JP2012521072A - イオン移動度に対するイオン光学ドレイン - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、米国仮特許出願第61/160,925号(2009年3月17日出願、名称「Ion Optics Drain For Ion Mobility,」)の利益を主張する。該出願の全体が参照により本明細書に援用される。
(実施例1)
図4は、図3に記載の計測光学系に含めるのに好適な、4極子イオン光学系アレイ60の断面図を示す。アレイ60は、4極子として示されるが、従来技術で公知であるような6極子、8極子、または任意の他の多極子であることができる。この例示的な説明図のために、イオン光学系アレイ60は、図3に記載のQ0イオンガイド42等のQ0 RFイオンガイドであるが、当業者は、光学系アレイ60が、図3に記載のQJetイオンガイド40等のQJetRFイオンガイドであるか、または当技術分野で公知の種々の他のイオン光学系構成のうちの1つであり得ることを理解されるであろう。イオン光学系アレイ60は、4極子ロッド62A〜62Dを備える。電源61は、ロッド62A〜62Dに接続され、かつRF電圧およびDC電圧を各ロッドに印加することができる。電源61は、ある範囲の相異なるRF電圧およびDC電圧をイオン光学系アレイ60の各ロッドのそれぞれに印加するように、図1に記載のコントローラ20によって制御することができる。この例示的な実施例では、Q0イオン光学系60がイオンをイオン光路に輸送して集束させるように動作している時に、各ロッドには、−10ボルトのDC電圧が印加される。ロッド62Aおよび62Cには、それぞれ同一のRF電圧(RFA)が印加され、ロッド対間にRFA電場を生成する。ロッド62Bおよび62Dには、それぞれ同一のRF電圧(RFB)が印加され、ロッド対間にRFB電場を生成する。4極子アレイ内のRF電場は、光学系アレイ60内でイオンを集束させるように、重畳されるDC電圧と組み合わせることができる。光学系アレイ60は、図1に記載のイオン除去機構24等のイオン除去機構を生成するように構成することができる。可能な構成は、実施例2の中で図5に関してさらに詳細に説明する。種々の実施形態では、イオン除去機構24は、イオンを4極子ロッド62A〜62Dのうちの1つと衝突させるか、またはガス流の結果として4極子ロッドの間から飛び出させることによって、残留イオンを排除または実質的に排除することができる。
図5は、イオンドレイン期間中のイオン光学系アレイ60を示す。図5では、光学系アレイ60および電源61は、図1に記載のイオン除去機構24等のイオン除去機構を生成するように構成される。図5では、イオン除去機構は、タイマー22によって規定されるドレイン期間中に、他の極に対して増大させたDC電位(すなわち、+200V)を4極子ロッド62Bおよび62Dに印加する。これは、4極子電極に不平衡分解DC電位を印加する。DC電位は、コントローラ20(図5には示さず)によって制御し、かつ電源61によってロッド62Bおよび62Dに印加することができる。4極子ロッド62Bおよび62Dに印加される増大したDC電位は、光学系アレイ60によって印加される集束電場に打ち勝ち、かつ残留イオンを含むイオンを光路から離れて排出するように、極間に不安定化電場を生成する。
図6は、別の可能な構成の4極子イオン光学系60の断面図を示す。図6では、4極子アレイ60とは別体であり、それぞれ、4極子ロッド62Aと62Bとの間、および62Cと62Dとの間に配置される、ドレイン電極64Aおよび64Bがある。当業者は、本発明の範囲から逸脱することなく、あらゆる好適な数または種類のドレイン電極を使用することができることを理解されるであろう。また、電源61が、1つまたは複数の異なる電源を備えてもよいことも明白である。この実施例では、ドレイン電極64Aおよび64Bは、図1に記載のイオン除去機構24等のイオン除去機構を構成する。タイマー22によって規定されるドレイン期間中に、ドレイン電極に連結された電源61は、DC電位をドレイン電極64Aおよび64Bに印加することができ、それらの間にDC電場の勾配68を生成する。DC電場の勾配68は、光学系アレイ60によって生成される集束電場に打ち勝ち、かつ残留イオンを含むあらゆるイオンをイオン光路から離れてイオン光学系から外に放出するように、不安定化電場としての役割を果たすことができる。印加しなければならない電場の大きさおよび時間の長さは、RF多極子内の圧力および放出されるイオンの移動度に依存する。種々の実施形態では、少なくとも1つの電極(この一例は、LINAC等の線形加速器であり得る)は、イオン光学系の近傍に配置され、かつ図1に記載のイオン除去機構24としての使用に好適なイオン除去機構を構成する。電極は、RF多極子を通してイオンを加速するために、またはRF多極子から残留イオンを排出するために使用することができる。電極に接続される電源は、DC電位を電極に印加することができ、残留イオンを含むイオンをイオン光学系から外へ軸方向に排出するように、電極に電場を発生させる。電極はまた、イオン光学系内の滞留時間を低減し、それによってイオンビームの拡散を低減または実質的に排除するように、イオンを加速することもできる。
