JP2021527305A - イオンを大気圧環境から低圧環境に輸送するためのインターフェース - Google Patents

Abstract

インターフェースは、第１圧力環境からもっと低い圧力の分析機器にイオンを輸送する。インターフェースは、第１圧力よりも低い第２圧力に排気された第１領域と、第１領域内に配置された第１イオン・ファンネルと、第１領域内にあり、第１イオン・ファンネルのイオン出射端に対向する、第１イオン・カーペットと、第２圧力より低く機器圧力より高い第３圧力に排気された第２領域と、第２領域に配置された第２イオン・ファンネルと、第２領域内にあり、第２イオン・ファンネルのイオン出射端に対向する、第２イオン・カーペットとを含むことができる。この環境からのイオンは、第１および第２イオン・ファンネルを順次通過し、分析機器に入射する。第１および第２イオン・ファンネルの各々は、それを貫通する漸減軸方向通路を定める。各漸減軸方向通路は、それぞれの仮想噴流ディスラプタをその内部に定める。
【選択図】図１１

Description

関連出願に対する相互引用
[0001] 本願は、２０１８年６月４日に出願された米国仮特許出願第６２／６８０,２
２３号の権利および優先権を主張し、２０１９年１月１１日に出願された国際特許出願第 PCT／US２０１９／０１３２７４号の一部継続出願である。これらの特許出願をここで引用したことにより、双方共その全体が本願にも含まれるものとする。

政府の実施権
[0002] 本発明は、全米科学財団によって授与された契約第ＣＨＥ１５３１８２３の下で政府支援によって行われた。米国政府は本発明において一定の権利を有する。

開示分野
[0003] 本開示は、 一般的には、広い質量範囲のイオンを高圧環境から低圧環境に輸送するための機器に関し、更に特定すれば、輸送されたイオンが低い過剰運動エネルギを有する結果となるように、このようなイオンを輸送するように構成されたこのような機器に関する。

従来技術

[0004] 質量分光分析法は、イオン質量および電荷にしたがって物質の気体イオンを分離することによって、物質の化学成分の識別を可能にする。このような分離イオンの質量を判定するために、種々の機器および技法が開発されており、このような技法の１つが、電荷検出質量分光分析法（ＣＤＭＳ：charge detection mass spectrometry）として知られている。ＣＤＭＳは、イオンのパケットではなく、個々のイオンの荷電状態を、これらが電極を通過するときに、直接測定し、電極上に電荷を誘発する。ＣＤＭＳによって処理されるイオンは、通例、ミストまたはエアゾールの形態でイオンを生成する従来のエレクトロスプレイ・イオン化（ＥＳＩ：electrospray ionization)源を使用して生成される。ＥＳＩは、アンビエント・イオン化技法(ambient ionization technique)であり、大気圧から質量分光分析測定に必要な高真空環境にイオンを転送するためにインターフェースを必要とする。大気圧と質量分光分析計の第１領域との間における大きな圧力差のために、有向気体流が生じ、この気体流がイオンを質量分光分析計に輸送する。しかしながら、質量分光分析計の第１領域に入るとき、有向気体流は超音波噴流を形成し、この流れにおいて輸送されているイオンを超音速に加速する。その結果イオン・エネルギが広く分散してしまい、イオンを収束する際に困難が生じ、これによってイオン透過(ion transmission)が低下する。具体的には、例えば、大きなタンパク質複合体、ウィルス等のようなメガダルトン領域における高質量イオンの分析は、このようなイオンによって噴流から大量のエネルギが吸収される(pick up)ために困難となり、イオン・エネルギが広く分散される結果となる。

[0005] 本開示は、添付した請求項において記載された特徴の内１つ以上、および／または以下の特徴およびその組み合わせの内１つ以上を含むことができる。１つの態様において、第１圧力における環境から、第１圧力よりも低い機器圧力に制御された分析機器にイオンを輸送するためのインターフェースは、第１領域と、第１領域内に、第１圧力よりも低く機器圧力よりも高い、第２圧力を確立するように構成された第１ポンプと、第１領域内に配置され、第１端と、逆側の第２端と、内部を貫通する第１軸方向通路とを有する第１ドリフト領域と、第１ドリフト領域の第２端に結合された第１端と、逆側の第２端と、内部を貫通する第２軸方向通路とを定める第１ファンネル領域とを有する第１イオン・ファンネルであって、第２軸方向通路が、第１ファンネル領域の第１端における第１軸方向通路の断面積から、その第２端における狭い断面積まで漸減し、環境からのイオンが第１ドリフト領域の第１端に入射し、第１ファンネル領域の第２端から出射し、第２軸方向通路が、内部に第１仮想噴流ディスラプタを定める、第１イオン・ファンネルと、第１イオン・ファンネルの第２端と対向して、第１領域内に配置され、内部を貫通する第１イオン出射口を定める第１イオン・カーペットと、第２領域と、第２圧力より低く機器圧力よりも高い第３圧力を第２領域に確立するように構成された第２ポンプと、第２領域内に配置され、第１端と、逆側の第２端と、内部を貫通する第３軸方向通路とを定める第２ドリフト領域と、第２ドリフト領域の第２端に結合された第１端と、逆側の第２端と、内部を貫通する第４軸方向通路とを定める第２ファンネル領域とを有する第２イオン・ファンネルであって、第４軸方向通路が、第２ファンネル領域の第１端における第３軸方向通路の断面積から、その第２端における狭い断面積まで漸減し、第１イオン・ファンネルから出射したイオンが、第２ドリフト領域の第１端に入射し、第２ファンネル領域の第２端において出射し、第４軸方向通路が、内部に第２仮想噴流ディスラプタを定める、第２イオン・ファンネルと、第２イオン・ファンネルの第２端に対向して、第２領域内に配置され、内部を貫通する第２イオン出射口を定める第２イオン・カーペットであって、第２イオン出射口から出射したイオンが、分析機器のイオン入射口に入射する、第２イオン・カーペットとを備えることができる。

[0006] 他の態様において、第１圧力における環境から、第１圧力よりも低い機器圧力に制御された分析機器にイオンを輸送するためのインターフェースは、第１領域と、第１領域内に、第１圧力よりも低く機器圧力よりも高い第２圧力を確立するように構成された第１ポンプと、第１領域内に配置され、第１端と、逆側の第２端と、内部を貫通する第１軸方向通路とを定める第１ドリフト領域と、第１ドリフト領域の第２端に結合された第１端と、逆側の第２端と、内部を貫通する第２軸方向通路とを定める第１ファンネル領域とを有する第１イオン・ファンネルであって、第２軸方向通路が、第１ファンネル領域の第１端における第１軸方向通路の断面積から、その第２端における狭い断面積まで漸減し、環境からのイオンが第１ドリフト領域の第１端に入射し、第１ファンネル領域の第２端から出射する、第１イオン・ファンネルと、第１イオン・ファンネルの第２端と対向して、第１領域内に配置され、内部を貫通する第１イオン出射口を定める第１イオン・カーペットと、第２領域と、第２圧力より低く機器圧力よりも高い第３圧力を第２領域に確立するように構成された第２ポンプと、第２領域内に配置され、第１端と、逆側の第２端と、内部を貫通する第３軸方向通路とを定める第２ドリフト領域と、第２ドリフト領域の第２端に結合された第１端と、逆側の第２端と、内部を貫通する第４軸方向通路とを定める第２ファンネル領域とを有する第２イオン・ファンネルであって、第４軸方向通路が、第２ファンネル領域の第１端における第３軸方向通路の断面積から、その第２端における狭い断面積まで漸減し、第１イオン・ファンネルから出射したイオンが、第２ドリフト領域の第１端に入射し、第２ファンネル領域の第２端において出射する、第２イオン・ファンネルと、第２イオン・ファンネルの第２端に対向して、第２領域内に配置され、内部を貫通する第２イオン出射口を定める第２イオン・カーペットであって、第２イオン出射口から出射したイオンが、分析機器のイオン入射口に入射する、第２イオン・カーペットとを備えることができ、第１ファンネル領域内における圧力蓄積と気体逆流との組み合わせが、第１イオン・ファンネルを通過するイオンを、少なくとも部分的に熱化する第１エリアを、第１ファンネル流域内に設定し、第２ファンネル領域内における圧力蓄積と気体逆流との組み合わせが、第２イオン・ファンネルを通過するイオンを少なくとも部分的に熱化する第２エリアを、第２ファンネル流域内に設定する。

[0007] 更に他の態様において、 第１圧力における環境から、第１圧力よりも低い機器圧力に制御された分析機器にイオンを輸送するためのインターフェースは、第１領域と、第１領域内に、第１圧力よりも低く機器圧力よりも高い第２圧力を確立するように構成された第１ポンプと、第１領域内に配置され、第１端と、逆側の第２端と、内部を貫通する第１軸方向通路とを定める第１ドリフト領域と、第１ドリフト領域の第２端に結合された第１端と、逆側の第２端と、内部を貫通する第２軸方向通路とを定める第１ファンネル領域とを有する第１イオン・ファンネルであって、第２軸方向通路が、第１ファンネル領域の第１端における第１軸方向通路の断面積から、その第２端における狭い断面積まで漸減し、環境からのイオンが第１ドリフト領域の第１端に入射し、第１ファンネル領域の第２端から出射する、第１ファンネル領域と、第１イオン・ファンネルの第２端と対向して、第１領域内に配置され、内部を貫通する第１イオン出射口を定める第１イオン・カーペットと、第２領域と、第２圧力より低く機器圧力よりも高い第３圧力を第２領域に確立するように構成された第２ポンプと、第２領域内に配置され、第１端と、逆側の第２端と、内部を貫通する第３軸方向通路とを定める第２ドリフト領域と、第２ドリフト領域の第２端に結合された第１端と、逆側の第２端と、内部を貫通する第４軸方向通路とを定める第２ファンネル領域とを有する第２イオン・ファンネルであって、第４軸方向通路が、第２ファンネル領域の第１端における第３軸方向通路の断面積から、その第２端における狭い断面積まで漸減し、第１イオン・ファンネルから出射したイオンが、第２ドリフト領域の第１端に入射し、第２ファンネル領域の第２端において出射する、第２イオン・ファンネルと、第２イオン・ファンネルの第２端に対向して、第２領域内に配置され、内部を貫通する第２イオン出射口を定める第２イオン・カーペットであって、第２イオン出射口から出射したイオンが、分析機器のイオン入射口に入射する、第２イオン・カーペットとを備えることができ、第１圧力と第２圧力との間の圧力差が、イオンを第１ドリフト領域の第１端内に輸送する第１気体流を形成し、第１ファンネル領域の漸減第２軸方向通路が、第１気体流を減少させ、第２圧力と第３圧力との間の圧力差が、第１イオン・ファンネルから出射するイオンを第２ドリフト領域の第１端内に輸送する第２気体流を形成し、第２ファンネル領域の漸減第４軸方向通路が、第２気体流を減少させる。

