することによって行われる。いったん較正されると、４つ全てのチャネルの強度が、組み合わせられ、重複が、排除される。
（２チャネルデジタイザ）
【００７５】
しかしながら、上記で説明されるように、４チャネルＴＤＣまたはＡＤＣデジタイザは、高価であり、ＴＯＦ質量分析計の費用の１０％近くを占め得る。種々の実施形態では、２チャネルデジタイザが、ＴＯＦ質量分析計の費用を削減するために代わりに使用される。
【００７６】
イオンパケットおよびＭＣＰの凸性の対称性質に起因して、２チャネルデジタイザを使用することが可能である。図８に示されるように、外側チャネルに関するタイミング図８３１および８３４は、類似する時間において強度を測定している。同様に、内側チャネルに関するタイミング図８３２および８３３もまた、類似する時間において強度を測定している。
【００７７】
結果として、種々の実施形態では、２チャネルデジタイザを使用して、電極の２つのみのセットから強度を測定することが可能である。例えば、図７では、外側電極５２１および５２４は、電気的に接続されることができ、内側電極５２１および５２４は、電気的に接続されることができ、電極の２つのみのセットを生成する。電極のこれらのセットはそれぞれ、次いで、２チャネルデジタイザのチャネルに接続されることができる。同様に、図７の内側電極５２１および５２４は、単一の内側電極に組み合わせられることができる。
【００７８】
図１１は、種々の実施形態による、３つの電極が電気的に接続され、電極の２つのみのセットを生成し、放出された電子の長方形パターンの内側および外側部分を検出するために使用され得る方法を示す、３つの区画化されたアノード電極板の正面図１１００である。図１１では、外側電極板１１２１および１１２３が、電気的に接続され、電極の第１のセットを生成する。単一の電極板１１２２は、電極の第２のセットを提供する。結果として、電極板１１２１および１１２３は、２チャネルデジタイザの第１のチャネルに電気的に接続され、電極板１１２２は、２チャネルデジタイザの第２のチャネルに電気的に接続される。
【００７９】
本構成では、外側電極板１１２１および１１２３は、ＭＣＰから放出された電子３０５の長方形パターンの外側部分を検出する。同様に、単一の電極板１１２２は、ＭＣＰから放出された電子３０５の長方形パターンの内側部分を検出する。
【００８０】
また、各セットが１つの電極のみを含む、電極の２つのセットを有することも可能である。本質的に、内側または中心電極は、外側リング電極によって囲繞されることができる。そのような構成は、円形であり得る。しかしながら、ほぼあらゆる他の形状も可能である。例えば、中心長方形は、長方形リングによって囲繞されることができる。
【００８１】
図１２は、種々の実施形態による、２つだけの電極が、放出された電子の長方形パターンの内側および外側部分を検出するように構成され得る方法を示す、２つの区画化されたアノード電極板の正面図１２００である。図１２では、外側リング電極板１２２１は、２チャネルデジタイザの第１のチャネルに電気的に接続される。内側ディスク電極板１２２２は、２チャネルデジタイザの第２のチャネルに電気的に接続される。
【００８２】
本構成では、外側リング電極板１２２１は、ＭＣＰから放出された電子３０５の長方形パターンの外側部分を検出する。同様に、内側ディスク電極板１２２２は、ＭＣＰから放出された電子３０５の長方形パターンの内側部分を検出する。
（２チャネルデジタイザダイナミックレンジ）
【００８３】
上記で説明されるように、４チャネルデジタイザの１つの利点は、高いダイナミックレンジである。ダイナミックレンジは、デジタイザが測定することができる、最大値および最小値の比である。例えば、４チャネル１０ビットＡＤＣは、４×２１０または４，０９６のダイナミックレンジを有する。
【００８４】
４チャネルデジタイザを２チャネルデジタイザと置換することは、ダイナミックレンジを２分の１に縮小するであろう。しかしながら、ダイナミックレンジは、２チャネルデジタイザのビット数を増加させることによって、再捕捉されることができる。例えば、１４ビット２チャネルＡＤＣが、使用されることができる。この場合、ダイナミックレンジは、２×２１４または３２，７６８値である。結果として、チャネルの数を減少させることによって失われるダイナミックレンジは、回復されることができるだけではなく、使用されるビット数を増加させることによって、増加されることもできる。
（２チャネル電気イオン検出システム）
【００８５】
