JP2021524991A - イオン移動度分光計と質量分析計の連結 - Google Patents

Abstract

イオンカルーセルが、第１の表面と、第１の表面に隣接する第２の表面とを含む。第１および第２の表面は、イオン閉じ込め体積を画成する。第２の表面は、第１の経路に沿って配置され、第１の経路上の第１の位置で、第１のイオンパケットを受け取るように構成された第１の内側アレイの電極を含む。第１の内側アレイの電極は、第１のポテンシャル井戸および第２のポテンシャル井戸を含む複数のポテンシャル井戸を生成するように構成される。第１のイオンパケットは、第１の移動度を有する第１のサブパケットのイオンと、第２の移動度を有する第２のサブパケットのイオンとを含み、第２のイオンパケットは、第１の移動度を有する第３のサブパケットのイオンと、第２の移動度を有する第４のサブパケットのイオンとを含む。【選択図】図１

Description

関連出願
本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）に基づき、内容全体を参照によって本明細書に組み入れる２０１８年５月１４日出願の米国特許仮出願第６２／６７１，１２６号の優先権の利益を主張するものである。

イオン移動度分光法（ＩＭＳ）は、気相中のイオンを移動度に基づいて分離および識別する技法である。たとえば、ＩＭＳを用いて、異なる移動度を有する構造異性体および高分子を分離することができる。ＩＭＳは、イオンの混合物に一定のまたは経時変動する電界を印加することに依拠する。この電界の影響下で、より大きい移動度（または、より小さい衝突断面積［ＣＣＳ］）を有するイオンは、より小さい移動度（または、より大きいＣＣＳ）を有するイオンと比較すると、より速く移動する。ＩＭＳデバイスの分離距離（たとえば、ドリフト管内）にわたって電界を印加することによって、イオン混合物からのイオンを移動度に基づいて空間的に分離することができる。異なる移動度を有するイオンは、異なる時間にドリフト管の端部に到達するため（時間的分離）、ドリフト管の端部での検出器による検出時間に基づいて識別することができる。移動度分離の分解能は、分離距離を変化させることによって変動させることができる。

質量分析法（ＭＳ）は、質量電荷比に基づいて化学種の混合物を分離することができる分析技法である。ＭＳは、化学種の混合物をイオン化し、それに続いて電界および／または磁界の存在下でイオン混合物を加速させることを伴う。いくつかの質量分析計では、同じ質量電荷比を有するイオンは同じ偏向を受ける。異なる質量電荷比を有するイオンは、異なる偏向を受ける可能性があり、検出器による空間的な検出位置に基づいて識別することができる（たとえば、電子増倍管）。

ＩＭＳとＭＳを組み合わせることで、メタボロミクス、グライコミクス、およびプロテオミクスを含む広範囲の応用例で使用することができるＩＭＳ−ＭＳスペクトルを生成することができる。ＩＭＳ−ＭＳイオン分離は、イオン移動度分光計を質量分析計に連結することによって実行することができる。たとえば、イオン移動度分光計はまず、移動度に基づいてイオンを分離することができる。異なる移動度を有するイオンは、異なる時間に質量分析計に到達することができ、次いで質量電荷比に基づいて分離される。ＩＭ分光計の一例は、最小のイオン損失を有するＩＭＳスペクトルを生成することができる無損失イオン操作のための構造（ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｆｏｒ ｌｏｓｓｌｅｓｓ ｉｏｎ ｍａｎｉｐｕｌａｔｉｏｎｓ）（ＳＬＩＭ）のデバイスである。

概して、本開示の実施形態は、イオン移動度分光計を質量分析計に連結するシステムおよび対応する方法を提供する。

イオンカルーセルが、第１の表面と、第１の表面に隣接する第２の表面とを含む。第１および第２の表面は、イオン閉じ込め体積を画成する。第２の表面は、第１の経路に沿って配置され、第１の経路上の第１の位置で、第１のイオンパケットを受け取るように構成された第１の内側アレイの電極を含む。第１の内側アレイの電極は、第１の経路上を第１の方向に沿って進行するように構成された複数のポテンシャル井戸を生成するように構成される。複数のポテンシャル井戸は、第１のポテンシャル井戸および第２のポテンシャル井戸を含む。第１のイオンパケットは、第１の移動度を有する第１のサブパケットのイオンと、第２の移動度を有する第２のサブパケットのイオンとを含み、第２のイオンパケットは、第１の移動度を有する第３のサブパケットのイオンと、第２の移動度を有する第４のサブパケットのイオンとを含む。第１のポテンシャル井戸は、第１のサブパケットのイオンおよび第３のサブパケットのイオンを受け取るように構成され、第２のポテンシャル井戸は、第２のサブパケットのイオンおよび第４のサブパケットのイオンを受け取るように構成される。第２の表面は、第１のポテンシャル井戸および第２のポテンシャル井戸のうちの１つまたはそれ以上でイオンカルーセルからイオンを選択的に排出するように構成された出力スイッチをさらに含む。

一実装形態では、出力スイッチは、第１の経路に沿って第２の位置の近位にある。出力スイッチは、第１の排出周期中に第１の排出電位を生成するように構成される。第１の排出電位は、第２の位置でイオンカルーセルからイオンを駆動するように構成される。出力スイッチは、第１の閉じ込め周期中に第１の閉じ込め電位を生成するようにさらに構成される。第１の閉じ込め電位は、イオンカルーセル内のイオンが第２の位置でイオンカルーセルを退出することを防止するように構成される。別の実装形態では、出力スイッチは、第１の排出周期を第２の位置への第１のポテンシャル井戸の第１の到達時間に同期させることによって、第１のポテンシャル井戸内のイオンをイオンカルーセルから選択的に伝達するように構成される。さらに別の実装形態では、出力スイッチは、第２の排出周期中に第２の排出電位を生成するように構成される。第２の排出電位は、第２の位置でイオンカルーセルからイオンを駆動するように構成される。

一実装形態では、出力スイッチは、第２の排出周期を第２の位置への第２のポテンシャル井戸の第２の到達時間に同期させることによって、第２のポテンシャル井戸内のイオンをイオンカルーセルから選択的に伝達するように構成される。別の実装形態では、出力スイッチは、第１の閉じ込め周期を第２の位置への第２のポテンシャル井戸の第２の到達時間に同期させることによって、第２のポテンシャル井戸内のイオンがイオンカルーセルを退出することを防止するように構成される。さらに別の実装形態では、第１のイオンパケットは、第３の移動度を有する第５のサブパケットのイオンを含み、第２のイオンパケットは、第３の移動度を有する第６のサブパケットのイオンを含む。複数のポテンシャル井戸は、第５のサブパケットおよび第６のサブパケットを受け取るように構成された第３のポテンシャル井戸を含む。

一実装形態では、出力スイッチは、第２の排出周期を第２の位置への第３のポテンシャル井戸の第３の到達時間に同期させることによって、第３のポテンシャル井戸内のイオンをイオンカルーセルから選択的に伝達するように構成される。別の実装形態では、第１の内側アレイの電極は、第２のポテンシャル井戸の第１の進行方向を逆にし、第２のポテンシャル井戸を第２の位置へ誘導するように構成される。さらに別の実装形態では、出力スイッチは、第３の排出周期を第２の位置への第２のポテンシャル井戸の第４の到達時間に同期させることによって、第２のポテンシャル井戸内のイオンをイオンカルーセルから選択的に伝達するように構成される。出力スイッチは、第３の排出周期中に第３の排出電位を生成するように構成され、第３の排出電位は、第２の位置で第２のポテンシャル井戸からイオンを駆動するように構成される。

一実装形態では、イオンカルーセルは、コントローラをさらに含む。コントローラは、それぞれ第１の排出周期および第１の閉じ込め周期中に第１の排出電圧および第１の閉じ込め電圧を出力スイッチに印加するように構成されたＤＣ制御回路を含む。コントローラは、第２の排出周期中に第２の排出電圧を出力スイッチに印加するようにさらに構成される。別の実装形態では、コントローラは、第１のＤＣ制御回路に通信可能に連結されたマスタ制御回路を含む。マスタ制御回路は、第１の排出周期、第１の閉じ込め周期、および第２の排出周期のうちの１つまたはそれ以上を決定するように構成される。マスタ制御回路はまた、第１の制御信号をＤＣ制御スイッチに提供するように構成される。ＤＣ制御スイッチは、第１の排出周期中の第１の排出電圧、第１の閉じ込め周期中の第１の閉じ込め電圧、および第２の排出周期中の第２の排出電圧のうちの１つまたはそれ以上を生成するように構成される。

一実装形態では、第１のポテンシャル井戸、第２のポテンシャル井戸、および第３のポテンシャル井戸内のイオンは、第２の位置で第１のイオン操作デバイス（ｉｏｎ ｍａｎｉｐｕｌａｔｉｏｎ ｄｅｖｉｃｅ）へ伝達される。第１のイオン操作デバイスの第１の端部は、イオンカルーセルに連結され、第１のイオン操作デバイスの第２の端部は、質量分析計（またはイオン検出器）に連結される。別の実装形態では、イオンカルーセルは、第１の電極および第２の電極を含む第２のアレイの電極をさらに含む。第１の内側アレイの電極は、第１の電極と第２の電極との間に位置する。さらに別の実装形態では、第１の電極および第２の電極は、１つまたはそれ以上のＲＦ電圧を受け取り、イオン閉じ込め体積内のイオンが第２の表面に接近することを抑制するように構成された擬ポテンシャルを生成するように構成される。

イオンカルーセルが、第１の表面と、第１の表面に隣接する第２の表面とを含む。第１および第２の表面は、イオン閉じ込め体積を画成する。第２の表面は、第１の経路に沿って配置され、第１の経路上の第１の位置で、第１の移動度を有する第１のサブパケットのイオンを含む第１のイオンパケットを受け取るように構成された第１の内側アレイの電極を含む。第１の内側アレイの電極は、第１のサブパケットを受け取るように構成された第１のポテンシャル井戸を生成し、第１のサブパケットが受け取られた後に第２のサブパケットを受け取るように構成された第２のポテンシャル井戸を生成し、第２のサブパケットが受け取られた後に第３のサブパケットを受け取るように構成された第３のポテンシャル井戸を生成するように構成される。第１、第２、および第３のポテンシャル井戸は、第１の経路上を第１の方向に沿って進行するように構成される。第２の表面は、第１の経路に沿って第２の位置の近位に出力スイッチをさらに含む。出力スイッチは、第１の排出周期中に、第１のポテンシャル井戸内のイオンを排出するように構成された第１の排出電位を生成するように構成される。出力スイッチはまた、第１の排出周期後の第１の閉じ込め周期中に、第２のポテンシャル井戸内のイオンがイオンカルーセルを退出することを防止するように構成された第１の閉じ込め電位を生成するように構成される。出力スイッチは、第１の閉じ込め周期後の第２の排出周期中に、第３のポテンシャル井戸内のイオンを排出するように構成された第２の排出電位を生成するようにさらに構成される。