[0008] 更に他の態様において、イオン分析システムは、第１圧力の環境においてイオンを生成するように構成されたイオン源と、生成されたイオンが第１イオン・ファンネルの第１軸方向通路に入射するように、イオン源に結合された、以上の態様のいずれかにおいて記載したインターフェースと、真空環境内に配置されたイオン分離機器であって、第２イオン・カーペットの第２イオン出射口から出射したイオンが当該イオン分離機器に入射するようにインターフェースに結合され、少なくとも１つの分子特性に基づいてイオンを分離するように構成される、イオン分離機器とを備えることができる。

[0009] 更に他の態様において、 イオン分離システムは、第１圧力の環境において試料からイオンを生成するように構成されたイオン源と、生成されたイオンが第１イオン・ファンネルの第１軸方向通路に入射するように、イオン源に結合された、以上の態様のいずれかにおいて記載したインターフェースと、真空環境内に配置された少なくとも１つのイオン分離機器であって、第２イオン・カーペットの第２イオン出射口から出射したイオンが当該イオン分離機器に入射するように、インターフェースに結合され、少なくとも１つの分子特性の関数として、イオンを分離するように構成される、イオン分離機器と、少なくとも１つのイオン分離機器から出射したイオンの電荷および質量電荷比を測定するように構成された検出器とを備えることができる。

[0010] 更に他の態様において、 イオン分離システムは、第１圧力の環境において試料からイオンを生成するように構成されたイオン源と、生成されたイオンが第１ファンネルの第１軸方向通路に入射するように、イオン源に結合された、以上の態様のいずれかにおいて記載したインターフェースと、第２イオン・カーペットの第２イオン出射口から出射したイオンがイオン分離機器に入射するように、インターフェースに結合された第１質量分光分析計であって、イオン分離機器が、イオンを質量電荷比の関数として分離するように構成される、第１質量分光分析計と、第１質量分光分析計から出射したイオンを受け取るように位置付けられ、第１質量分光分析計から出射したイオンを解離するように構成されたイオン解離ステージと、イオン回路ステージから出射した解離イオンを、質量電荷比の関数として分離するように構成された第２質量分光分析計と、電荷検出質量分光分析計（ＣＤＭＳ）であって、第１質量分光分析計およびイオン解離ステージのいずれかから出射したイオンを受け取ることができるように、イオン解離ステージと並列に結合された、電荷検出分光分析計（ＣＤＭＳ）とを備えることができ、第１質量分光分析計から出射した先駆イオンの質量が、ＣＤＭＳを使用して測定され、閾値質量未満の質量値を有する先駆イオンの解離イオンの質量電荷比が、第２質量分光分析計を使用して測定され、閾値質量以上の質量値を有する先駆イオンの解離イオンの質量電荷比および電荷値が、ＣＤＭＳを使用して測定される。

図１Ａは、静電線形イオン・トラップ（ＥＬＩＴ）の形態でイオン検出器を含む電荷検出質量分光分析計（ＣＤＭＳ）の実施形態の簡略図である。 図１Ｂは、イオン生成器と質量分光分析計との間に動作可能に位置付けられた混成イオン・ファンネル−イオン・カーペット（ＦＵＮＰＥＴ：hybrid ion funnel-ion carpet）インターフェースを含む、図１ＡのＣＤＭＳのイオン源の実施形態の簡略図である。 図２Ａ〜Ｆは、物理噴流ディスラプタが内部に位置付けられた開放ドリフト領域を有するイオン源インターフェースの一例について、気体流およびイオン軌道を示す。 図３Ａ〜Ｆは、密閉ドリフト領域を有するが内部に物理噴流ディスラプタがないイオン源インターフェースの他の例について、気体流およびイオン軌道を示す。 図４Ａ〜Ｆは、図１Ｂに示したＦＵＮＰＥＴインターフェースと同様であり、仮想噴流ディスラプタが内部にある密閉ドリフト領域とイオン・ファンネルとを有するが、イオン・カーペットがそのイオン出射口にない、イオン・インターフェースの他の例について、気体流およびイオン軌道を示す。 図５Ａ〜Ｆは、仮想噴流ディスラプタが内部にある密閉ドリフト領域とイオン・ファンネルとを有し、イオン・カーペットがそのイオン出射口にある、図１Ｂに示したＦＵＮＰＥＴインターフェースについて、気体流およびイオン軌道を示す。 図６Ａは、図１Ｂに示すＦＵＮＰＥＴのイオン・ファンネルの実施形態の平面図である。図６Ｂは、図１Ｂに示すＦＵＮＰＥＴのイオン・カーペットの実施形態の平面図である。図６Ｃは、図６Ａおよび図６Ｂに示すコンポーネントを使用する、図１ＢのＦＵＮＰＥＴインターフェースのアセンブリの実施形態の平面図である。 図７は、図１Ｂに示すＦＵＮＰＥＴインターフェースのチェンバ内における圧力に対してプロットした、図１Ｂに示すＦＵＮＰＥＴインターフェースの下流側に位置付けられた差動排気領域(differentially pumped region)における圧力のプロットである。 図８Ａ〜Ｄは、検体（ａ）ＨＢＶカプシド、（ｂ）Ｐ２２プロカプシド、（ｃ）ＣＴＡＣ界面活性剤、および（ｄ）ポリスチレン・ビーズについて、図１ＢのＦＵＮＰＥＴインターフェースによって測定したＣＤＭＳスペクトルを示す。 図９Ａ〜Ｂは、図９Ａの透過率（％）または図９Ｂの平均過剰運動エネルギ（ｅＶ）に対してプロットしたイオン質量電荷比（ｍ／ｚ）および質量（Ｄａ）を示すグラフである。 図１０Ａは、図に示し本明細書において説明するＦＵＮＰＥＴインターフェースを、ＥＬＩＴの上流側にあるイオン源の一部として種々のイオン処理機器の例と共に、含むまたは内蔵することができ、更に、ＥＬＩＴから出射したイオン（１つまたは複数）を更に処理するために、ＥＬＩＴの下流側に配置されたイオン処理機器の種々の例を含むことができる、イオン分離機器の実施形態の簡略ブロック図である。 図１０Ｂは、従来のイオン処理機器を、本明細書において図示および説明するイオン質量検出システムと組み合わせ、図に示し本明細書において説明するＦＵＮＰＥＴインターフェースを含むまたは内蔵する、イオン分離デバイスの実施形態の簡略ブロック図である。 図１１は、イオン生成器と質量分光分析計との間に動作可能に位置付けられた多重ステージ混成イオン・ファンネル−イオン・カーペット（ＦＵＮＰＥＴ)インターフェースの実施形態を含む、図１ＡのＣＤＭＳのイオン源の他の実施形態の簡略ブロック図である。

[0026] 本開示の原理の理解を促す目的で、これより添付図面に示す複数の例示的な実施形態を参照し、これらを説明するために具体的な文言を使用する。

[0027] 先に論じたように、質量分光分析計の前方領域におけるイオンのイオン・エネルギの広い分散は、このようなイオンを収束することが困難になり、そのためにイオン透過が低下するので、望ましくない。イオンを収束し、対象のイオンを効率的に透過するために、イオン・ファンネル・インターフェースおよび／またはイオン・カーペット・インターフェースを質量分光分析計において使用することによって、既知のエネルギまで加速させるために、イオンを熱化することができる。

[0028] イオン・ファンネルは、実例として、一連の密接配置されたリング電極から成り、そのいくつかは一定の内径を有し、ファンネル領域において出射アパーチャまで徐々に細くなる前に、ドリフト領域を定める。イオン・ファンネルは、無線周波数（ＲＦ）および直流（ＤＣ）電位の双方を使用して、イオンを閉じ込め、出射アパーチャにむけてイオンを導出する(direct)。１８０°位相外れのＲＦ信号を隣接する電極に印加し、ＤＣドリフト電界を重ね合わせて、イオンを出射アパーチャに向けて駆動する。しかしながら、アパーチャの直径が電極の間隔と同様であると、ＲＦ電界が軸方向ウェルを形成し、イオンを捕捉してこれらが透過されるのを妨げる可能性がある。この効果を軽減するためには、アパーチャのサイズを大きくすることができ、電極の間隔を狭めることができ、またはＲＦ電位を最終電極から除去することができる。尚、アパーチャ・サイズを大きくすると、機器の後続領域において気体負荷(gas load)が増大し、電極の間隔を狭めると、複雑さおよび容量が増大し（電力要件が増える）、最終電極からＲＦを除去すると、閉じ込めが緩みイオンの損失に寄与することは、注記してしかるべきである。以下で詳しく説明するが、イオン・ファンネルおよびドリフト領域は、その内部に仮想噴流ディスラプタを形成するように構成することができる。

[0029] イオン・カーペットまたはＲＦカーペットは、イオン・ファンネルのイオン出射口に、またはそれに隣接して位置付けることができる。このような実施形態では、イオン・カーペットは、実例として、基板上に配置された一連の同心リング電極から成り、小さなアパーチャが中心を通って定められ、インターフェースのイオン出射アパーチャとして機能する。イオン・ファンネルと同様、ＲＦ電圧が、１８０°位相外れで、隣接する電極に印加され、イオンをイオン出射アパーチャ内にそしてこれを通過するように駆動するために、ＤＣドリフト電界が重ね合わされる。また、イオン・カーペットはＤＣ単独モードにおいて高イオン透過率を提供できる(provide)ことも示されている。

[0030] 構築の前に質量分光分析計インターフェースをモデリングするために、通例、イオン軌道シミュレーションが行われる。これらのシミュレーションに最も広く使用されているプログラムは、ＳＩＭＩＯＮである。ユーザ生成デバイスによって形成される電界をモデリングすることに加えて、気体流効果およびモデル拡散(model diffusion)の包含を可能にする追加のプログラムも書かれて組み込まれている。しかしながら、中間圧力に対してＳＩＭＩＯＮにおいて使用される静止拡散シミュレーション（ＳＤＳ）モデルは、背景気体(background gas)の質量の１０,０００倍までのイオン・サイズをモデリングすることに限定される。この質量の限定のため、このプログラムは、背景気体が空気であるとき、約３００キロダルトン（ｋＤａ）のイオン質量をモデリングすることに限られ、したがって、ここで対象になる非常に大きな生体分子をモデリングするには不適切である。