図１３は、種々の実施形態による、飛行時間（ＴＯＦ）質量分析器用の電気２チャネルイオン検出システムの側面図１３００である。電気２チャネルイオン検出システムは、一連の１つ以上のマイクロチャネルプレート１３１０と、２つ以上の区画化されたアノード電極板１３２１、１３２２、および１３２３と、２チャネルデジタイザ１３３０とを含む。
【００８６】
種々の実施形態では、２チャネルデジタイザ１３３０は、２チャネルアナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）である。種々の実施形態では、２チャネルデジタイザ１３３０は、２チャネル時間／デジタル変換器（ＴＤＣ）である。さらに、種々の実施形態では、２チャネルデジタイザ１３３０は、その２つのチャネル毎に前置増幅器を含むことができる。
【００８７】
一連の１つ以上のマイクロチャネルプレート１３１０のうちの第１のプレートは、一連の１つ以上のマイクロチャネルプレート１３１０の第１の側面１３１１上で長方形パターンにおいてイオンパケット１３０１および１３０２によって衝突される。一連の１つ以上のマイクロチャネルプレート１３１０は、衝突を、一連の１つ以上のマイクロチャネルプレート１３１０の第２の側面１３１２上で長方形パターンにおいて放出される増倍した電子に変換する。長方形パターンの長い方の辺は、長さであり、長方形パターンの短い方の辺は、幅である。各イオンパケットのイオンは、凸形状に従って長方形パターンの長さに沿って異なる時間に第１の側面１３１１に衝突する。イオンパケット１３０１および１３０２の凸形状に起因して、各パケットのイオンは、長方形パターンの各端部における２つの外側面積に衝突する前に、長方形パターンの中心内側面積に衝突する。
【００８８】
２つ以上の区画化されたアノード電極板１３２１、１３２２、および１３２３は、一連の１つ以上のマイクロチャネルプレート１３１０と平行な平面内に配列される。２つ以上の電極１３２１、１３２２、および１３２３は、一連の１つ以上のマイクロチャネルプレート１３１０の第２の側面１３１２上の長方形パターンから放出された電子を受容するように、一連の１つ以上のマイクロチャネルプレート１３１０の隣に位置付けられる。２つ以上の電極１３２１、１３２２、および１３２３はともに、長方形パターンから電子を受容するために十分に大きい面積を有する。
【００８９】
２つ以上の電極１３２１、１３２２、および１３２３は、長方形パターンの中心内側面積から放出された電子を受容するように位置付けられる、１つ以上の内側電極１３２２を含む。２つ以上の電極１３２１、１３２２、および１３２３は、長方形パターンの各端部における２つの外側面積から放出された電子を受容するように位置付けられる、１つ以上の外側電極１３２１および１３２３を含む。
【００９０】
種々の実施形態では、１つ以上の内側電極は、図１１に示されるように、１つの内側電極を含む。種々の実施形態では、１つ以上の内側電極は、電気的に接続される２つの内側電極（図示せず）を含む。
【００９１】
種々の実施形態では、１つ以上の外側電極は、図１１に示されるように、電気的に接続される２つの電極を備え、２つの電極はそれぞれ、長方形パターンの各端部における２つの外側面積のうちの異なる面積から電子を受容する。
【００９２】
種々の実施形態では、１つ以上の内側電極は、単一のディスク電極を含み、１つ以上の外側電極は、単一のリング電極を含み、ディスク電極およびリング電極は、図１２に示されるように、同心である。
【００９３】
図１３に戻ると、２チャネルデジタイザ１３３０は、１つ以上の内側電極１３２２に電気的に接続される第１のチャネル１３３１を含む。２チャネルデジタイザ１３３０は、イオンパケット毎に１つ以上の内側電極１３２２によって受容される電子を第１のデジタル値に変換する。
【００９４】
２チャネルデジタイザ１３３０は、１つ以上の外側電極１３２１および１３２３に電気的に接続される第２のチャネル１３３２を含む。２チャネルデジタイザ１３３０は、パケット毎に１つ以上の外側電極１３２１および１３２３によって受容される電子を第２のデジタル値に変換する。
【００９５】
第１のチャネル１３３１および第２のチャネル１３３２は、第１のデジタル値および第２のデジタル値を時間的に整合させ、各イオンパケットのイオン衝突の凸形状を考慮するように独立して較正される。
【００９６】
種々の実施形態では、第１のチャネル１３３１および第２のチャネル１３３２はさらに、第１のデジタル値および第２のデジタル値を時間的に整合させ、一連の１つ以上のマイクロチャネルプレート１３１０の曲率を考慮するように独立して較正される。
（２チャネル光電イオン検出システム）
【００９７】
