JP2013531334A - 質量分析計イオンガイド内の汚染影響低減のためのイオンレンズ - Google Patents

Abstract

質量分析計のイオンガイド内の汚染の影響を低減させるイオンレンズが提供される。イオンレンズは、イオンガイドの出口領域において、所与の半径のオリフィスを備える構造部材であって、イオンレンズを支持する構造部材を備える。イオンレンズは、構造部材から延在する円錐部材をさらに備え、円錐部材は中空であり、所与のテーパ角度と、所与の半径の底面とを備え、底面の周縁はオリフィスの周縁に接続される。円錐部材は、円錐部材の頂部を通る開口であって、イオンガイドからそこを通してイオンを受容する開口をさらに備える。

Description

（分野）
本明細書は、概して、質量分析計に関し、具体的には、質量分析計のイオンガイド内の汚染の影響を低減させるためのイオンレンズに関する。

質量分析計においては、イオンガイドは、一般的に、出口端にイオンレンズを有しており、このイオンレンズは、イオンガイドからのイオンが通過する開口を有するプレートを備えている。イオンレンズは、差動ポンプシステムにおける要素として作用することができる。しかしながら、そのようなイオンレンズは、汚染を受けやすく、故に、概して欠点がある。

本明細書の第１の側面は、質量分析計のイオンガイド内の汚染の影響を低減させるためのイオンレンズを提供する。イオンレンズは、所与の半径のオリフィスを備えている構造部材であり、イオンレンズを支持するための構造部材をイオンガイドの出口領域に備えている。イオンレンズは、構造部材から延在する円錐部材をさらに備え、円錐部材は中空であり、所与のテーパ角度（ｃｏｎｅ ａｎｇｌｅ）と、所与の半径の底面とを備え、底面の周縁はオリフィスの周縁に接続されており、円錐部材は、円錐部材の頂部を通る開口をさらに備え、開口は、そこを通してイオンガイドからイオンを受容する。

所与の半径および所与のテーパ角度は、頂部を含む、円錐部材の少なくとも一部をイオンガイドの出口領域内に存在させることができる。

オリフィスは、構造部材の中心部分に位置することができ、円錐部材は、中心部分から延在することができる。

テーパ角度は、１０°と８０°との間、４０°と５０°との間、および４５°のうちの少なくとも１つであることができる。

円錐部材は、円錐、凸状円錐、および凹状円錐のうちの少なくとも１つを備えることができる。

円錐部材は、イオンガイドの出口領域に相補的であることができ、イオンガイドの出口領域は、円錐部材と逆の形状を備えることができる。イオンガイドの出口領域は、斜角が付けられていることができる。

構造部材は、イオンガイドの端面に相補的であること、平面であること、円筒断面であること、および球断面であることのうちの少なくとも１つであることができる。

本明細書の第２の側面は、質量分析計を提供する。質量分析計は、イオン源を備える。質量分析計はさらに、イオン源からのイオンを受容するための複数のイオンガイドであって、それぞれ、入口領域と、出口領域と、イオン源からのイオンがそこを通って通過するためのその間の通路とを備える複数のイオンガイドを備える。質量分析計はさらに、複数のイオンガイドのうちの少なくとも１つの端面に位置する少なくとも１つのイオンレンズを備える。少なくとも１つのイオンレンズは、所与の半径のオリフィスを備える構造部材であって、複数のイオンガイドのうちの少なくとも１つの出口領域において、イオンレンズを支持するための構造部材を備える。少なくとも１つのイオンレンズは、所与の半径のオリフィスを備える構造部材であって、イオンガイドの出口領域において、イオンレンズを支持するための構造部材と、構造部材から延在する円錐部材であって、円錐部材は、中空であり、所与のテーパ角度と、所与の半径の底面とを備え、底面の周縁は、オリフィスの周縁に接続され、円錐部材は、円錐部材の頂部を通る開口をさらに備え、開口は、複数のイオンガイドのうちの少なくとも１つから、そこを通してイオンを受容する円錐部材を備える。質量分析計は、イオンを検出するために、複数のイオンガイドおよび少なくとも１つのイオンレンズの後に位置する検出器をさらに備える。

所与の半径および所与のテーパ角度は、頂部を含む円錐部材の少なくとも一部を複数のイオンガイドのうちの少なくとも１つの出口領域内に存在させることができる。

オリフィスは、複数のイオンガイドのうちの少なくとも１つの中心部分に位置することができ、円錐部材は、中心部分から延在し得る。

テーパ角度は、１０°と８０°との間、４０°と５０°との間、および４５°のうちの少なくとも１つであり得る。

円錐部材は、円錐、凸状円錐、および凹状円錐のうちの少なくとも１つを備え得る。

円錐部材は、複数のイオンガイドのうちの少なくとも１つの出口領域に相補的であることができる。出口領域は、円錐部材と逆の形状を備えている。複数のイオンガイドのうちの少なくとも１つの出口領域は、斜角が付けられ得る。