図7は、別の例示的な構成の4極子イオン光学系60の断面図を示す。図7の例示的な実施例では、図1に記載のイオン除去機構24としての使用に好適なイオン除去機構は、各ロッドに印加されるRF電位を制御するように、コントローラ20を電源61および4極子ロッド62A〜62Dに連結することによって生成することができる。この実施例では、イオン除去機構は、4極子ロッド62A〜62DへのRF電位、RFAおよびRFBを、ほぼ0ボルトに減少させることによって動作する。前述のように、コンピュータデバイス上のソフトウェアは、規定された期間中にイオン光学系60の中のRF電場を除去または低減するようコントローラ20に命令することができるようにプログラムすることができる。種々の実施形態では、4極子ロッドへのRF電位は、4極子ロッド62A〜62Dに容量結合される、図3に記載のQ1 50およびQ3 54分析器によって制御される。
Claims (39)
- 試料分析システムであって、
第1のイオン群を通過させるためのイオン移動度フィルタと、
該第1のイオン群を分析するための質量分析器と、
該イオン移動度フィルタから該質量分析器に該第1のイオン群を輸送するためのイオン光学アセンブリであって、該イオン光学アセンブリから残留イオンを除去するためのイオン除去機構を備えるイオン光学アセンブリと
を備える、試料分析システム。 - 前記イオン移動度フィルタ、前記質量分析器、および前記イオン光学アセンブリに動作可能に接続され、これらに対する動作を制御するためのコントローラをさらに備える、請求項1に記載のシステム。
- 前記コントローラは、イオンを前記イオン移動度フィルタおよび前記イオン光学アセンブリに通過させる時間を表す少なくとも第1の期間と、前記イオン除去機構を動作させて該イオン光学アセンブリから残留イオンを除去するための時間を表す少なくとも第2の期間とを規定するためのタイマーを備える、請求項2に記載のシステム。
- 前記イオン移動度フィルタは、低電場移動度セパレータ、高電場移動度セパレータ、微分移動度セパレータから成る群より選択することができる、請求項1に記載のシステム。
- 前記イオン移動度フィルタは、FAIMS、DMS、IMS、およびDMAから成る群より選択することができる、請求項1に記載のシステム。
- 前記イオン移動度フィルタは、第1の圧力領域の中に位置する、請求項1に記載のシステム。
- 前記質量分析器は、前記第1の圧力領域とは異なる第2の圧力領域の中に位置する、請求項6に記載のシステム。
- 前記イオン光学アセンブリは、前記第1および第2の圧力領域の中の圧力に対して中間の圧力を有する第3圧力領域の中に位置する、請求項7に記載のシステム。
- 前記第3の圧力領域は、複数の異なる圧力領域を備える、請求項8に記載のシステム。
- 前記イオン光学アセンブリは、多極子アレイ、リングガイド、イオン漏斗、および進行波デバイスから成る群より選択することができる、請求項1に記載のシステム。
- 前記イオン除去機構は、前記イオン光学アセンブリから残留イオンを除去するように構成される前記多極子アレイの少なくとも2つの極に、DC電位を印加するための電源を備える、請求項10に記載のシステム。
- 前記イオン除去機構は、前記イオン光学アセンブリから前記残留イオンを排出するために、DC電位を印加し、前記多極子アレイの極のうちの少なくとも2つの間に電場を生成する、請求項11に記載のシステム。
- 前記イオン除去機構は、前記イオン光学アセンブリから残留イオンを除去するためのDC電位を発生させるための電源と連通している少なくとも1つの電極を備える、請求項1に記載のシステム。
- 前記イオン除去機構は、前記イオン光学アセンブリから外へ前記残留イオンを半径方向に排出する電場を生成するDC電位を発生させる、請求項13に記載のシステム。
- 前記イオン除去機構は、前記イオン光学アセンブリから外へ残留イオンを排出する軸方向電場を生成する、DC電位を発生させる、請求項13に記載のシステム。
