JP2005500646A5 - - Google Patents

Claims (46)

1. 静電気トラップ内にサンプルイオンを注入する方法であって、
   （ａ）それぞれの質量対電荷比率がｍ／ｚである分析される複数のサンプルイオンを生成するステップと、
   （ｂ）複数の電極を有するイオン蓄積装置内の蓄積装置用入射部を通って前記サンプルイオンを受け取るステップと、
   （ｃ）トラッピング期間の少なくとも一部の期間に前記蓄積装置内の容積ρの中に前記受け取ったサンプルイオンの少なくともある割合をトラップするトラッピング電圧を前記蓄積装置に供給するステップであって、トラップされたイオンのそれぞれが運動エネルギーＥｋを有し、前記トラッピング期間の少なくとも一部の期間の前記容積ρ内の前記イオンの平均運動エネルギーが￣Ｅｋであるステップと、
   （ｄ）前記蓄積装置の前記容積の中に含まれた前記サンプルイオンの少なくともいくつかを蓄積装置用出射部から制御可能に解放するように前記蓄積装置に解放電圧を供給するステップであって、前記解放電圧は、前記容積ρ内で前記複数のイオンが受ける電位差が前記トラッピング期間の少なくとも一部の期間において前記平均運動エネルギー￣Ｅｋよりも大きいような大きさであり、かつ前記解放電圧は、前記容積ρ内の任意の第１の点において生成される電界の強度が、前記容積ρ内の任意の別の第２の点において生成された電界の強度よりも５０％以上大きくなく、且つ５０％以上小さくはなく、±５０％の範囲内にであるステップと、
   （ｅ）複数のトラッピング電極を有する静電気トラップの入射部を通って、ステップ（ｄ）の解放電圧に従って前記蓄積装置用出射部から解放されたこれらのサンプルイオンを受け取るステップであって、前記イオンが各ｍ／ｚに対して束ねた飛行時間の分布の畳込みとして到着するステップと、
   （ｆ）前記サンプルイオンが少なくとも１つの方向に振動する電位を前記トラッピング電極に加えることによって、前記受け取られたサンプルイオンを前記静電気トラップ内にトラップするステップと、
   を含むことを特徴とする方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、前記解放電圧が前記蓄積装置に加えられて前記サンプルイオンを前記蓄積装置から解放させる時間と同じ時間に、前記静電気トラップの前記トラッピング電極に加えられた前記電位が、静電気トラップにおけるトラップのときの電圧に近づくように立ち上げられることを特徴とする方法。
3. 請求項２に記載の方法であって、前記静電気トラップの前記トラッピング電極に加えられた前記電位が、前記解放電圧が印加される前に前記トラップのときの電圧に近づくように上昇を始め、前記解放電圧が終了した後まで印加を継続することを特徴とする方法。
4. 請求項１，請求項２又は請求項３に記載の方法であって、前記トラッピング電圧がＡＣ成分を含み、前記イオンを前記蓄積装置の前記入射部から出射部に向かう方向に直角な方向にトラップすることを特徴とする方法。
5. 請求項４に記載の方法であって、前記トラッピング電圧がＤＣ成分をさらに含み、前記トラッピング電圧が前記容積ρを定義する前記蓄積装置内にポテンシャル井戸を作るように選択され、前記ポテンシャル井戸のベースの位置がそのトラッピング周期の少なくとも一部の間は前記蓄積装置用出射部に隣接していることを特徴とする方法。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の方法であって、前記解放電圧が少なくとも１つのＤＣパルスを含むことを特徴とする方法。
7. 請求項１、請求項２、請求項３又は請求項４のいずれかに記載の方法であって、前記蓄積装置の電極のそれぞれが少なくとも２つの別個の電極に前記入射部から出射部に向かう方向において分割され、前記蓄積装置にトラッピング電圧を供給するステップが、前記解法電圧を、前記サンプルイオンが前記蓄積装置用出射部に隣接した部分に位置する前記ポテンシャル井戸の中にトラップされるように、前記少なくとも２つの別個の電極の間にＤＣ電圧の差として供給するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の方法であって、前記静電気トラップ内の前記サンプルイオンの前記発振の周期が、前記サンプルイオンが前記蓄積装置用出射部から放出され前記静電気トラップ用入射部に到達する間の前記飛行時間の半値全幅（ＦＷＨＭ）よりも短いことを特徴とする方法。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載の方法であって、前記解放電圧が印加されると、前記ステップ（ｄ）の間に、前記蓄積装置が中に蓄積されたイオンが前記蓄積装置内の入射部から出射部に向かう方向に概ね平行な軸に沿って放出するようにまとめられることを特徴とする方法。