構造部材は、複数のイオンガイドのうちの少なくとも１つの端面に相補的であること、平面であること、円筒断面であること、および球断面であることのうちの少なくとも１つであり得る。

少なくとも１つのイオンレンズの開口は、複数のイオンガイドのうちの少なくとも１つの出口領域と整列させられることができる。構造部材は、実質的に、複数のイオンガイドのうちの少なくとも１つの端面に平行であり得る。

円錐部材および出口領域は、複数のイオンガイドのうちの少なくとも１つから流出するガスをそこを通して通過させるための少なくとも１つのチャネルを形成し得る。質量分析計は、外筒をさらに備え得、外筒は、複数のイオンガイドのうちの少なくとも１つを囲むことにより、ガスが少なくとも１つのチャネルに到達するまでガスを含有する。

実装に関して、以下の図を参照して説明される。

図１は、先行技術による、フラットイオンレンズを有する質量分析計のブロック図を図示する。 図２は、非限定的実装による、イオンガイド内の汚染の影響を低減させるためのイオンレンズを有する質量分析計のブロック図を図示する。 図３は、非限定的実装による、イオンガイド内の汚染の影響を低減させるためのイオンレンズのイオンガイド側の斜視図を図示する。 図４は、非限定的実装による、図４のイオンレンズのイオン出口側の斜視図を図示する。 図５は、非限定的実装による、図４のイオンガイドの断面を図示する。 図６は、非限定的実装による、イオンガイドの出口領域における適所にある図４のイオンガイドのブロック図を図示する。 図７および８は、非限定的実装による、イオンガイド内の汚染の影響を低減させるためのイオンガイドの断面を図示する。 図７および８は、非限定的実装による、イオンガイド内の汚染の影響を低減させるためのイオンガイドの断面を図示する。 図９は、非限定的実装による、斜角が付けられている出口領域を有するイオンガイドの出口領域における、適所にある図４のイオンガイドのブロック図を図示する。 図１０は、非限定的実装による、要素図９の詳細を図示する。 図１１は、非限定的実装による、図４のイオンレンズの成果を挙げたプロトタイプの試験の結果を示す、グラフを図示する。

円錐部材がイオンによって汚染されると、結果として生じる電場と、複数のイオンガイドのうちの少なくとも１つの長手軸との角度がゼロよりも大きいことがあり得る。

汚染イオンおよび粒子（クラスタおよび／または液滴等）に起因する、質量分析計の光学要素、例えば、イオンガイドの汚染は、イオンガイドの伝送効率を低減させ、質量分析計の感度に影響を及ぼし、汚染された表面の帯電による再現不能性をもたらすので問題である。このことは、事実上、質量分析計内の全イオン光学要素に対する共通の問題である。衝突冷却を採用するイオンガイドの場合、汚染に最も敏感な領域は、概して、イオンガイドの出口近傍の領域である。衝突集束においては、イオンは、イオンガイド内の緩衝ガス分子との衝突によって、減速および集束される。したがって、イオンがイオンガイドの出口端に到達するとき、その速度はほぼ熱的である。いくつかのイオンガイドにおいて、圧力は、ガス動態が有意な役割を果たす程に十分に高い。先行技術による一般的なイオンガイド装置が、図１に図示されており、図１は、第１のイオンガイド１２０、第２のイオンガイド１３０、四重極１４０、衝突セル１５０（例えば、フラグメンテーションモジュール）、および検出器１６０（ＴｏＦ（飛行時間）検出器を含むが、それらに限定されない、任意の好適な検出器を備える）を備えている質量分析計１００を図示する。四重極１４０および衝突セル１５０はまた、イオンガイドとして構成することができることに留意されたい。質量分析計１００は、イオン源１１０からのイオンビーム１６５を通して検出器１６０まで伝送することを可能にされる。第１のイオンガイド１２０、第２のイオンガイド１３０、四重極１４０、および衝突セル１５０はそれぞれ、イオンがそこを通って通過するイオンガイドとして作用することがわかる。イオンレンズ１７０ａ、１７０ｂ、１７０ｃ、１７０ｄ（集合的にイオンレンズ１７０、および総称的にイオンレンズ１７０）は、第１のイオンガイド１１０、第２のイオンガイド１３０、四重極１４０、および衝突セル１５０のうちの１つ以上の出口に位置する。いくつかのイオンガイド、例えば、第１のイオンガイド１２０内の圧力は、ガス動態が、有意な役割を果たすことができるように、十分に高くあり得るが、これは、汚染問題を悪化させ得ることがわかる。