一実装形態では、出力スイッチは、第１の排出周期を第２の位置への第１のポテンシャル井戸の第１の到達時間に同期させることによって、第１のポテンシャル井戸内のイオンをイオンカルーセルから伝達するように構成される。別の実装形態では、出力スイッチは、第１の閉じ込め周期を第２の位置への第２のポテンシャル井戸の第２の到達時間に同期させることによって、第２のポテンシャル井戸内のイオンがイオンカルーセルを退出することを防止するように構成される。さらに別の実装形態では、出力スイッチは、第２の排出周期を第２の位置への第３のポテンシャル井戸の第３の到達時間に同期させることによって、第３のポテンシャル井戸内のイオンをイオンカルーセルから伝達するように構成される。

一実装形態では、第１の内側アレイの電極は、第２のポテンシャル井戸の第１の進行方向を逆にし、第２のポテンシャル井戸を第２の位置へ誘導するように構成される。別の実装形態では、出力スイッチは、第３の排出周期を第２の位置への第２のポテンシャル井戸の第４の到達時間に同期させることによって、第２のポテンシャル井戸内のイオンをイオンカルーセルから選択的に伝達するように構成される。

一実装形態では、イオンカルーセルが、第１の平坦面と、第２の平坦面と、第１の経路に沿って配置され、第１および第２の平坦面に連結された第１の内側アレイの電極とを含むことができる。第１の内側アレイの電極は、第１のイオンパケットと、第１のイオンパケットから分離時間だけ時間的に分離された第２のイオンパケットとを受け取るように構成される。第１の内側アレイの電極は、第１の経路に沿って進行するように構成された複数のポテンシャル井戸を生成するように構成される。複数のポテンシャル井戸は、第１のポテンシャル井戸および第２のポテンシャル井戸を含む。第１のイオンパケットは、第１の移動度を有する第１のサブパケットのイオンと、第２の移動度を有する第２のサブパケットのイオンとを含み、第２のイオンパケットは、第１の移動度を有する第３のサブパケットのイオンと、第２の移動度を有する第４のサブパケットのイオンとを含む。第１のポテンシャル井戸は、第１のサブパケットのイオンおよび第３のサブパケットのイオンを受け取るように構成され、第２のポテンシャル井戸は、第２のサブパケットのイオンおよび第４のサブパケットのイオンを受け取るように構成される。蓄積デバイスはまた、内側アレイの電極に連結され、第１のポテンシャル井戸および第２のポテンシャル井戸内のイオンをイオンカルーセルから排出するように構成された出力スイッチを含むことができる。

一実装形態では、出力スイッチは、第１の平坦面および第２の平坦面に連結された複数の電極を含む。複数の電極は、排出電圧を受け取り、排出電位を生成するように構成される。排出電位は、第１の排出周期中に第１のポテンシャル井戸内のイオンを質量分析システムへ駆動するように構成される。排出電位は、第２の排出周期中に第２のポテンシャル井戸内のイオンを質量分析システムへ駆動するように構成される。

別の実装形態では、出力スイッチの複数の電極は、閉じ込め電圧を受け取り、閉じ込め電位を生成するように構成される。閉じ込め電位は、排出されたイオンパケットの質量分析計走査周期中に複数のポテンシャル井戸内のイオンが質量分析システムに入ることを防止するように構成される。

一実装形態では、質量分析システムは、出力スイッチに連結された第１のイオン操作デバイスと、イオン操作デバイスに連結された質量分析計とを含む。第１のイオン操作デバイスは、第１のポテンシャル井戸内のイオンおよび第２のポテンシャル井戸内のイオンを質量分析計へ案内するように構成される。

一実装形態では、第１のイオン操作デバイスは、第１および第２の平坦面に連結され、第２の経路に沿って配置された第２の内側アレイの電極を含む。第２の内側アレイの電極は、第２の擬ポテンシャルを生成する第２のＲＦ電圧を受け取り、第３のＤＣ電位を生成する第３のＤＣ電圧を受け取るように構成される。生成された第２の擬ポテンシャルは、第１および第２のポテンシャル井戸内のイオンが第１および第２の平坦面に接近することを抑制する。第３のＤＣ電圧は、第１および第２のポテンシャル井戸内のイオンを第２の経路に沿って案内するように構成される。別の実装形態では、第２の経路は、質量分析計の方へ誘導される。

一実装形態では、第１のイオンパケットは、第３の移動度を有する第５のサブパケットのイオンを含み、第２のイオンパケットは、第３の移動度を有する第６のサブパケットのイオンを含む。複数のポテンシャル井戸は、第５のサブパケットおよび第６のサブパケットを受け取るように構成された第３のポテンシャル井戸を含む。別の実装形態では、出力スイッチは、第１の排出周期中に第３のポテンシャル井戸内のイオンを排出するように構成される。さらに別の実装形態では、第１の経路は閉ループである。

一実装形態では、複数のポテンシャル井戸は、サーフィン時間（ｓｕｒｆｉｎｇ ｔｉｍｅ）内に閉ループの長さを横切るように構成される。サーフィン時間は、分離時間に実質上類似している。別の実装形態では、第１の内側アレイの電極は、第１の経路に沿って分割される。さらに別の実装形態では、第１の内側アレイの電極は、イオンが第１の平坦面および第２の平坦面のいずれかに接近することを抑制する擬ポテンシャルを生成する第１のＲＦ電圧を受け取るように構成される。第１の内側アレイの電極は、複数のポテンシャル井戸を生成する第１のＤＣ電圧を受け取るように構成される。

一実装形態では、第１の内側アレイの電極のうちの第１の内側電極によって受け取られたＲＦ電圧が、第１の内側アレイの電極のうちの第２の内側電極によって受け取られたＲＦ電圧から位相偏移される。第１の内側電極および第２の内側電極は、隣接して位置する。別の実装形態では、蓄積デバイスは、第１および第２の平坦面に連結された外側アレイの電極をさらに含む。外側アレイの電極は、第１の内側アレイの電極にわたって横方向にイオンを閉じ込めるように構成された電位を生成する第２のＤＣ電圧を受け取るように構成される。横方向は、第１の経路に対して横断方向である。

一実装形態では、外側アレイの電極は、第１の外側アレイの電極および第２の外側アレイの電極を含む。第１の外側アレイの電極は、第１の内側アレイの電極の第１の側に位置し、第２の外側アレイの電極は、第１の内側アレイの電極の第２の側に位置する。別の実装形態では、閉経路は、矩形および円形のうちの１つである。別の実装形態では、イオンカルーセルは、蓄積周期中に第１のイオンパケットおよび第２のイオンパケットを第１の内側アレイの電極へ誘導するように構成された入力スイッチをさらに含む。

一実装形態では、方法が、第１のイオンパケットをイオンカルーセル内へ注入することを含む。第１のイオンパケットは、第１の移動度を有する第１のサブパケットのイオンと、第２の移動度を有する第２のサブパケットのイオンとを含む。この方法はまた、第２のイオンパケットをイオンカルーセル内へ注入することを含む。第２のイオンパケットは、第１の移動度を有する第３のサブパケットのイオンと、第２の移動度を有する第４のサブパケットのイオンとを含む。第２のイオンパケットは、第１のイオンパケットから分離時間だけ分離される。この方法はまた、ＤＣ電圧および／または進行ＡＣ電圧をイオンカルーセルの内側アレイの電極に印加して、第１のポテンシャル井戸および第２のポテンシャル井戸を含む複数のポテンシャル井戸を生成することを含み、内側アレイの電極は、第１の経路に沿って配置される。第１のポテンシャル井戸および第２のポテンシャル井戸は、第１の経路に沿って進行するように構成される。第１のサブパケットのイオンおよび第３のサブパケットのイオンは、第１のポテンシャル井戸内に注入され、第２のサブパケットのイオンおよび第４のサブパケットのイオンは、第２のポテンシャル井戸内に注入される。

別の実装形態では、この方法は、排出電圧を出力スイッチに印加して、排出電位を生成することを含む。出力スイッチは、内側アレイの電極に連結することができる。排出電位は、第１の排出周期中に第１のポテンシャル井戸内のイオンを質量分析システムへ駆動するように構成される。排出電位は、第２の排出周期中に第２のポテンシャル井戸内のイオンを質量分析システムへ駆動するように構成される。さらに別の実装形態では、この方法は、閉じ込め電圧を出力スイッチに印加して、閉じ込め電位を生成することをさらに含み、閉じ込め電位は、排出されたイオンパケットの質量分析計走査周期中に複数のポテンシャル井戸内のイオンが質量分析システムに入ることを防止するように構成される。

上記その他の構成は、添付の図面に関連する以下の詳細な説明からより容易に理解されよう。

ＳＬＩＭデバイスおよび質量分析計の走査速度に依存しない例示的なＳＬＩＭデバイス−質量分析計（ＳＬＩＭ−ＭＳ）の連結の概略図である。 例示的な入力ＳＬＩＭデバイスおよび例示的な出力ＳＬＩＭデバイスに連結された例示的なイオンカルーセルの上面断面図である。 例示的なＳＬＩＭデバイスの断面図である。 別の例示的なＳＬＩＭデバイスの断面図である。 例示的なイオンカルーセルの断面図である。 図４の蓄積デバイス内で進行する波形内のイオンの例示的な移動度に基づく蓄積の概略図である。 図４の蓄積デバイス内で進行する波形内のイオンの例示的な移動度に基づく蓄積の概略図である。 図４の蓄積デバイス内から出力ＳＬＩＭデバイスへのイオンの例示的な移動度に基づく排出の概略図である。 図８Ａ〜図８Ｅは、様々なポテンシャル井戸内の異なる移動度のイオンの解放時間の例示的な再分類を示す図である。 図８−１の続き。 図８−２の続き。 図９Ａは、入力ＳＬＩＭデバイスからイオンカルーセルへの図８Ａのイオンパケットの到達時間を示す図である。図９Ｂは、イオンカルーセルから入力ＳＬＩＭデバイスへの図８Ａのイオンパケットの排出を示す図である。

