JP2013527971A - 質量分析法のための超高速のパルサ極性切り替えを伝達するためのトリプルスイッチトポロジ - Google Patents

Abstract

本発明は、概して、飛行時間質量分析法検出システムを動作させるためのシステムおよび方法に関する。パルサ、それを備える飛行時間質量分析計システム、およびパルサを使用して、イオンを分析する方法が、提供される。パルサは、加速器アセンブリの第１の電極を第１の正の電圧に結合および減結合するための第１の正のスイッチと、第１の電極を第１の負の電圧に結合および減結合するための第１の負のスイッチと、交互に、第１の電極を第３の電圧に結合および減結合するための第１の双極スイッチと、を備える。

Description

（関連出願）
本願は、２０１０年５月７日に出願され、“Ｔｒｉｐｌｅ Ｓｗｉｔｃｈ Ｔｏｐｏｌｏｇｙ ｆｏｒ ｄｅｌｉｖｅｒｉｎｇ Ｕｌｔｒａｆａｓｔ Ｐｕｌｓｅｒ Ｐｏｌａｒｉｔｙ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｆｏｒ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ”と題された、米国仮出願第６１／３３２，３８７号に対する優先権を主張するものであり、該米国仮出願は、参照により本明細書中に援用される。

（分野）
本発明は、概して、飛行時間質量分析法検出システムを動作させるためのシステムおよび方法に関する。

（イントロダクション）
飛行時間質量分析法（ＴＯＦＭＳ）は、既知の強度の短い高強度電場の印加によって、無電場ドリフトチャンバを通して、検出器に向かって、イオンを加速するステップを伴う。パルサは、概して、電場を供給するために使用される。電場は、ドリフトチャンバにわたるイオンの粒子速度が、そのｍ／ｚ比に依存するように、運動エネルギーを全イオンに付与するように印加される。より大きなｍ／ｚ比を伴うイオンは、より低い速度で移動する傾向があり、より小さいｍ／ｚ比を伴うイオンは、より高い速度で移動する傾向となるであろう。イオン源から既知の距離に位置する、検出器に到達するための無電場ドリフトチャンバにわたる各イオンの飛行時間は、測定可能である。次いで、イオンのｍ／ｚ比を飛行時間情報および既知の実験パラメータを使用して、測定することができる。イオン束強度もまた、推定することができる。

（概要）
以下の発明の開示は、本明細書を読者に紹介するものであって、いかなる発明も定義することを意図するものではない。１つ以上の発明は、以下または本書の他の部分に説明される、装置要素あるいは方法ステップの組み合わせもしくは下位組み合わせとして存在してもよい。発明者らは、単に、そのような他の発明または複数の発明を請求項内に説明しないことによって、本明細書に開示されるいかなる発明あるいは複数の発明に対する権利をも、断念もしくは放棄するわけではない。

本明細書に説明される実施形態は、一側面では、飛行時間質量分析計システムの加速器アセンブリと併用するためのパルサであって、
加速器アセンブリの第１の電極を正の電圧に結合および減結合するための第１の正のスイッチと、
第１の電極を負の電圧に結合および減結合するための第１の負のスイッチと、
交互に、第１の電極を第３の電圧に結合および減結合するための第１の双極スイッチと、
を備える、パルサを提供する。

本明細書に説明される実施形態は、別の側面では、飛行時間質量分析計システムであって、
イオン源と、
イオン源に結合された飛行時間質量分析器であって、
イオン源から受信したイオンを加速するための加速器アセンブリであって、第１の電極と、パルサであって、第１の電極を正の電圧に結合および減結合するための第１の正のスイッチと、第１の電極を負の電圧に結合および減結合するための第１の負のスイッチと、交互に、第１の電極を第３の電圧に結合および減結合するための第１の双極スイッチと、を備える、パルサと、を備える、加速器アセンブリ
を備える、飛行時間質量分析器と、
イオンを検出するための検出器と、
を備える、システムを提供する。

本明細書に説明される実施形態は、別の側面では、イオンを分析する方法であって、
（ａ）第１のイオン集合を加速器アセンブリの蓄積領域内に導入するステップであって、加速器アセンブリは、少なくとも１つの電極を備える、ステップと、
（ｂ）第１の電圧を電極に提供し、第１の極性のイオンを検出器に向かって加速するステップと、
（ｃ）第２のイオン集合を加速器アセンブリの蓄積領域内に導入するステップと、
（ｄ）第２の電圧を電極に提供し、第２の極性のイオンを検出器に向かって加速するステップと、
を備える、方法を提供する。

本明細書に説明される実施形態のさらなる側面および利点は、付随の図面とともに、以下の説明から明白となるであろう。

本明細書に説明される実施形態のさらなる理解のため、かつそれらが実施され得る方法をより明確に示すために、次に、単なる一例として、少なくとも一例示的実施形態を示す、付随の図面を参照する。
図１は、実施形態の側面による、質量分析計の概略図である。 図２は、種々の実施形態による、パルサの種々の構成要素を例証する、概略図である。 図３は、図２のパルサによって利用される回路の種々の実施形態の概略図である。 図４は、種々の実施形態による、単極スイッチの概略図である。 図５は、種々の実施形態による、双極スイッチの概略図である。 図６は、種々の実施形態による、パルサの機能ブロック図である。

（様々な実施形態の説明）
最初に、本発明の実施形態の側面による、質量分析計１０を図式的に例証する、図１を参照する。質量分析計１０は、本発明の実施形態において利用され得る、可能性として考えられるＭＳ構成の１つのみを表すことを理解されたい。図１に示されるように、質量分析計１０は、ハイブリッド四重極／飛行時間質量分析計（ＱｑＴＯＦ）である。しかしながら、独立型飛行時間質量分析計（ＴＯＦ）、タンデム型飛行時間質量分析計（ＴＯＦ-ＴＯＦ）、およびハイブリッドトラップ／飛行時間質量分析計（Ｔｒａｐ-ＴＯＦ）もすべて、本発明の代替実施形態において利用することができる。依然として、他の好適に構成されたＴＯＦトポロジも同様に、使用することができる。

質量分析計１０は、イオン源１２と、ＴＯＦ質量分析器１４と、ＴＯＦ質量分析器１４の上流に位置する、１つ以上の四重極１６、１８、２０と、を備える。イオン源１２は、エレクトロスプレー源であることができるが、イオン源１２は同様に、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）イオン源、マトリクス支援レーザ脱離／イオン化（ＭＡＬＤＩ）イオン源、グロー放電イオン源、電子衝撃イオン源、光電離イオン源、および同等物等、任意の他の好適なイオン源であることができることを理解されたい。イオン源１２から放出されるイオンは、最初に、衝突冷却および集束を提供するために、ＲＦ専用モードで動作される、平行四重極１６内に通過することができる。真空チャンバ２２内に格納された四重極１８は、質量分解モードで動作し、選択的に、狭帯域幅内にあるｍ／ｚ比を有するイオンを伝送する、または広帯域モードにおいて、質量の広範囲にわたって、イオンを伝送することができる。短太ロッド２６もまた、質量分析計１０内に含まれ、平行四重極１６から質量分解四重極１８内へのイオンの効率的伝送を促進してもよい。四重極２０は、衝突セルとして使用し、入射イオンをフラグメント化することができる。当然ながら、四重極１６、１８、２０のための他の動作モードも、特定のＭＳ用途に好適であることは明白であり得る。

加圧区画２８は、好適な衝突ガスを供給することによって、衝突セルとして動作することができる。次いで、四重極１８から加圧区画２８内に加速されたイオンは、その中で衝突誘導脱離（ＣＩＤ）を被り得る。四重極２０への好適なＲＦ／ＤＣ電圧の印加もまた、加圧セル２８内に随意の質量フィルタリングを提供することができる。生成物または前駆体イオンの両方を含み得る、検体イオンは、イオン光学要素３０およびイオン入口３２を通して、ＴＯＦ質量分析器１４内に伝送することができる。イオン入口３２を通ると、イオンは、加速器アセンブリ３７の蓄積／加速領域３６内に収集され得る。種々の実施形態では、蓄積／加速領域３６は、押出電極３８を含有する。いくつかの実施形態では、加速器アセンブリ３７はまた、例えば、保護リング３９等であるが、それに限定されない、付加的電極を備える。種々の実施形態では、保護リング３９は、イオンを加速するための加速管を形成する。パルサ４０は、電極３８および３９に結合され、電圧をこれらの電極に供給することができる。