先行技術において、各イオンレンズ１７０は、図１に図示されるように、イオンビーム１６５が通過するオリフィスを有するフラットプレートを備えている。フラットプレートおよび対応するオリフィスは、多くの場合、異なる圧力によって差動ポンプシステムの要素として作用して、イオンビーム１６５を次のチャンバ内を通過させる一方、次のチャンバ内へのガスの流動が制限される。一部の場合には、隣接するチャンバ内の圧力は、用途に応じて、より低くあり得る一方、他の場合には、圧力をより高くすることができる。衝突セル１５０は、前のイオンガイド（すなわち、四重極１４０）からのイオンが、より高い圧力のガスを含有する次のチャンバ（衝突セル１５０）に流入するチャンバの例である。大気圧イオン化（ＡＰＩ）源のための種々の界面は、後続チャンバが、前のものより低い圧力にある場合を代表する。いかなる場合も、イオンガイドから流出するイオンがイオンレンズ１７０の開口に接近するとき、概して、比較的低い運動エネルギー、例えば、単位電荷当たり約１ボルトを有する。約１ボルト以上の電位を発生させる開口近傍のいずれの汚染された表面も、イオンの軌道を大幅に改変し、伝送の損失または望ましくないイオンビーム１６５の妨害をもたらし得る。したがって、イオンガイドの出口近傍の領域（第１のイオンガイド１２０、第２のイオンガイド１３０、四重極１４０、および衝突セル１５０等）、ならびに各イオンレンズ１７０の開口近傍の領域は、汚染に対して、最も敏感な領域となる。状況は、いくつかのイオン源が、着目イオンに加え、液滴およびクラスタを生成することによってさらに複雑になり得る。そのような液滴およびクラスタは、例えば、イオン源１１０の領域において、ガスの動的流動によって加速され、イオンガイドの出口領域近傍の領域内に真っすぐに飛行し得る。したがって、イオンガイド近傍の領域は衝突され、最終的に、検体材料を含有する液滴およびクラスタによって被膜され得る。この影響は、非伝導性およびチャージアップであり得る薄膜を生成し、前述のように、伝送およびイオン妨害に関する問題をもたらす。

これらの汚染問題は、非限定的実装による、図２に図示されるような質量分析計２００において解決される。質量分析計２００は、質量分析計１００に類似し、第１のイオンガイド２２０、第２のイオンガイド２３０、四重極２４０、衝突セル２５０（例えば、フラグメンテーションモジュール）、および検出器２６０（ＴｏＦ（飛行時間）検出器を含むが、それらに限定されない任意の好適な検出器を備える。検出器２６０は、特に、限定と見なされるべきではないことがわかる）を備える。質量分析計２００は、イオン源２１０からのイオンビーム２６５を検出器２６０を通して伝送することを可能にされる。第１のイオンガイド２２０、第２のイオンガイド２３０、四重極２４０、および衝突セル２５０はそれぞれ、イオンが通過するイオンガイドとして作用することがわかる。質量分析計１００と対照的に、質量分析計２００は、イオンレンズ２７０ａ、２７０ｂ、２７０ｃ、２７０ｄ（集合的にイオンレンズ２７０、および総称的にイオンレンズ２７０）を備え、それぞれ、構造部材および円錐部材を備え、円錐部材は、個々のイオンガイド（例えば、第１のイオンガイド２２０、第２のイオンガイド２３０、四重極２４０、または衝突セル２５０）の出口に位置する。イオンレンズ２７０およびその代替は、図３から１１に関連して、以下に詳述される。

いくつかの実装では、質量分析計２００が、イオン源２１０を制御してイオン性材料をイオン化すること、および質量分析計２００のモジュール間のイオンの伝送を制御することをさらに含むが、それらに限定されない質量分析計２００の動作を制御するためのプロセッサ２８５を備えることができる。動作時、イオン性材料は、イオン源２１０の中に導入される。イオン源２１０は、概して、イオン性材料をイオン化し、第１のイオンガイド２２０（また、ＱＪｅｔとして識別される）に転送されるイオンビーム２６５を生成する。イオンビーム２６５は、イオンレンズ２７０ａを通して第２のイオンガイド２３０（また、Ｑ０として識別される）に転送される。イオンビーム２６５は、第２のイオンガイド２３０から、イオンレンズ２７０ｂを通して、質量フィルタとして動作することができる四重極２４０（また、Ｑ１として識別される）に転送される。フィルタリングされたか否かに関わらず、イオンビーム２６５は、イオンレンズ２７０ｃを通って四重極２４０から流出し、衝突セル２５０（また、ｑ２として識別される）に流入する。いくつかの実装では、イオンビーム２６５内のイオンは、衝突セル２５０内でフラグメント化することができる。衝突セル２５０ならびに第１のイオンガイド２２０および第２のイオンガイド２３０は、四重極、六重極、八重極、あるいはリングガイド、イオン漏斗、または同等物等の任意の他の好適なイオンガイドを含むが、それらに限定されない任意の好適な多極を備えることができることがわかる。いくつかの実装では、衝突セル２５０は、四重極２４０に機械的に類似している四重極を備える。イオンビーム２６５は、次いで、質量スペクトルの生成のために、イオンレンズ２７０ｄを介して検出器２６０に転送される。

