JP2007524202A - 高速発振電気ポテンシャルを持った正及び負のイオンの閉じ込め - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、本出願に参照によって取り込まれ、同時に出願継続中の米国特許出願シリアルナンバー10/764、435号(2004年1月23日に出願され、「高速発振電気ポテンシャルを持った正及び負のイオンの閉じ込め」という名称を持つ)の利益を請求する。
図1は、本発明の1つの特徴に従って作動させるために構成された質量分析法システム100を説明する。システム100は、前駆イオン供給源110、2D多重極イオン・トラップ120、反応物イオン供給源130、及び、コントローラ140を含む。前駆イオン供給源110は、前駆イオンを含むイオンを生成する。前駆イオン供給源110によって生成されるイオンは、2D多重極イオン・トラップ120に注入される。反応物イオン供給源130は、反応物イオンを含むイオンを生成する。反応物イオン供給源130によって生成されるイオンもまた、2D多重極イオン・トラップ120に注入される。2D多重極イオン・トラップ120は、チャンネルを規定する。このチャンネル内には、コントローラ140によってイオン・トラップ120内の異なった電極に印加される周期的電圧によって生成された電気ポテンシャルを発振させることによって半径方向と軸方向の双方において、前駆イオン及び反応物イオンが閉じ込められ得る。
E(r、t)=E(r)cos(Ω、t)
を生成する発振電気ポテンシャルに対して、位置rにおける擬似ポテンシャルVp(r)は、
Vp(r)=ZeE(r)2/(4mΩ2) (式1)
として与えられる。
ζ=2Z|∇E|/mΩ2
と規定され得る。
又は、セクション704及び709内で生成されたダイポール・ポテンシャルを発振させることによって、正と負のイオンが、イオン・トラップ700の端部の近傍で、軸方向に閉じ込められ得る。
それにも関わらず、本発明の目的と範囲から離れること無しに、種々の修正が為され得ることが理解されるであろう。例えば、説明された方法のステップは、異なった順序で実行され得、依然として所望の結果を実現する。記載された技術は、イオンをトラップ又はガイドするための、曲がったイオン・チャンネルを規定する、曲がった軸(curved axis)のイオン・ガイド、平面(planar)RFイオン・ガイド(平面多重極)、及び、RFシリンドリカル・イオン・パイプ、のような、他のイオン・トラップ又はガイドに応用され得る。セグメント化されたイオン・トラップの替わりに、記載された技術は、多重極の別個の(separate)イオン・トラップを用いても実現され得る。
110 前駆イオン供給源
112 前駆イオン源
115 イオン転送光学系(optics)
120 2D多重極イオン・トラップ
121 前面プレート・レンズ
122 前面開口
123 前面セクション
125 中央セクション
127 背面セクション
128 背面プレート・レンズ
129 背面開口
130 反応物イオン供給源
132 反応物イオン源
135 イオン転送光学系
140 コントローラ
141 RF電圧
143 対応するRF電圧の組
145 対応するRF電圧の組
147 対応するRF電圧の組
148 RF電圧
151 異なったDCバイアス
153 異なったDCバイアス
155 異なったDCバイアス
157 異なったDCバイアス
158 異なったDCバイアス
220 イオン・レンズ
225 イオン・レンズ220内の開口
230 イオン・レンズ220に隣接する端部セクション
232 発振2D多重極ポテンシャルを生成する2D多重極ロッド装置
240 RF電圧源
245 RF電圧源
250 座標システム(coordinate system)
252 垂直軸
255 水平軸
260 軌道
262 軌道部分
264 軌道部分
266 軌道部分
268 中央軌道
270 座標システム
272 垂直軸
274 水平軸
282 小さなイオン212に対する第1の擬似ポテンシャル
283 第1の障壁
284 大きなイオン214に対する第2の擬似ポテンシャル