加速時間間隔の間、電極３８への短い高電圧電場の印加によって、イオン蓄積は、停止し、イオンは、無電場ドリフトチャンバ４２内に加速されるであろう。ＴＯＦ質量分析器１４はまた、加速管を形成する、付加的電極３９を備える。種々の実施形態では、ドリフトチャンバ４２は、遮蔽または裏張り４４を備える。随意に、１つ以上のイオン反射器４６もまた、含まれ、図１に示されるように、飛行経路の有効長を増加させてもよい。いくつかの実施形態では、イオン反射器４６は、２段階イオン鏡を備える。ドリフトチャンバ４２を通過後、イオンは、検出のために、イオン検出器４８によって受容することができる。

また、イオン源１２は、パルスまたは連続流イオン源であってもよく、いずれの場合も、イオンは、イオンの別個のバッチ（または、抽出）として、ドリフトチャンバ４２内に加速することができることを理解されたい。

さらに、本明細書に説明される質量分析計１０は、本発明の実施形態の側面に従って使用され得る、可能性として考えられるＴＯＦトポロジの１つに過ぎないことを理解されたい。前述のものを含むが、それらに限定されない、他のＴＯＦトポロジも同様に、利用されてもよい。

種々の実施形態では、質量分析計１０は、システムコントローラ５０を備えることができる。システムコントローラ５０は、任意の好適なソフトウェア、ハードウェア、およびファームウェアを含むことができる。いくつかの実施形態では、アプリケーションプログラムを使用して、システムコントローラ５０を動作および制御することができる。種々の実施形態では、システムコントローラ５０は、質量分析計１０の種々の側面を制御することができる。例えば、システムコントローラ５０は、パルサ４０を制御することができる。具体的には、いくつかの実施形態では、システムコントローラ５０は、パルサ４０のスイッチを制御する。種々の実施形態では、システムコントローラ５０は、加速アセンブリ３７の種々の電極に印加される電圧のパルスレートを制御する。いくつかの実施形態では、システムコントローラ５０はまた、四重極１６、１８、および２０を含むが、それらに限定されない、質量分析計１０の他の構成要素を制御する。いくつかの実施形態では、システムコントローラ５０は、分析のために選択された試料イオンまたは検体イオンのうちの１つ以上の特性に従って、パルサ４０を制御する。いくつかの実施形態では、システムコントローラ５０は、質量分析のために選択された検体イオンの質量に従って、パルサ４０を制御する。いくつかの実施形態では、システムコントローラ５０は、質量分析のために選択された検体イオンの質量対電荷比に従って、パルサ４０を制御する。種々の実施形態では、アプリケーションプログラムは、パルサ４０が制御され得る方法を判定する。いくつかの実施形態では、異なるアプリケーションプログラムは、試料の種類を含むが、それらに限定されない、種々の要因に基づいて、選択することができる。

次に、種々の実施形態による、加速アセンブリ３７の種々の構成要素を例証する、概略図である、図２を参照する。いくつかの実施形態では、加速アセンブリ３７は、プレート２１０と、グリッド２２０と、リング電極２３０と、を備える。しかしながら、他の実施形態では、加速アセンブリ３７は、他の数の電極を備えることができることを理解されたい。例えば、いくつかの実施形態では、加速アセンブリ３７は、１つの電極を備える。種々の他の実施形態では、加速アセンブリ３７は、２つの電極を備える。任意の好適な数の電極が、含まれてもよい。

前述のように、イオンは、入口３２を通って流入後、蓄積／加速領域３６内において、適切なパルスの印加によって加速することができる。具体的には、いくつかの実施形態では、イオンは、プレート２１０とグリッド電極２２０との間に位置する、収集領域内に通過する。本蓄積時間間隔の間、イオンは、プレート２１０とグリッド電極２２０との間の領域を充填してもよい。十分な量のイオンが蓄積すると、イオンは、プレート２１０に、分析されるべきイオンと同一極性を有する電圧パルスを印加することによって、加速されてもよい。同時に、イオンと反対極性の電圧が、グリッド２２０に印加される。したがって、正の動作モード（正の極性のイオンが分析される）では、正の電圧パルスをプレート２１０に印加することができ、同時に、負の電圧パルスをグリッド２２０に印加することができる。加えて、グリッド２２０に印加されたものと同一極性の電圧もまた、リング２３０に印加することができる。電極に印加された電圧は、電場を生成し、帯電イオンに力を提供し、それによって、イオンをドリフトチャンバ４２（図１に例証される）内に加速する。当業者によって理解されるように、ドリフトチャンバ内に加速されるイオンは、プレートに印加される電圧と同一極性、かつグリッドおよびリングに印加される電圧と反対極性を有するものである。故に、プレート２１０およびグリッド２２０は、それぞれ、イオンを「押し出し」、「引き込み」、それによって、それらを加速する。加えて、リング２３０は、イオンをさらに引き込み、それによって、イオンさらに加速する役割を果たす。種々の実施形態では、プレート２１０およびグリッド２２０に印加されるパルスは、イオンが加速され得る時を制御する。例えば、単一極性のイオンを分析する時でさえ、複数の単極パルスが、プレート２１０およびグリッド２２０に印加され、異なる時間点において、複数のイオン群を加速してもよい。種々の実施形態では、リング２３０上の電圧は、パルスされなくてもよい。種々の実施形態では、リング２３０上の電圧は、異なる極性のイオンが分析されるべき時、極性を切り替える。いくつかの実施形態では、同一極性のイオンが分析される時、リングに印加される電圧は、一定のままである。

既知のパルサでは、機械的中継は、典型的には、種々の電極に印加される電圧パルスの極性を切り替えるために利用される。そのような回路は、多くの場合、平滑かつ安定した電圧が、リング電極等、全電極に供給されることを確実にするために、大型のキャパシタを利用する。

そのような回路に関する問題は、機械的中継が、比較的に切り替えがゆっくりであって、多くの場合、故障を被りやすいことであり得る。故に、正の動作モードから負の動作モードおよびその逆に切り替えるために、すなわち、現在調査中のものと反対極性のイオンを調査可能にするために、パルスの極性を切り替えるのに、比較的に長い時間、例えば、数秒がかかり得る。

別の問題は、前述の大型のキャパシタが、電極に印加される電圧の極性が反転され得る前に、放電されなければならないことであり得る。キャパシタが、比較的に大型であることを考慮すると、キャパシタの放電は、有意な時間量がかかり得る。加えて、電圧の極性が反転されると、キャパシタを充電し、電圧を安定化させるのに時間がかかる。これは、事実上、イオンの異なる極性が、比較的に短時間フレーム内で分析することができないことを意味する。故に、概して、同一試料内のイオンの異なる極性を分析することは不可能である。

次に、概略図において、パルサ４０によって利用され、システムコントローラ５０によって制御され、電圧を種々の電極に供給する、回路３００の種々の実施形態を例証する、図３を参照する。回路３００は、正のプレートスイッチ３１０と、負のプレートスイッチ３２０と、双極プレートスイッチ３３０と、を備える。回路３００はさらに、正のグリッドスイッチ３４０と、負のグリッドスイッチ３５０と、グリッド双極スイッチ３６０と、を備える。回路３００はさらに、正のリングスイッチ３７０と、負のリングスイッチ３８０と、を備える。

正のプレートスイッチ３１０は、プレート２１０と正の電圧源３９０との間に結合することができる。システムコントローラ５０は、スイッチ３１０を制御し、交互に、プレート２１０を正の電圧源３９０に結合および減結合してもよい。負のプレートスイッチ３２０は、プレート２１０と負の電圧源３９２との間に結合することができる。システムコントローラ５０は、スイッチ３２０を制御し、交互に、プレート２１０を負の電圧源３９２に結合および減結合することができる。プレート双極スイッチ３３０は、プレート２１０と接地との間に結合することができる。システムコントローラ５０は、スイッチ３３０を制御し、交互に、プレート２１０を接地に結合および減結合することができる。いくつかの実施形態では、双極スイッチ３３０は、プレート２１０と接地との間に結合することができるが、他の実施形態では、双極スイッチ３３０は、正または負の電圧のいずれかであり得る、プレート２１０と任意の適切な電圧との間に結合することができる。