さらに、図示されていないが、質量分析計２００は、任意の適切な数のコネクタ、電源、ＲＦ（無線周波数）電源、ＤＣ（直流）電源、ガス源（例えば、イオン源２１０および／または衝突セル２５０用）、および質量分析計２００の動作を可能にするための任意の他の好適な構成要素をさらに備えることができる。図示されていないが、質量分析計２００は、任意の好適な数の真空ポンプを備え、イオン源２１０、第１のイオンガイド２２０、第２のイオンガイド２３０、四重極２４０、衝突セル２５０、および／または検出器２６０の中に好適な真空を提供することができる。いくつかの実装では、真空差を質量分析計２００の特定の要素間に生成することができることがわかる：例えば、真空差は、概して、イオン源２１０が大気圧であり、第２のイオンガイド２３０が真空下（例えば、約１０ｍＴｏｒｒまたは任意の他の好適な圧力）であり、第１のイオンガイド２２０がその間のある圧力（例えば、約１Ｔｏｒｒまたは任意の他の好適な圧力）を有するように、イオン源２１０、第１のイオンガイド２２０、および第２のイオンガイド２３０間に適用される。各イオンレンズ２７０は、質量分析計２００の要素間に真空差を生成する補助をすることができる。

さらに、各イオンレンズ２７０は、後述のように、その個々のイオンガイド（例えば、第１のイオンガイド２２０、第２のイオンガイド２３０、四重極２４０、および衝突セル２５０）のそれぞれの中の汚染の影響を低減させる補助をする。さらに、以下の説明では、用語「イオンガイド」は、別様に記載がない限り、イオンガイド２２０、第２のイオンガイド２３０、四重極２４０、および衝突セル２５０のうちの１つ以上を指し得ることがわかる。

それぞれ、非限定的実装による、イオンレンズ２７０の斜視正面図、イオンレンズ２７０の斜視背面図、およびイオンレンズ２７０の断面図を図示する図３、４、および５を参照する。イオンレンズ２７０は、構造部材３０５を備える。いくつかの実装では、構造部材３０５は、イオンガイドの端面に相補的であることができる。これらの実装のいくつかにおいて、各イオンガイドの端面は、図２に図示されるように、概してフラットであり、故に、構造部材３０５は、図示されるように、概して平面である。しかしながら、構造部材３０５は、断面、円筒断面、球断面、または任意の他の好適な形状を備えることができる。図４および図５におけるイオンガイド２７０の後方斜視図から分かるように、構造部材は、所与の半径ｒのオリフィス４１０を備えることがわかる。オリフィス４１０は、実質的に、円形であることができるが、円形開口部に限定されない。実際、オリフィス４１０は、楕円形を含むが、それらに限定されない任意の好適な形状であることができる。

イオンレンズ２７０は、構造部材３０５から延在する円錐部材３２０をさらに備える。円錐部材３２０は、中空であることがわかる。さらに、円錐部材３２０は、テーパ角度θによって画定することができ（図５に図示されるように）、円錐部材３２０の底面の半径は、構造部材３０５のオリフィス４１０と同一の所与の半径ｒであることがわかる。円錐部材３２０の底面の周縁は、円錐部材３２０と構造部材３０５とが、一体型構造を形成するように、オリフィス４１０の周縁に接続される。円錐部材３２０はさらに、半径ｒ_ａの円錐部材３２０の頂部を通る開口３３０を備え、開口３３０は、イオンガイドからそこを通してイオンを受容するためのものである。

さらに、イオンレンズ２７０は、質量分析計２００内のイオンガイドの端面に相応したサイズであることがわかる。例えば、イオンガイド６４０の出口領域６３５における適所にあるイオンレンズ２７０の断面を図示する図６を参照する（第１のイオンガイド２２０、第２のイオンガイド２３０、四重極２４０、および／または衝突セル２５０に類似し得る）が、出口領域６３５は半径Ｒを有する。出口領域６３５は、イオンガイド６４０の端領域であり、イオンは、そこを通ってイオンガイド６４０から流出することがわかる。さらに、半径Ｒはまた、イオンガイド６４０の内接半径を指し得ることがわかる。

例えば、構造部材３０５の長さ、幅、および広さは、構造部材３０５をイオンガイド６４０の出口領域６３５（および、質量分析計２００の中に）に搭載することを可能にする任意の好適なサイズであることができる。イオンガイド６４０の要素とイオンレンズ２７０の要素との間の距離は、動作電圧における絶縁破壊を回避するように選択することができる。しかしながら、イオンガイド６４０の要素とイオンレンズ２７０の要素との間の距離はまた、イオン損失を回避するように選択することができる。成果を挙げた非限定的プロトタイプでは、イオンガイド６４０とイオンレンズ２７０との間の距離は、約数ミリメートルであり得る。