285 第2の擬似ポテンシャル284によって規定される第2の障壁
292 平均エネルギー・レベル
294 平均エネルギー・レベル
500 2D多重極イオン・トラップ
502 軸
503 前面レンズ
504 前面セクション
505 中央セクション
506 背面セクション
507 背面レンズ
510 概略図
511 正のサンプル・イオン
513 負のDCバイアス
514 負のDCバイアス
515 負のDCバイアス
516 正のDCバイアス
517 実質的にゼロのDCバイアス
523 実質的にゼロのDCバイアス
524 負のDCバイアス
525 負のDCバイアス
526 負のDCバイアス
527 実質的にゼロのDCバイアス
530 概略図
531 前駆イオン
533 実質的にゼロのDCバイアス
534 より大きな負の値を持つDCバイアス
535 DCバイアス
536 負のバイアス
537 実質的にゼロのバイアス
540 概略図
541 負の反応物イオン
543 正のDCバイアス
544 負のDCバイアス
545 正のバイアス
546 正のバイアス
547 正のバイアス
550 概略図
553 RF電圧によって生成された発振電気ポテンシャル
557 RF電圧によって生成された発振電気ポテンシャル
558 実質的にゼロのDCバイアス
560 図
561 正の生成イオン
565 負のDCバイアス
568 実質的にゼロのDCバイアス
600 セグメント化された多重極イオン・トラップ
601 軸
610 前面セクション
612 前面セクション610内のロッド電極
614 前面セクション610内のロッド電極
620 中央セクション
622 中央セクション620内のロッド電極
624 中央セクション620内のロッド電極
630 背面セクション
632 背面セクション630内のロッド電極
634 背面セクション630内のロッド電極
700 セグメント化された多重極イオン・トラップ
702 軸
703 前面レンズ
704 セクション
705 セクション
706 セクション
707 セクション
708 セクション
709 セクション
710 背面レンズ
Claims (36)
- イオンを、イオン・トラップ又はイオン・ガイド内に導入(introducing)するステップであって、当該イオン・トラップ又はイオン・ガイドは、第1の電極の組及び第2の電極の組を含むものであり、当該第1の及び第2の電極の組は、当該導入されたイオンをトラップ又はガイドするためのイオン・チャンネルを規定するように配置され、
周期的な電圧を、前記第1の電極の組の中の電極に印加して、前記イオン・チャンネル内の少なくとも第1の次元(dimension)の中に前記イオンを閉じ込める第1の発振電気ポテンシャルを生成するステップと、
周期的な電圧を、前記第2の電極の組の中の電極に印加して、前記イオン・チャンネル内の少なくとも第2の次元の中に前記イオンを閉じ込める第2の発振電気ポテンシャルを生成するステップ、
を含む、イオンをトラップ(trapping)又はガイド(guiding)する方法。 - 前記電圧の、前記第1の及び第2の電極の組への前記印加が、3つの次元におけるイオンの閉じ込めを与える、
請求項1に記載の方法。 - 前記第1の発振電気ポテンシャルの生成が、前記イオンを半径方向(radially)に閉じ込める、請求項1又は2に記載の方法。
- 前記第2の発振電気ポテンシャルの生成が、前記イオンを軸方向(axially)に閉じ込める、請求項1に記載の方法。
- 前記第1の及び第2の電極の組が、複数の要素(elements)を備え、少なくとも1つの要素を共通に持つ、請求項1に記載の方法。
- イオンを導入するステップが、正イオン及び負イオンを、前記イオン・トラップ又はイオン・ガイド内に導入することを含む、以上のいずれかの請求項に記載の方法。
- 前記イオン・トラップ又はイオン・ガイドが、第1の端部及び第2の端部を含み、前記正の及び負のイオンが、当該第1の及び第2の端部において、それぞれ導入される、請求項7に記載の方法。
- 請求項7に記載の方法であって、
前記イオン・トラップ又はイオン・ガイドが、2つ或いはそれ以上のセクションを含み、
前記方法が、