システムコントローラ５０は、正のイオンを蓄積および加速するための正の動作モード、または負のイオンを蓄積および加速するための負の動作モードに、パルサ４０を制御することができる。

パルサ４０が、正の動作モードにある時、システムコントローラ５０は、（ｉ）正のプレートスイッチ３１０が、プレート２１０を正の電圧源３９０に周期的に結合および減結合し、（ｉｉ）負のプレートスイッチ３２０が、プレート２１０を負の電圧源３９２から減結合し、（ｉｉｉ）双極プレートスイッチ３３０が、プレート２１０を接地から減結合する時、正のプレートスイッチ３１０が、プレート２１０を正の電圧源３９０に結合し、双極プレートスイッチ３３０が、プレート２１０を接地に結合する時、正のプレートスイッチ３１０が、プレート２１０を正の電圧源３９０から減結合するように、双極プレートスイッチ３３０が、プレート２１０を接地に周期的に減結合および結合するよう制御することができる。

パルサ４０が、負の動作モードにある時、システムコントローラ５０は、（ｉ）正のプレートスイッチ３１０が、プレート２１０を正の電圧源３９０から減結合し、（ｉｉ）負のプレートスイッチ３２０が、プレート２１０を負の電圧源３９２に周期的に結合および減結合し、（ｉｉｉ）双極プレートスイッチ３３０が、プレート２１０を接地から減結合する時、負のプレートスイッチ３２０が、プレート２１０を負の電圧源３９２に結合し、双極プレートスイッチ３３０が、プレート２１０を接地に結合する時、負のプレートスイッチ３２０が、プレート２１０を負の電圧源３９２から減結合するように、双極プレートスイッチ３３０が、プレート２１０を接地に周期的に減結合および結合するよう制御することができる。

質量分析計１０はまた、イオン源１２とプレート２１０との間にイオン伝送経路（例えば、四重極１６、１８、および２０によって提供される）を備えることができ、イオン伝送経路は、光学要素（例えば、イオン光学要素３０のうちの１つ以上であり得る）を備え、光学要素は、関連付けられた電圧を受信するように結合され、システムコントローラ５０は、パルサ４０が、正の動作モードと負の動作モードとの間で切り替わる時、関連付けられた電圧の極性が、正の動作モードおよび負の動作モードで異なり得るように、関連付けられた電圧の極性を切り替えることができる。例えば、図１の実施形態では、正の動作モードの間、負のＤＣ電圧が、イオン光学要素の１つ以上の要素に印加され、負のイオンが、蓄積／加速領域３６に流入するのを遮断する一方、正のイオンを蓄積／加速領域３６に流入させ得る。次いで、負の動作モードの間、これらの１つ以上のイオン光学要素に印加される電圧の極性は、正に切り替えられ、負のイオンを蓄積／加速領域に流入させる一方、正のイオンを遮断し得る。

正のグリッドスイッチ３４０は、グリッド２２０と正の電圧源３９０との間に結合することができる。システムコントローラ５０は、スイッチ３４０を制御し、交互に、グリッド２２０を正の電圧源３９０に結合および減結合することができる。負のグリッドスイッチ３５０は、グリッド２２０と負の電圧源３９２との間に結合することができる。システムコントローラ５０は、スイッチ３５０を制御し、交互に、グリッドを負の電圧源３９２に結合および減結合することができる。グリッド双極スイッチ３６０は、グリッド２２０と接地との間に結合することができる。システムコントローラ５０は、スイッチ３６０を制御し、交互に、グリッド２２０を接地に結合し、そこから減結合することができる。いくつかの実施形態では、双極スイッチ３６０は、グリッド２２０と接地との間に結合することができるが、他の実施形態では、双極スイッチ３６０は、グリッド２２０と、正または負の電圧のいずれかであり得る、任意の適切な電圧との間に結合することができる。

さらに、両方が、接地に近接し得る場合でも、双極プレートスイッチ３３０によって、プレート２１０に接続された接地電圧は、双極グリッドスイッチ３６０によって、グリッド２２０に接続された接地電圧と異なってもよいことを理解されたい。しかしながら、いくつかの実施形態では、両方とも、同一接地値に接続されてもよい。

パルサ４０が、正の動作モードにある時（すなわち、正の極性のイオンが、分析される場合）、システムコントローラ５０は、（ｉ）正のグリッドスイッチ３４０が、グリッド２２０を正の電圧源３９０から減結合し、（ｉｉ）負のグリッドスイッチ３５０が、グリッド２２０を負の電圧源３９２に周期的に結合および減結合し、（ｉｉｉ）双極グリッドスイッチ３６０が、グリッド２２０を接地に周期的に減結合および結合するよう制御することができる。

同一動作モードでは、システムコントローラ５０はさらに、パルサ４０が、交互蓄積時間間隔（イオンを蓄積するため）および加速時間間隔（イオンを加速するため）を提供するよう制御することができる。蓄積時間間隔に切り替えるために、システムコントローラ５０は、正のプレートスイッチ３１０が、プレート２１０を正の電圧源３９０から減結合し、双極プレートスイッチ３３０が、プレート２１０を接地に結合するよう制御することができる。これは、システムコントローラ５０が、負のグリッドスイッチ３５０が、グリッド２２０を負の電圧源３９２から減結合し、双極グリッドスイッチ３６０が、グリッド２２０を接地に結合するよう制御する前に、短い時間（以下、遅延周期と称される）を生じさせ得る。

加速時間間隔に切り替える時、正の動作モードでは、システムコントローラ５０は、正のプレートスイッチ３１０が、プレート２１０を正の電圧源３９０に結合し、双極プレートスイッチ３３０が、プレート２１０を接地から減結合するよう制御することができる。これはまた、システムコントローラ５０が、負のグリッドスイッチ３５０が、グリッド２２０を負の電圧源３９２に結合し、双極グリッドスイッチ３５０が、グリッド２２０を接地から減結合するよう制御する前の遅延時間の間に生じ得る。

遅延周期は、例えば、蓄積時間間隔に切り替える時、プレート２１０が、接地に接続した後でも、グリッド２２０が、プレート２１０とグリッド２２０との間の空間を通して、イオンの「引き込み」を終了可能であり得るように、イオンが、プレート２１０とグリッド２２０との間の距離を横断するために必要とされる時間量であると判定することができる。いくつかの実施形態では、遅延周期は、分析されているイオンの質量対電荷比によって判定することができる。

いくつかの実施形態では、遅延周期は、例えば、加速時間間隔内における接地からある電圧への切り替えが、プレート２１０およびグリッド２２０両方と実質的に同時に生じるように、ゼロ秒であってもよい（例えば、正のプレートスイッチ３１０および負のグリッドスイッチ３５０の閉鎖は、実質的に同時に生じる）。さらなる実施形態では、切り替えは、同時に生じてもよい。

パルサ４０が、負の動作モードにある時（すなわち、負の極性のイオンが分析される場合）、システムコントローラ５０は、（ｉ）正のグリッドスイッチ３４０が、グリッド２２０を正の電圧源３９０に周期的に結合および減結合し、（ｉｉ）負のグリッドスイッチ３５０が、グリッド２２０を負の電圧源３９２から減結合し、（ｉｉｉ）双極グリッドスイッチ３６０が、グリッド２２０を接地に周期的に減結合および結合するよう制御することができる。

同一動作モードでは、システムコントローラ５０はさらに、パルサ４０が、交互蓄積時間間隔（イオンを蓄積するため）および加速時間間隔（イオンを加速するため）を提供するよう制御することができる。蓄積時間間隔に切り替えるために、システムコントローラ５０は、負のプレートスイッチ３２０が、プレート２１０を負の電圧源３９２から減結合し、双極プレートスイッチ３３０が、プレート２１０を接地に結合するよう制御することができる。また、システムコントローラ５０が、正のグリッドスイッチ３４０が、グリッド２２０を正の電圧源３９０から減結合し、双極グリッドスイッチ２２０が、グリッド２２０を接地に結合するよう制御する前に、遅延周期を生じさせ得る。