10. 請求項９に記載の方法であって、前記蓄積装置は、その複数の電極に内接される内接円の直径を定義する線形トラップであり、ポテンシャル井戸のベースが前記蓄積装置用出射部から前記内接円の直径の２倍以下の距離に配置されるように、前記トラッピング電圧が印加されることを特徴とする方法。
11. 請求項８、請求項９又は請求項１０に記載の方法であって、前記解放電圧が前記蓄積装置用出射部の電極に印加される電圧と、前記出射部の電極に内部側において隣接する別の電極との間に加えられる差の電圧であり、その解放電圧の大きさが前記トラッピング電圧の大きさよりも大きいことを特徴とする方法。
12. 請求項１、請求項２又は請求項３のいずれかに記載の方法であって、前記ステップ（ｄ）の間に、前記解放電圧が印加されると、前記蓄積装置がその中に蓄積されたイオンを前記蓄積装置内の入射部から出射部に向かう方向に概ね直交する軸に沿って放出することを特徴とする方法。
13. 請求項１２に記載の方法が、イオンの移動方向を湾曲させる別の蓄積装置の中に前記イオンをトラッピングするステップをさらに備えることを特徴とする方法。
14. 請求項１〜１３のいずれかに記載の方法であって、イオンがエネルギーリフターを通過するときに前記イオンのエネルギーを増加するために、前記蓄積装置の下流の前記エネルギーリフターに電圧を加えるステップをさらに含むことを特徴とする方法。
15. 請求項１〜１４のいずれかに記載の方法が、イオンの運動エネルギーＥｋを減少させるために前記サンプルイオンを冷却するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
16. 請求項１５に記載の方法であって、前記冷却するステップは、イオンが前記蓄積装置用入射部を通って受け取られる前にイオンクーラーの中で実行されることを特徴とする方法。
17. 請求項１５又は請求項１６に記載の方法であって、前記冷却するステップが、サンプルイオンを衝突ガスと衝突させることによって前記蓄積装置の中で実行されることを特徴とする方法。
18. 請求項１〜１７のいずれかに記載の方法であって、前記解放電圧は、前記容積ρ内の複数のイオンが受ける電位差が前記平均の運動エネルギー￣Ｅｋよりも少なくとも１桁大きくなるような大きさであることを特徴とする方法。
19. 請求項１〜１８のいずれかに記載の方法であって、前記容積ρ内でトラップされたイオンを放出して、前記イオンが前記静電気トラップの入射部に至る飛行時間内で集束するように、前記解放電圧が加えられることを特徴とする方法。
20. 請求項１９に記載の方法が、前記イオンが前記静電気トラップの周辺に接線方向の角度で前記静電気トラップの入射部に到達するように、前記イオンを前記静電気トラップの入射部に向かって方向付けるステップをさらに含むことを特徴とする方法。
21. 請求項１〜１８のいずれかに記載の方法であって、前記解放電圧が、前記容積ρ内でトラップされたイオンが前記静電気トラップの下流に配置された衝突面上に飛行時間内に集束するように前記イオンを放出するために加えられ、前記サンプルイオンが前記衝突面上に衝突することによって作られたフラグメントイオンを、前記静電気トラップに向かって戻すように加速するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
22. 請求項１〜２１のいずれかに記載の方法が、前記サンプルイオンが前記蓄積装置の出射部と前記静電気トラップの入射部との間の見通し線に沿って移動しないように、前記サンプルイオンを前記蓄積装置の出射部と前記静電気トラップへの入射部との間で偏向するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