[0031] 高速調節および擬似電位ＲＦ電界(pseudopotential RF field)双方を用いるイオン移動度モデルを使用する他のカスタム・イオン軌道シミュレーションも書かれている。しかしながら、高速調節ＲＦシミュレーション(fast adjusting RF simulation)も、一般のイオン質量を解明するだけで、擬似電位シミュレーションは、精度高く低周波数をモデル化しない。その理由は、擬似電位は周波数の二乗に反比例するからであり、つまり周波数を低くしても、擬似電位の強度を高めるだけで、例えば、一連のリング電極における閉じ込めが強まることになる。しかしながら、適性にイオンを閉じ込めるためには、周波数の発振が遅過ぎる可能性があり、擬似電位モデルはこれを反映しない。

[0032] 気体流をシミュレートするには２つの方法があり、その選択は気体密度によって決まる。高密度の流れをシミュレートするためには、連続体仮定(continuum assumption)が適している。何故なら、流体密度における微視的な変動は、シミュレートされる領域の長さの尺度と比較すると小さいからである。連続体気体流は、ナビエ−ストークスの式(Navier-Stokes equation)に対する数値解によって正しく特徴付けられる。連続体仮定は、局所的変動が大きくて気体を個々の粒子として扱わなければならない低密度流では、失敗する。これらの流れは、バード(Bird)によって開発された直接シミュレーション・モンテ・カルロ法（ＤＳＭＣ）を使用するボルツマン式に対する確率論的解によって特徴付けられる。質量分光分析計インターフェースは、多くの場合、遷移流域に該当する中間密度を有する。この領域(regime)に対する最良のソルバ(solver)は、排気(pumping)およびインターフェース外形(interface geometry)によって変わる可能性がある。

[0033] 大きなイオン、例えば、メガダルトン（ＭＤａ）範囲のイオンに対する質量分光分析測定の関心が高まるに連れて、大きなイオンに対するインターフェースを特徴付けることが重要になる。例示的な実施形態では、ＦＵＮＰＥＴインターフェースは、流動する気体においてキロダルトンからギガダルトンの大きさのイオンの軌道を特徴付けることによって、イオン透過を最大化しつつ、広い質量範囲のイオンに対する過剰運動エネルギを最少に抑えるように設計されている。イオンの運動をシミュレートするために、速度ベレ・アルゴリズム(velocity Verlet algorithm)をランジュバン動力学と共に使用して、新たなイオン軌道プログラムが書かれた。これは、ＳＩＭＩＯＮ８．１からの電界、気体流情報からの抗力(drag)、拡散、および重力を組み込む。

[0034] これより図１Ａを参照すると、イオン電荷および質量電荷比を測定するために静電線形イオン・トラップ（ＥＬＩＴ）１４に動作可能に結合されたイオン源１２を有する電荷検出質量分光分析計（ＣＤＭＳ）１０が示されている。代替実施形態では、イオン測定は、オービトラップあるいは他の単一粒子測定デバイスまたは機器によって行われてもよい。イオン源１２は、実例として、イオンのイオン源、即ち、生成器と、イオン生成器とイオン分離機器との間に位置付けられたイオン分離機器とを含む。ＣＤＭＳ１０において、イオン分離機器は、実例として、１つ以上の従来のイオン質量分光分析計の形態で設けられる。他の実施態様では、イオン分離機器は、代わりに、１つ以上の分子特性に基づいてイオンを分離する従来の機器の内の１つまたは任意の組み合わせであっても、あるいは含んでもよい。分子特性の例には、質量、移動度、保持時間、粒子サイズ等を含むことができるが、これらに限定されるのではない。更に、ＦＵＮＰＥＴインターフェースは、電荷検出質量分光分析計（ＣＤＭＳ）１０の前方端（例えば、イオン源と質量分光分析計または質量分析器との間）に実装されるとして、添付図面に示し本明細書において説明したが、ＦＵＮＰＥＴインターフェースが、代わりに、任意の分光分析計構成(arrangement)において実装されてもよいことも、本開示が想定していることは理解されよう。この場合、１つ以上の分子特性にしたがってイオン分離の前に、イオンを熱化する、および／または気体流を減少させることが望ましい。

[0035] これより図１Ｂを参照すると、図１Ａに示したイオン源１２の実施形態が示されている。図１Ｂに示す実施形態では、イオン源１２は、実例として、従来の質量分光分析計または質量分析器２２のイオン入射口に、イオン輸送インターフェース２０を介して動作可能に結合されたイオン発生源（source of ions)１８、即ち、従来のイオン生成デバイスを含む。図示する実施形態では、イオン生成器１８は、その一端にイオン出射口２６を定めるキャピラリ２４を有する従来のエレクトロスプレイ・イオン化（ＥＳＩ）源の形態で設けられている。図１Ｂには示されていないが、ＥＳＩ源１８は、試料溶液に流体結合され、イオン、即ち、荷電粒子Cを生成するために、従来のように動作可能であり、イオンはイオン出射口２６から出射する。先に論じたように、ＥＳＩ源１８は、アンビエント・イオン化技法、即ち、試料溶液を大気圧においてイオン化するものである。他の実施形態では、同様に周囲環境においてイオンを生成するように動作する、他の既知のイオン生成デバイスが使用されてもよい。しかしながら、従来の質量分光分析計は高真空環境において動作するので、イオン輸送インターフェース２０は、実例として、イオン生成デバイス１８内またはその周囲における大気圧から質量分光分析計２２の低圧（即ち、高真空）環境にイオンを輸送するインターフェースとして機能する。

[0036] 図１Ｂに示す実施形態では、イオン輸送インターフェース２０は、実例として、イオンＥＳＩ源１８および質量分光尾分析計２２に、そしてこれらの間に流体結合された混成イオン・ファンネル−イオン・カーペット（ＦＵＮＰＥＴ）インターフェースの形態で設けられている。図示する実施形態では、ＦＵＮＰＥＴインターフェース２０は、イオン入射口３２を有する真空チェンバまたは筐体３０を含む。イオン入射口３２をＥＳＩ源１８のキャピラリ２４が貫通し、キャピラリ２４のイオン出射口２６が真空チェンバ３０内に侵入する。代替実施形態では、キャピラリ２４は、キャピラリ２４のイオン出射口２６が、イオン入射口３２において終端するか、またはイオン入射口３２を貫通して真空チェンバ３０に貫入するように、真空チェンバ３０のイオン入射口３２と係合するように構成されてもよい。

[0037] 図示する実施形態では、真空チェンバ３０の内側と従来のポンプ３６との間に弁３４が流体結合され、ポンプ３６は気体源に流体結合されている。このような実施形態では、弁３４およびポンプ３６は、気体源３８からチェンバ３０の内側に気体を制御可能に追加するために、例えば、プロセッサまたはコントローラによって自動的に、あるいは手動で制御することもできる。また、図示する実施形態では、他の弁４０が真空チェンバ３０の内側と従来の真空ポンプ４２との間に流体結合されている。このような実施形態では、弁４０および／またはポンプ４０は、真空チェンバ３０内部の真空レベルを制御するために、例えば、自動的にまたは手動で制御することもできる。更にまた、図示する実施形態では、更に他の弁４４が真空チェンバ３０の内側に流体結合されている。このような実施形態では、弁４４は、真空チェンバ３０からの放出気体および／または真空を制御するために、例えば、自動的にまたは手動で制御することもできる。

[0038] ＦＵＮＰＥＴインターフェース２０は、更に、図１Ｂにおける例によって示されるように、真空チェンバ３０内部において、ＥＳＩ源１８と質量分光分析計２２との間に配置されたイオン・ファンネル４６を含む。イオン・ファンネル４６は、実例として、生成されたイオンＣをその中に受け取るように位置付けられ、構成されている。ＥＳＩ源１８における大気圧状態とキャピラリ２４の出射口２６における真空状態との間における大きな圧力差によって、超音波噴出の形態でキャピラリ２４から流出する有向気体流が形成され、この超音波噴流が、ＥＳＩ源１８によって生成されたイオンを、イオン・ファンネル４６の入射口５４の中まで輸送する。以下で詳しく説明するが、イオン・ファンネル４６は、その内部に仮想噴流ディスラプタ７６を定める。仮想分流ディスラプタ７６は、ＥＳＩ源１８のキャピラリ２４から流出する超音波噴流を散逸させ、更に、イオンがイオン・ファンネル４６によって質量分光分析計２２内に輸送されるときに、ファンネル４６内においてイオンを熱化する。

[0039] 図示する実施形態では、イオン・ファンネル４６は、実例として、ＥＳＩキャピラリ２４のイオン出射口２６から離間された一定アパーチャ領域４８と、一定アパーチャ領域４８に流体結合されここから延出する漸減ファンネル領域５０とを含む。イオン・ファンネル４６の一定アパーチャ領域４８は、実例として、Ｍ個の一定アパーチャ、離間導電性リング電極５２_１〜５２_Ｍで形成され、Ｍは任意の正の整数でよい。一定アパーチャ・リング電極５２_１〜５２_Ｍは、各々、実例として、一連のリング電極５２_１〜５２_Ｍが一緒に軸方向に貫通する一定直径Ｄ１の一定アパーチャ・ドリフト領域５５を定めるような内径Ｄ１と、リング電極５１_１〜５１_Ｍとそれらの間の空間との全体的な幅によって定められる長さとを有する。第１リング電極５２_１は、実例として、ＥＳＩノズル２４のイオン出射口２６から離間され、第１リング電極５２_１を貫通して定められる開口が、イオン・ファンネル４６のイオン入射口５４を定める。図１Ｂに示す実施形態では、ＥＳＩノズル２４のイオン出射口２６は、イオン・ファンネル４６の一定アパーチャ領域４８のドリフト領域５５を貫通して定められる（そして、インターフェース２０の中央を貫通して定められる）中央長手方向軸Ａと軸方向に整列されている、即ち、共線状である。しかしながら、このような整列は必須ではなく、他の実施形態では、ＥＳＩノズル２４のイオン出射口２６が軸方向ドリフト領域５５と軸方向に整列される必要はないことは理解されよう。イオン・ファンネル４６の一定アパーチャ領域５５の長さは、用途によって変化してもよい。