負の動作モードにおいて、加速時間間隔に切り替えるために、システムコントローラ５０は、負のプレートスイッチ３２０が、プレート２１０を負の電圧源３９２に結合し、双極プレートスイッチ３３０が、プレート２１０を接地から減結合するよう制御することができる。また、システムコントローラ５０が、正のグリッドスイッチ３４０が、グリッド２２０を正の電圧源３９０に結合し、双極グリッドスイッチ３６０が、グリッド２２０を接地から減結合するよう制御する前に、遅延周期を生じさせ得る。

留意されるように、遅延周期は、プレート２１０とグリッド２２０との間の距離を横断するために必要とされるで時間であると判定することができ、または他の実施形態では、ゼロであり得る。他の考慮点もまた、質量分析計１０の実装の容易性および全体的操作性等の要因を含め、遅延周期の判定に影響を及ぼし得る。

正または負の動作モードのいずれかでは、システムコントローラ５０は、加速時間間隔の持続時間が、蓄積／加速領域３６において蓄積されたイオンを加速するために十分な時間であるよう制御することができる。いくつかの実施形態では、加速時間間隔の持続時間は、パルサ４０が、正または負の動作モードであるかどうかに応じて、異なり得る。他の実施形態では、加速時間間隔の持続時間は、両動作モードで同一であり得る。一実施形態では、システムコントローラ５０は、加速時間間隔の時間の長さを１マイクロ秒から１００マイクロ秒の範囲内で制御することができる。

システムコントローラ５０は、蓄積時間間隔の持続時間を連続加速時間間隔の間の時間間隔であるように制御することができる。いくつかの実施形態では、蓄積時間間隔のための時間の持続時間は、パルサ４０の正および負の動作モードの両方に対して同一であり得る。他の実施形態では、蓄積時間間隔の持続時間は、例えば、十分な数の所望の極性のイオンを蓄積するために要求される時間の持続時間に応じて、正および負の動作モードに対して、異なり得る。

システムコントローラ５０は、蓄積時間間隔の持続時間が、パルサ４０と関連付けられたプロセッサのクロックまたは反復レート（後述される）に対応するよう制御することができる。一実施形態では、クロック速度が速いほど、蓄積間隔は短くなり得る。例えば、加速時間間隔が、１０マイクロ秒であるように構成することができる実施形態では、クロックレート１０キロヘルツを伴うプロセッサは、蓄積時間間隔を９０マイクロ秒にすることができる一方、クロックレート１キロヘルツを伴うプロセッサは、蓄積時間間隔を９９０マイクロ秒にすることができる。代替実施例として、加速時間間隔が、５マイクロ秒であるように構成することができる実施形態では、クロックレート３３キロヘルツは、蓄積時間間隔を２５マイクロ秒にすることができる。簡単に言うと、蓄積および加速時間間隔の合計は、クロックレートの逆数であり得る。

正のリングスイッチ３７０は、リング２３０と正の電圧源３９０との間に結合することができる。スイッチ３７０を使用して、交互に、リング２３０を正の電圧源３９０に結合し、そこから減結合することができる。負のリングスイッチ３８０は、リング２３０と負の電圧源３９２との間に結合することができる。スイッチ３８０を使用して、交互に、リングを負の電圧源３９２に結合し、そこから減結合することができる。

パルサ４０が、正の動作モードにある時、システムコントローラ５０は、（ｉ）正のリングスイッチ３７０が、リング２３０を正の電圧源３９０から減結合し、（ｉｉ）負のリングスイッチ３８０が、リング２３０を負の電圧源３９２に結合するよう制御することができる。

パルサ４０が、負の動作モードにある時、システムコントローラ５０は、（ｉ）正のリングスイッチ３７０が、リング２３０を正の電圧源３９０に結合し、（ｉｉ）負のリングスイッチ３８０が、リング２３０を負の電圧源３９２から減結合するよう制御することができる。

図３に示されるように、種々の実施形態では、２つのスイッチのみ、リング２３０に結合されてもよい。前述のように、いくつかの実施形態では、単極パルスが、プレート２１０およびグリッド２２０に印加されるが、リング２３０には印加され得ない。そのような実施形態では、双極スイッチは、リング２３０に対して必要でなくてもよい。具体的には、リング２３０の安定状態電圧のみ、正の供給電圧または負の供給電圧のいずれかに必要である。

前述のように、いくつかの実施形態では、回路３００は、電圧を３つの電極に供給する。しかしながら、前述のように、種々の実施形態では、異なる数の電極を使用することができる。例えば、いくつかの実施形態では、単一電極を使用することができる。いくつかのそのような実施形態では、類似回路は、例えば、スイッチ３１０、３２０、および３３０等、３つのスイッチを備える。当業者は、回路３００が、異なる数の電極を利用することができる、他の実施形態に適応される方法を理解するであろう。

加えて、プレート２１０、グリッド２２０、およびリング電極２３０は、同一の正と負の電圧との間で切り替えるように例証されるが、種々の実施形態では、これらの電極はそれぞれ、異なる電圧値間で切り替えることができることを理解されたい。言い換えると、電圧値は、全３つの電極に共通である必要はない。加えて、正および負の電圧の規模は、等しい２ｋＶとして示されるが、任意の適切な電圧値が使用されてもよい。種々の実施形態では、電圧の規模は、＋／-０．５ｋＶから＋／-５０ｋＶの範囲内であり得る。加えて、いくつかの実施形態では、正および負の電圧の規模は、異なる。

種々の実施形態では、スイッチ３１０、３２０、３３０、３４０、３５０、３６０、３７０、および３８０はそれぞれ、金属酸化膜電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、絶縁ゲート双極トランジスタ（ＩＧＢＴ）、または炭化ケイ素（ＳｉＣ）ＶＪＦＥＴの高電圧素子を含むが、それらに限定されない、任意の適切な切り替え素子を備える。種々の実施形態では、これらの切り替え素子は、市場で一般的に利用可能である、切り替え素子である。いくつかの実施形態では、各スイッチは、直列に接続された複数のＭＯＳＦＥＴを備える。当業者によって理解されるように、複数のＭＯＳＦＥＴの使用は、正の電圧源の規模未満またはそれを上回る電圧に対して定格される、ＭＯＳＦＥＴの使用を可能にすることができる。

しかしながら、スイッチが、全電圧に対して定格されていない、複数のＭＯＳＦＥＴを備える場合に、ＭＯＳＦＥＴがすべて、同時に、オンまたはオフにされない場合、そのスイッチ内のＭＯＳＦＥＴのうちの１つ以上が、その定格を超える電圧を被り、したがって、ＭＯＳＦＥＴが、故障し得る場合があり得る。故に、種々の実施形態では、各スイッチは、制御信号源とＭＯＳＦＥＴのゲートとの間に結合された複数の変圧器を備える。以下にさらに詳細に説明されるように、本明細書に開示される実施形態による、変圧器の使用によって、所与のスイッチを構成するＭＯＳＦＥＴを同時にオンにすることを可能にする。

いくつかの実施形態では、フィルタリングキャパシタが、各高電圧供給レールと接地との間に含まれる。例えば、いくつかの実施形態では、１つ以上のフィルタリングキャパシタを＋２ｋＶ電圧レールと接地との間に含むことができ、１つ以上のフィルタリングキャパシタを-２ｋＶ供給電圧レールと接地との間に含むことができる。しかしながら、回路トポロジを考慮して、電極に印加される電圧の極性を切り替える前に、キャパシタを放電する必要がなくてもよい。

次に、種々の実施形態による、単極スイッチ４００の概略図である、図４を参照する。スイッチ４００は、例えば、図３のスイッチ３１０、３２０、３４０、３５０、および３７０、３８０として、使用されてもよい。図４を参照して、当業者に明白となるように、類似スイッチが、スイッチ３１０、３５０、および３７０のために構築されてもよい。

図４から分かるように、スイッチ４００は、直列に接続された８つのＭＯＳＦＥＴ（Ｑ１４８からＱ１５５）を備える。これは、実施例に過ぎないことを理解されたい。任意の適切な数のトランジスタが、使用され得る。トランジスタの数を選択する際のいくつかの考慮点として、スイッチがその端子にわたって有する全体的電圧および個々のトランジスタの電圧定格が挙げられる。一般に、各トランジスタが、より高い定格電圧公差を有する場合、より少ない数のトランジスタを使用することが可能である。しかしながら、トランジスタのコストは、概して、その電圧定格に伴って、増加する。