- 前記少なくとも1つの電極は、LINAC、抵抗イオンガイド、レンズ電極スタック、イオン漏斗、進行波イオンガイドから成る群より選択することができる、請求項15に記載のシステム。
- 前記イオン除去機構は、前記イオン光学系を通したイオン運動を加速するためのDC電位を発生させるための電源と連通している少なくとも1つの電極を備える、請求項1に記載のシステム。
- 前記コントローラは、イオンを脱集束させ、かつ前記イオン光学アセンブリから該イオンを除去するために、該イオン光学アセンブリ内のRF電位を減少させるための前記イオン除去機構と連通している、請求項2に記載のシステム。
- 試料を分析するための方法であって、
イオン光学アセンブリから残留イオンを除去するステップと、
イオン移動度フィルタを使用して、第1のイオン群を濾過するステップと、
該イオン光学アセンブリを使用して、該イオン移動度フィルタから質量分析器に該第1のイオン群を輸送するステップと、
該質量分析器を使用して、該第1のイオン群を分析するステップと
を含む、方法。 - 前記第1のイオン群を濾過するステップ、および前記第1のイオン群を輸送するステップは、第1の期間中に生じる、請求項19に記載の方法。
- 前記イオン光学アセンブリから残留イオンを除去するステップは、第2の期間中に生じる、請求項19に記載の方法。
- 第3の期間中に、前記イオン移動度フィルタは、第2のイオン群を濾過し、前記イオン光学アセンブリは、前記イオン移動度フィルタから前記質量分析器に該第2のイオン群を輸送する、請求項19に記載の方法。
- 前記イオン移動度フィルタは、低電場移動度セパレータ、高電場移動度セパレータ、微分移動度セパレータから成る群より選択することができる、請求項22に記載の方法。
- 前記イオン移動度フィルタは、FAIMS、DMS、IMS、およびDMAから成る群より選択することができる、請求項23に記載の方法。
- 前記イオン移動度フィルタは、第1の圧力領域の中に位置する、請求項19に記載の方法。
- 前記質量分析器は、前記第1の圧力領域とは異なる第2の圧力領域の中に位置する、請求項25に記載の方法。
- 前記イオン光学アセンブリは、前記第1および第2の圧力領域の中の圧力に対して中間の圧力を有する第3圧力領域の中に位置する、請求項26に記載の方法。
- 前記第3の圧力領域は、複数の異なる圧力領域を備える、請求項27に記載の方法。
- 前記イオン光学アセンブリは、多極子アレイ、リングガイド、イオン漏斗、および進行波デバイスから成る群より選択することができる、請求項19に記載の方法。
- 前記イオン光学アセンブリから残留イオンを除去するように構成される前記多極子アレイの少なくとも2つの電極に、DC電位を印加するステップを含む、請求項29に記載の方法。
- 前記イオン光学アセンブリから前記残留イオンを排出する電場を発生させるステップを含む、請求項30に記載の方法。
- 前記イオン光学アセンブリから残留イオンを除去するために、DC電位を少なくとも1つの電極に印加するステップを含む、請求項19に記載の方法。
- 前記イオン光学アセンブリから外へ前記残留イオンを半径方向に排出する電場を発生させるステップを含む、請求項32に記載の方法。
- 前記イオン光学アセンブリから外へ前記残留イオンを排出する軸方向電場を発生させるステップを含む、請求項32に記載の方法。
- 前記少なくとも1つの電極は、LINAC、抵抗イオンガイド、レンズ電極スタック、イオン漏斗、進行波イオンガイドから成る群より選択することができる、請求項34に記載の方法。
- 前記イオン光学アセンブリを通したイオン運動を加速するために、DC電位を少なくとも1つの電極に印加するステップを含む、請求項19に記載の方法。
- イオンを脱集束させ、かつ前記イオン光学アセンブリから該イオンを除去するために、該イオン光学アセンブリ内のRF電位を減少させるステップを含む、請求項19に記載の方法。
- 試料を分析するための方法であって、
A.第1の期間中に、イオン移動度に基づいてイオンの第1の部分を選択し、イオン光学アセンブリを使用して該イオンの第1の部分を質量分析器に透過させるステップと、
B.第2の期間中に、イオン移動度に基づいてイオンの第2の部分を選択し、該イオン光学アセンブリを使用して該イオンの第2の部分を該質量分析器に透過させるステップと、
C.第3の期間中に、該イオン光学アセンブリの少なくとも一部分から残留イオンを空にするステップであって、該第3の期間は、該第1および第2の期間の間に生じる、ステップと
を含む、方法。 - ステップA〜Cを反復的に繰り返すステップを含む、請求項38に記載の方法。
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