[0040] イオン・ファンネル４６のファンネル領域５０は、実例として、Ｎ個の離間された導電性リング電極５６_１〜５６_Ｎで形成されている。導電性リング電極５６_１〜５６_Ｎは、一定アパーチャ領域４８から離れて質量分光分析計２２に向かって軸方向に延び、リング電極５６_１〜５６_Ｎのアパーチャは、質量分光分析計２２に向かう方向に直径が線形に短くなる。実例として、第１リング電極５６_１は、一定直径領域４８の最後のリング電極５２_Ｍの直径Ｄ１よりも多少短い内径を有し、残りのリング電極５６_２〜５６_Ｎの内径は、最後のリング電極５６_Ｎが内径Ｄ_２＜Ｄ_１を有するように順次短くなる。一実施形態では、リング電極５６_２〜５６_Ｎ−１の内径は、リング電極５６_１および５６_Ｎ間で、線形に、即ち、段階的に減少し、ファンネル領域５０を軸方向に貫通する漸減アパーチャ・ドリフト領域５７を定める。漸減アパーチャ・ドリフト領域５７は、リング電極５６_１〜５６_Ｎ間で線形に漸減する、即ち、減少する。尚、電極５２_１〜５２_Ｍおよび５６_１〜５６_Ｎの内径における破線は構造的コンポーネントではなく、むしろドリフト領域５５の一定の直径およびドリフト領域５７の線形に減少する直径を強調するために含まれるに過ぎないことは理解されよう。ある代替実施形態では、リング電極５６_１〜５６_Ｎの内１つ以上の内径は、ドリフト領域５７が厳格に線形に減少しないように、即ち、ドリフト領域５７の内径が非線形に減少するように、サイズが形成されてもよい。いずれの場合でも、イオン・ファンネル４６の一定アパーチャ領域４８によって定められたドリフト領域５５は、長手方向軸Ａがドリフト領域５５、５７双方を軸方向の中心を貫通するように、イオン・ファンネル４６のファンネル領域５０のドリフト領域５７と軸方向に整列されている。

[0041] 更に図１Ｂに示すように、回路ボード８０は、Ｑ個の回路コンポーネント８２_１〜８２_Ｑが実装されており、Ｑは任意の正の整数でよい。回路ボード８０は、Ｐ本の導電路を通じて、イオン・ファンネル４６に電気的に結合されており、ここで、Ｐは任意の整数でよい。電圧源８４は、Ｒ本の導電路を通じて回路ボード８０に電気的に結合されており、ここで、Ｒは任意の正の整数でよい。図示する実施形態では、電圧源８４は、実例として、少なくとも１つのＤＣ電圧源と、少なくとも１つの無線周波数（ＲＦ）電圧源とを含む。一実施形態では、回路コンポーネント８２_１〜８２_Ｑは、実例として、電極５２_１〜５２_Ｍおよび５６_１〜５６_Ｎの各々の間に接続する十分な数の抵抗器を含み、ＤＣ電圧源は、電極５２_１および５６_Ｎの間に、イオン・ファンネル４６の入射口５４から軸方向にドリフト領域５５および５７を通過し更にイオン・ファンネル４６のイオン出射口（即ち、ファンネル領域５０の最後のリング電極５６_Ｎによって定められるアパーチャ）を通過するようにイオンを駆動する方向に、ドリフト領域５５、５７内にドリフト電界(electric drift field)を確立するのに適したＤＣ電圧を印加するように構成されている。更に、回路コンポーネント８２_１〜８２_Ｑは、実例として、ＲＦ電圧源（１つまたは複数）と電極５２_１〜５６_Ｎの各々との間に接続する十分な数のキャパシタを含み、ＲＦ電圧源（１つまたは複数）は、それぞれのキャパシタを介して、電極５２_１〜５６_Ｎの各々に、例えば、隣接する電極に印加される位相から１８０度外れで、イオンがＤＣドリフト電界によってドリフト領域５５、５７を軸方向に貫通するように駆動されるときに、軸Ａに向けてイオンを半径方向に収束するのに適したＲＦ電圧を印加するように構成されている。

[0042] 更に、ＦＵＮＰＥＴインターフェース２０は、実例として、イオン・ファンネル４６のファンネル領域５０の最後のリング電極５６_Ｎから離間されたイオン・カーペット５８を含む。イオン・カーペット５８は、実例として、従来の構造であり、一連の同心円状または他の閉鎖形状の導電性リング６３を含む。導電性リング６３は、平面基板６０、例えば、回路ボードの一方の平坦面６０Ａ上に形成され、基板６０を軸方向に貫通して定められた中央アパーチャ６２を中心に入れ子になっている。実例として、リングは全て同じ厚さを有し、リングの内径（または内部断面積）は、これらのリングの内最初のものがアパーチャ６２と密接に外接し、連続する各リングが直前のリングに外接するように、中央開口６２から半径方向に離れる方向に順次大きくなる。一実施形態では、回路コンポーネント８２_１〜８２_Ｑは、実例として、導電性リング６３の各々の間に接続する十分な数の抵抗器を含み、ＤＣ電圧源は、イオンをアパーチャ６２に向けて駆動する方向にリング６３に沿ってドリフト電界を確立するのに適したＤＣ電圧を、第１および最後のリング間に印加するように構成されている。ある実施形態では、回路コンポーネント８２_１〜８２_Ｑは、更に、実例として、ＲＦ電圧源（１つまたは複数）とリング６３の各々との間を接続する十分な数のキャパシタを含み、ＲＦ電圧源（１つまたは複数）は、イオンをアパーチャ６２に向けて半径方向に収束するのに適した、例えば、１８０度位相外れのＲＦ電圧を、それぞれのキャパシタを介してリング６３の各々に印加するように構成されている。ドリフト領域５５、５７を軸方向に貫通して駆動されるイオンがイオン・ファンネル４６から出射すると、これらはリング６３間に確立されたＤＣドリフト電荷によって、そしてある実施形態では、リング６３に印加されるＲＦ電圧によっても、イオン・カーペット５８のアパーチャ６２に向けて収束され、アパーチャ６２を抜ける。ある実施形態では、ＤＣドリフト電界だけが使用され、他の実施形態では、ＲＦ電圧（１つまたは複数）も印加されてもよい。つまり、イオン・カーペット６０の動作は、従来通りであり、基板６０の平坦面６０Ａによって定められる平面に向かって垂直に移動するイオンをアパーチャ６２に向けて収束しこれを貫通するように、ＤＣ電圧、そしてある実施形態ではＲＦ電圧も同様に、選択的にリング６３に印加される。図１Ｂに示す実施形態では、中央軸Ａが軸方向にアパーチャ６２を貫通する。アパーチャ６２は、ＦＵＮＰＥＴインターフェース２０のイオン出射口を形成し、したがって質量分光分析計２２へのイオン入射口も形成する。

[0043] イオン・ファンネル４６のリング電極５２_１〜５２_Ｍは、実例として、電気絶縁性で幅が等しいスペーサを介して互いに結合されている(join)。一実施形態では、このようなスペーサは、実例として、連続する電気絶縁性シート６４_１の形態で設けられ、この電気絶縁シート６４_１上に、リング電極５２_１〜５２_Ｍが形成されるか、または少なくとも部分的に埋め込まれる。または、図１Ｂにおける例によって示されるように、離間された関係で、電気絶縁シート６４_１にリング電極５２_１〜５２_Ｍが貼り付けられるか、または取り付けられる。同様に、リング電極５６_１〜５６_Ｎも、実例として、電気絶縁性で幅が等しいスペーサを介して互いに結合されている。一実施形態では、このようなスペーサは、実例として、連続する電気絶縁性シート６４_２の形態で設けられ、電気絶縁性シート６４_２上にリング電極５６_１〜５６_Ｎが形成されるか、または少なくとも部分的に埋め込まれる。または、同様に図１Ｂにおける例によって示されるように、離間された関係で、電気絶縁性シート６４_２に、リング電極５６_１〜５６_Ｎが貼り付けられるか、またそうでなければ取り付けられる。図示する実施形態では、連続する電気絶縁性シート６４_１、６４_２は、互いに離れており、このような実施形態では、シート６４_１、６４_２は、実例として、それらの共通の境界に沿って結合され、ドリフト領域５５、５７が一緒に、イオン・ファンネル４６を軸方向に貫通する１つの密閉ドリフト領域を定めるように、密閉を形成する。このような実施形態のあるものは、図６Ａおよび図６Ｃにおける例によって示されるように、電気絶縁性シート６４_２は、リング電極５６_１〜５６_Ｎによって定められるアパーチャの直径と同様に、線形に（または非線形に）減少する外径を定めるように、下に向かって漸減する。代替実施形態では、連続する電気絶縁性シート６４_１、６４_２を組み合わせて１枚のシートを形成し、１つの一元化電気絶縁性シートが、リング電極５２_１〜５２_Ｍの各々、およびリング電極５６_１〜５６_Ｎの各々に、イオン・ファンネル４６の長さに沿って結合され、イオン・ファンネル４６を軸方向に貫通する１つの密閉ドリフト領域を同様に定めるようにしてもよい。

[0044] ファンネル領域５０の最後のリング電極５６_Ｎと、電極５６_Ｎに面するイオン・カーペット５８の平坦面６０Ａとの間にある軸方向ギャップは、実例として、イオン・ファンネル４６とイオン・カーペット５８との間にドリフト領域５９を定め、イオン・カーペット５８のアパーチャ６２は、最後のリング電極５６_Ｎの内径によって定められるアパーチャと軸方向に整列する、即ち、共線状となる。図１Ｂに示す実施形態では、電気絶縁性シート６４_２は、イオン・カーペット５８の基板の外周と、またはその外周に隣接するイオン・カーペット５８の基板６０の面６０Ａと密閉接触する(sealing contact)ことが示されている。他の実施形態では、イオン・カーペット５８とイオン・ファンネル４６との間に密閉を形成するためには、任意の適した密閉材料および／または構造が使用されてもよい。いずれの場合でも、イオン・カーペット５８は、一定アパーチャ領域４８のドリフト領域５５、ファンネル領域５０のドリフト領域５７、およびファンネル領域５０とイオン・カーペット５８との間に定められたドリフト領域５９のカスケード状の組み合わせが、イオン・ファンネル４６を軸方向に貫通する１つの連続密閉ドリフト領域６５を定めるように、イオン・ファンネル４６と密閉係合してこれと結合されている。