本明細書に開示するシステム、デバイス、および方法の構造、機能、製造、および使用の原理の全体的な理解を提供するために、特定の例示的な実施形態について次に説明する。

イオン移動度分光法と質量分析法の連結（ＩＭＳ−ＭＳ連結）は、イオン移動度および質量電荷比の両方に基づくイオンの分離を可能にすることができる。移動度および質量電荷比の両方に基づいてイオンを分離することで、複雑な生物学的混合物の特性評価を可能にすることができる。ＩＭＳ−ＭＳ連結は、ＩＭＳ−ＭＳスペクトルを生じさせることができる。ＩＭＳ−ＭＳスペクトルは、２次元のグラフによって表すことができ、第１の軸が、移動度に基づく分離を表し、第２の軸が、質量電荷比に基づく分離を表す。無損失イオン操作のための構造（ＳＬＩＭ）などのＩＭ分光計は、短い走査時間（たとえば、数ミリ秒程度の走査時間）を有することができる。言い換えれば、ＳＬＩＭデバイスは、イオン混合物のイオン移動度分離（たとえば、イオン化源から）を実行し、短い時間（たとえば、数ミリ秒）内でイオンパケットを生成することができる。イオンパケットは、時間的に分離された異なる移動度のイオンを有する複数のイオンサブパケットを含むことができる。たとえば、隣接するイオンサブパケット間の分離は、ミリ秒の範囲内とすることができる。他方では、質量分析計は、長い走査時間を有する可能性がある。たとえば、４重極質量分析計は、質量電荷比に基づいてイオンを分離するのに数ミリ秒を要する可能性がある。

ＳＬＩＭデバイスと質量分析計との間の走査時間の不整合は、ＩＭＳ−ＭＳデバイスのイオン分離の分解能に影響を及ぼす可能性がある。たとえば、隣接するイオンサブパケット間の時間的分離より大きい走査時間を有する質量分析計は、隣接するイオンサブパケットの質量電荷スペクトルを分解することができない可能性がある。飛行時間（ＴＯＦ）分析計などの質量分析計は、より短い走査時間（たとえば、マイクロ秒の範囲内）を有することができる。しかし、ＴＯＦ分析計は、ＳＬＩＭデバイスからのいくつかのイオンパケットの測定を繰り返す必要があることがある。たとえば、これは、複数のイオンパケットの質量およびイオン移動度スペクトルを加算（「共加算」と呼ばれる）して許容できる信号対雑音比を実現するために必要とされることがある。しかし、質量およびイオン移動度スペクトルの加算は、慎重に同期させる必要がある。たとえば、類似の移動度を有するイオンサブパケットの質量スペクトルが加算されることが望ましい。たとえば異なる時間にＴＯＦ分析計に到達する多数のイオンサブパケットの質量スペクトルを加算する必要があるとき、これは困難な可能性がある。加えて、複数のイオンサブパケットの質量スペクトルの加算には、ＴＯＦ内にデジタイザを必要とする可能性があり、これはＴＯＦのコストおよび複雑さを増大させ、ＴＯＦの効率を減少させる可能性がある。

したがって、異なる走査速度を有する質量分析計にＳＬＩＭデバイスを連結するシステムおよび方法を開発することが望ましい。本出願に記載する主題は、ＳＬＩＭデバイスと質量分析計との間の連係を担うことができるイオンカルーセルを提供する。イオンカルーセルは、入力ＳＬＩＭデバイスからイオンパケットを受け取り、類似の移動度を有するイオンサブパケットを所与のポテンシャル井戸に入れることができる。イオンカルーセルは、類似の移動度のイオンを質量分析計内へ選択的に排出することができる。さらに、質量分析計の走査速度に基づいて、異なる移動度のイオンの排出間の時間的分離を決定することができる。これにより、異なる移動度の質量スペクトルの重複を防止することができる。加えて、質量分析計への排出前に蓄積デバイス内で複数のイオンパケットを加算することで、改善された信号対雑音比のために質量スペクトルを加算する必要をなくすことができる。

図１は、例示的な連結式ＳＬＩＭデバイス−質量分析計（ＳＬＩＭ−ＭＳ）１００の概略図である。連結式ＳＬＩＭ−ＭＳ１００は、イオン（たとえば、様々な移動度および質量電荷比を有するイオン）を生成し、それらのイオンを入力ＳＬＩＭデバイス１０４内へ注入することができるイオン化源１０２を含む。これは、複数の時間インスタンスで（たとえば、周期的に）行うことができる。イオン分離イベント中、入力ＳＬＩＭデバイス１０４は、イオン化源１０２からイオンを受け取り、イオンパケットを生成することができ、イオンパケット内で、イオンは移動度に基づいて複数のイオンサブパケットに（たとえば、時間的および空間的に）分離されている。いくつかの実装形態では、イオンファネルトラップを使用して、イオンパケットを生成することができる。

入力ＳＬＩＭデバイス１０４は、蓄積周期中にイオンパケットをイオンカルーセル１０６内へ注入することができる。たとえば、異なる移動度を有するイオンサブパケットは、異なる時間にイオンカルーセル１０６に到達することができる。イオンカルーセル１０６は、イオンがイオンカルーセル１０６の表面に接近することを抑制することができる擬ポテンシャルを生成し、ポテンシャル井戸を含む進行波形を生成することができる（たとえば、ＲＦおよび／またはＡＣおよび／またはＤＣ電圧のうちの１つまたはそれ以上をイオンカルーセル内の電極に印加することによる）。進行波形は、類似の移動度（たとえば、所与の移動度範囲内の移動度）を有する異なるイオンパケットからのイオンサブパケットが１つまたはそれ以上の所定のポテンシャル井戸内へ注入されるように、イオンカルーセル内で移動するように構成することができる。ポテンシャル井戸は、１つのポテンシャル井戸から隣接するポテンシャル井戸へのイオンの拡散を防止することができる。これにより、イオンカルーセル１０６内で異なる移動度のイオンが混合することを防止することができる。

排出周期中、イオンカルーセル１０６内の波形の１つまたはそれ以上のポテンシャル井戸内で捕捉されたイオンは、出力ＳＬＩＭデバイス１０８内へ排出される。イオンは、移動度に基づいて異なる時間に排出することができる。たとえば、１つまたはそれ以上のポテンシャル井戸（たとえば、隣接するポテンシャル井戸）内で捕捉された望ましい範囲の移動度を有するイオンは、出力ＳＬＩＭデバイス１０８内へ解放することができる。出力ＳＬＩＭデバイス１０８は、解放されたイオンを質量分析計１１０へ案内することができ、質量分析計１１０は、質量スペクトルを検出することができる。出力ＳＬＩＭデバイス１０８内への連続するイオン排出間の解放時間間隔は、質量分析計１１０の走査速度に基づいて決定することができる。たとえば、解放時間間隔は、質量分析計が質量スペクトルを測定するために要する時間より長くなるように選択することができる。これにより、連続するイオン排出の質量スペクトル間の重複を防止することができる。

コントローラ１５０は、イオン化源１０２、入力ＳＬＩＭデバイス１０４、イオンカルーセル１０６、出力ＳＬＩＭデバイス１０８、および質量分析計１１０の動作を制御することができる。コントローラ１５０は、イオン分離イベント（たとえば、蓄積時間、イオン化源１０２による入力ＳＬＩＭデバイス１０４内へのイオンの注入速度、入力ＳＬＩＭデバイス１０４の動作など）を制御することができる。コントローラ１５０はまた、イオンカルーセル１０６内の電位波形の特性および運動を制御することができる。たとえば、コントローラ１５０は、イオンサブパケットの（イオン分離イベントからの）到達時間を、イオンカルーセル１０６内でそのイオンサブパケットを受け取るように指定されたポテンシャル井戸の軌道に同期させることができる。コントローラ１５０はまた、イオンカルーセル１０６内の波形のポテンシャル井戸内で捕捉されたイオンの排出を制御することができる。たとえば、コントローラ１５０は、イオンカルーセル内の出力スイッチを制御することができ、出力スイッチは、イオンカルーセル１０６内でイオンを閉じ込めるように、閉じ込め状態に起動することができる。出力スイッチは、イオンカルーセル１０６内の電位波形内で捕捉されたイオンを出力ＳＬＩＭデバイス１０８へ排出するように、排出状態に起動することができる。コントローラ１５０はまた、排出状態の持続時間を（たとえば、ＩＭＳ−ＭＳスペクトルの所望のイオン移動度分解能に基づいて）決定することができる。さらに、コントローラは、連続するイオン排出間の遅延時間を決定することができる。コントローラ１５０は、たとえば質量分析計１１０の走査速度、イオンの質量、イオンの電荷などに基づいて、遅延時間を決定することができる。コントローラ１５０は、連結式ＳＬＩＭデバイス−質量分析計（ＳＬＩＭ−ＭＳ）１００にわたって分散された複数のコントローラモジュールを含むことができる。

コントローラ１５０は、連結式ＳＬＩＭ−ＭＳ１００内の電極を駆動する様々な電圧（または電流）信号を生成する複数の電源モジュール（たとえば、電流／電圧供給回路）を含むことができる。たとえば、コントローラ１５０は、ＲＦ電圧信号を生成するＲＦ制御回路、進行波電圧信号を生成する進行波制御回路、ＤＣ電圧信号を生成するＤＣ制御回路などを含むことができる。ＲＦ電圧信号、進行波電圧信号、ＤＣ電圧信号は、入力ＳＬＩＭデバイス１０４、イオンカルーセル１０６、出力ＳＬＩＭデバイス１０８、および様々な入出力スイッチ内の電極に印加することができる。コントローラ１５０はまた、ＲＦ／進行波／ＤＣ制御回路の動作を制御することができるマスタ制御回路を含むことができる。たとえば、マスタ制御回路は、連結式ＳＬＩＭ−ＭＳ１００の望ましい動作を実現するように、ＲＦ／進行波／ＤＣ制御回路によって生成された電圧（または電流）信号の振幅および／または位相を制御することができる。

いくつかの実装形態では、連結式ＳＬＩＭ−ＭＳ１００の１つまたはそれ以上の構成要素（たとえば、入力ＳＬＩＭデバイス１０４、イオンカルーセル１０６、出力ＳＬＩＭデバイス１０８など）は、進行電位波形（たとえば、連結式ＳＬＩＭ−ＭＳ１００の構成要素内の複数の電極によって生成される電位から得られる）を生成することができる。電位波形は、たとえば電極に印加される電圧信号の周波数に基づいて、所定の速度で進行することができる。いくつかの実装形態では、電位波形の速度は、移動度に基づく分離を行うか否かを決定することができる。たとえば、イオンカルーセル１０６内の電位波形の速度は、最も低い移動度を有するイオンに関連する速度を下回る値に設定することができる。これにより、イオン移動度分離を防止することができ、この進行波形は、イオンの輸送（たとえば、別個のポテンシャル井戸内）に使用することができる。追加または別法として、入力ＳＬＩＭデバイス１０４（または出力ＳＬＩＭデバイス１０８）内の電位波形の速度は、上述した例より大きい値に設定することができる。この結果、移動度に基づく分離（たとえば、入力ＳＬＩＭデバイス１０４内）を行うことができる。