スイッチ４００はまた、２セットの８つのパルス変圧器、合計１６の変圧器（Ｔ１０２からＴ１１７）を備える。第１の変圧器集合の各変圧器は、ＭＯＳＦＥＴをオンにする、オン信号を伝達するために使用することができる。同様に、他方の変圧器集合は、ＭＯＳＦＥＴをオフにする、オフ信号を伝送するために使用することができる。一般に、種々の実施形態では、全体的スイッチを構成する、存在するだけのトランジスタと同じ数の変圧器対が存在し得る。

図４から分かるように、各対に対して１つの変圧器の半分の入力は、ともに結合することができる。同様に、各対に対する変圧器の他の半分の入力も、ともに結合することができる。より具体的には、信号線４２０は、変圧器Ｔ１０２、Ｔ１０４、Ｔ１０６、Ｔ１０８、Ｔ１１０、Ｔ１１２、Ｔ１１４、およびＴ１１６のそれぞれの入力を通して通過することができる。同様に、信号線４３０は、変圧器Ｔ１０３、Ｔ１０５、Ｔ１０７、Ｔ１０９、Ｔ１１１、Ｔ１１３、Ｔ１１５、およびＴ１１７のそれぞれの入力を通して通過することができる。

信号パルスが、信号線４２０および４３０のいずれかに印加されるのに伴って、パルスは、同時に、その信号線に接続された変圧器のそれぞれの入力に印加することができる。これによって、ＭＯＳＦＥＴを同時にオンまたはオフにすることが可能となる。変圧器の使用によって、信号源をＭＯＳＦＥＴのゲートから減結合させる。信号線が、直接、一連のＭＯＳＦＥＴに印加される場合、結果として生じた回路は、概して、抵抗値および静電容量値の両方を有し（静電容量は、概して、トランジスタのゲートの静電容量であって、抵抗は、使用される分圧器抵抗器の合計である）、複数のＲＣ回路をもたらすであろう。これは、切り替えのＲＣ時間を大幅に増加させるであろう。また、そのような回路は、その構造に応じて、オンおよびオフ信号が、各ＭＯＳＦＥＴゲートに到達する際、遅延をもたらし、したがって、特定のスイッチを構成する、ＭＯＳＦＥＴを異なる時間にオンおよびオフにさせ得る。前述のように、これは、全体的スイッチの突発故障をもたらし得る。変圧器によって提供される減結合は、望ましくないＲＣ回路の形成を妨げることができる。

しかしながら、全実施形態が、変圧器を利用するわけではないことを理解されたい。いくつかの他の実施形態は、整合された超低伝搬遅延時間を伴う、超高速オプトカプラのようなゲートをアクティブ化するための他の回路を利用する。種々の実施形態では、信号源をＭＯＳＦＥＴのゲートから電気的に絶縁または電気的に減結合するために、任意の適切な回路要素を使用することができる。抵抗器ネットワークを利用するものを含め、他の回路の使用を排除する意図はない。

次に、種々の実施形態による、双極スイッチ５００の概略図である、図５を参照する。スイッチ５００は、例えば、図３のスイッチ３３０および３６０として、使用されてもよい。

スイッチ５００は、そのトランジスタをオンおよびオフにするためのスイッチ４００と類似の変圧器集合を利用することができる。故に、これらの変圧器は、本明細書では、さらに説明されないであろう。図４の説明は、さらに詳細に参照され得る。

スイッチ４００とは異なり、スイッチ５００は、双極スイッチであることができ、効果的に、両方向に電流を伝導することができる。種々の実施形態では、これは、背面合わせ構成で接続されたトランジスタを使用することによって行われる。具体的には、対のトランジスタは、並列に接続されたそのゲートと、背面合わせ様式で直列に接続されたその端子と、を有する、各対と併用される。背面合わせ構成では、各対のトランジスタは、直列に接続することができ、共通端子は、ドレインまたはソースのいずれかであることができる。

他の半導体素子を使用して、各スイッチを構築する時、双極スイッチのために、背面合わせ設計を使用する必要がなくてもよいことを理解されたい。スイッチのうちのいくつかは、単極スイッチとして説明されるが、双極スイッチが、その代わりに使用され得ることを理解されたい。

次に、種々の実施形態による、パルサ４０の機能ブロック図を例証する、図６を参照する。パルサ４０は、回路３００のスイッチを動作させるようにプログラムされたプロセッサ６０２を備える。いくつかの実施形態では、プロセッサ６０２は、複合プログラム可能論理素子（ＣＰＬＤ）であることができる。プロセッサ６０２は、スイッチを適切に動作させるように構成することができる。例えば、同時にオンにされるべきではないスイッチが、同時にオンにされないことを確実にすることができる。例えば、図３を参照すると、スイッチ３１０、３２０、および３３０のうちの任意の２つ以上が、同時にオンにされるべきではない。したがって、プロセッサは、そのようなスイッチが、同時にオンにされないことを確実にすることができる。

加えて、ＭＯＳＦＥＴの場合、信号がＭＯＳＦＥＴをオンまたはオフにするために送信される時と、ＭＯＳＦＥＴが、実際にオンまたはオフにされる時との間に時間遅延が存在し得る。これは、例えば、トランジスタゲートが、完全にオンまたはオフにする前に、充電または放電しなければならず、ゲートの充電および放電が瞬時ではないという事実の結果であり得る。したがって、ＭＯＳＦＥＴを利用する、いくつかの実施形態では、プロセッサ６０２はまた、トランジスタの１つ（例えば、３１０）のオフと、別のトランジスタ（例えば、３３０）のオンとの間に、十分な時間が残され、高電圧スイッチからの交差伝導を回避することを確実にするようにプログラムすることができる。遅延が利用されない場合、トランジスタのうちの一方に、オフにするための制御信号が与えることができ、他方に、オンにするための信号を与えることができる場合でも、両トランジスタが、同時に、オンにされ得ることを考えれば、不適切な接続（例えば、接地と正の電圧供給との間の短絡）が生じ得る。

既知の四重極質量分析計は、ＴＯＦ質量分析計内で使用される既知のパルサより遥かに迅速に極性を切り替えることができる。故に、ハイブリッド四重極-ＴＯＦ器具では、四重極は、既知のパルサが、第２のイオン群を処理するために、極性を切り替えることができるより遥かに迅速に、イオンの第１の試料をＴＯＦ質量分析器に供給し、次いで、第２の極性のイオンの第２の試料を提供することができる。一般に、四重極は、約マイクロ秒で極性を切り替えることができる一方、既知のパルサは、極性を切り替えるために、１秒または数分までかかり得る。故に、既知のパルサおよび四重極では、反対極性イオンの連続試料が、既知のパルサと比較して、四重極によって処理することができる速度に有意な不整合が存在し得る。言い換えると、既知のパルサは、概して、非常にゆっくりであって、したがって、ＴＯＦ質量分析器は、並行して、単一分析サイクル内で両極性のイオンを分析する必要がある、質量分析法システムでは、「障害」となり得る。

これは、いくつかの問題をもたらし得る。例えば、パルサ極性が、十分に迅速に切り替えることができない場合、試料は、２工程で分析される必要があり得る。第１の工程は、一方の極性のイオンと動作し得る一方、第２の工程は、反対極性のイオンと動作し得る。したがって、パルサが、より迅速に切り替えることが可能である場合より、既知のパルサによる質量分析を行うのに、少なくとも２倍長くかかり得る。加えて、パルサのゆっくりな切り替え速度は、例えば、パルサを含有する質量分析計が、液体クロマトグラフィ質量分析法において使用される時、問題となり得る。液体クロマトグラフィ質量分析方法では、質量分析計に導入される前に、初期試料を分離するために、何分もかかり得る。加えて、溶出ピークは、数分しか続かないであろう。故に、既知のパルサは、溶出ピークの間に生成される、正および負のイオン両方の分析を可能にするために十分に迅速に極性を切り替えることが不可能であり得る。具体的には、既知のパルサは、別個に（すなわち、異なる時間において）、正および負のイオンを同一方向に加速可能であるために、数秒で極性を切り替えることは不可能であり得る。