[0045] これより図６Ａ〜図６Ｃを参照すると、図１ＢのＦＵＮＰＥＴインターフェース２０の物理実施形態(physical embodiment)が示されている。図６Ａにおける例によって示されるように、ＦＵＮＰＥＴインターフェース２０のイオン・ファンネル４６は、実例として、２つの電気絶縁性で可撓性の印刷回路ボード（ＰＣＢ）シート６４_１および６４_２によって作られている。電極５２_１〜５２_Ｍは、一連の細長く、並行し、離間された導電性ストリップの形態で、電気絶縁性シート６４_１に取り付けられるか、またはその上に形成され、導電性ストリップは、シート６４_１が図１Ｂに示すように円筒に形成されたときに、離間された導電性の一定アパーチャ・リング電極５２_１〜５２_Ｍの軸方向シーケンスを形成する。電極５６_１〜５６_Ｎは、一連の円弧状で、並行し、離間された導電性ストリップの形態で、電気絶縁性シート６４_２に取り付けられるか、またはその上に形成され、導電性ストリップは、シート６４_２が図１Ｂに示すようにファンネルに形成されたときに、離間され導電性で、アパーチャが徐々に小さくなるリング電極５６_１〜５６_Ｎの軸方向シーケンスを形成する。また、図６Ａに示すように、回路ボード８０は、イオン・ファンネル４６に電気的に接続されていることが示されている。この実施形態では、回路ボード８０は、２つの別個で細長い回路ボード８０Ａ、８０Ｂの形態で設けられ、隣接する端部において互いに結合されている。回路コンポーネント８２_１〜８２_Ｑの内いくつかは、回路ボード８０Ａに実装され、シート６４_１に実装された、アパーチャの直径が一定のリング電極５２_１〜５２_Ｍに電気的にそして動作可能に結合され、回路コンポーネント８２_１〜８２_Ｑの他のものは、回路ボード８０Ｂに実装され、シート６４_２に実装された、アパーチャの直径が一定のリング電極５６_１〜５６_Ｎに電気的にそして動作可能に結合されている。

[0046] 図６Ｂにおける例によって示されるように、ＦＵＮＰＥＴインターフェース２０のイオン・カーペット５８は、平坦面６０Ａを有する、硬質の電気絶縁性印刷回路ボード（ＰＣＢ）６０の形態で設けられ、平坦面６０Ａに、複数の入り子状の導電性リング６３が実装、またそうでなければ、形成されている。内径が最も小さい導電性リングが、回路ボード６０の中央を貫通して定められたアパーチャ６２を包囲し、残りの導電性リング６３の各々は、互いに順次外接し、イオン・カーペット構造を形成する。イオン・カーペット５８は、任意の数の入り子状導電性リング６３を含んでもよく、図６Ｂに示す実施形態では、イオン・カーペット５８は、実例として、２５個の入り子状リング６３を有する。

[0047] 図６Ｃにおける例によって更に示されるように、イオン・ファンネル４６およびイオン・カーペット５８は、図１Ｂに関して先に説明したように、イオン・ファンネル４６およびイオン・カーペット５８が密閉されるように、図１Ｂに示すそれらの動作位置において、３ＤプリントされたＡＢＳプラスチック支持筐体３０によって、適所に保持されている。図示する実施形態では、支持筐体３０は４つのセクション３０Ａ〜３０Ｄを含み、これらは、ＦＵＮＰＥＴインターフェース２０を形成するために、互いにボルト締めされている。セクション３０Ａおよび３０Ｂは、イオン・ファンネル４６の一定アパーチャ領域４８を定めるロール・シート６４_１の殆どを収容する。セクション３０Ｃのサブセクション３０Ｃ_１は、ロール・シート６４_１の残りの部分を収容し、セクション３０Ｃのサブセクション３０Ｃ_２は、イオン・ファンネル４６のファンネル領域５０を定めるロール・シート６４_２の殆どを収容する。セクション３０Ｄのサブセクション３０Ｄ_１は、ロール・シート６４_２の残りの部分を収容し、セクション３０Ｄのサブセクション３０Ｄ_２は、実例として、イオン・カーペット５８を収容するようなサイズに作られた円板セクションを形成する。回路ボード８０Ａは、筐体３０のセクション３０Ａ〜３０Ｃに結合され、これらのセクションの外面に沿って載せられている。回路ボード８０Ｂは、筐体３０のセクション３０Ｃおよび３０Ｄに結合され、同様に、これらのセクションの外面に沿って載せられている。回路ボード８０Ｂに実装された回路コンポーネント８２_１〜８２_Ｑの一部は、イオン・カーペット５８を定める回路ボード６０に実装された導電性リング６３に電気的そして動作可能に結合されている。

[0048] 図示する実施形態では、ＥＳＩ源１８によって生成されたイオンＣが真空チェンバ３０に入射し、大気圧において動作するＥＳＩ源１８と真空状態下で動作する質量分光分析器２２との間の圧力差によって生ずる気体流７０によって、密閉ドリフト領域６５の一定アパーチャ・ドリフト領域４８のイオン入射口５４に導入される。気体がドリフト領域４８およびファンネル領域５０の中に深く流入するにつれて、背圧が発生して増大し、気体流７０を減速させ(slow)、最終的に蓄積圧力７２のエリアを形成し、イオン・ファンネル４６のイオン入射口５４に逆に向かってここから週出する気体７４の逆流を発生させる。圧力蓄積のエリア７２と気体の逆流７４との組み合わせは、密閉イオン・ファンネル４６の直接的な結果として、仮想噴流ディスラプタ７６を形成し、仮想噴流ディスラプタ７６は気体流の噴流を散逸させ、イオンＣを熱化する。実例として、圧力蓄積エリア７２およびイオン・ファンネル４６内における気体の逆流７４の外観(features)、ならびにこれらに関連する動作パラメータを調節するために、弁３４、４０、および４４の内１つ以上を制御することができる。漸減するドリフト領域５７およびイオン・カーペット５８の組み合わせは、従来のＲＦおよびＤＣ電圧源８４を使用するその適した電気制御と共に、実例として、ＦＵＮＰＥＴインターフェース２０のイオン出射アパーチャ６２に向けて、そしてこれを通過するように、熱化されたイオンＣを誘導する。ＦＵＮＰＥＴインターフェース２０の制御および動作については、以下で図５〜図８に関して更に説明する。

[0049] 尚、質量分光分析計２２は任意の従来の設計でもよく、例えば、飛行時間（ＴＯＦ：time-of-flight）質量分光分析計、リフレクトロン質量分光分析計、フーリエ変換イオン・サイクロトロン共鳴（ＦＴＩＣＲ：Fourier transform ion cyclotron resonance）質量分光分析計、四重極型質量分光分析計、三連四重極型質量分光分析計等を含むが、これらに限定されるのではないことは認められてしかるべきである。更に、ある実施形態では、ＦＵＮＰＥＴインターフェース２０に入射するイオンの発生源は、代わりに、任意の従来のイオン源であってもよく、例えば、図１Ｂに関して説明したようなエレクトロスプレイ・イオン化源のような少なくとも１つのイオン生成デバイス、マトリックス支援レーザ脱離イオン化（ＭＡＬＤＩ：matrix-assisted laser desorption ionization）源等の内の１つまたは任意の組み合わせを含むが、これらに限定されるのではなく、更に、イオン移動度分光分析計、液体または気体クロマトグラフ等のような、少なくとも１つの分子特性の関数として経時的にイオンを分離するように構成された１つ以上の分子分離機器も含んでもよい。

[0050] これより図２Ａ〜図２Ｆ、図３Ａ〜図３Ｆ、および図４Ａ〜図４Ｆを順次参照して、図１Ｂに示し以上で説明したＦＵＮＰＥＴインターフェース２０とは異なるコンポーネントを有する、３つの代替イオン源インターフェースの構造および動作を示す。図２Ａ〜図４Ｆに示す結果を達成するために、特定の気体流シミュレーション、拡散、およびイオン軌道シミュレーションを行った。図２Ａ〜図２Ｆ、図３Ａ〜図３Ｆ、および図４Ａ〜図４Ｆを参照するこれらの代替インターフェースの説明に続いて、以上で説明したＦＵＮＰＥＴ２０についてのシミュレーション結果を示し、図５Ａ〜図５Ｆを参照しながら説明する。

[0051] 図２Ａ〜図２Ｆに示す第１の代替インターフェース（「インターフェース１」）は、開放ドリフト領域を、物理噴流ディスラプタおよびイオン・カーペットと共に有するが、イオン・ファンネルがない。図３Ａ〜図３Ｆに示す第２の代替インターフェス（「インターフェース２」）は、イオン・カーペットと共に密閉ドリフト領域を有するが、物理噴流ディスラプタおよびイオン・ファンネルがない。図４Ａ〜図４Ｆに示す第３の代替インターフェース（「インターフェース３」）は、密閉ドリフト領域を仮想噴流ディスラプタおよびイオン・ファンネルと共に有するが、イオン・カーペットがない。図４Ａ〜図５Ｆに示すＦＵＮＰＥＴインターフェース２０は、図１Ｂに関して説明したように、イオン・ファンネル４６内に定められ、イオン・カーペット６２に結合された密閉イオン領域６５を有し、密閉イオン領域６５はその中に仮想噴流ディスラプタ７６を定める。

[0052] 気体流シミュレーション

[0053] インターフェースに入る気体の特徴付けは、４つのインターフェース全てに対して同一であった加熱金属キャピラリ（長さ１０ｃｍ、内径０．３８１ｍｍ）を通過する気体流を理解することから始まった。キャピラリの両端間における大きな圧力差のために、キャピラリから出る流れは超音波噴流を形成する。Ｗｕｔｚ／Ａｄａｍｓ乱流モデルを使用して、キャピラリを通過する体積流量を計算し、キャピラリの長さ対直径比率が十分に大きければ（例えば、＞５０）、実験とよく一致することが示されている。キャピラリ噴流のプロパティを判定し、キャピラリ噴流が各インターフェースによってどのような影響を受けるか理解するために、気体流シミュレーションを行った。次いで、気体流シミュレーションからの結果を、イオン軌道プログラムにインポートして、イオン透過およびイオンの過剰運動エネルギに対する気体流の影響を理解した。気体流をモデル化するために２つの方法を使用したが、選択は気体密度にしたがって行った。