さらに、円錐部材３２０のサイズは、出口領域６３５に相応することがわかる。非限定的実装では、所与の半径ｒは、イオンガイド６４０の出口領域６３５の半径Ｒに類似することができるが、所与の半径ｒは、Ｒより小さいかまたはＲより大きくあり得る。さらに、半径ｒおよびテーパ角度θは、頂部を含む円錐部材３２０の少なくとも一部を、出口領域６３５内に存在させることができる。テーパ角度θは、約４５°であることができる。しかしながら、いくつかの実装では、テーパ角度θは、約４０°と約５０°との間であることができる。なおもさらなる実装では、テーパ角度θは、約１０°と約８０°との間であることができる。テーパ角度θが小さいほど、円錐部材２７０は、出口領域６３５の中により深く貫通することができることがわかる。

さらに、開口３３０の半径ｒ_ａは、イオンガイド６４０から流出するイオンビームを受容するためのサイズであることがわかる。開口３３０の半径ｒ_ａは、イオンビーム２６５の効率的な伝送を提供するために選択されることができる。いくつかの実装では、半径ｒ_ａ対半径Ｒであるｒ_ａ／Ｒの比率は、約２０％であるが、しかしながら、約０．２であるｒ_ａ／Ｒの比率は、過度の限定として見なされるべきではなく、ｒ_ａ／Ｒの任意の好適な比率が、この実装の範囲内にあることがわかる。一般に、しかしながら、比率ｒ_ａ／Ｒが小さ過ぎる場合、イオンビーム２６５の損失が生じ得、比率ｒ_ａ／Ｒが大き過ぎる場合、多量のガスが開口３３０を通して差動ポンプの次の段階に転送されるであろうことがわかる。成果を挙げた非限定的成果のプロトタイプにおいて、開口３３０は、約０．７５ｍｍの半径ｒ_ａ（または、１．５ｍｍの直径２ｒ_ａ）を有する。

さらに、イオンガイド６４０の端面６４５は、実質的に、構造部材３０５と平行であることがわかる。加えて、出口領域６３５と円錐部材３２０とは、イオンガイド６４０から流出するガスが通過するための少なくとも１つのチャネル６５０を形成する。さらに、イオンガイド６４０は、ガスが、少なくとも１つのチャネル６５０に遭遇することに先立って漏出することを防止する好適な外筒（図示せず）内に封入されることができることがわかる。これらの実装では、外筒は、端領域６３５に向かってガス流を向けることを可能にできる。

図２から６に図示される実装において、円錐部材３２０は、開口３３０から構造部材３０５まで延在するストレートサイドを有することがわかる。しかしながら、図７は、断面で図示される、イオンレンズ２７０ａの代替の非限定的実装を図示する。イオンレンズ２７０ａは、イオンレンズ２７０に類似し、イオンレンズ２７０ａは、構造部材３０５ａと、構造部材３０５ａから延在する円錐部材３２０ａとを備え、頂部に、そこを通る開口３３０ａを伴っている。構造部材３０５ａ、円錐部材３２０ａ、および開口３３０ａはそれぞれ、構造部材３０５、円錐部材３２０、および開口３３０にそれぞれ類似しているが、しかしながら、円錐部材３２０ａは、開口３３０ａから構造部材３０５ａに延在する凹状壁を有する。故に、これらの実装では、円錐部材３２０ａは、凹状円錐を備えている。凹状円錐の壁の曲率は、任意の好適な曲率であることができる。

同様に、図８は、断面で図示される、イオンレンズ２７０ｂの代替の非限定的実装を図示する。イオンレンズ２７０ｂは、イオンレンズ２７０に類似しており、イオンレンズ２７０ｂは、構造部材３０５ｂと、構造部材３０５ｂから延在する円錐部材３２０ｂとを備え、頂部に、そこを通る開口３３０ｂを伴っている。構造部材３０５ｂ、円錐部材３２０ｂ、および開口３３０ｂはそれぞれ、構造部材３０５、円錐部材３２０、および開口３３０ｂにそれぞれ類似しているが、しかしながら、円錐部材３２０ｂは、開口３３０ｂから構造部材３０５ｂに延在する凸状壁を有する。故に、これらの実装では、円錐部材３２０ｂは、凸状円錐を備える。凸状円錐の壁の曲率は、任意の好適な曲率であることができる。