1つあるいはそれ以上のDCバイアスを、前記イオン・トラップ又はイオン・ガイドの1つあるいはそれ以上のセクションに印加して、前記正の又は負のイオンを、1つあるいはそれ以上のセクション内に閉じ込めるステップ、を更に含む方法。 - 周期的な電圧を前記第1の電極の組の中の電極に印加するステップが、第1の周波数を持つ周期的な電圧を印加することを含み、
周期的な電圧を前記第2の電極の組の中の電極に印加するステップが、前記第1の周波数とは異なる第2の周波数を持つ周期的電圧を印加することを含む、
以上のいずれかの請求項に記載の方法。 - 前記第1の及び第2の周波数が、約整数の比、又は、整数比を持つ、請求項9に記載の方法。
- 前記第1の及び第2の周波数が、約2の比を持つ、請求項10に記載の方法。
- 前記第1の及び第2の電極の組に印加される前記電圧の位相が、相対的に、互いにずれて(out of phase)いる、請求項9に記載の方法。
- 前記第1の及び第2の発振電気ポテンシャルが、異なった空間分布(spatial distributions)を持つ、以上のいずれかの請求項に記載の方法。
- 前記イオン・チャンネルが軸を持ち、
前記第1の発振電気ポテンシャルが、前記イオン・チャンネルの、少なくとも当該軸の一部において実質的にゼロの電界を規定し、
前記第2の発振電気ポテンシャルが、前記イオンチャンネルの、前記少なくとも前記軸の同じ一部において実質的に非ゼロの電界を規定する、
請求項13に記載の方法。 - 前記第1の発振ポテンシャルが、発振する、4極、16極、又はそれより多い多重極ポテンシャルを含む、請求項13に記載の方法。
- 前記第2の発振ポテンシャルが、発振ダイポール・ポテンシャルを含む、
請求項13に記載の方法。 - 規定された擬似ポテンシャルの各々が前記イオン・チャンネルに沿った対応する擬似ポテンシャル障壁を指定するように、前記第1の及び第2の発振電気ポテンシャルが前記導入されたイオンの各特定の質量及び電荷に対する擬似ポテンシャルを規定する、
以上の何れかの請求項に記載の方法。 - 前記第1の電極の組が、複数のロッド電極を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記第2の電極の組が、複数のロッド電極を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記第2の電極の組が、1つあるいはそれ以上のプレート・イオン・レンズ電極を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記第2の電極の組が、前記イオン・チャンネルの第1の端部において、第1のプレート・イオン・レンズ電極を含み、前記イオン・チャンネルの第2の端部において、第2のプレート・イオン・レンズ電極を含む、
請求項20に記載の方法。 - イオンをトラップ又はガイドするためのイオン・チャンネルを規定するために配置される、第1の及び第2の電極の組、及び
周期的な電圧を前記第1の組及び第2の組の中の電極に印加して、第1の発振電気ポテンシャル及び第2の発振電気ポテンシャルを確立(establish)するために構成されるコントローラであって、当該第1の及び第2の発振電気ポテンシャルが、異なった空間分布を持ち、半径方向及び軸方向内でそれぞれイオン・チャンネル内にイオンを閉じ込める、コントローラ、
を備える装置。 - 前記コントローラが、周期的な電圧を電極の組に印加して、同時に、正と負のイオンを。半径方向及び軸方向の双方で、前記イオン・チャンネル内に閉じ込めるように構成される、
請求項22に記載の装置。 - 前記コントローラが、
周期的な電圧を、第1の周波数で、前記第1の電極の組の中の電極に印加し、
周期的な電圧を、前記第1の周波数とは異なる第2の周波数で、前記第2の電極の組の中の電極に印加する、
ように構成される、
請求項22に記載の装置。 - 前記第1の及び第2の周波数が、約整数の比、又は、整数の比を持つ、請求項24に記載の装置。
- 前記第1の電極の組が、複数のロッド電極を含む、
請求項22に記載の装置。 - 前記第2の電極の組が、前記イオン・チャンネルの第2の部分を規定する複数のロッド電極を含む、請求項22に記載の装置。