[0054] インターフェース１の開放ドリフト領域の低い背景圧力（例えば、９３Ｐａ）は、直接シミュレーション・モンテ・カルロ法（ＤＳＭＣ）プログラムＤＳ２Ｖによる分析に最も適したが、直接モデル化するには、入射口圧力が高すぎた。したがって、ＤＳ２Ｖプログラムによって受け入れ可能な入射口条件をモデル化するために、キャピラリに対して計算された噴流膨張の最大バレル衝撃径(barrel shock diameter)を使用して、入射口の直径を近似した。開放ドリフト領域のシミュレーションは全て、領域の２Ｄ軸対称モデルを使用し、気体を、全ての表面から拡散反射が生ずる剛体球として扱った。このシステムの初期状態は真空であり、出射境界(exit boundaries)をカーペット・アパーチャに設定し、排気位置(pumping location)をキャピラリから下流に設定した。インターフェース１の開放ドリフト領域のＤＳ２Ｖシミュレーションを、流れが定常状態に達するまで行った。

[0055] インターフェース２、インターフェース３、およびＦＵＮＰＥＴインターフェース２０の閉鎖ドリフト領域に対して発生する圧力蓄積のため、ＤＳＭＣ法に要するシミュレーション時間が長過ぎるという結果に至った。閉鎖インターフェース設計において高密の気体を更に精度高くモデル化するために、連続体に基づくソルバ(continuum based solver)を使用した。この作業では、Ｓｔａｒ−ＣＣＭ＋ ｖ１０．０６（ＣＤ−Ａｄａｐｃｏ）を、全ての閉鎖インターフェース・シミュレーションに使用した。このソルバの設定は、理想的な気体の圧縮可能な流れに対して選択した。圧力出口(pressure outlet)は、キャピラリの後ろの領域（９３Ｐａ）、および各インターフェース設計の出射アパーチャ（１０Ｐａ）において設定した。閉鎖ドリフト領域内部の初期圧力を、９３Ｐａに設定した（以前の機器における同様の構成に対して測定した圧力に基づいて）。流出質量流速が流入質量流速(entrance mass flow rate)（±５％）に等しいときに、収斂(convergence)が発生したと判断した。

[0056] 拡散

[0057] Ｃｒｏｏｋｓおよび共同研究者によって速度ベレ・アルゴリズムに適合されたランジュバン動力学モデルによって、拡散を組み込んだ。ランジュバン動力学は、摩擦（即ち、抗力）および架空の背景気体との確率的衝突を表すランダム力（即ち拡散）による粒子の運動減衰を考慮するために、２つの追加の力項をニュートンの第２運動法則に追加する。この作業では、拡散係数をアインシュタインの関係によって計算し、イオンの移動度をＭａｎｓｏｎ−Ｓｃｈａｍｐ式によって計算した。Ｃｒｏｏｋｓおよび共同研究者によって開発された７ステップ速度ベレ・アルゴリズムは、次の式で示される。

[0058]

[0059]

[0060]

[0061]

[0062]

[0063]

[0064]

[0065] 変数ｒおよびｖは、粒子の位置および速度であり、ｎは現在の時刻であり、Δｔは時間刻みであり、ｆは粒子に作用する抗力であり、ｍは粒子の質量であり、βはＫ_ＢＴの逆数であり（ここで、ｋ_Ｂはボルツマン定数であり、Ｔは温度である）、ａは抗力によって減衰した速度を表し、Ｎ^＋およびＮ⁻は、独立した標準正規偏差(standard normal deviate)であり、粒子の確率論的運動をモデル化するために使用される。変数ｂは、このモデルの精度を確保するために使用される倍率である。ステップ４は、明示的なハミルトニアン更新(explicit Hamiltonian update)である。本明細書において紹介するシミュレーション作業では、ハミルトニアン・ステップを省略し、シミュレーションの時間刻みが既に小さいことから、倍率は不要と判断した。加えて、抗力(drag force)（以下を参照のこと）を直接ステップ２および６に出てくる力項に組み込むことを優先して、減衰速度項も省略した。これは、減衰速度項は静止背景気体を仮定するが、我々の抗力モデル(drag model)は流動背景気体を組み込むからである。シミュレーションは、２つの抗力モデル間で良好な一致を実証した。

[0066] このモデルを、単純なモンテ・カルロ拡散シミュレーションと比較して検査し、その精度を判定した。多数の時間刻みに対する拡散粒子の大きな集合体の最終的な位置を記録し、分布を比較した。長い時間尺度、大きなイオン質量、および高い背景圧力において、双方のモデルは、最終的な位置に予期されたガウス分布を示した。短い時間尺度、小さいイオン質量、および低い圧力において、ランジュバン動力学モデルは、モンテ・カルロ法によって作成されたガウス分布から逸脱した。しかしながら、これは予期されることである。何故なら、最終位置のガウス分布を作成するためには大多数の衝突が必要とされるからであり、時間が短い程、質量が軽い程、圧力が低い程、全て衝突の減少に繋がるからである。この拡散モデルは、したがって、適切であると見なされた。

[0067] イオン軌道シミュレーション

[0068] ランジュバン動力学拡散モデル、抗力モデルによる気体流情報、ＳＩＭＩＯＮ８．１からの電界からの力、および重力を組み込んだ速度ベレ・アルゴリズムを使用して、イオン軌道シミュレーションを実行した。これは、数千個のイオンを適時分析できるように、ＯｐｅｎＭＰ ｄｉｒｅｃｔｉｖｅ（並列化の指示文）を使用して書かれたカスタムＦｏｒｔｒａｎプログラムに全て組み込まれた。ごく少量の透過した入射イオンを判定することに加えて、イオンが熱化されたことを確認するために、イオン・エネルギを追跡した。

[0069] 最初のステップは、ＳＩＭＩＯＮ外形ファイル(ＳＩＭＩＯＮ geometry file)に書き込み、精細化することである。ＤＣおよびＲＦ電位を全ての電極に印加し、電位アレイ・ファイルを印刷した。ＤＳ２ＶまたはＳｔａｒ−ＣＣＭ_＋シミュレーションから、局所的な気体圧力および速度情報を抽出し、参照表を作成した。イオンの位置を初期化することによって、軌道計算を開始する。発散ノズルを有するインターフェースでは、全てのイオンが同じ軸方向位置、およびランダムな半径方向位置において開始する。イオンの初期速度は、周囲の気体流のそれと等しく設定する。何故なら、全てのイオンは、キャピラリの終端に向かって、気体流と共に移動することが予期されるからである。一旦イオン位置および速度を設定したなら、軌道シミュレーションを開始する。

[0070] 各時間刻みにおいて、気体流値に対してバイリニア内挿法、および電界値に対してトライリニア内挿法(tri-linear interpolation)を実行して、イオンの位置を求める。周囲の気体流に対するイオンの速度を計算し、次いでこの相対速度および周囲の気体の圧力を使用して、抗力を計算する。次いで、イオンの質量を使用して、抗力を加速度に変換する。次いで、この電界による加速度を計算する。次いで、抗力、電界、および重力からの寄与を合計することによって、総加速度を判定する。局所圧力から拡散定数を決定し、拡散モデルに組み込み、拡散による位置および速度の更新を得る。次いで、イオンの現在の速度、電界による総加速度、抗力、重力、および拡散に基づいて、イオンの位置を更新する。次いで、同様にイオン速度を更新し、総速度を計算し、イオン・エネルギを判定する。次いで、プログラムは、イオンの位置およびエネルギを記録し、イオンが電極上に衝突したかまたは首尾良く透過したか確認するためにチェックし、衝突または透過しなかった場合、サイクルを繰り返す。一旦全てのイオンが衝突または透過したなら、透過率、そして透過したイオンに対して、平均最終エネルギ、および平均最終エネルギの標準偏差を、研究したイオン質量毎に計算する。

[0071] これより図２Ａ〜図２Ｆを参照すると、開放ドリフト領域を、イオン・カーペット（右側の垂直線において示す）および物理噴流ディスラプタ（ドリフト領域内における中央の垂直線として示す）と共に有するインターフェース１が示されている。このインターフェースの１つの実例(illustrative example)では、ドリフト領域は、２．５４ｃｍの一定の内径を有する７４個のリング電極（垂直線で示す）で構成される。電極は、厚さ０．５０８ｍｍであり、全長３１．５７ｃｍに対して、３．８１ｍｍの間隔が電極間にある。３００Ｖピーク・ピーク（Ｖｐｐ）および１８０°位相外れのＲＦ信号を隣接する電極に印加する。５Ｖ／ｃｍの一定ドリフト勾配も印加する。ドリフト領域の長さの途中に、直径６.３５mmの噴流ディスラプタを配置する。ドリフト領域の終端から６.３５mmに、イオン・カーペットを配置する。このカーペットは、高さ０.２５４mm、幅０.３８１mmで、０.１２７mmだけ離間された２４個の同心状リング電極で構成される。イオン・カーペットの中央における出射アパーチャは、長さ１.０１６mm、直径１.０１６mmである。イオン・カーペットに非線形ＤＣ電圧勾配を印加し、最も内側にある電極を接地し、外側の３つの電極を全て２７４Ｖに保持する。電圧勾配は、出射アパーチャに近い程急になる。イオン・カーペットにＲＦは印加しない。尚、この節において記載した数値による寸法およびその他の数値による構造は、一例として提示したに過ぎず、限定と見做しては決してならないことは理解されよう。代替実施形態では、１つ以上のこのような数値による寸法および／または他の数値による構造が、一例として以上で説明したものよりも、大きい場合または小さい場合もあることも想定される。

[0072] 開放ドリフト領域における低い圧力は、ＤＳＭＣ分析に適している。例えば、図２Ａに示すように、ＤＳ２Ｖシミュレーションからの軸方向速度は、噴流ディスラプタが噴流を殆ど停止させることを示す。何らかの気体が、噴流ディスラプタの周囲を流れ、次いで再結合し、ドリフト領域の終端に配置された排気およびカーペット・アパーチャに向かって流れるのが見える。しかしながら、ここでは圧力が低く、より大きな半径方向の膨張が許容される。図２Ｂに示すように、半径方向速度は、噴流ディスラプタの直前で大きな値を示し、次いで噴流ディスラプタの後ろで流れが再結合すると、負の値を示す。尚、カーベットの壁における正の半径方向速度が、気体流が壁と衝突していることを示すことも注記して然るべきである。図２Ｃに示す局所的圧力は、ドリフト領域の殆どが、予期される９３Ｐａを中心としており、噴流ディスラプタ直前の領域を例外とすることを示す。