既知のパルサと対照的に、種々の実施形態では、パルサ４０は、約ナノ秒で極性を切り替えることができる。いくつかの実施形態では、パルサ４０は、約マイクロ秒で極性を切り替えることができる。いくつかの実施形態では、パルサ４０は、１ｎｓから１ｓの範囲の時間内に極性を切り替えることができる。パルサ４０が極性を切り替える、特定の速度は、種々の要因に依存し得る。例えば、回路３００のために選択される特定の構成要素ならびにパルサ４０の電極に印加される電圧の規模は、パルサ４０が極性を切り替えることができるその速度に影響を及ぼし得る。例えば、いくつかの実施形態では、ＭＯＳＦＥＴは、パルサ４０内のスイッチのために使用され、これらのＭＯＳＦＥＴＳは、パルサ４０が極性を切り替えることができる速度を限定するであろう、それらと関連付けられた具体的上昇および降下時間を有し得る。他の電気構成要素もまた、上昇および降下時間に影響を及ぼし得る。

いくつかの実施形態では、パルサ４０は、既知の四重極のものより迅速に極性を切り替えることができる。他の実施形態では、パルサ４０は、既知の四重極のものに類似する速度で極性を切り替えることができる。故に、種々の実施形態では、パルサ４０は、既知の四重極がイオンを提供可能な速度に実質的に整合する速度において、異なる極性のイオンの新しい試料を分析するために使用することができる。いくつかの実施形態では、パルサ４０は、既知の四重極がイオンを提供可能な速度を超える速度において、異なる極性のイオンの新しい試料を分析するために使用することができる。

種々の実施形態では、イオンの試料は、イオン源１２で生成することができる。次いで、イオンは、四重極１６、１８、２０を通って、最終的に、ＴＯＦ質量分析器１４内に通過し得る。前述のように、ＴＯＦ質量分析器１４に流入するイオンが、最初に、加速器アセンブリ３７の蓄積領域３６を充填する。次いで、加速器アセンブリ３７およびパルサ４０は、イオン群をドリフトチャンバ４２内に加速することができる。加速され得るイオン群は、加速器アセンブリ３７の蓄積領域３６を充填するイオンの少なくとも一部である。いくつかの実施形態では、正および負のイオンは両方とも、加速器アセンブリ３７の蓄積領域３６を充填し得る。いくつかの他の実施形態では、単一極性のイオンのみ、加速器アセンブリ３７の蓄積領域３６を充填する。いくつかの実施形態では、これは、任意の１回において、単一極性のイオンのみ伝送するように、四重極を動作させることによって達成することができる。加速器アセンブリ３７およびパルサ４０によって加速された後、イオンは、ドリフトチャンバ４２を通って通過し、検出器４８によって検出される。

種々の実施形態では、パルサ４０は、反対極性のイオンが、相互に短時間周期内で分析され得るように、極性を切り替えることができる。いくつかの実施形態では、本時間周期は、１秒未満であることができる。いくつかの実施形態では、周期は、約マイクロ秒であることができる。いくつかの実施形態では、加速器アセンブリ３７およびパルサ４０は、５００マイクロ秒以内に、第１の群の第１の極性のイオンを加速し、次いで、第２の群の反対極性のイオンを加速することができる。他の実施形態では、パルサ４０が、正の動作モードと負の動作モードとの間で切り替えるためにかかる時間は、１マイクロ秒から２００マイクロ秒の範囲内であることができる。いくつかの実施形態では、加速器アセンブリ３７およびパルサ４０は、１００マイクロ秒以内に、第１の群の第１の極性のイオンを加速し、次いで、第２の群の反対極性のイオンを加速することができる。いくつかの実施形態では、加速器アセンブリ３７およびパルサ４０は、２５マイクロ秒以内に、第１の群の第１の極性のイオンを加速し、次いで、第２の群の反対極性のイオンを加速することができる。いくつかの実施形態では、加速器アセンブリ３７およびパルサ４０は、１０マイクロ秒以内に、第１の群の第１の極性のイオンを加速し、次いで、第２の群の反対極性のイオンを加速することができる。

種々の実施形態では、加速器アセンブリ３７の電極の極性は、検出器４８が、パルサ４０によって加速されたイオンの以前の群の全スペクトルが検出されるまで、切り替えられない。いくつかの他の実施形態では、極性が切り替わる前に、全スペクトルが検出される必要はない。

いくつかの実施形態では、四重極１６、１８、２０は、最初に、第１の極性のイオンの試料をＴＯＦ質量分析器１４に伝送するために使用される。その後すぐ、四重極１６、１８、２０は、最初に、反対極性のイオンの試料をＴＯＦ質量分析器１４に伝送するために使用される。

方法、パルサ、および質量分析法システムの前述の側面は、例示的目的のためだけに提供される。当業者は、添付の請求項によって定義されるように、方法、パルサ、および質量分析法システムの精神および範囲から逸脱することなく、種々の変更が行われてもよいことを認識するであろう。

Claims (42)