次に、非限定的実装による、イオンガイド６４０ａの出口領域６３５ａに搭載されるイオンガイド２７０を図示する図９を参照する。図９は、図６に類似しているが、しかしながら、イオンガイド６４０は、イオンガイド６４０ａと置換されている。イオンガイド６４０ａは、イオンガイド６４０に類似しているが、しかしながら、イオンガイド６４０の出口領域６３５ａは、円錐部材３２０が、その中に嵌合することができるように、円錐部材３２０に類似している断面を有する。言い換えると、出口領域６３５ａは、円錐部材３２０と略逆の形状を備える。故に、いくつかの実装では、円錐部材３２０の壁と出口領域６３５ａの壁とは、実質的に相互に平行である。さらに、イオンガイド６４０ａの端面６４５ａは、実質的に、構造部材３０５に平行であることがわかる。なおもさらに、イオンガイド６４０ａの出口領域６３５ａは、斜角が付けられていることがわかる。

故に、出口領域６３５ａと円錐部材３２０とは、イオンガイド６４０ａから流出するガスがそこを通って通過するための少なくとも１つのチャネル６５０ａを形成する。

次に、チャネル６５０ａの上側部分、イオンガイド６４０ａの一部、およびイオンレンズ２７０の一部を含む、図９の一部を詳細に図示する図１０を参照するが、同一要素は、同一番号を有する。しかしながら、図１０はまた、円錐部材３２０のイオンガイドに対向する側面１００３上の汚染１００１を図式的に図示する。汚染１００１は、いくつかの実装では、チャネル６５０ａを通ってイオンガイド６４０ａから流出する緩衝ガスを介して、チャネル６５０ａに搬送され得る。さらに、汚染１００１が帯電されると、結果として生じる電場Ｅは、イオンガイド６４０ａの長手軸と角度φを形成し、角度φは、０°よりも大きい。実際に、これらの実装では、円錐部材３２０の壁が出口領域６３５ａの壁と平行であるチャネル６５０ａの領域内において、角度φは、テーパ角度θに類似していることがわかる。

さらに、類似電場は、図６に図示される配列内に形成され得、そのような電場は、円錐部材３２０と出口領域６３５の壁との間に向くことがわかる。

いかなる場合も、いずれの配列（すなわち、図６の配列または図９および１０の配列）においても、汚染によって形成される電場は、図１のイオンレンズ１７０上の汚染によって形成される電場よりも、個々のイオンガイドを通過するイオンビームにほとんど影響をもたらさないであろう。実際、図１において、イオンレンズ１７０は、フラットプレートを備えるので、汚染によって形成される電場は、個々のイオンガイドの長手軸に平行となるであろうことがわかる。故に、円錐部材３２０上に汚染によって形成される電場は、電場が個々の長手軸から離れる方向を向くことによって、イオンビームにほとんど影響を及ぼさないであろう。

次に、図１１を参照すると、図１１は、フラットイオンレンズ１７０と比較して４５°のテーパ角度θを有するイオンレンズ２７０の成果を挙げたプロトタイプの試験の結果を図示している。図１１は、上記のような、イオンガイドの後の適所にあるイオンレンズ２７０およびイオンレンズ１７０を有するそれぞれの類似のイオンガイドを通過するイオンビームの正規化されたイオン電流強度の変動を経時的に図示しており、４５Ｖおよび３５Ｖの電圧がイオンガイドに対するＤＣ（直流）オフセットとして印加され、４０Ｖの電圧が、個々のイオンレンズに印加されている。イオン強度は、イオンガイドオフセットおよびレンズ電圧が、各構成に対して、同一（イオンガイドおよびそれぞれのイオンレンズの各々に対して４０Ｖ／４０Ｖ）であるように設定されたときに記録された強度に対して正規化される。故に、経時的なイオン電流密度は、４０Ｖ／４０Ｖ正規化に加えて４つの異なる試験条件下において測定された。
１．図１１において白丸によって表され、「Ｓｔｄ４５／４０」と名称が付けられている、４５ボルトのイオンガイドオフセット（イオンガイドの出口領域に対して＋５ボルトの差）を有する４０Ｖにおけるイオンレンズ１７０。
２．図１１において黒丸によって表され、「Ｓｔｄ３５／４０」と名称が付けられている、３５ボルトのイオンガイドオフセット（イオンガイドの出口領域に対して−５ボルトの差）を有する４０Ｖにおけるイオンレンズ１７０。
３．図１１において黒菱形によって表され、「円錐４５／４０」と名称が付けられている、４５ボルトのイオンガイドオフセット（イオンガイドの出口領域に対して＋５ボルトの差）を有する４０Ｖにおけるイオンレンズ２７０。
４．図１１において白菱形によって表され、「円錐３５／４０」と名称が付けられている、３５ボルトのイオンガイドオフセット（イオンガイドの出口領域に対して−５ボルトの差）を有する４０Ｖにおけるイオンレンズ１７０。