23. 請求項１〜２２のいずれかに記載の方法が、最高のｍ／ｚのＦＷＨＭの到達が測定されるまで前記静電気トラップ内の電界を増加するように、前記静電気トラップの前記トラッピング電極に時間依存の電圧を加えるステップをさらに含むことを特徴とする方法。
24. 請求項１〜２３のいずれかに記載の方法であって、前記静電気トラップが中心電極と２つの部分に分割された外側電極とを有するオービトラップ形であり、前記中心電極を静電気のトラップのときの電位に上昇させるステップと、前記分割された外側電極内で前記トラップされたイオンが発生したイメージ電流を検出するステップとをさらに含むことを特徴とする方法。
25. 請求項２４に記載の方法であって、前記イオンが、次の形式の電位分布、すなわち、
    

    

    を有する超対数（ハイパーロガリズミック）電界によって中心電極の回りを移動するように制約され、
    ここで、ｒ及びｚは円柱座標、ｚ＝０は電界の対称面、Ｃ，ｋ，Ｒｍ（＞０）は定数、及び正イオンに対してｋ＞０である、ことを特徴とする方法。
26. 請求項２４又は請求項２５に記載の方法が、前記サンプルイオンによって占められた容積内の電界の変動を最小にするように、前記オービトラップ内の電界を補償するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
27. 請求項２６に記載の方法であって、前記電界が前記オービトラップ内の電界補償器に時間依存の電圧を加えることによって補償されることを特徴とする方法。
28. 請求項１〜２７のいずれかに記載の方法が、前記蓄積装置内のトラッピングの最適な持続時間を決定するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
29. 請求項１〜２８のいずれかに記載の方法が、サンプルイオンのある割合をそれらが前記蓄積装置内に取り入れられる前に、それらのｍ／ｚ比率に基づいてフィルタ処理するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
30. 質量分析計であって、
    （ａ）それぞれの質量対電荷比率がｍ／ｚである、分析すべき複数のサンプルイオンを供給するように構成されたイオン源と、
    （ｂ）複数の蓄積装置用電極を備え、前記サンプルイオンが受け取られる蓄積装置入射端部及び前記サンプルイオンが出射する蓄積装置出射端部を有するイオン蓄積装置と、
    （ｃ）トラッピングモードにおけるトラッピング期間の少なくとも一部の期間に前記蓄積装置の容積ρの中に前記蓄積装置の前記蓄積装置入射端部を通って受け取られた前記サンプルイオンの少なくともある割合をトラップし、このようにトラップされたイオンのそれぞれは運動エネルギーＥｋを有して前記トラッピング期間の少なくとも一部の期間の前記容積ρ内のイオンの平均運動エネルギーが￣Ｅｋであり、トラッピング電圧を前記蓄積装置用電極に供給し、かつ前記蓄積装置の前記容積ρの中に含まれた前記サンプルイオンの少なくとも一部を前記蓄積装置出射端部を通って制御可能に解放するように、前記容積ρ内での前記複数のイオンが受ける電位差の大きさが前記トラッピング期間少なくとも一部の期間の前記平均運動エネルギー￣Ｅｋよりも大きく、かつさらに、前記解放電圧を印加することで、前記容積ρ内における任意の第１の点において生成された電界が、前記容積ρ内の別の任意の第２の点において生成された電界の強度よりも５０％以上大きくなく、且つ５０％以上小さくはなく、±５０％の範囲内になるような解放電圧を、イオン放出モードにおいて前記蓄積装置に供給するように構成された電源と、
    （ｄ）前記蓄積装置出射端部を通って解放された、前記印加されたトラッピング電圧及び解放電圧によって課せられた基準に適合するイオンを、各ｍ／ｚに対して束ねた飛行時間の分布の畳込みとして、受け取るように構成された静電気トラップ用入射部を有し、静電気トラップ用入射部を通って受け取られたイオンをトラップして、前記トラップされたイオンが少なくとも１つの方向に振動するように構成された複数の電極をさらに備える静電気トラップと、を備えることを特徴とする質量分析計。
31. 請求項３０に記載の質量分析計であって、前記蓄積装置用の電極のそれぞれが入射端部から出射端部に向かう軸方向において２つ以上の分割された部分に分割され、前記電源が前記軸方向に分割された部分の１つと他の部分との間に差のＤＣ電圧を供給するように構成されることを特徴とする質量分析計。