いくつかの実装形態では、進行電位波形は、空間的周期性を有することができ、空間的周期性は、隣接する電極対に印加される電圧信号間の位相差に依存することができる。いくつかの実装形態では、位相差は、電位波形の伝播方向を決定することができる。マスタ制御回路は、進行電位波形が望ましい（たとえば、所定の）空間的周期性および／または速度を有するように、ＲＦ／進行波制御回路の電圧出力の周波数および／または位相を制御することができる。

いくつかの実装形態では、コントローラ１５０は、コンピューティングデバイス１６０に通信可能に連結することができる。たとえば、コンピューティングデバイス１６０は、マスタ制御回路への制御信号を介して、連結式ＳＬＩＭ−ＭＳ１００の動作パラメータを提供することができる。いくつかの実装形態では、使用者は、コンピューティングデバイス１６０に動作パラメータを（たとえば、ユーザインターフェースを介して）提供することができる。制御信号を介して受け取った動作パラメータに基づいて、マスタ制御回路は、ＲＦ／ＡＣ／ＤＣ制御回路の動作を制御することができ、ＲＦ／ＡＣ／ＤＣ制御回路は、連結式ＳＬＩＭ−ＭＳ１００の動作を決定することができる。いくつかの実装形態では、ＲＦ／ＡＣ／ＤＣ制御回路は、連結式ＳＬＩＭ−ＭＳ１００にわたって物理的に分散させることができる。たとえば、ＲＦ／ＡＣ／ＤＣ制御回路のうちの１つまたはそれ以上が連結式ＳＬＩＭ−ＭＳ１００上に位置することができる。コントローラ１５０は、電源１７０（たとえば、コントローラ１５０へＤＣ電圧を提供するＤＣ電源）から電力を受け取ることができる。様々なＲＦ／ＡＣ／ＤＣ制御回路は、電源１７０からの電力に基づいて動作することができる。

図２は、入力ＳＬＩＭデバイス２０４および出力ＳＬＩＭデバイス２０８に連結された例示的なイオンカルーセル２０６の上面断面図である。イオンカルーセル２０６は、入力ＳＬＩＭデバイス２０４からイオンを受け取り、質量分析計による検出のために出力ＳＬＩＭデバイス２０８内へイオンを排出するように構成される。図２に示すように、イオンカルーセル２０６、入力ＳＬＩＭデバイス２０４、および出力ＳＬＩＭデバイス２０８は、電圧源から電圧信号を受け取り、イオンを操作することができる電位を生成する電極のアレイを含む。たとえば、入力ＳＬＩＭデバイス２０４内の電極によって生成される電位は、イオン化源（たとえば、イオン化源１０２）からの混合気体に対してイオン移動度分離を実行し、移動度分離から得られたイオンパケットを入力経路２２０に沿ってイオンカルーセル２０６へ案内することができる。イオンカルーセル２０６内の電極は、閉経路２２２に沿って進行するように構成することができる電位波形を生成することができる。進行ポテンシャル井戸は、入力ＳＬＩＭデバイス２０４からのイオンを捕捉し、それらのイオンを閉経路２２２に沿って輸送することができる。出力ＳＬＩＭデバイス２０８は、イオンカルーセル２０６から排出されたイオンを出力経路２２４に沿って質量分析計へ誘導することができる

イオンカルーセル２０６は、入力スイッチ２１２および出力スイッチ２１４を含むことができる。入力スイッチ２１２は、入力ＳＬＩＭデバイス２０４からイオンカルーセル２０６内へのイオンの注入を調節することができる。入力スイッチ２１２は、電圧信号を（たとえば、コントローラ１５０内のＤＣ制御回路から）受け取り、入力ＳＬＩＭデバイス２０４内のイオンパケットがイオンカルーセル２０６に入ることを防止することができる入力スイッチング電位（ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）（スイッチオン状態）を生成することができる複数の電極を含むことができる。蓄積周期中、入力スイッチ２１２は、入力ＳＬＩＭデバイス２０４からのイオンパケットがイオンカルーセル２０６に入ることを可能にすることができる（スイッチオフ状態）。一実装形態では、入力スイッチは、イオンパケットをイオンカルーセル２０６内へ押し込むことができる第２の入力スイッチング電位を生成することができる。

出力スイッチ２１４は、イオンカルーセル２０６から出力ＳＬＩＭデバイス２０８へのイオンの排出を調節することができる。出力スイッチ２１４は、電圧信号を（たとえば、コントローラ１５０内のＤＣ制御回路から）受け取り、イオンカルーセル２０６内のイオンパケットが出力ＳＬＩＭデバイス２０８に入ることを防止することができる出力スイッチング電位（出力スイッチ２１４の閉じ込め状態）を生成することができる複数の電極を含むことができる。排出周期中、出力スイッチ２１４は、イオンカルーセルのポテンシャル井戸内で捕捉されたイオンを出力ＳＬＩＭデバイス２０８内へ誘導して質量分析計に入れることができる（出力スイッチ２１４の排出状態）。出力スイッチは、ポテンシャル井戸内で捕捉されたイオンを出力ＳＬＩＭデバイス２０８内へ押し込むことができる第２の出力スイッチング電位を生成することができる。

イオンカルーセル２０６、入力ＳＬＩＭデバイス２０４、出力ＳＬＩＭデバイス２０８、入力スイッチ２１２、および出力スイッチ２１４の各々は、図２に示す表面からｚ方向に沿って変位した第２の表面（たとえば、ｘｙ平面に平行）を含む。イオンの移動（たとえば、入力ＳＬＩＭデバイス２０４からイオンカルーセル２０６へ、イオンカルーセル２０６から出力ＳＬＩＭデバイス２０８へ）は、２つの表面間に閉じ込められる。いくつかの実装形態では、イオンカルーセル２０６、入力ＳＬＩＭデバイス２０４、出力ＳＬＩＭデバイス２０８、入力スイッチ２１２、および出力スイッチ２１４は、複数の表面対を含むことができる。

図３Ａは、第１の表面または第２の表面（たとえば、ｘｙ平面に平行であり、図３Ａに示す表面からｚ方向に沿って変位している）上に位置する例示的な電極配置３００の断面図である。連結式ＳＬＩＭ−ＭＳ２００の様々な構成要素（たとえば、イオンカルーセル２０６、入力ＳＬＩＭデバイス２０４、出力ＳＬＩＭデバイス２０８の表面など）は、電極配置３００を含むことができる。電極配置３００は、第１および／または第２の表面の両方に連結され、長手方向軸３０６に沿って配置された内側アレイの電極３０２を含む。内側アレイの電極３０２は、ＲＦ電圧を受け取り、イオンが第１（または第２）の表面に接近することを抑制する擬ポテンシャルを生成するように構成される。内側アレイの電極のうちの隣接する電極に印加されるＲＦ電圧は、位相偏移させることができる（たとえば、４５度、９０度、１３５度、１８０度など）。擬ポテンシャルは、ｚ方向に第１および第２の表面間にイオンを閉じ込めることができる。内側アレイの電極３０２は、ＤＣ電圧を受け取り、移動度に基づいてイオンを分離することができる進行ＤＣまたはＡＣ電位をｘ軸（長手方向軸３０６）に沿って生成することができる。たとえば、電極配置３００は、イオンの混合物を（たとえば、イオン化源から第１の端部３１６で）受け取り、移動度に基づいてイオンが分離されたイオンパケットを（たとえば、第２の端部３１８で）生じさせることができる。電極配置３００はまた、第２のＤＣ電圧を受け取り、ｙ軸（横方向）に沿って閉じ込め電位を生成することができる外側電極３０４および３０５を含む。閉じ込め電位は、内側アレイの電極３０２にわたってイオンが横方向に逃げることを防止することができる。

第１のＤＣ電圧、第２のＤＣ電圧、およびＲＦ電圧の印加は、コントローラ（たとえば、コントローラ１５０）によって制御することができる。たとえば、上述した電圧は、１つまたはそれ以上の電圧源によって生じさせることができる。コントローラはまた、これらの電圧源の動作パラメータ（たとえば、電圧の振幅、ＲＦ電圧の周波数、第１のＤＣ電圧の進行速度など）を制御することができる。

図３Ｂは、別の例示的な電極配置３５０の断面図である。連結式ＳＬＩＭ−ＭＳ２００の様々な構成要素（たとえば、イオンカルーセル２０６、入力ＳＬＩＭデバイス２０４、出力ＳＬＩＭデバイス２０８の表面など）は、電極配置３５０を含むことができる。電極配置３５０は、進行波（ＴＷ）ＳＬＩＭデバイスとすることができ、ＤＣ電圧を受け取ることができる第１の外側アレイの電極３１０（ガード電極３１０とも呼ばれる）および第２の外側アレイの電極３１５（ガード電極３１５とも呼ばれる）を含むことができる。外側アレイの電極３１０および３１５は、横方向３０８に沿って電極を閉じ込めることができるＤＣ電位を生成することができる。電極配置３５０は、隣接する１対の第２の内側アレイのＲＦ電極３２０（ＲＦ−）および３２５（ＲＦ＋）間に位置する第１の内側アレイの電極３３０を含むことができる。

第１の内側アレイの電極３３０は、伝播軸に沿って（または平行に）分割／配置された複数の電極を含むことができる。第１の内側アレイの電極３３０は、第２の電圧信号を受け取り、長手方向軸３０６に沿ってイオンを駆動することができる駆動電位（または進行電位波形）を生成することができる。駆動電位は、正弦波形、矩形波形、鋸歯状波形、バイアス正弦波形などのうちの１つまたはそれ以上を含むことができる。駆動電位は、イオンが長手方向軸３０６に沿って移動する移動度に基づくイオンの分離をもたらすことができる。駆動電位の速度が、最も低い移動度を有するイオンに関連する速度より小さい場合、駆動電位は、イオン移動度分離を行わず、イオンを輸送することができる。

いくつかの実装形態では、第１の内側アレイの電極のうちの隣接する電極は、位相偏移されたＡＣ電圧を受け取ることができる。第２の内側アレイのＲＦ電極３２０および３２５に、ＲＦ電圧波形を印加することができる。電極３２０のアレイに印加されるＲＦ電圧波形は、隣接する内側アレイの電極３２５に印加されるＲＦ電圧波形に対して位相をずらすことができる（たとえば、１８０度）。第２の内側アレイの電極は、ＲＦ電圧波形が印加されたとき、擬ポテンシャルを生成することができる。擬ポテンシャルは、イオンを電極配置３５０に寄せ付けないことができる。