正規化されたイオン電流が、図１１において提供されていることがわかる。

０から１２０時間までにおいて、イオンレンズ１７０に対して正規化されたイオン電流強度（３５Ｖまたは４５Ｖがイオンガイドに印加されているいずれかの試験条件に対する）は、汚染がイオンレンズ１７０上に蓄積するにつれて経時的に変化し、１２０時間においてイオンレンズ１７０の清浄化が生じたことがさらにわかる。故に、イオンレンズ１７０と関連した各曲線（すなわち、「Ｓｔｄ４５／４０」および「Ｓｔｄ３５／４０」と名称が付けられた）に対する図１のグラフ上の最後の点は、清浄化後の正規化されたイオン電流密度を表しており、性能は５−１０時間において観察されたレベルに戻った。

さらに、イオンレンズ２７０に対する正規化されたイオン電流（３５Ｖまたは４５Ｖのいずれかがイオンレンズに印加されている試験条件に対する）は、概して経時的に一定であり、汚染の影響がレンズ１７０と比較して低減されていることを示していることがわかる。さらに、清浄化サイクル間の時間は、イオンレンズ２７０の場合、イオンレンズ１７０の場合よりも有意に長い。

故に、フラットイオンレンズ１７０と比較して、円錐部材３２０を備えるイオンレンズ２７０を有するイオンガイドの使用からもたらされる少なくともいくつかの利点が存在し得る。

円錐部材２７０の円錐形状に起因して、開口３３０は、拡散する機会を有する前のイオンガイドの出口領域内（例えば、イオンガイドとフラットイオンレンズ１７０との間）に設置することができ、そのような拡散は、そこを通って通過するイオンビームがイオンガイドから流出するときに必然的に生じる。故に、イオンレンズ２７０は、円錐部材３２０がイオンガイドの出口領域内に設置されると、イオンレンズ１７０よりも効率的にイオンビームをサンプリングすることができる。イオンガイドが、図９および１０におけるように、出口領域において斜角が付けられているとき、開口３３０は、イオンガイドが図６におけるように斜角が付けられていないときよりも、イオンガイド内にさらに深く設置されることができる。

イオンガイドが高圧で動作されるとき、ガス動態は、汚染速度に影響を及ぼし得る。円錐部材３２０は、円錐部材３２０とイオンガイド端との間の滑らかなガス流動を可能にし、流動によって汚染を取り除くことができる（フラットイオンレンズ１７０の表面に衝突することと対照的に）。したがって、汚染粒子が、表面上に堆積する速度は、低減され得る。さらに、イオンガイドが、図９および１０におけるように斜角が付けられているとき、イオンレンズ２７０とイオンガイドとの間に形成されるチャネルを通って流れるガスは、急に方向および速度を変化させることが少なく、故に、イオンレンズ１７０の場合に生じるようなガス流から汚染を妨げ、イオンガイドの出口領域またはイオンレンズ２７０上に沈降させるのではなく、汚染を搬送し続ける。

さらに、イオンガイドの長手軸に沿って投射物として飛行する液滴およびクラスタの堆積は、円錐部材３２０の円錐表面に対してより非効率的になり得る。例えば、円錐部材３２０は、イオンレンズ１７０のフラット表面と比較して、汚染が堆積され得るより大きな表面領域を呈し得る。したがって、イオンレンズ１７０と比較して、汚染被覆が円錐部材２７０上に発生することにより多くの時間を要し得る。

さらに、円錐形状であることに起因して、開口３３０近傍の円錐部材３２０上により少ない汚染が堆積され、イオンガイドの出口領域近傍における汚染イオンの運動の影響を低減させ得る。故に、同一電圧に対する正味電場（帯電に起因して発生させられた）は、より低くなり得る。

加えて、汚染に起因して発生する電場は、イオンガイドの長手軸に沿ってではなく、イオンガイドの長手軸から離れる方向に（すなわち、角度φで）向くであろう。長手軸に沿った方向に向く電場は、長手軸に沿うイオン運動を妨害する一方、長手軸から離れる方向を向く電場は、長手軸近傍のイオンビームの運動に及ぼす影響を低減し得る。

当業者であれば、実施例を実装するためのさらに多くの代替実装例および修正例があること、ならびに前述の実装例および実施例は１つ以上の実装例の例証に過ぎないことがわかるであろう。したがって、範囲は、本明細書に添付される特許請求の範囲によってのみ限定される。

Claims (20)