種々の実施形態では、ＴＯＦ質量分析器用の２チャネルイオン検出システムは、一連の１つ以上のＭＣＰによって生成される電子を検出するための光学構成要素を含むことができる。本質的に、これらの光学構成要素は、上記に説明される電気システムの区画化されたアノード電極板に取って代わる。結果として、上記に説明される電極の構成の全てはまた、光電システムの光学構成要素または光パイプにも適用される。
【００９８】
図１４は、種々の実施形態による、ＴＯＦ質量分析器用の光電２チャネルイオン検出システムの側面図１４００である。光電２チャネルイオン検出システムは、一連の１つ以上のマイクロチャネルプレート１４１０と、シンチレータ１４２０と、２つ以上の区画化された光パイプ１４３１、１４３２、１４３３、および１４３４と、第１の光電子増倍管（ＰＭＴ）１４４１と、第２のＰＭＴ１４４２と、２チャネルデジタイザ１４５０とを含む。
【００９９】
種々の実施形態では、２チャネルデジタイザ１４５０は、２チャネルアナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）である。種々の実施形態では、２チャネルデジタイザ１４５０は、２チャネル時間／デジタル変換器（ＴＤＣ）である。
【０１００】
一連の１つ以上のマイクロチャネルプレート１４１０のうちの第１のものは、一連の１つ以上のマイクロチャネルプレート１４１０の第１の側面１４１１上で長方形パターンにおいてイオンパケット１４０１によって衝突される。一連の１つ以上のマイクロチャネルプレート１４１０は、衝突を、一連の１つ以上のマイクロチャネルプレート１４１０の第２の側面１４１２上で長方形パターンにおいて放出される増倍した電子に変換する。長方形パターンの長い方の辺は、長さであり、長方形パターンの短い方の辺は、幅である。例えば、イオンパケット１４０１の凸形状に起因して、各パケットのイオンは、長方形パターンの各端部における２つの外側面積に衝突する前に、長方形パターンの中心内側面積に衝突する。
【０１０１】
シンチレータ１４２０は、一連の１つ以上のマイクロチャネルプレート１４１０と平行に、かつ一連の１つ以上のマイクロチャネルプレート１４１０の隣に位置付けられる。シンチレータ１４２０は、一連の１つ以上のマイクロチャネルプレート１４１０の第２の側面１４１２からシンチレータ１４２０の第１の側面１４２１上で長方形パターンにおいて放出された電子を受容する。シンチレータ１４２０は、電子を、シンチレータ１４２０の第２の側面１４２２上で長方形パターンにおいて放出される光子に変換する。
【０１０２】
２つ以上の区画化された光パイプ１４３１、１４３２、１４３３、および１４３４は、シンチレータ１４２０の第２の側面１４２２から光子を受容するようにシンチレータ１４２０の第２の側面１４２２に接続される。２つ以上の区画化された光パイプ１４３１、１４３２、１４３３、および１４３４はともに、長方形パターンから光子を受容するために十分に大きい面積を有する。２つ以上の光パイプ１４３１、１４３２、１４３３、および１４３４は、長方形パターンの中心内側面積から光子を受容するように位置付けられる、１つ以上の内側光パイプ１４３２および１４３３を含む。２つ以上の光パイプ１４３１、１４３２、１４３３、および１４３４は、長方形パターンの各端部における２つの外側面積から光子を受容するように位置付けられる、１つ以上の外側光パイプ１４３１および１４３４を含む。
【０１０３】
種々の実施形態では、１つ以上の内側光パイプは、図１１の１つの電極に類似する、１つの光パイプを含む。種々の実施形態では、１つ以上の光パイプは、図１４に示されるように、接続される２つの内側光パイプを含む。
【０１０４】
種々の実施形態では、１つ以上の外側光パイプは、接続される２つの光パイプを含み、２つの光パイプはそれぞれ、図１４に示されるように、長方形パターンの各端部における２つの外側面積のうちの異なる面積から光子を受容する。
【０１０５】
種々の実施形態では、１つ以上の内側光パイプは、単一のディスク光パイプを含み、１つ以上の外側光パイプは、単一のリング光パイプを含み、ディスク光パイプおよびリング光パイプは、図１２に示される電極と同様に、同心である。
【０１０６】
図１４に戻ると、第１の光電子増倍管１４４１は、１つ以上の内側光パイプ１４３２および１４３３に接続され、１つ以上の内側光パイプ１４３２および１４３３によって受容される光子を、パケット毎に第１の増倍した電子に変換する。第２の光電子増倍管１４４２は、１つ以上の外側光パイプ１４３１および１４３４に接続され、１つ以上の外側光パイプ１４３１および１４３４によって受容される光子を、パケット毎に第２の増倍した電子に変換する。
【０１０７】