電極配置３５０は、第１／第２の複数の電極の最も外側に隣接して位置するガード電極３１０および３１５を含むことができる。たとえば、ガード電極３１０および３１５は、電極配置３００の縁部に横方向に沿って位置することができる。ガード電極３１０および３１５は、電圧信号（たとえば、ＤＣ制御回路からのＤＣ電圧信号）を受け取り、横方向３０８に沿ってガード電極間のイオンチャネル内にイオンを閉じ込めることができるガード電位を生成することができる。

第１の内側アレイの電極、第１の内側アレイのＲＦ電極、およびガード電極は、１つまたはそれ以上の電圧制御回路（たとえば、コントローラ１５０内の電圧制御回路）に連結することができる。いくつかの実装形態では、電極３２０および３２５は、互いに対して位相偏移された無線周波（ＲＦ）信号を受け取ることができる。いくつかの実装形態では、マスタ制御回路は、互いからから位相偏移（たとえば、０度、１５度、３０度、４５度、６０度、７５度、９０度、１０５度、１２０度、１３５度、１５０度、１６５度、１８０度など）された２つのＲＦ電圧信号を生成するように、２つのＲＦ制御回路の動作を制御することができる。

図４は、第１の表面上に位置する例示的なイオンカルーセル２０６の上面断面図である。イオンカルーセル２０６は、図４に示す表面からｚ方向に沿って変位した第２の表面（たとえば、ｘｙ平面に平行）を含む。イオンカルーセル２０６は、第１の表面および第２の表面に連結された内側アレイの電極４０２、第１の外側電極４０４、および第２の外側電極４０６を含む。内側アレイの電極４０２は、ＲＦ電圧を受け取り、イオンがイオンカルーセル２０６の２つの表面に接近することを抑制する擬ポテンシャルを生成するように構成される。内側アレイの電極のうちの隣接する電極に印加されるＲＦ電圧は、位相偏移させることができる（たとえば、４５度、９０度、１３５度、１８０度など）。擬ポテンシャルは、ｚ方向にイオンカルーセル２０６の２つの表面間にイオンを閉じ込めることができる。

内側アレイの電極４０２は、第１のＤＣ電圧波形を受け取り、閉経路２２２に沿って進行することができる複数のポテンシャル井戸を有する電位波形４２０を生成することができる。閉経路２２２は、矩形、円形などとすることができる。電位波形４２０は、内側アレイの電極４０２の分割された電極（たとえば、閉経路２２２に沿って分割される）に複数のＤＣおよび／またはＡＣ電圧を印加することによって生成することができる。電位波形４２０は、動作パラメータ、たとえば電位波形４２０のポテンシャル井戸の深さ、幅、および進行速度によって特性評価することができる。電位波形４２０は、入力ＳＬＩＭデバイス（たとえば、電極配置３００、電極配置３５０など）からのイオンを受け取って捕捉し、これらのイオンを閉経路２２２に沿って（たとえば、電位波形４２０の運動に基づいて）移動させることができる。外側電極４０４および４０６は、第２のＤＣ電圧を受け取り、横方向に沿って（たとえば、閉経路２２２に直交して）閉じ込め電位を生成することができる。閉じ込め電位は、内側アレイの電極４０２にわたってイオンが横方向に逃げることを防止することができる。

入力スイッチ２１２および出力スイッチ２１４は、第１および第２の表面に連結された複数の電極を含むことができる。入力スイッチの電極は、電圧信号を受け取り、入力ＳＬＩＭデバイス内のイオンパケットがイオンカルーセル２０６に入ることを防止することができる入力スイッチング電位（スイッチオン状態）を生成することができる。蓄積周期中、入力スイッチ２１２は、入力ＳＬＩＭデバイスからのイオンパケットがイオンカルーセル２０６に入り、電位波形４２０の１つまたはそれ以上のポテンシャル井戸内に捕捉されることを可能にすることができる（スイッチオフ状態）。

電位波形４２０（たとえば、ポテンシャル井戸の一部分）の運動を入力ＳＬＩＭデバイス２０４からのイオンパケットの到達時間に同期させることによって、イオンパケット内のイオンを電位波形４２０の異なるポテンシャル井戸に入れることができる。たとえば、入力ＳＬＩＭデバイスから出てくるイオンパケットは、入力ＳＬＩＭにおいて移動度に基づく分離を受けている。その結果、異なる移動度範囲を有するイオンを含むイオンサブパケットは、異なる時間にイオンカルーセル２０６に到達することができる。移動度に基づいてイオンパケットをイオンサブパケットに時間的に分離することで、電位波形４２０の異なるポテンシャル井戸内へ様々なイオンサブパケットを捕捉することを容易にすることができる。

いくつかの実装形態では、内側アレイの電極４０２は、第１の内側アレイの電極３３０と、隣接する１対の第２の内側アレイの電極３２０および３２５とを含むことができる。図３Ｂを参照して説明したように、第１の内側アレイの電極３３０は、ＡＣ電圧波形を受け取ることができ、閉経路２２２に沿って進行することができる複数のポテンシャル井戸を有する電位波形（たとえば、電位波形４２０）を生成することができる。１対の第２の内側アレイの電極３２０および３２５は、ＲＦ電圧を受け取り（たとえば、電極３２０に印加されるＲＦ電圧は、電極３２５に印加されるＲＦ電圧から位相偏移させることができる）、擬ポテンシャルを生成することができる。擬ポテンシャルは、イオンが第１および第２の表面に接近することを抑制することができる。

図５は、イオンカルーセル２０６内で進行する波形５２０内のイオンの例示的な移動度に基づく蓄積の概略図である。入力ＳＬＩＭデバイス２０４によって生じたイオンパケット５１０は、蓄積周期（入力スイッチ２１２がスイッチオフ状態にある）中にイオンカルーセル２０６に入ることができる。イオンパケット５１０は、異なる範囲の移動度を有するイオンを含むイオンサブパケット５１２、５１４、および５１６を含む。たとえば、イオンサブパケット５１２は、時間Ｔ１にイオンカルーセル２０６に入り、イオンサブパケット５１４は、時間Ｔ２にイオンカルーセルに入り、イオンサブパケット５１６は、時間Ｔ３にイオンカルーセルに入る。イオンサブパケット５１２は、イオンサブパケット５１４より高い移動度を有し、イオンサブパケット５１４は、イオンサブパケット５１６より高い移動度を有する。言い換えれば、イオンサブパケット５１２は、イオンサブパケット５１４より前に到達し、イオンサブパケット５１４は、イオンサブパケット５１６より前に到達する（Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３）。時間Ｔ１で、ポテンシャル井戸５２２は、入力スイッチ２１２に隣接して位置することができ、イオンサブパケット５１２を受け取ることができる。時間Ｔ２で、電位波形５２０は、閉経路２２２に沿って進行しており、したがってポテンシャル井戸５２４は、入力スイッチ２１２に隣接して位置し、イオンサブパケット５１４を受け取ることができる。時間Ｔ３で、電位波形５２０は、閉経路２２２に沿ってさらに進行しており、したがってポテンシャル井戸５２６は、入力スイッチ２１２に隣接して位置することができ、イオンサブパケット５１６を受け取ることができる。

入力ＳＬＩＭデバイス２０４は、複数のイオン分離イベントを連続して実行し、時間的に（たとえば、イオンカルーセル２０６への到達時間で）分離された複数のイオンパケットを生成することができる。たとえば、入力ＳＬＩＭデバイス２０４は、イオンパケット５１０から分離時間（Ｔ＿ｓｅｐ）だけ時間的に分離することができる第２のイオンパケット５３０を生成することができる。２つのイオンパケットのイオン移動度プロファイルは類似することができる（たとえば、入力ＳＬＩＭデバイス２０４の動作パラメータが２つのイオン分離イベント間で実質上変化しないとき）。第２のイオンパケットは、それぞれイオンサブパケット５１２、５１４、および５１６のものに類似のイオン移動度範囲を有するイオンサブパケット５３２、５３４、および５３６を含むことができる。

イオンサブパケット５１２、５１４、および５１６内のイオンが、それぞれポテンシャル井戸５２２、５２４、および５２６内に受け取られて捕捉された後、電位波形５２０は、閉経路２２２に沿って進行し、再び入力スイッチ２１２へ戻ることができる。ポテンシャル井戸５２２、５２４、および５２６が閉経路２２２の周りを完全に１周するために要する時間が、イオンパケット５１０と後続のイオンパケット５３０との間の時間的分離Ｔ＿ｓｅｐに類似する（たとえば、等しい）場合、ポテンシャル井戸５２２、５２４、および５２６は、それぞれイオンサブパケット５３２、５３４、および５３６を受け取ることができる。いくつかの実装形態では、ポテンシャル井戸５２２、５２４、および５２６は、時間的分離Ｔ＿ｓｅｐ中に閉経路２２２の周りを完全に数周する。いくつかの実装形態では、ポテンシャル井戸５２２、５２４、および５２６は発振し（たとえば、ｘ方向に沿って）、それぞれイオンサブパケット５３２、５３４、および５３６を捕捉することができる。このプロセスを繰り返すことができ、その結果、類似の移動度を有するイオンが、電位波形５２０の同じポテンシャル井戸内に捕捉される。このイオン蓄積プロセスは、実質上無損失とすることができる。たとえば、入力ＳＬＩＭデバイス２０４からイオンカルーセル２０６によって受け取られたすべてのイオンを、出力ＳＬＩＭデバイス２０８へ排出することができる。

図６は、イオンカルーセル２０６内で進行する電位波形６２０内のイオンの別の例示的な移動度に基づく蓄積の概略図である。入力ＳＬＩＭデバイス２０４によって生じたイオンパケット６１０は、蓄積周期（入力スイッチ２１２がスイッチオフ状態にある周期）中にイオンカルーセル２０６に入ることができる。イオンパケット６１０は、異なる移動度範囲を有するイオンを含むイオンサブパケット６１２、６１４、および６１６を含む。イオンサブパケットは、異なる時間にイオンカルーセルに入ることができる。たとえば、イオンサブパケット６１２、６１４、および６１６は、連続して到達し、それぞれ三角形のポテンシャル井戸６２２、６２４、および６２６内に捕捉される。ポテンシャル井戸６２２、６２４、および６２６は、閉経路２２２に沿って進行（サーフ）し、入力スイッチ２１２に戻ることができる。閉経路２２２の周りのポテンシャル井戸６２２、６２４、および６２６の進行時間（サーフィン時間）を、イオンパケット６１０と後続のイオンパケット６３０との間の時間的分離Ｔ＿ｓｅｐに類似する（たとえば、等しい）ように設定することによって、ポテンシャル井戸６２２、６２４、および６２６は、それぞれイオンサブパケット６３２、６３４、および６３６を受け取ることができる。これにより、類似の移動度を有するイオンを別個のポテンシャル井戸内に捕捉することを可能にすることができる。たとえば、イオンサブパケット６１２および６３２は、ポテンシャル井戸６２２内に捕捉され、イオンサブパケット６１４および６３４は、ポテンシャル井戸６２４内に捕捉され、イオンサブパケット６１６および６３６は、ポテンシャル井戸６２６内に捕捉される。