- 前記第2の電極の組が、1つあるいはそれ以上のプレート・イオン・レンズ電極を含む、請求項22に記載の装置。
- 前記第2の電極の組が、前記イオン・チャンネルの第1の端部において、第1のプレート・イオン・レンズ電極を含み、前記イオン・チャンネルの第2の端部において、第2のプレート・イオン・レンズ電極を含む、請求項28に記載の装置。
- 複数の電極を有する2次元イオン・トラップ又はイオン・ガイド、
電圧を、前記複数の電極のいくつかに印加して、前記イオン・トラップ又はイオン・ガイドを、複数の(multiple)トラッピング領域に分離するように構成されるコントローラであって、各トラッピング領域がイオンの組を空間的に隔離する、コントローラ、
を備え、
前記コントローラが更に、複数の電極のいくつかに電圧を印加、又は、そこから除去して、異なったトラッピング領域内のイオンの組が相互作用(interact)するように構成される、
装置。 - イオンの組が、1つのトラッピング領域内で少なくとも第1の極性のイオン、及び、他のトラッピング領域内で少なくとも第2の極性のイオンを含む、請求項29に記載の装置。
- 前記コントローラが、更に、他のトラッピング領域内のものとは別個に、1つのトラッピング領域内のイオンの操作を促進するように構成される、請求項30に記載の装置。
- 複数の電極を有する2次元イオン・トラップ又はイオン・ガイドを作動させるための方法であって、
電圧を、前記複数の電極のいくつかに印加して、前記イオン・トラップを複数の(multiple)トラッピング領域に分離するステップであって、各トラッピング領域が空間的に、イオンの組を隔離するものであり、
第1のイオンの組を、前記イオン・トラップ又はイオン・ガイドのセクション内に導入するステップと、
第2のイオンの組を、前記イオン・トラップ又はイオン・ガイドの他のセクション内に導入するステップ、
前記電極のいくつかから前記電圧を除去して、前記第1の及び第2のイオンの組の間の相互作用を誘引するステップ、
を含む方法。 - 第1のイオンの組が前駆(precursor)イオンを含み、第2のイオンの組が反応物(reagent)イオンを含む、請求項33に記載の方法。
- 複数の電極を有する2次元イオン・トラップ又はイオン・ガイドを作動させるための方法であって
第1のイオンの組を、前記イオン・トラップ又はイオン・ガイド内に導入するステップ、
第2のイオンの組を、前記イオン・トラップ又はイオン・ガイド内に導入するステップ、
電圧を、前記電極のいくつかに印加して、前記イオンを、複数の(multiple)トラッピング領域に分離するステップであって、各トラッピング領域が、イオンの組を空間的に隔離(isolate)するものであり、
前記第1のイオンの組を、前記第2のイオンの組とは別個に操作するステップ、
を含む方法。 - 複数の電極を有するイオン・トラップ又はイオン・ガイドを作動させ、少なくとも2つのトラッピング領域を提供するための方法であって、
電圧を、前記複数の電極のいくつかに印加して、イオンの各特定の質量及び電荷に対して、擬似ポテンシャル障壁を規定(define)/確立(establish)するステップ、
2組のイオンを、イオン・トラップ又はイオン・ガイド内に導入するステップであって、イオンの組が、前駆イオンと反応物イオンを含むものであり、
2組のイオンが相互作用して、少なくとも2つのトラッピング領域内の、少なくとも第1のものの内に、生成イオン(product ions)を生成することを可能とするステップ、
擬似ポテンシャル障壁が選択されて、生成イオンの一部が、前記少なくとも2つのトラッピング領域の前記第1の及び第2のものの間の、それらに関連する擬似ポテンシャル障壁を通過させるために十分な運動エネルギーを持つことを可能とするステップ、
を含むことによって、
生成イオンが、もはや、反応物イオンとの更なる作用(reaction)に曝されないための、十分な運動エネルギーを持つことを可能とする、
方法。
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