[0073] このデバイスに対して異なるサイズのイオンを使用したイオン軌道を図２Ｄ〜図２Ｆに示す。例えば、図２Ｄ〜図２Ｆには、それぞれ、１ｋＤａ、１ＭＤａ、および１ＧＤａに対して２０通りの代表的な軌道を示す。図２Ｄに示すように、１ｋＤａのイオンは、噴流ディスラプタの周りを通り、これらのイオンは気体流によって中央軸に再度収束され、次いでイオン・カーペットによって開放ドリフト領域の終端において収束される。イオンの質量が増えるに連れて、イオンはもはや熱化されず、噴流ディスラプタの表面上で失われる。拡散係数は質量に反比例する。これが意味するのは、拡散の効果は、小さいイオン程容易に確認できるということである。

[0074] これより図３Ａ〜図３Ｆを参照すると、密閉ドリフト領域をイオン・カーペット（右側の青い垂直線で示す）と共に有するインターフェース２が示されている。このインターフェースでは、ドリフト領域およびイオン・カーペットのレイアウトは、図２Ａ〜図２Ｆにおけるインターフェース１のドリフト領域およびイオン・カーペットと同様であるが、電極間に絶縁密閉ギャップがある（黒い垂直線において示す）。加えて、インターフェース２は物理噴流ディスラプタを含まない。代わりに、ドリフト領域の電極を密閉することによって、気体流自体を仮想噴流ディスラプタとして使用する。そのようにする際、密閉されたドリフト領域のカーペット端に圧力が蓄積され、ドリフト領域から外側に向かう気体の逆流が、噴流を消散し、イオンを熱化するのを補助する。ドリフト領域を密閉することによって、局所的圧力が上昇するので、連続体仮定は気体流の計算に相応しい。インターフェース２では、噴流の半径方向膨張を減らすために、発散ノズルを使用した。

[0075] ３００Ｖ_ｐｐおよび１８０°位相外れのＲＦ信号を隣接する電極に印加する。１つの実例では、非線形電圧勾配を密閉ドリフト領域に印加する。最初の１５．５ｃｍは４０Ｖ／ｃｍを有し、最後の１１ｃｍは０.５Ｖ／ｃｍ勾配を有し、そして中間の５ｃｍは４０Ｖ／ｃｍから０.５Ｖ／ｃｍまで線形に減少する。加えて、イオン・カーペットに印加する電圧勾配は、インターフェース１に対して先に使用した勾配の１０％とする。最後に、噴流の半径方向膨張を減らすために、１ｃｍ長の発散ノズル（０.７５mmＩＤから５mm ＩＤ）をキャピラリ入射口の端部に追加した。このノズルの端部は、ドリフト領域内に２ｃｍ突入する。発散ノズルは、中心線強度を高めることが知られている。尚、この節において記載した数値による寸法およびその他の数値による構造は、一例として提示したに過ぎず、限定と見做しては決してならないことは理解されよう。代替実施形態では、１つ以上のこのような数値による寸法および／または他の数値による構造が、一例として以上で説明したものよりも、大きい場合または小さい場合もあることも想定される。

[0076] 図３Ａを参照すると、閉鎖ドリフト領域の軸方向速度は、噴流がキャピラリ入射口から〜１５ｃｍのところで停止されることを示す。その結果、カーペット端部における局所的圧力は約２８０Ｐａまで上昇し（図３Ｃ参照）、噴流の周囲に気体の逆流が発生する。噴流を破壊しイオンを熱化させる仮想噴流ディスラプタを構成する(provide)のは、ドリフト領域のカーペット端部における逆流および圧力蓄積の組み合わせである。仮想噴流ディスラプタの性能は、ドリフト領域の直径を比較的小さく抑えることによって、向上する。物理噴流ディスラプタがないと、図３Ｂに示す半径方向速度は、インターフェース１の場合よりも著しく小さくなる。唯一の注目すべき半径方向速度の構造は、発散ノズルから出る不足膨張噴流(under-expanded jet)の膨張および圧縮である。

[0077] ドリフト・チューブのカーペット端部における圧力蓄積の欠点は、質量分光分析計の後続領域に対する気体負荷を増やすことである。圧力蓄積のために、ドリフト領域の最初の１５ｃｍにおけるドリフト勾配を４０Ｖ／ｃｍに増大させた。ドリフト電界が増加すると、イオンが拡散しなければならない時間が短縮し、これらが逆流に取り込まれ失われるのを防止する。ドリフト領域のカーペット端部において、気体はほぼ静止し、ドリフト電界を０.５Ｖ／ｃｍまで低下させる。イオン・カーペットにおける電圧勾配は、インターフェース１におけるものの１０％まで低下させた。これらの電圧勾配が低下すると、イオンの過剰運動エネルギが減少する。尚、この節において記載した数値による寸法およびその他の数値による構造は、一例として提示したに過ぎず、限定と見做しては決してならないことは理解されよう。代替実施形態では、１つ以上のこのような数値による寸法および／または他の数値による構造が、一例として以上で説明したものよりも、大きい場合または小さい場合もあることも想定される。

[0078] 図３Ｄ〜図３Ｆは、１ｋＤａ、１ＭＤａ、および１ＧＤａイオンに対する例示的な軌道を示す。全てのイオン質量に対して、電位勾配および気体流の変化によって、ドリフト領域の後半部分において半径方向の膨張が発生し、その結果半径方向成分が生ずる。何故なら、流れが、カーペットに向かう軸方向の流れから、ドリフト領域のエッジに沿った逆流に移行しているからである。電位勾配は、カーペット端部において弱くなり、軸に対して直行する電界成分が発生する。

[0079] インターフェース２に対する透過は、１０ｋＤａおよび１００ＭＤａ間の全てのイオン質量では１００％に近く（図３Ａ参照）、インターフェース１に対して劇的な改善である。インターフェース２のドリフト領域のカーペット端部においてドリフト電界が低下することにより、更に、有意な気体流が存在しないことにより、拡散が、特に、小さい低質量イオンにとって、遥かに大きな役割を演ずる。拡散は、イオンの一部がカーペットの表面上において失われる原因となる。これは、１ｋＤａイオンの透過効率が低下することの要因である(responsible for)（図３Ｂ参照）。これは、拡散しない１ｋＤａイオンに対するイオン軌道シミュレーションを実行することによって確認され、１００％の透過が達成された。しかしながら、核酸は１ＧＤａイオンの低い透過効率の要因ではない。ここで、問題なのは、それらの大きな半径方向の膨張であり、イオン・カーペットによってそれらを収束することが難しいことである。

[0080] イオン透過が大幅に改善されたことに加えて、イオンの平均過剰運動イオン・エネルギも同様に大きく改善した。過剰運動エネルギは、図３Ｂに示すように、全てのイオン質量に対して、約３５分の１に低下した。しかしながら、少数の透過した１ＧＤａイオンのイオン・エネルギは相変わらず１０ｋｅＶを超え、電圧勾配のいずれを低下させても、更に透過率を低下させるだけである。大きく改善したが、平均イオン・エネルギは所望よりも高いままである。

[0081] インターフェース２において高質量イオンの透過率が低いのは、軸から遠く外れたイオンを収束するためにはカーペットが余り効果的でないことに起因する。高質量イオンの透過を高める努力において、仮想噴流ディスラプタを、物理的なものの代わりに、イオン・ファンネルと共に組み込むインターフェース３が設計された。つまり、イオン・ファンネルは、比較的長く狭いドリフト領域を有し、密閉されているので、気体流および逆流によって効果的な仮想噴流ディスラプタを生成することができる。

[0082] これより図４Ａ〜図４Ｆを参照して、密閉イオン・ファンネルを仮想噴流ディスラプタと共に有するインターフェース３を示す。インターフェース３は、実例として、一連の正方形リング電極で構成されたイオン・ファンネルである。例示的な一実施形態では、インターフェース３は８枚の硬質ＰＣＢで作られ、４枚の矩型基板が直線ドリフト領域に、４枚の三角形基板がファンネル領域に当てられる。正方形リング電極は、幅が０.６３５mmであり、隣接する電極間の間隔が０.６３５mmであり、総電極ピッチが１.２７mmである。直線ドリフト領域は、２０４個の電極で構成され、全長が２６ｃｍ、内径が７.６２ｃｍである。最後の１０４個の電極は、内径２mmの出射アパーチャまで徐々に小さくなり、ファンネルの全長は４２ｃｍである。３００Ｖピーク・ピーク（Ｖ_ｐｐ)および１８０°位相外れのＲＦ信号を、隣接する電極に印加する。これは、先のインターフェース１および２と同様である。しかしながら、最後の４つの電極にはＲＦを供給しない。５Ｖ／ｃｍの一定ドリフト勾配を、ファンネル全体の両端間に印加する。最後に、発散ノズルの入射口は３ｃｍだけイオン・ファンネル内に突入している。尚、この節において記載した数値による寸法およびその他の数値による構造は、一例として提示したに過ぎず、限定と見做しては決してならないことは理解されよう。代替実施形態では、１つ以上のこのような数値による寸法および／または他の数値による構造が、一例として以上で説明したものよりも、大きい場合または小さい場合もあることも想定される。

[0083] インターフェースから後続の質量分光分析計の領域までの気体流を減らすために、イオン・ファンネルの内径を、インターフェース１および２と比較して、大きくした。加えて、インターフェース３は、インターフェース１および２と比較して、長いドリフト領域を有する。何故なら、噴流は、直径が大きい程、消散するのに長くかかるからである。

[0084] 図４Ａにおいて、イオン・ファンネルの気体流の軸方向速度は、噴流がキャピラリ入射口から〜２７ｃｍ離れたところで停止したことを示す（インターフェース２におけるよりも約２倍離れている）。半径方向速度（図４Ｂ）は、インターフェース２について見たのと同じ半径方向構造(radial velocity features)を示す（不足膨張噴流の膨張および圧縮に起因する）。ファンネルの出射口付近における圧力蓄積は、１９５Ｐａに近い（インターフェース２の２８０Ｐａとの比較）（図４Ｃ）。圧力蓄積が少ないのは、直径が大きいためであり、これが、先に注記した、噴流停止距離の延長に繋がる。