いくつかの実装形態では、電位波形４２０、５２０、および６２０は、方形波形、正弦波形、三角波形、正の勾配を有する傾斜、負の勾配を有する傾斜などのうちの１つまたはそれ以上を含むことができる。電位波形４２０、５２０、および６２０は、内側アレイの電極４０２（たとえば、電極配置３００および／または３５０を含む内側アレイの電極）にＤＣおよび／またはＡＣ電圧波形を印加することによって生成することができる。

図４に戻ると、出力スイッチ２１４は、ポテンシャル井戸（たとえば、ポテンシャル井戸５２２〜５２６、６２２〜６２６など）内に捕捉されたイオンを出力ＳＬＩＭデバイス２０８へ排出することを調節することができる。出力スイッチ２１４は、第１および第２の表面に連結された複数の電極を含むことができる。出力スイッチ２１４の電極は、電圧信号を受け取り、イオンカルーセル２０６内のイオン（たとえば、電位波形４２０、５２０、６２０のポテンシャル井戸内に捕捉されたイオンなど）が出力ＳＬＩＭデバイス２０８に入ることを防止することができる出力スイッチング電位（閉じ込め状態）を生成することができる。たとえば、出力スイッチ２１４の電極に印加される電圧信号は、第１の外側電極４０４に印加される電圧信号に類似することができる。これにより、イオンカルーセル２０６内のイオンが出力ＳＬＩＭデバイス２０８に入ることを防止することができる。

排出周期中、出力スイッチ２１４は、イオンカルーセル２０６のポテンシャル井戸内で捕捉されたイオンを出力ＳＬＩＭデバイス２０８内へ誘導することができる（排出状態）。出力スイッチ２１４は、イオンカルーセル２０６内で捕捉されたイオンを出力ＳＬＩＭデバイス２０８内へ押し込むことができる第２の出力スイッチング電位を生成することができる。たとえば、出力スイッチ２１４に印加されるスイッチング電位（たとえば、ＡＣおよび／またはＤＣ電位）と、内側アレイの電極の電極４１６に印加される電位（たとえば、ＡＣおよび／またはＤＣ電位）との間の電位差の結果、出力経路２２４に沿って出力ＳＬＩＭデバイス２０８の方へイオンを押し込むことができる電界をもたらすことができる。追加または別法として、内側アレイの電極の電極４１８に障壁電位を印加することができ、それによりポテンシャル井戸内で捕捉されたイオンが出力スイッチ２１４から離れる方へ（たとえば、閉経路２２２に沿って）移動することを防止することができる。第２の出力スイッチ２１８は、イオン／イオンパケットが出力ＳＬＩＭデバイス２０８から出力経路２２４に沿って（たとえば、質量分析計へ）退出することを制御することができる。たとえば、第２の出力スイッチ２１８は、ＤＣおよび／またはＡＣ電圧を受け取ることができ、それにより出力ＳＬＩＭデバイス２０８内のイオンが質量分析計へ退出することを防止することができる障壁電位を生成することができる。障壁電位は、周期的に生成することができ、それにより質量分析計内へ排出されるイオンパケットの周期性を決定することができる。

図７は、イオンカルーセル２０６から出力ＳＬＩＭデバイス２０８への波形７２０内のイオンの例示的な移動度に基づく排出の概略図である。第１の排出周期（Ｔ１＿ｅｊｅｃｔ）中、ポテンシャル井戸７２２〜７２５内で捕捉されたイオンが、出力ＳＬＩＭデバイス２０８内へ排出される。第２の排出周期（Ｔ２＿ｅｊｅｃｔ）中、ポテンシャル井戸７２６〜７２８内で捕捉されたイオンが、出力ＳＬＩＭデバイス２０８内へ排出される。これは、たとえば、時間周期Ｔ１＿ｅｊｅｃｔにわたって出力スイッチング電位を出力スイッチ２１４に印加することおよび／または障壁電位を電極４１８に印加することによって行うことができる。Ｔ１＿ｅｊｅｃｔ中、ポテンシャル井戸７２２〜７２５は、出力スイッチ２１４に接近することができ、出力スイッチング電位は、ポテンシャル井戸７２２〜７２５内で捕捉されたイオンを出力ＳＬＩＭデバイス２０８内へ駆動することができる。Ｔ２＿ｅｊｅｃｔ中、ポテンシャル井戸７２６〜７２８は、出力スイッチ２１４に接近することができ、出力スイッチング電位は、ポテンシャル井戸７２６〜７２８内で捕捉されたイオンを出力ＳＬＩＭデバイス２０８内へ駆動することができる。

排出時間周期Ｔ１＿ｅｊｅｃｔおよびＴ２＿ｅｊｅｃｔは、遅延時間だけ分離することができる。遅延時間は、質量分析計７１０の走査時間に基づいて（たとえば、コントローラ１５０によって）決定することができる。たとえば、波形７２０内で捕捉されたイオンの特性（たとえば、イオンの質量、イオンの電荷など）および／または質量分析計７１０の動作パラメータは、波形７２０内で捕捉されたイオン（たとえば、ポテンシャル井戸７２２〜７２５内のイオン、ポテンシャル井戸７２６〜７２８内のイオンなど）の質量スペクトル（走査時間）を検出するために質量分析計７１０が必要とする時間を決定することができる。遅延時間は、走査時間より大きい値に設定することができる。これにより、時間Ｔ１＿ｅｊｅｃｔおよびＴ２＿ｅｊｅｃｔに解放されたイオンの質量スペクトルの重複を防止することができる。

前述したように、ＩＭＳ−ＭＳ連結（たとえば、イオンカルーセル２０６と質量分析計７１０との間の連結）は、イオン移動度および質量電荷比に基づくイオンの２次元分離を示すＩＭＳ−ＭＳスペクトルを生成することができる。イオン移動度分解能は、隣接するイオン移動度ピーク間の移動度分離に基づいて決定することができる。たとえば、イオンカルーセル２０６のイオン移動度分解能は、隣接するポテンシャル井戸内のイオンパケット間のイオン移動度分離に基づいて決定することができる。排出されたイオンの質量スペクトル（質量分析計７１０によって生成される）は、上述した移動度範囲を有するイオンを表す。

排出周期中に排出されたイオンの移動度範囲は、排出周期の持続時間を変化させることによって変動させることができる。たとえば、排出周期（たとえば、Ｔ１＿ｅｊｅｃｔ、Ｔ２＿ｅｊｅｃｔなど）の持続時間を増大させることで、排出されたイオンの移動度範囲を増大させ、イオン移動度分解能を減少させることができ、逆も同様である。いくつかの実装形態では、排出周期中に排出されるイオンの移動度範囲は、１つまたはそれ以上のポテンシャル井戸（たとえば、ポテンシャル井戸７２２〜７２８）内で捕捉されたイオンの移動度範囲を変化させることによって変動させることができる。ポテンシャル井戸内のイオンの移動度範囲は、入力ＳＬＩＭデバイス２０４内で実現される移動度に基づくイオン分離イベントによって決定することができる。入力ＳＬＩＭデバイス２０４内のイオンパケットの移動度分離を増大させることで（たとえば、２０４の長さを増大させることなどによる）、イオンカルーセル２０６内の波形（たとえば、５２０、６２０、７２０など）のポテンシャル井戸内で捕捉されたイオンの移動度範囲を減少させることができる。

いくつかの実装形態では、望ましい移動度分解能は、内側アレイの電極４０２によって生成される電位波形４２０、５２０、および／または６２０の形状、速度、および高さのうちの１つまたはそれ以上を変動させることによって実現することができる。内側アレイの電極４０２に印加されるＲＦ電圧の振幅および／または周波数を変化させることで、イオンカルーセル２０６を通るイオンの伝送効率を変動させ、様々な質量電荷（ｍ／ｚ）比のイオンの伝送を変動させることができる。

第１のＤＣ電圧、第２のＤＣ電圧、およびＲＦ電圧の印加は、コントローラ（たとえば、コントローラ１５０）によって制御することができる。たとえば、コントローラは、ポテンシャル井戸の高さおよび幅を変動させることができる。コントローラはまた、ポテンシャル井戸の進行速度を（たとえば、閉経路２２２に沿って）制御することができる。たとえば、コントローラは、ポテンシャル井戸の速度を変動させる（たとえば、速度を増大または減少させる）こと、静的ポテンシャル井戸を生成することなどができる。

いくつかの実装形態では、イオンカルーセル（たとえば、イオンカルーセル２０６）からのイオンは、移動度に基づいて出力ＳＬＩＭデバイス（たとえば、出力ＳＬＩＭデバイス２０８）へ選択的に排出することができる。いくつかの実装形態では、イオンのイオン移動度および質量電荷比は、相関させることができる。たとえば、イオンのイオン移動度（たとえば、イオンの構造を示す）は、質量電荷比に依存することができる（たとえば、約１５％になるように定量化される）。例示的な標的分析では、所与の質量電荷比のイオンが現れる移動度範囲は、事前に知られている。第１の入力ＳＬＩＭ内のイオンの移動度に基づく分離後、イオンカルーセル内の様々なポテンシャル井戸にイオンの質量電荷比をマッピングすることができる。その結果、対応するポテンシャル井戸からイオンを選択的に解放することによって、所与の質量電荷比（または、質量電荷比範囲）のイオンを質量分析計へ（出力ＳＬＩＭデバイスを介して）選択的に伝達することができる。これにより、質量分析計の性能を改善することができる（たとえば、質量分析測定を実行するために必要とされる時間を低減させる）。