1. 質量分析計のイオンガイド内の汚染影響を低減するイオンレンズであって、該イオンレンズは、
   所与の半径のオリフィスを備える構造部材であって、該構造部材は、該イオンガイドの出口領域において該イオンレンズを支持する、構造部材と
   該構造部材から延在する円錐部材であって、該円錐部材は、中空であり、所与のテーパ角度と該所与の半径の底面とを備える、円錐部材と
   を備え、
   該底面の周縁は、該オリフィスの周縁に接続され、該円錐部材は、該円錐部材の頂部を通る開口をさらに備え、該開口は、該イオンガイドから該開口を通してイオンを受容する、イオンレンズ。
2. 前記所与の半径および前記所与のテーパ角度は、前記頂部を含む前記円錐部材の少なくとも一部が、前記イオンガイドの前記出口領域内に存在することを可能にする、請求項１に記載のイオンレンズ。
3. 前記オリフィスは、前記構造部材の中心部分に位置し、前記円錐部材は、該中心部分から延在する、請求項１に記載のイオンレンズ。
4. 前記テーパ角度は、１０°と８０°との間、４０°と５０°との間、および４５°のうちの少なくとも１つである、請求項１に記載のイオンレンズ。
5. 前記円錐部材は、円錐、凸状円錐、および凹状円錐のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載のイオンレンズ。
6. 前記円錐部材は、前記イオンガイドの出口領域に相補的であり、該イオンガイドの該出口領域は、該円錐部材と逆の形状を備える、請求項１に記載のイオンレンズ。
7. 前記イオンガイドの前記出口領域は、斜角が付けられている、請求項６に記載のイオンレンズ。
8. 前記構造部材は、前記イオンガイドの端面に相補的であること、平面であること、円筒断面であること、および球断面であることのうちの少なくとも１つである、請求項１に記載のイオンレンズ。
9. 質量分析計であって、
   該質量分析計は、
   イオン源と、
   該イオン源からのイオンを受容する複数のイオンガイドであって、該複数のイオンガイドの各々は、入口領域と、出口領域と、その間にある通路であって、該イオン源からのイオンが通過する通路とを備える、複数のイオンガイドと、
   該複数のイオンガイドのうちの少なくとも１つの端面に位置する少なくとも１つのイオンレンズであって、該少なくとも１つのイオンレンズは、
   所与の半径のオリフィスを備える構造部材であって、該構造部材は、該複数のイオンガイドのうちの少なくとも１つの出口領域において該イオンレンズを支持する、構造部材と、
   該構造部材から延在する円錐部材であって、該円錐部材は、中空であり、所与のテーパ角度と該所与の半径の底面とを備え、該底面の周縁は、該オリフィスの周縁に接続され、該円錐部材は、該円錐部材の頂部を通る開口をさらに備え、該開口は、該複数のイオンガイドのうちの少なくとも１つから、該開口を通してイオンを受容する、円錐部材と
   を備える、少なくとも１つのイオンレンズと
   該イオンを検出する検出器であって、該検出器は、該複数のイオンガイドおよび該少なくとも１つのイオンレンズの後に位置する、検出器と
   を備える、質量分析計。
10. 前記所与の半径および前記所与のテーパ角度は、前記頂部を含む前記円錐部材の少なくとも一部が前記複数のイオンガイドのうちの前記少なくとも１つの前記出口領域内に存在することを可能にする、請求項９に記載の質量分析計。
11. 前記オリフィスは、前記複数のイオンガイドのうちの前記少なくとも１つの中心部分に位置し、前記円錐部材は、該中心部分から延在する、請求項９に記載の質量分析計。
12. 前記テーパ角度は、１０°と８０°との間、４０°と５０°との間、および４５°のうちの少なくとも１つである、請求項９に記載の質量分析計。
13. 前記円錐部材は、円錐、凸状円錐、および凹状円錐のうちの少なくとも１つを備える、請求項９に記載の質量分析計。
14. 前記円錐部材は、前記複数のイオンガイドのうちの前記少なくとも１つの前記出口領域に相補的であり、該イオンガイドの出口領域は、該円錐部材と逆の形状を備える、請求項９に記載の質量分析計。
15. 前記複数のイオンガイドのうちの前記少なくとも１つの前記出口領域は、斜角が付けられている、請求項１４に記載の質量分析計。
16. 前記構造部材は、前記複数のイオンガイドのうちの前記少なくとも１つの端面に相補的であること、平面であること、円筒断面であること、および球断面であることのうちの少なくとも１つである、請求項９に記載の質量分析計。
17. 前記少なくとも１つのイオンレンズの前記開口は、前記複数のイオンガイドのうちの前記少なくとも１つの前記出口領域と整列させられ、前記構造部材は、該複数のイオンガイドのうちの該少なくとも１つの前記端面に実質的に平行である、請求項９に記載の質量分析計。
18. 前記円錐部材および前記出口領域は、少なくとも１つのチャネルを形成し、該少なくとも１つのチャネルは、前記複数のイオンガイドのうちの前記少なくとも１つから流出するガスを自身を通過させる、請求項９に記載の質量分析計。
19. 前記複数のイオンガイドのうちの前記少なくとも１つを囲む外筒をさらに備え、該外筒は、前記ガスが前記少なくとも１つのチャネルに到達するまで該ガスを含有する、請求項１８に記載の質量分析計。
20. 前記円錐部材が前記イオンによって汚染されるとき、結果として生じる電場と前記複数のイオンガイドのうちの前記少なくとも１つの長手軸との角度は、ゼロよりも大きい、請求項９に記載の質量分析計。

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