２チャネルデジタイザ１４５０は、イオンパケット毎に第１の増倍した電子を第１のデジタル値に変換する、第１の光電子増倍管１４４１に電気的に接続される第１のチャネル１４５１を含む。２チャネルデジタイザ１４５０は、イオンパケット毎に第２の増倍した電子を第２のデジタル値に変換する、第２の光電子増倍管１４４２に電気的に接続される第２のチャネル１４５２を含む。
【０１０８】
第１のチャネル１４５１および第２のチャネル１４５２は、第１のデジタル値および第２のデジタル値を時間的に整合させ、各イオンパケットのイオン衝突の凸形状を考慮するように独立して較正される。
【０１０９】
種々の実施形態では、第１のチャネル１４５１および第２のチャネル１４５２はさらに、第１のデジタル値および第２のデジタル値を時間的に整合させ、一連の１つ以上のマイクロチャネルプレート１４１０の曲率を考慮するように独立して較正される。
（２チャネル平面光電イオン検出システム）
【０１１０】
種々の実施形態では、ＴＯＦ質量分析器用の２チャネルイオン検出システムは、平面イオン／電子変換器と、磁場と、イオンを検出するための光学構成要素とを含むことができる。本質的に、平面イオン／電子変換器、電場および磁場の組み合わせ、および光学構成要素は、上記に説明される電気システムのＭＣＰおよび区画化されたアノード電極板に取って代わる。
【０１１１】
図１５は、種々の実施形態による、ＴＯＦ質量分析器用の平面イオン／電子光電２チャネルイオン検出システムの側面図１５００である。平面イオン／電子光電２チャネルイオン検出システムは、平面イオン／電子変換器１５１０と、垂直磁場１５１３と、シンチレータ１４２０と、２つ以上の区画化された光パイプ１４３１、１４３２、１４３３、および１４３４と、第１の光電子増倍管（ＰＭＴ）１４４１と、第２のＰＭＴ１４４２と、２チャネルデジタイザ１４５０とを含む。
【０１１２】
種々の実施形態では、２チャネルデジタイザ１４５０は、２チャネルアナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）である。種々の実施形態では、２チャネルデジタイザ１４５０は、２チャネル時間／デジタル変換器（ＴＤＣ）である。
【０１１３】
平面イオン／電子変換器１５１０は、平面イオン／電子変換器１５１０の第１の側面１５１１上で長方形パターンにおいてイオンパケット１４０１によって衝突される。平面イオン／電子変換器１５１０は、ＣＶＤダイヤモンドまたは酸化物またはそれらの高い二次電子放出係数で公知である他の材料等の衝突するイオンあたり高い電子放出確率を有する材料を含む。
【０１１４】
２チャネルイオン検出システムはさらに、永久磁石または電磁石（図示せず）からのＤＣ均一磁場１５１３を含む。磁場１５１３は、平面イオン／電子変換器１５１０およびシンチレータ１４２０の前に確立される。電場１４１４はまた、平面イオン／電子変換器１５１０およびシンチレータ１４２０の前にも確立される。電場１５１４は、例えば、電圧源（図示せず）を使用して、高度に透明なメッシュ１５１５に適切にバイアスをかけることによって確立される。電場１５１４および磁場１５１３は、平面イオン／電子変換器１５１０の第１の側面１５１１からも放出される電子を、シンチレータ１４２０までの半円形の経路において移動させるように設計される。米国特許第７，１８０，０６０号（参照することによって本明細書に組み込まれる）は、検出器部材までの半円形の経路においてイオンから放出される電子を移動させるための平面イオン／電子変換器、磁場、および電場の使用を説明する。
【０１１５】
平面イオン／電子変換器１５１０は、衝突を、平面イオン／電子変換器１５１０の同一の第１の側面１５１１上で同一の長方形パターンにおいて放出される電子に変換する。長方形パターンの長い方の辺は、長さであり、長方形パターンの短い方の辺は、幅である。例えば、イオンパケット１４０１の凸形状に起因して、各パケットのイオンは、長方形パターンの各端部における２つの外側面積に衝突する前に、長方形パターンの中心内側面積に衝突する。
【０１１６】
シンチレータ１４２０は、平面イオン／電子変換器１５１０と隣り合わせで位置付けられる。シンチレータ１４２０は、平面イオン／電子変換器１５１０の第１の側面１５１１からシンチレータ１４２０の第１の側面１４２１上で長方形パターンにおいて放出された電子を受容する。シンチレータ１４２０は、電子を、シンチレータ１４２０の第２の側面１４２２上で長方形パターンにおいて放出される光子に変換する。
【０１１７】