いくつかの実装形態では、イオンカルーセル内の様々なポテンシャル井戸から出力ＳＬＩＭデバイスへのイオンの解放時間を再分類する（たとえば、移動度、質量電荷比に基づいて再分類する）ことができる。図８Ａ〜図８Ｅは、様々なポテンシャル井戸内のイオンの解放時間の例示的な再分類を示す。図８Ａは、入力ＳＬＩＭデバイス８０４による移動度に基づくイオンの例示的な分離を示す。この分離の結果、イオンパケット８１６がイオンカルーセル８０６に到達し、それに続いてイオンパケット８１４が到達し、それに続いてイオンパケット８１２が到達する（８１６のイオン移動度＞８１４のイオン移動度＞８１２のイオン移動度）。図８Ｂは、イオンカルーセル８０６内で進行する異なるポテンシャル井戸（図示せず）内で捕捉されたイオンパケット８１２〜８１６を示す。図８Ｃは、イオンパケット８１６の排出を示す。イオンパケット８１６は、イオンカルーセル８０６および出力ＳＬＩＭ８０８の交差点に到達する第１のイオンパケットであり、イオンカルーセル８０６から出力ＳＬＩＭ８０８へ排出される。いくつかの実装形態では、出力スイッチによる排出電位の生成（第１の排出周期中）は、交差点へのイオンパケット８１６の到達時間に同期させることができる。

図８Ｄは、イオンパケット８１２の排出を示す。イオンパケット８１４は、イオンパケット８１６の後に交差点に到達しており、出力ＳＬＩＭ８０８へ排出されるのではなく、イオンカルーセル８０６に沿って進行し続ける。いくつかの実装形態では、出力スイッチによる閉じ込め電位の生成（第１の閉じ込め周期中）は、交差点へのイオンパケット８１４の到達時間に同期させることができる。イオンパケット８１２は、イオンパケット８１４の後に交差点に到達し、イオンカルーセル８０６から出力ＳＬＩＭ８０８へ排出される。いくつかの実装形態では、出力スイッチによる排出電位の生成（第２の排出周期中）は、交差点へのイオンパケット８１２の到達時間に同期させることができる。イオンパケット８１２の排出後、イオンパケット８１４の進行方向を逆にすることができる。イオンパケット８１４は、再び交差点に到達することができ、イオンカルーセル８０６から出力ＳＬＩＭ８０８へ排出される。いくつかの実装形態では、出力スイッチによる排出電位の生成（第３の排出周期中）は、交差点へのイオンパケット８１４の第２の到達時間に同期させることができる。

図９Ａは、入力ＳＬＩＭデバイス８０４からイオンカルーセル８０６へのイオンパケット８１２〜８１６の到達時間を示す。上記で論じたように、イオンパケット８１６の到達時間は、イオンパケット８１４の到達時間より前であり、イオンパケット８１４の到達時間は、イオンパケット８１６の到達時間より前である。図９Ｂは、イオンカルーセル８０６から入力ＳＬＩＭデバイス８０４へのイオンパケット８１２〜８１６の排出（たとえば、イオンパケットが走査される順序に関係する）を示す。上記で論じたように、イオンパケット８１６が排出され（質量分析計によって走査される）、それに続いてイオンパケット８１２が排出され、それに続いてイオンパケット８１４が排出される。

他の実施形態も、開示する主題の範囲および精神の範囲内である。これらの実施形態の１つまたはそれ以上の例は、添付の図面に示されている。本明細書に具体的に記載し、添付の図面に示すシステム、デバイス、および方法は非限定的で例示的な実施形態であり、本開示の範囲は特許請求の範囲によってのみ画成されることが、当業者には理解されよう。１つの例示的な実施形態に関連して図示または記載する構成は、他の実施形態の構成と組み合わせることができる。そのような修正形態および変形形態は、本開示の範囲内に含まれることが意図される。さらに、本開示では、実施形態の同様の名称の構成要素は、概して類似の構成を有しており、したがって特定の実施形態内では、同様の名称の各構成要素の各構成について必ずしも詳細に説明しない。

本明細書に記載する主題は、本明細書に開示する構造的手段およびその構造的均等物を含むデジタル電子回路内、またはコンピュータソフトウェア、ファームウェア、もしくはハードウェア内、またはこれらの組合せで実施することができる。本明細書に記載する主題は、１つまたはそれ以上のコンピュータプログラムなどの１つまたはそれ以上のコンピュータプログラム製品として実施することができ、そのようなコンピュータプログラム製品は、データ処理装置（たとえば、プログラマブルプロセッサ、コンピュータ、または複数のコンピュータ）による実行、またはそのようなデータ処理装置の動作の制御のために、情報キャリア（たとえば、機械可読記憶デバイス）内で有形に実施され、または伝播信号内で実施される。コンピュータプログラム（プログラム、ソフトウェア、ソフトウェアアプリケーション、またはコードとしても知られる）は、コンパイル済みまたは解釈済みの言語を含むプログラミング言語の任意の形式で書くことができ、独立型プログラムを含む任意の形式で、またはモジュール、構成要素、サブルーチン、もしくはコンピューティング環境での使用に好適な他のユニットとして導入することができる。１つのコンピュータプログラムは、必ずしも１つのファイルに対応しない。１つのプログラムは、他のプログラムまたはデータを保持するファイルの一部分内に、当該プログラムに専用の単一のファイル内に、または複数の協働するファイル（たとえば、１つまたはそれ以上のモジュール、サブプログラム、またはコードの部分を記憶するファイル）内に記憶することができる。コンピュータプログラムは、１つのコンピュータ上または複数のコンピュータ上で実行されるように導入することができ、複数のコンピュータは、１箇所に位置し、または複数の箇所にわたって分散され、通信ネットワークによって相互接続される。

本明細書に記載する主題の方法工程を含む本明細書に記載するプロセスおよび論理フローは、入力データの動作および出力の生成によって本明細書に記載する主題の機能を実施するために１つまたはそれ以上のコンピュータプログラムを実行する１つまたはそれ以上のプログラマブルプロセッサによって実施することができる。プロセスおよび論理フローはまた、特別目的論理回路、たとえばＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）またはＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）によって実施することができ、本明細書に記載する主題の装置は、そのような特別目的論理回路として実施することができる。

コンピュータプログラムの実行に好適なプロセッサには、例として、汎用および特別目的両方のマイクロプロセッサ、ならびに任意の種類のデジタルコンピュータのいずれか１つまたはそれ以上のプロセッサが含まれる。概して、プロセッサは、読取り専用メモリもしくはランダムアクセスメモリまたは両方から命令およびデータを受け取ることができる。コンピュータの必須要素は、命令を実行するプロセッサ、ならびに命令およびデータを記憶する１つまたはそれ以上のメモリデバイスである。概して、コンピュータはまた、データを記憶する１つまたはそれ以上の大容量記憶デバイス、たとえば磁気、磁気光学ディスク、もしくは光学ディスクを含むことができ、またはそのような記憶デバイスとの間でデータの受信もしくはデータの転送もしくはその両方を行うように動作可能に連結することができる。コンピュータプログラム命令およびデータを実施するのに好適な情報キャリアには、例として半導体メモリデバイス（たとえば、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、およびフラッシュメモリデバイス）；磁気ディスク（たとえば、内部ハードディスクまたはリムーバブルディスク）；磁気光学ディスク；および光学ディスク（たとえば、ＣＤおよびＤＶＤディスク）を含むあらゆる形態の不揮発性メモリが含まれる。プロセッサおよびメモリは、特別目的論理回路によって捕捉することができ、または特別目的論理回路内に組み込むことができる。

使用者との対話を提供するために、本明細書に記載する主題は、使用者に情報を表示するための表示デバイス、たとえばＣＲＴ（陰極線管）またはＬＣＤ（液晶ディスプレイ）モニタ、ならびに使用者がコンピュータへの入力を提供することができるキーボードおよびポインティングデバイス（たとえば、マウスまたはトラックボール）を有するコンピュータとして実施することができる。他の種類のデバイスを使用して、使用者との対話を同様に提供することもできる。たとえば、使用者へ提供されるフィードバックは、任意の形式の感覚フィードバック（たとえば、視覚フィードバック、聴覚フィードバック、または触覚フィードバック）とすることができ、使用者からの入力は、音響、発話、または触覚入力を含む任意の形式で受け取ることができる。

本明細書に記載する技法は、１つまたはそれ以上のモジュールを使用して実施することができる。本明細書では、「モジュール」という用語は、コンピューティングソフトウェア、ファームウェア、ハードウェア、および／またはこれらの様々な組合せを指す。しかし、少なくともモジュールは、ハードウェア、ファームウェア上で実施されていないまたは非一過性でプロセッサ可読の記録可能記憶媒体上に記録されていないソフトウェアであると解釈されるべきではない（すなわち、モジュールはソフトウェア自体ではない）。実際には、「モジュール」は、プロセッサまたはコンピュータの一部など、少なくとも何らかの物理的な非一過性ハードウェアを常に含むと解釈されるべきである。２つの異なるモジュールが、同じ物理的ハードウェアを共用することができる（たとえば、２つの異なるモジュールが、同じプロセッサおよびネットワークインターフェースを使用することができる）。本明細書に記載するモジュールは、様々な応用例に対応するために結合、統合、分離、および／または複製することができる。また、特定のモジュールで実施されるものとして本明細書に記載する機能は、特定のモジュールで実施される機能の代わりに、またはそれに加えて、１つもしくは複数の他のモジュールで実施することができ、かつ／または１つもしくは複数の他のデバイスによって実施することもできる。さらに、これらのモジュールは、互いに局所的なまたは遠隔の複数のデバイスおよび／または他の構成要素にわたって実施することができる。加えて、モジュールは、１つのデバイスから移動させて別のデバイスに追加することができ、かつ／または両方のデバイス内に含むことができる。

本明細書に記載する主題は、バックエンド構成要素（たとえば、データサーバ）、ミドルウェア構成要素（たとえば、アプリケーションサーバ）、もしくはフロントエンド構成要素（たとえば、使用者が本明細書に記載する主題の実装形態と対話することができるグラフィカルユーザインターフェースまたはウェブブラウザを有するクライアントコンピュータ）、またはそのようなバックエンド、ミドルウェア、およびフロントエンド構成要素の任意の組合せを含むコンピューティングシステム内で実施することができる。システムの構成要素は、任意の形式または媒体のデジタルデータ通信、たとえば通信ネットワークによって相互接続することができる。通信ネットワークの例には、ローカルエリアネットワーク（「ＬＡＮ」）およびワイドエリアネットワーク（「ＷＡＮ」）、たとえばインターネットが含まれる。

本明細書および特許請求の範囲全体にわたって、近似を表す言語は、任意の定量的表現を修飾するために適用することができ、そのような定量的表現は、関連する基本機能の変化を生じさせないように許容範囲内で変動することができる。したがって、「約」および「実質上」などの１つまたはそれ以上の用語によって修飾される値は、指定の厳密な値に限定されるべきではない。少なくともいくつかの例では、近似を表す言語は、値を測定する計器の精度に対応することができる。本明細書および特許請求の範囲全体にわたって、文脈または言語が別途指示しない限り、範囲の限度を組み合わせることおよび／または入れ替えることができ、そのような範囲が識別され、そのような範囲は、その範囲内に包含されるすべての下位範囲を含む。