32. 請求項３１に記載の質量分析計であって、前記蓄積装置用の電極の前記部分が互いに軸方向に間隔を空けて配置されて、それらの間の容積を含むトラッピング容積を定義し、前記蓄積装置用出射部に最も近い終端側の電極の前記部分の軸方向の長さは、これらの終端側の電極の部分についての前記軸方向と直角な半径方向の間の距離によって定義される内接された直径の２倍以下であることを特徴とする質量分析計。
33. 請求項３２に記載の質量分析計であって、前記蓄積装置が蓄積装置用出射部が内部に位置される終端キャップをさらに備え、前記終端キャップと前記終端側の電極の部分の中間点との間の軸方向の距離が前記内接された直径以上であることを特徴とする質量分析計。
34. 請求項３０〜３３のいずれかに記載の質量分析計において、前記蓄積装置用出射部と前記静電気トラップ用入射部との間にレンズ装置をさらに備え、前記レンズ装置が前記蓄積装置と前記静電気トラップとの間のイオンの経路を偏向して、イオンが前記蓄積装置の内部と前記静電気トラップの内部との間の直接的な見通し線に沿って移動しないように構成されることを特徴とする質量分析計。
35. 請求項３４に記載の質量分析計であって、前記レンズ装置が、前記イオンを前記静電気トラップの周辺に接線方向の角度で集束するように構成されることを特徴とする質量分析計。
36. 請求項３０〜３５のいずれかに記載の質量分析計であって、前記静電気トラップが第１の中心電極と第２の外側電極とを備えるオービトラップであり、前記第２の外側電極が２つの区域に分割され、前記質量分析計が前記オービトラップ内に拘束されたイオンを検出する手段をさらに備えることを特徴とする質量分析計。
37. 請求項３６に記載の質量分析計であって、前記電源が前記中心電極に電圧を印加するように構成され、前記質量分析計が静電気トラップ内の前記中心電極の電位の上昇を制御して、前記電位の上昇が前記蓄積装置に前記解放電圧を印加する持続時間より長い時間にわたって発生して、前記制御されたイオンの放出を行わせるように構成された電源コントローラをさらに備えることを特徴とする質量分析計。
38. 請求項３７に記載の質量分析計であって、前記中心電極の電位が（Ｄ１／Ｄ２）^1/2ＶとＶとの間にあるときにイオンが前記静電気トラップに到達するように、前記電源コントローラが前記解放電圧を前記蓄積装置に加えるように構成され、Ｖは前記中心電極に加えられた最終的な静的電圧、Ｄ１は前記中心電極の外側の直径、またＤ２は第１および第２の外側電極の内側の直径である、ことを特徴とする質量分析計。
39. 請求項３０〜３８のいずれかに記載の質量分析計が、電界補償手段をさらに備え、前記電源が前記静電気トラップ内の電界の変動を最小にするように補償電圧を前記電界補償手段に供給するようにさらに構成されることを特徴とする質量分析計。
40. 請求項３０〜３９のいずれかに記載の質量分析計が、前記静電気トラップの下流に配置された衝突面をさらに備え、前記蓄積装置から出射したイオンが、前記静電気トラップがイオンを捕捉するためのフラグメントイオンを発生するように、前記衝突面上に飛行時間内に集束されることを特徴とする質量分析計。
41. 請求項３０〜４０のいずれかに記載の質量分析計が、前記蓄積装置の上流に配置されたイオン冷却手段をさらに備えることを特徴とする質量分析計。
42. 請求項３０〜４１のいずれかに記載の質量分析計が、前記蓄積装置の上流に配置された質量フィルタをさらに備えることを特徴とする質量分析計。
43. 請求項３０に記載の質量分析計であって、前記蓄積装置がほぼ第１の軸に沿って移動するイオンを受け取り、前記イオンを前記第１の軸にほぼ直交する第２の軸に沿って放出するように構成されることを特徴とする質量分析計。
44. 請求項４３に記載の質量分析計であって、前記蓄積装置が湾曲していることを特徴とする質量分析計。
45. 請求項３０〜４４のいずれかに記載の質量分析計が、前記蓄積装置の下流にイオン偏向器をさらに備えることを特徴とする質量分析計。
46. 請求項３０〜４５のいずれかに記載の質量分析計が、前記静電気トラップの上流に移動するイオンをエネルギーリフトするライナをさらに備えることを特徴とする質量分析計。