２つ以上の区画化された光パイプ１４３１、１４３２、１４３３、および１４３４は、シンチレータ１４２０の第２の側面１４２２から光子を受容するようにシンチレータ１４２０の第２の側面１４２２に接続される。２つ以上の区画化された光パイプ１４３１、１４３２、１４３３、および１４３４はともに、長方形パターンから光子を受容するために十分に大きい面積を有する。２つ以上の光パイプ１４３１、１４３２、１４３３、および１４３４は、長方形パターンの中心内側面積から光子を受容するように位置付けられる、１つ以上の内側光パイプ１４３２および１４３３を含む。２つ以上の光パイプ１４３１、１４３２、１４３３、および１４３４は、長方形パターンの各端部における２つの外側面積から光子を受容するように位置付けられる、１つ以上の外側光パイプ１４３１および１４３４を含む。
【０１１８】
種々の実施形態では、１つ以上の内側光パイプは、図１１の１つの電極に類似する、１つの光パイプを含む。種々の実施形態では、１つ以上の光パイプは、図１５に示されるように、接続される２つの内側光パイプを含む。
【０１１９】
種々の実施形態では、１つ以上の外側光パイプは、接続される２つの光パイプを含み、２つの光パイプはそれぞれ、図１５に示されるように、長方形パターンの各端部における２つの外側面積のうちの異なる面積から光子を受容する。
【０１２０】
種々の実施形態では、１つ以上の内側光パイプは、単一のディスク光パイプを含み、１つ以上の外側光パイプは、単一のリング光パイプを含み、ディスク光パイプおよびリング光パイプは、図１２に示される電極と同様に、同心である。
【０１２１】
図１５に戻ると、第１の光電子増倍管１４４１は、１つ以上の内側光パイプ１４３２および１４３３に接続され、１つ以上の内側光パイプ１４３２および１４３３によって受容される光子を、パケット毎に第１の増倍した電子に変換する。第２の光電子増倍管１４４２は、１つ以上の外側光パイプ１４３１および１４３４に接続され、１つ以上の外側光パイプ１４３１および１４３４によって受容される光子を、パケット毎に第２の増倍した電子に変換する。
【０１２２】
２チャネルデジタイザ１４５０は、イオンパケット毎に第１の増倍した電子を第１のデジタル値に変換する、第１の光電子増倍管１４４１に電気的に接続される第１のチャネル１４５１を含む。２チャネルデジタイザ１４５０は、イオンパケット毎に第２の増倍した電子を第２のデジタル値に変換する、第２の光電子増倍管１４４２に電気的に接続される第２のチャネル１４５２を含む。
【０１２３】
第１のチャネル１４５１および第２のチャネル１４５２は、第１のデジタル値および第２のデジタル値を時間的に整合させ、各イオンパケットのイオン衝突の凸形状を考慮するように独立して較正される。
【０１２４】
種々の実施形態では、第１のチャネル１４５１および第２のチャネル１４５２はさらに、第１のデジタル値および第２のデジタル値を時間的に整合させ、一連の１つ以上のマイクロチャネルプレート１４１０の曲率を考慮するように独立して較正される。
【０１２５】
本教示は、種々の実施形態と併せて説明されるが、本教示がそのような実施形態に限定されることは意図されない。対照的に、本教示は、当業者によって理解されるであろうように、種々の代替案、修正、および均等物を包含する。
【０１２６】
さらに、種々の実施形態の説明において、本明細書は、ステップの特定のシーケンスとして、方法および／またはプロセスを提示し得る。しかしながら、方法またはプロセスが本明細書に記載されるステップの特定の順序に依拠しない限り、方法またはプロセスは、説明されるステップの特定のシーケンスに限定されるべきではない。当業者が理解するであろうように、ステップの他のシーケンスも可能であり得る。したがって、本明細書に記載されるステップの特定の順序は、請求項に関する限定として解釈されるべきではない。加えて、方法および／またはプロセスを対象とする請求項は、それらのステップの実施を書かれた順序に制限されるべきではなく、当業者は、シーケンスが、変動され得、依然として、種々の実施形態の精神および範囲内に留まることを容易に理解することができる。
【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５】
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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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【図１５】
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【国際調査報告】
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