Claims (22)

1. イオンカルーセルであって：
   第１の表面と；
   該第１の表面に隣接する第２の表面とを含み、第１および第２の表面は、イオン閉じ込め体積を画成し、第２の表面は：
   第１の経路に沿って配置され、第１の経路上の第１の位置で、第１のイオンパケットおよび第１のイオンパケットから分離時間だけ時間的に分離された第２のイオンパケットを受け取るように構成された第１の内側アレイの電極を含み；
   該第１の内側アレイの電極は、第１の経路上を第１の方向に沿って進行するように構成された複数のポテンシャル井戸を生成するように構成され、複数のポテンシャル井戸は、第１のポテンシャル井戸および第２のポテンシャル井戸を含み、
   第１のイオンパケットは、第１の移動度を有する第１のサブパケットのイオンと、第２の移動度を有する第２のサブパケットのイオンとを含み、第２のイオンパケットは、第１の移動度を有する第３のサブパケットのイオンと、第２の移動度を有する第４のサブパケットのイオンとを含み、
   第１のポテンシャル井戸は、第１のサブパケットのイオンおよび第３のサブパケットのイオンを受け取るように構成され、第２のポテンシャル井戸は、第２のサブパケットのイオンおよび第４のサブパケットのイオンを受け取るように構成され；
   第２の表面はさらに、
   第１のポテンシャル井戸および第２のポテンシャル井戸のうちの１つまたはそれ以上でイオンカルーセルからイオンを選択的に排出するように構成された出力スイッチを含む、前記イオンカルーセル。
2. 出力スイッチは、第１の経路に沿って第２の位置の近位にあり、出力スイッチは：
   第１の排出周期中に、第２の位置でイオンカルーセルからイオンを駆動するように構成された第１の排出電位を生成し、
   第１の閉じ込め周期中に、イオンカルーセル内のイオンが第２の位置でイオンカルーセルを退出することを防止するように構成された第１の閉じ込め電位を生成するように構成される、請求項１に記載のイオンカルーセル。
3. 出力スイッチは、第１の排出周期を第２の位置への第１のポテンシャル井戸の第１の到達時間に同期させることによって、第１のポテンシャル井戸内のイオンをイオンカルーセルから選択的に伝達するように構成される、請求項２に記載のイオンカルーセル。
4. 出力スイッチは：
   第２の排出周期中に、第２の位置でイオンカルーセルからイオンを駆動するように構成された第２の排出電位を生成するように構成される、請求項３に記載のイオンカルーセル。
5. 出力スイッチは、第２の排出周期を第２の位置への第２のポテンシャル井戸の第２の到達時間に同期させることによって、第２のポテンシャル井戸内のイオンをイオンカルーセルから選択的に伝達するように構成される、請求項４に記載のイオンカルーセル。
6. 出力スイッチは、第１の閉じ込め周期を第２の位置への第２のポテンシャル井戸の第２の到達時間に同期させることによって、第２のポテンシャル井戸内のイオンがイオンカルーセルを退出することを防止するように構成される、請求項３に記載のイオンカルーセル。
7. 第１のイオンパケットは、第３の移動度を有する第５のサブパケットのイオンを含み、第２のイオンパケットは、第３の移動度を有する第６のサブパケットのイオンを含み、複数のポテンシャル井戸は、第５のサブパケットおよび第６のサブパケットを受け取るように構成された第３のポテンシャル井戸を含む、請求項６に記載のイオンカルーセル。
8. 出力スイッチは、第２の排出周期を第２の位置への第３のポテンシャル井戸の第３の到達時間に同期させることによって、第３のポテンシャル井戸内のイオンをイオンカルーセルから選択的に伝達するように構成される、請求項７に記載のイオンカルーセル。
9. 第１の内側アレイの電極は、第２のポテンシャル井戸の第１の進行方向を逆にし、第２のポテンシャル井戸を第２の位置へ誘導するように構成される、請求項８に記載のイオンカルーセル。
10. 出力スイッチは、第３の排出周期を第２の位置への第２のポテンシャル井戸の第４の到達時間に同期させることによって、第２のポテンシャル井戸内のイオンをイオンカルーセルから選択的に伝達するように構成され、出力スイッチは、第３の排出周期中に、第２の位置で第２のポテンシャル井戸からイオンを駆動するように構成された第３の排出電位を生成するように構成される、請求項９に記載のイオンカルーセル。
11. コントローラをさらに含み、該コントローラは：
    それぞれ第１の排出周期および第１の閉じ込め周期中に第１の排出電圧および第１の閉じ込め電圧を出力スイッチに印加し；
    第２の排出周期中に第２の排出電圧を出力スイッチに印加するように構成された第１のＤＣ制御回路を含む、請求項１０に記載のイオンカルーセル。
12. コントローラは、第１のＤＣ制御回路に通信可能に連結されたマスタ制御回路を含み、該マスタ制御回路は：
    第１の排出周期、第１の閉じ込め周期、および第２の排出周期のうちの１つまたはそれ以上を決定し；
    第１の制御信号をＤＣ制御スイッチに提供するように構成され、ＤＣ制御スイッチは、第１の排出周期中の第１の排出電圧、第１の閉じ込め周期中の第１の閉じ込め電圧、および第２の排出周期中の第２の排出電圧のうちの１つまたはそれ以上を生成するように構成される、請求項１１に記載のイオンカルーセル。
13. 第１のポテンシャル井戸、第２のポテンシャル井戸、および第３のポテンシャル井戸内のイオンは、第２の位置で第１のイオン操作デバイスへ伝達され、第１のイオン操作デバイスの第１の端部は、イオンカルーセルに連結され、第１のイオン操作デバイスの第２の端部は、質量分析計に連結される、請求項１２に記載のイオンカルーセル。
14. 第１の電極および第２の電極を含む第２のアレイの電極をさらに含み、第１の内側アレイの電極は、第１の電極と第２の電極との間に位置する、請求項１３に記載のイオンカルーセル。
15. 第１の電極および第２の電極は、１つまたはそれ以上のＲＦ電圧を受け取り、イオン閉じ込め体積内のイオンが第２の表面に接近することを抑制するように構成された擬ポテンシャルを生成するように構成される、請求項１４に記載のイオンカルーセル。
16. イオンカルーセルであって：
    第１の表面と；
    該第１の表面に隣接する第２の表面とを含み、第１および第２の表面は、イオン閉じ込め体積を画成し、第２の表面は：
    第１の経路に沿って配置され、第１の経路上の第１の位置で、第１の移動度を有する第１のサブパケットのイオン、第２の移動度を有する第２のサブパケットのイオン、および第３の移動度を有する第３のサブパケットのイオンを含む第１のイオンパケットを受け取るように構成された第１の内側アレイの電極を含み、
    該第１の内側アレイの電極は、第１のサブパケットを受け取るように構成された第１のポテンシャル井戸を生成し、第１のサブパケットが受け取られた後に第２のサブパケットを受け取るように構成された第２のポテンシャル井戸を生成し、第２のサブパケットが受け取られた後に第３のサブパケットを受け取るように構成された第３のポテンシャル井戸を生成するように構成され、第１、第２、および第３のポテンシャル井戸は、第１の経路上を第１の方向に沿って進行するように構成され；
    第２の表面はさらに、
    第１の経路に沿って第２の位置の近位にある出力スイッチを含み、該出力スイッチは：
    第１の排出周期中に、第１のポテンシャル井戸内のイオンを排出するように構成された第１の排出電位を生成し、
    第１の排出周期後の第１の閉じ込め周期中に、第２のポテンシャル井戸内のイオンがイオンカルーセルを退出することを防止するように構成された第１の閉じ込め電位を生成し、
    第１の閉じ込め周期後の第２の排出周期中に、第３のポテンシャル井戸内のイオンを排出するように構成された第２の排出電位を生成するように構成される、前記イオンカルーセル。
17. 前記出力スイッチは、第１の排出周期を第２の位置への第１のポテンシャル井戸の第１の到達時間に同期させることによって、第１のポテンシャル井戸内のイオンをイオンカルーセルから伝達するように構成される、請求項１６に記載のイオンカルーセル。
18. 出力スイッチは、第１の閉じ込め周期を第２の位置への第２のポテンシャル井戸の第２の到達時間に同期させることによって、第２のポテンシャル井戸内のイオンがイオンカルーセルを退出することを防止するように構成される、請求項１７に記載のイオンカルーセル。
19. 出力スイッチは、第２の排出周期を第２の位置への第３のポテンシャル井戸の第３の到達時間に同期させることによって、第３のポテンシャル井戸内のイオンをイオンカルーセルから伝達するように構成される、請求項１８に記載のイオンカルーセル。
20. 第１の内側アレイの電極は、第２のポテンシャル井戸の第１の進行方向を逆にし、第２のポテンシャル井戸を第２の位置へ誘導するように構成される、請求項１９に記載のイオンカルーセル。
21. 出力スイッチは、第３の排出周期を第２の位置への第２のポテンシャル井戸の第４の到達時間に同期させることによって、第２のポテンシャル井戸内のイオンをイオンカルーセルから選択的に伝達するように構成される、請求項２０に記載のイオンカルーセル。
22. イオンカルーセルであって：
    第１の表面と；
    該第１の表面に隣接する第２の表面とを含み、第１および第２の表面は、イオン閉じ込め体積を画成し、第２の表面は：
    第１の経路に沿って配置され、第１の経路上の第１の位置で、第１の移動度を有する第１のサブパケットのイオンおよび第２の移動度を有する第２のサブパケットのイオンを含む第１のイオンパケットを受け取るように構成された第１の内側アレイの電極を含み
    該第１の内側アレイの電極は、第１のサブパケットを受け取るように構成された第１のポテンシャル井戸を生成し、第１のサブパケットが受け取られた後に第２のサブパケットを受け取るように構成された第２のポテンシャル井戸を生成するように構成され、第１および第２のポテンシャル井戸は、第１の経路上を第１の方向に沿って進行するように構成され；
    第２の表面はさらに、
    第１の経路に沿って第２の位置の近位にある出力スイッチを含み、該出力スイッチは：
    第１の閉じ込め周期中に、第１のポテンシャル井戸内のイオンがイオンカルーセルを退出することを防止するように構成された第１の閉じ込め電位を生成し、
    第１の閉じ込め周期後の第２の排出周期中に、第２のポテンシャル井戸内のイオンを排出するように構成された第２の排出電位を生成するように構成される、前記イオンカルーセル。

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