1. 飛行時間質量分析計システムの加速器アセンブリと併用するためのパルサであって、
   前記加速器アセンブリの第１の電極を第１の正の電圧に結合および減結合するための第１の正のスイッチと、
   前記第１の電極を第１の負の電圧に結合および減結合するための第１の負のスイッチと、
   交互に、前記第１の電極を第３の電圧に結合および減結合するための第１の双極スイッチと
   を含む、パルサ。
2. 前記加速器アセンブリの第２の電極を第２の正の電圧に結合および減結合するための第２の正のスイッチと、
   前記第２の電極を第２の負の電圧に結合および減結合するための第２の負のスイッチと、
   交互に、前記第２の電極を第４の電圧に結合および減結合するための第２の双極スイッチと
   をさらに含む、請求項１に記載のパルサ。
3. 前記第４の電圧は、前記第３の電圧に等しい、請求項２に記載のパルサ。
4. 前記加速器アセンブリの第３の電極を第３の正の電圧に結合および減結合するための第３の正のスイッチと、
   前記第３の電極を第３の負の電圧に結合および減結合するための第３の負のスイッチと
   をさらに含む、請求項２に記載のパルサ。
5. 前記第１の正の電圧は、前記第３の正の電圧に等しい、前記第２の正の電圧に等しい、請求項４に記載のパルサ。
6. 前記第１の負の電圧は、前記第３の負の電圧に等しい、前記第２の負の電圧に等しい、請求項４に記載のパルサ。
7. 前記スイッチのうちの少なくとも１つは、直列に接続された複数のパワー金属酸化膜電界効果トランジスタを含む、請求項１に記載のパルサ。
8. 並行して、前記トランジスタのそれぞれをオンまたはオフにするための回路をさらに含む、請求項７に記載のパルサ。
9. 各トランジスタは、ゲートを含み、前記制御回路は、
   交互に、前記ゲートを充電および放電するために、制御信号を前記トランジスタのそれぞれのゲートに供給するための制御信号源と、
   前記トランジスタゲートから、前記制御信号源を電気的に減結合するための少なくとも１つの減結合素子と
   を含む、請求項８に記載のパルサ。
10. 前記少なくとも１つの減結合素子は、
    オン信号を伝送するために、前記制御信号源と各ゲートとの間に結合された第１の変圧器集合と、
    オフ信号を伝送するために、前記制御信号源と各ゲートとの間に結合された第２の変圧器集合と
    を含む、請求項９に記載のパルサ。
11. 前記少なくとも１つの減結合素子は、
    オン信号を伝送するために、前記制御信号源と各ゲートとの間に結合された第１のオプトカプラ集合と、
    オフ信号を伝送するために、前記制御信号源と各ゲートとの間に結合された第２のオプトカプラ集合と
    を含む、請求項９に記載のパルサ。
12. 制御回路をさらに含み、前記制御回路は、正の動作モードと負の動作モードとの間で前記パルサを切り替えるように動作可能であり、
    前記パルサが、前記正の動作モードにあるとき、
    ｉ）前記第１の正のスイッチは、前記第１の電極を前記第１の正の電圧に周期的に結合および減結合し、ｉｉ）前記第１の負のスイッチは、前記第１の電極を前記第１の負の電圧から減結合し、ｉｉｉ）前記第１の双極スイッチは、前記第１の双極スイッチが、前記第１の電極を前記第３の電圧から減結合するとき、前記第１の正のスイッチが、前記第１の電極を前記第１の正の電圧に結合し、前記第１の双極スイッチが、前記第１の電極を前記第３の電圧に結合するとき、前記第１の正のスイッチが、前記第１の電極を前記第１の正の電圧から減結合するように、前記第１の電極を前記第３の電圧に周期的に結合および減結合し、
    前記パルサが、前記負の動作モードにあるとき、
    ｉ）前記第１の正のスイッチは、前記第１の電極を前記第１の正の電圧から減結合し、ｉｉ）前記第１の負のスイッチは、前記第１の電極を前記第１の負の電圧に周期的に結合および減結合し、ｉｉｉ）前記第１の双極スイッチは、前記第１の双極スイッチが、前記第１の電極を前記第３の電圧から減結合するとき、前記第１の負のスイッチが、前記第１の電極を前記第１の負の電圧に結合し、前記第１の双極スイッチが、前記第１の電極を前記第３の電圧に結合するとき、前記第１の負のスイッチが、前記第１の電極を前記第１の負の電圧から減結合するように、前記第１の電極を前記第３の電圧に周期的に結合および減結合する、
    請求項１に記載のパルサ。
13. 前記制御回路は、１マイクロ秒から２００マイクロ秒の範囲内において、前記正の動作モードと前記負の動作モードとの間で前記パルサを切り替えるように動作可能である、請求項１２に記載のパルサ。
14. 前記双極スイッチは、一対の金属酸化膜電界効果トランジスタを含み、前記対の第１のトランジスタは、前記対の第２のトランジスタと背面合わせで結合される、請求項１に記載のパルサ。
15. 飛行時間質量分析計システムであって、
    イオン源と、
    前記イオン源に結合された飛行時間質量分析器であって、
    前記イオン源から受信したイオンを加速するための加速器アセンブリであって、
    第１の電極
    を含む、加速器アセンブリと、
    パルサであって、
    前記第１の電極を第１の正の電圧に結合および減結合するための第１の正のスイッチと、
    前記第１の電極を第１の負の電圧に結合および減結合するための第１の負のスイッチと、
    交互に、前記第１の電極を第３の電圧に結合および減結合するための第１の双極スイッチと
    を含む、パルサと、
    前記イオンを検出するための検出器と
    を含む、飛行時間質量分析器と
    を含む、システム。
16. 前記パルサに結合されたシステムコントローラをさらに含み、前記システムコントローラは、前記第１の正のスイッチ、前記第１の負のスイッチ、および前記第１の双極スイッチを制御し、前記パルサを正のイオンを蓄積および加速するための正の動作モードに切り替え、前記パルサを負のイオンを蓄積および加速するための負の動作モードに切り替えるように動作可能であり、
    前記パルサが、前記正の動作モードにあるとき、前記システムコントローラは、
    ｉ）前記第１の正のスイッチが、前記第１の電極を前記第１の正の電圧に周期的に結合および減結合し、ｉｉ）前記第１の負のスイッチが、前記第１の電極を前記第１の負の電圧から減結合し、ｉｉｉ）前記第１の双極スイッチが、前記第１の電極を前記第３の電圧から減結合するとき、前記第１の正のスイッチが、前記第１の電極を前記第１の正の電圧に結合し、前記第１の双極スイッチが、前記第１の電極を前記第３の電圧に結合するとき、前記第１の正のスイッチが、前記第１の電極を前記第１の正の電圧から減結合するように、前記第１の双極スイッチが、前記第１の電極を前記第３の電圧に周期的に減結合および結合するよう制御するように動作可能であり、
    前記パルサが、前記負の動作モードにあるとき、前記システムコントローラは、
    ｉ）前記第１の正のスイッチが、前記第１の電極を前記第１の正の電圧から減結合し、ｉｉ）前記第１の負のスイッチが、前記第１の電極を前記第１の負の電圧に周期的に結合および減結合し、ｉｉｉ）前記第１の双極スイッチが、前記第１の電極を前記第３の電圧から減結合するとき、前記第１の負のスイッチが、前記第１の電極を前記第１の負の電圧に結合し、前記第１の双極スイッチが、前記第１の電極を前記第３の電圧に結合するとき、前記第１の負のスイッチが、前記第１の電極を前記第１の負の電圧から減結合するように、前記第１の双極スイッチが、前記第１の電極を前記第３の電圧に周期的に減結合および結合するよう制御するように動作可能である、
    請求項１５に記載のシステム。
17. 前記イオン源と前記第１の電極との間のイオン伝送経路をさらに含み、
    前記イオン伝送経路は、光学要素を含み、前記光学要素は、関連付けられた電圧を受信するように結合され、
    前記システムコントローラはさらに、前記パルサが、前記正の動作モードと前記負の動作モードとの間で切り替わるとき、前記関連付けられた電圧の極性が、前記正の動作モードおよび前記負の動作モードにおいて異なるように、前記関連付けられた電圧の極性を切り替えるように動作可能である、
    請求項１６に記載のシステム。
18. 前記加速器アセンブリはさらに、
    第２の電極を含み、
    前記パルサはさらに、
    前記第２の電極を第２の正の電圧に結合および減結合するための第２の正のスイッチと、
    前記第２の電極を第２の負の電圧に結合および減結合するための第２の負のスイッチと、
    交互に、前記第２の電極を第４の電圧に結合および減結合するための第２の双極スイッチと
    を含む、請求項１５に記載のシステム。
19. 前記第４の電圧は、前記第３の電圧に等しい、請求項１８に記載のシステム。
20. 前記加速器アセンブリはさらに、
    第３の電極を含み、
    前記パルサはさらに、
    前記第３の電極を第３の正の電圧に結合および減結合するための第３の正のスイッチと、
    前記第３の電極を第３の負の電圧に結合および減結合するための第３の負のスイッチと
    を含む、請求項１８に記載のシステム。
21. 前記第１の正の電圧は、前記第３の正の電圧に等しい、前記第２の正の電圧に等しい、請求項２０に記載のシステム。
22. 前記第１の負の電圧は、前記第３の負の電圧に等しい、前記第２の負の電圧に等しい、請求項２０に記載のシステム。
23. 前記パルサに結合されたシステムコントローラをさらに含み、前記システムコントローラは、前記第１の正のスイッチ、前記第１の負のスイッチ、前記第１の双極スイッチ、前記第２の正のスイッチ、前記第２の負のスイッチ、前記第２の双極スイッチ、前記第３の正のスイッチ、および前記第３の負のスイッチを制御し、正のイオンを加速するために、前記パルサを正の動作モードに切り替え、負のイオンを加速するために、前記パルサを負の動作モードに切り替えるように動作可能であり、
    前記パルサが、前記正の動作モードにあるとき、前記システムコントローラは、
    ｉ）前記第１の正のスイッチが、前記第１の電極を前記第１の正の電圧に周期的に結合および減結合し、ｉｉ）前記第１の負のスイッチが、前記第１の電極を前記第１の負の電圧から減結合し、ｉｉｉ）前記第１の双極スイッチが、前記第１の電極を前記第３の電圧に周期的に減結合および結合し、ｉｖ）前記第２の正のスイッチが、前記第２の電極を前記第２の正の電圧から減結合し、ｖ）前記第２の負のスイッチが、前記第２の電極を前記第２の負の電圧に周期的に結合および減結合し、ｖｉ）前記第２の双極スイッチが、前記第２の電極を前記第４の電圧に周期的に減結合および結合し、ｖｉｉ）前記第３の正のスイッチが、前記第３の電極を前記第３の正の電圧から減結合し、ｖｉｉｉ）前記正の動作モードが、複数の交互蓄積および加速時間間隔を含み得るように、前記第３の負のスイッチが、前記第３の電極を前記第３の負の電圧に結合するよう制御するように動作可能であり、
    前記蓄積時間間隔に切り替えるとき、
    前記第１の正のスイッチは、前記第１の電極を前記第１の正の電圧から減結合し、前記第１の双極スイッチは、前記第１の電極を前記第３の電圧に結合し、前記第２の負のスイッチは、前記第２の電極を前記第２の負の電圧から減結合し、前記第２の双極スイッチは、前記第２の電極を前記第４の電圧に結合し、
    前記加速時間間隔に切り替えるとき、
    前記第１の正のスイッチは、前記第１の電極を前記第１の正の電圧に結合し、前記第１の双極スイッチは、前記第１の電極を前記第３の電圧から減結合し、前記第２の負のスイッチは、前記第２の電極を前記第２の負の電圧に結合し、前記第２の双極スイッチは、前記第２の電極を前記第４の電圧から減結合し、
    前記パルサが、前記負の動作モードにあるとき、前記システムコントローラは、
    ｉ）前記第１の正のスイッチが、前記第１の電極を前記第１の正の電圧から減結合し、ｉｉ）前記第１の負のスイッチが、前記第１の電極を前記第１の負の電圧に周期的に結合および減結合し、ｉｉｉ）前記第１の双極スイッチが、前記第１の電極を前記第３の電圧に周期的に減結合および結合し、ｉｖ）前記第２の正のスイッチが、前記第２の電極を前記第２の正の電圧に周期的に結合および減結合し、ｖ）前記第２の負のスイッチが、前記第２の電極を前記第２の負の電圧から減結合し、ｖｉ）前記第２の双極スイッチが、前記第２の電極を前記第４の電圧に周期的に減結合および結合し、ｖｉｉ）前記第３の正のスイッチが、前記第３の電極を前記第３の正の電圧に結合し、ｖｉｉｉ）前記負の動作モードが、複数の交互蓄積および加速時間間隔を含み得るように、前記第３の負のスイッチが、前記第３の電極を前記第３の負の電圧から減結合し、
    前記蓄積時間間隔に切り替えるとき、
    前記第１の負のスイッチは、前記第１の電極を前記第１の負の電圧から減結合し、前記第１の双極スイッチは、前記第１の電極を前記第３の電圧に結合し、前記第２の正のスイッチは、前記第２の電極を前記第２の正の電圧から減結合し、前記第２の双極スイッチは、前記第２の電極を前記第４の電圧に結合し、
    前記加速時間間隔に切り替えるとき、
    前記第１の負のスイッチは、前記第１の電極を前記第１の負の電圧に結合し、前記第１の双極スイッチは、前記第１の電極を前記第３の電圧から減結合し、前記第２の正のスイッチは、前記第２の電極を前記第２の正の電圧に結合し、前記第２の双極スイッチは、前記第２の電極を前記第４の電圧から減結合するよう制御するように動作可能である、
    請求項２０に記載のシステム。
24. 前記パルサが、前記正の動作モードにあるとき、
    前記蓄積時間間隔に切り替えるとき、
    前記第２の負のスイッチが、前記第２の電極を前記第２の負の電圧から減結合し、前記第２の双極スイッチが、前記第２の電極を前記第４の電圧に結合するときと実質的に同時に、前記第１の正のスイッチは、前記第１の電極を前記第１の正の電圧から減結合し、前記第１の双極スイッチは、前記第１の電極を前記第３の電圧に結合し、
    前記加速時間間隔に切り替えるとき、
    前記第２の負のスイッチが、前記第２の電極を前記第２の負の電圧に結合し、前記第２の双極スイッチが、前記第２の電極を前記第４の電圧から減結合するときと実質的に同時に、前記第１の正のスイッチは、前記第１の電極を前記第１の正の電圧に結合し、前記第１の双極スイッチは、前記第１の電極を前記第３の電圧から減結合する、
    請求項２３に記載のシステム。
25. 前記パルサが、前記負の動作モードにあるとき、
    前記蓄積時間間隔に切り替えるとき、
    前記第２の正のスイッチが、前記第２の電極を前記第２の正の電圧から減結合し、前記第２の双極スイッチが、前記第２の電極を前記第４の電圧に結合するときと実質的に同時に、前記第１の負のスイッチは、前記第１の電極を前記第１の負の電圧から減結合し、前記第１の双極スイッチは、前記第１の電極を前記第３の電圧に結合し、
    前記加速時間間隔に切り替えるとき、
    前記第２の正のスイッチが、前記第２の電極を前記第２の正の電圧に結合し、前記第２の双極スイッチが、前記第２の電極を前記第４の電圧から減結合するときと実質的に同時に、前記第１の負のスイッチは、前記第１の電極を前記第１の負の電圧に結合し、前記第１の双極スイッチは、前記第１の電極を前記第３の電圧から減結合する、
    請求項２３に記載のシステム。
26. 前記システムコントローラは、前記パルサが、１マイクロ秒から１００マイクロ秒の範囲内であるように、前記正または負いずれかの動作モードにあるとき、前記加速時間間隔を制御するように動作可能である、請求項２３に記載のシステム。
27. 前記スイッチのうちの少なくとも１つは、直列に接続された複数のパワー金属酸化膜電界効果トランジスタを含む、請求項１５に記載のシステム。
28. 前記パルサはさらに、並行して、前記トランジスタのそれぞれをオンまたはオフにするための回路を含む、請求項２７に記載のシステム。
29. 各トランジスタは、ゲートを含み、前記制御回路は、
    交互に、前記ゲートを充電および放電するために、制御信号を前記トランジスタのそれぞれのゲートに供給するための制御信号源と、
    前記トランジスタゲートから、前記制御信号源を電気的に減結合するための少なくとも１つの減結合素子と
    を含む、請求項２８に記載のシステム。
30. 前記少なくとも１つの減結合素子は、
    オン信号を伝送するために、前記制御信号源と各ゲートとの間に結合された第１の変圧器集合と、
    オフ信号を伝送するために、前記制御信号源と各ゲートとの間に結合された第２の変圧器集合と
    を含む、請求項２９に記載のシステム。
31. 前記少なくとも１つの減結合素子は、
    オン信号を伝送するために、前記制御信号源と各ゲートとの間に結合された第１のオプトカプラ集合と、
    オフ信号を伝送するために、前記制御信号源と各ゲートとの間に結合された第２のオプトカプラ集合と
    を含む、請求項２９に記載のシステム。
32. 前記システムコントローラは、１マイクロ秒から２００マイクロ秒の範囲内において、各時間間隔後、前記正の動作モードと前記負の動作モードとの間で切り替えるように動作可能である、請求項１５に記載のシステム。
33. 前記双極スイッチは、一対の金属酸化膜電界効果トランジスタを含み、前記対の第１のトランジスタは、前記対の第２のトランジスタと背面合わせで結合される、請求項１５に記載のシステム。
34. イオンを分析する方法であって、
    （ａ）第１のイオン集合を加速器アセンブリの蓄積領域内に導入するステップであって、前記加速器アセンブリは、少なくとも１つの電極を含む、ステップと、
    （ｂ）交互に、第１の電圧を前記電極に提供し、第１の極性のイオンを検出器に向かって加速し、第３の電圧を前記電極に提供し、前記第１の極性の付加的イオンの蓄積を促進するステップと、
    （ｃ）第２のイオン集合を加速器アセンブリの蓄積領域内に導入するステップと、
    （ｄ）交互に、第２の電圧を前記電極に提供し、第２の極性のイオンを前記検出器に向かって加速し、前記第３の電圧を前記電極に提供し、前記第２の極性の付加的イオンの蓄積を促進するステップと
    を含み、
    ステップ（ｂ）および（ｄ）は、１秒未満の時間周期内で生じる、方法。
35. 前記時間周期は、１００マイクロ秒未満である、請求項３４に記載の方法。
36. 前記時間周期は、２５マイクロ秒未満である、請求項３４に記載の方法。
37. 前記第１および第２の極性は、反対極性である、請求項３４に記載の方法。
38. 前記第１および第２の極性は、同一極性である、請求項３４に記載の方法。
39. 分析のための検体イオンを選択するステップをさらに含む、請求項３４に記載の方法。
40. 時間周期は、少なくとも部分的に、分析のために選択された前記検体イオンの少なくとも１つの特性に基づいて選択される、請求項３４に記載の方法。
41. 前記少なくとも１つの特性は、質量を含む、請求項４０に記載の方法。
42. 前記少なくとも１つの特性は、質量対電荷比を含む、請求項４０に記載の方法。

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