[0085] 小さいアパーチャ（直径１ｍｍ）およびＲＦ電界の組み合わせが、軸方向ウェルを生じ、これらが小さいイオンを捕捉し、透過率を低下させる。その結果、より多くのイオンを透過させるために、アパーチャを直径２ｍｍに広げ、ＲＦ電位を最後の４つのファンネル電極から除去した。イオン・ファンネルにおける圧力低下は、次の領域における気体負荷を減らすように構成される。しかしながら、ＩＤが２ｍｍのアパーチャのために、出射アパーチャを出る質量流速（１．４８×１０^−７ｋｇ／ｓ）が、インターフェース２における高圧ドリフト領域(higher pressure drift region)のそれ（６，６８×１０^−８ｋｇ／ｓ）よりも高くなる。内径を大きくしたために、ファンネル全体に沿って一定の５Ｖ／ｃｍドリフト勾配を使用することが可能になった。この勾配を更に低下させても、過剰イオン・エネルギは減らない。何故なら、これは、出射アパーチャを通過する気体流によって第一に設定されるからである。

[0086] 試料イオンの軌道を図４Ｄ〜図４Ｆに示す。イオンが、ファンネルの後半部分に向かうほぼ静止状の背景気体に遭遇すると、イオンの半径方向分布が広がるが、イオンはここでファンネルによって閉じ込められ、収束される。研究対象の質量範囲全体に対して、ほぼ１００％の透過が達成された（図９Ａ参照）。図９Ｂは、１ＭＤａ以下のイオン質量では、低い過剰運動エネルギが達成されたことを示す。しかしながら、１０ＭＤａよりも大きな質量については、過剰運動エネルギは、インターフェース２の場合よりも高い。これは、このインターフェースではイオン運動エネルギを設定するのは、主にアパーチャから出る気体流であることを実証する。イオンが重い程、衝突断面が大きく、したがって、アパーチャから出射する気体との衝突がより多く発生する。

[0087] インターフェース３についての結果は、インターフェース２で観察された軸外れ高質量イオンの透過に伴う問題が、ファンネルの外形によって解決されたことを示す。しかしながら、ファンネルの出射アパーチャは、イオン捕捉を誘発することが分かった。イオン捕捉を回避するために、アパーチャの直径を広げ、その結果、大きな質量流速が発生し、イオンを加速して、高質量イオンに大きな過剰運動エネルギが生じた。カーペットは、小さい出射アパーチャを有することができるが、このカーペットに伴う問題は、軸から遠く離れたイオンを透過するのに手こずる(struggle)ことである。これらのイオンを透過させるために、カーペット上の高電圧勾配を増大させたところ、これがイオンの過剰運動エネルギに寄与した。したがって、ファンネルおよびカーペットの組み合わせは、２つの種類のインターフェース双方から、広い半径方向範囲のイオンを収束するファンネル、およびそれらを透過させる小さなアパーチャのカーペットという、好ましい特徴を取り込めることが確認された。

[0088] これより図５Ａ〜図５Ｆを参照すると、図１Ｂに示したＦＵＮＰＥＴインターフェース２０は、図示のように、仮想噴流ディスラプタを有する。図示するＦＵＮＰＥＴインターフェース２０は、密閉ドリフト領域−イオン・カーペットおよびイオン・ファンネル・インターフェースの組み合わせである。図示する実施形態では、電極ピッチが２．５４ｍｍの円形ファンネルが、内径６．３５ｍｍまで漸減し、直径６．３５ｍｍのイオン・カーペットを、イオン・ファンネルの最後の電極から１．２７ｍｍのところに配置した。３００Ｖ_ｐｐのＲＦ信号を印加するが、ここでは、全てのファンネル電極にＲＦを供給する。非線形ドリフト勾配を再度使用し、最初の３０．５ｃｍは５Ｖ／ｃｍの勾配を有し、最後の５ｃｍは１Ｖ／ｃｍの勾配を有し、中間の４ｃｍは、５Ｖ／ｃｍから１Ｖ／ｃｍに線形に減少する勾配を有する。加えて、イオン・カーペットは、インターフェース１において使用した値のそれの４％である電圧勾配を有し、構造全体の両端間で丁度１２Ｖとなる。直前のイオン・ファンネル・シミュレーションにおけるように、キャピラリ−発散ノズル入射口が、インターフェース内に３ｃｍ突入する。

[0089] 図５Ａおよび図５Ｂにそれぞれ示す、ＦＵＮＰＥＴデバイスの軸方向および半径方向速度は、噴流がキャピラリ出射口から〜２７ｃｍ離れたところで停止した、イオン・ファンネル・デバイスのそれと非常に似ている。ＦＵＮＰＥＴデバイスにおける圧力蓄積は、インターフェース３よりも約１Ｐａ大きいが、カーペットに付随するアパーチャを小さくしたために、ＦＵＮＰＥＴアパーチャを通って出射する質量流速が１．９４×１０^−８ｋｇ／ｓとなり、これはインターフェース２および３におけるよりも遙かに低い。図５Ｄ〜図５Ｆに示すイオン軌道は、インターフェース３のそれらと同様である。尚、 図５Ａ〜図５Ｆに関して説明した数値による寸法およびその他の数値による構造は、一例として提示したに過ぎず、限定と見做しては決してならないことは理解されよう。代替実施形態では、１つ以上のこのような数値による寸法および／または他の数値による構造が、一例として以上で説明したものよりも、大きい場合または小さい場合もあることも想定される。

[0090] 図９に示す透過および過剰イオン・エネルギは、ＦＵＮＰＥＴインターフェース２０が、ここで試験した中で性能が最高のインターフェースであることを実証する。質量範囲全体にわたって、ほぼ１００％の透過が達成され、拡散のためにイオン・カーペットの表面上で衝突したのは、１ｋＤａイオンのわずか１％に過ぎない。ＲＦ周波数に対する些細な調節によって、高い透過効率が達成された。１ｋＤａのシミュレーションでは、２５０ｋＨｚの周波数を採用し、他の全ての質量には１００ｋＨｚの周波数を使用した。ＦＵＮＰＥＴインターフェース２０は、同じ電圧およびＲＦ周波数によって、１０ｋＤａから１ＧＤａの範囲におけるイオンを１００％透過した。加えて、ＦＵＮＰＥＴインターフェース２０では、最も低い過剰運動エネルギが得られた。３つの最も軽い質量が、インターフェース３のときとほぼ同じ過剰運動エネルギを有するが、重いイオンになる程、遙かに低い過剰運動エネルギを有する。例えば、１ＧＤａのイオンでは、ＦＵＮＰＥＴインターフェース２０からの過剰運動エネルギは、インターフェース３よりも４倍よりも多く軽くなる。これは、再度、重いイオン程気体流によって強く影響されることを強調する。ＦＵＮＰＥＴインターフェース２０は、最も低い質量流速を有し、したがって、大きなイオンは最も低い過剰運動エネルギを有する。

[0091] 図６Ａ〜図６Ｃに示すＦＵＮＰＥＴインターフェース２０を、以上で説明した電荷検出質量分光分析計（ＣＤＭＳ）と同様の自家製のものに実装した。チップ・ベースのナノ・エレクトロスプレイ・ソース（Ａｄｖｉｏｎ Ｔｒｉｖｅｒｓａ ＮａｎｏＭａｔｅ）を使用してイオンを生成し、発散ノズル（長さ１ｃｍで、０．７５ｍｍＩＤから５ｍｍＩＤまで発散する）が装備された金属キャピラリ（長さが１０ｃｍ、ＩＤが０．３８１ｍｍ）を加熱し、これを通して、イオンをＦＵＮＰＥＴインターフェース２０に入射させた(enter)。ＦＵＮＰＥＴインターフェース２０の後、ＲＦ六重極、続いてＲＦ四重極によってイオンを閉じ込めた。四重極から出射したイオンを、１組のイオン・ディフレクタを透過させて、１３０ｅＶ／ｚを中心とする狭い帯域の運動エネルギを透過させるように設定された二重半球たわみ分析器（ＨＤＡ：dual hemispherical deflection analyzer）に入射させるために、アインツェル・レンズによって収束した。ＨＤＡを出射した後、静電線形イオン・トラップ内にイオンを収束する。ここで、イオンは、検出器の管中を前後に発振する。イオンを１００ｍｓ間捕捉した。検出器の管は、電荷感応増幅器に接続され、電荷感応増幅器は、発振するイオンから誘発される電荷を検出する。結果的に得られた信号を増幅し、ディジタル化し、高速フーリエ変換を使用して分析した。発振周波数はｍ／ｚに対応し(provide)、フーリエ変換の大きさ(magnitude)は電荷に対応する。各イオンの質量は、ｍ／ｚおよび電荷の積から判定され、次いでビンニングし(binned)質量分布を得る。

[0092] Ｂ型肝炎ウィルス（ＨＢＶ）キャプシド、ファージＰ２２プロカプシド、塩化セチルトリメチルアンモニウム（ＣＴＡＣ；≧９８％、Ｓｉｇｍａ Ａｌｄｒｉｃｈ社）、およびポリスチレン・ビーズ（４１±４ｎｍ、Ｓｉｇｍａ Ａｌｄｒｉｃｈ社）によって、測定を行った。ＨＢＶキャプシドを、短縮コア・タンパク質（Ｃｐ１４９）から塩化ナトリウム（３００ｍＭ）において組み立て、サイズ排除クロマトグラフィ（ＳＥＣ）（ＢＩＯ−ＲＡＤ Ｍｉｃｒｏ Ｂｉｏ−Ｓｐｉｎ ＴＭ３０）によって酢酸アンモニウム（１００ｍＭ）に転送した(transfer)。ＨＢＶキャプシドは、Ｔ＝４キャプシドにより、〜４ＭＤａにおいてピークを有し、Ｔ＝３キャプシドにより、〜３ＭＤａにおいて小さいピークを有すると予期される。Ｐ２２プロカプシドを、ＳＥＣによって１００ｍＭ酢酸アンモニウムに転送した。プロカプシドは、２０ＭＤａ付近にピークを有すると予期される。ＣＴＡＣ溶液を５０ｍＭの濃度で水に溶かした。ポリスチレン・ビーズは、安定化界面活性剤を含む水溶液(an aqueous solution with stabilizing surfactant)において受け取る毎に流した(run)。

[0093] これより図７を参照して、ＦＵＮＰＥＴインターフェース２０の仮想噴流ディスラプタの挙動(performance)を示す。ＦＵＮＰＥＴインターフェース２０の広い質量範囲を透過させることができるのは、仮想噴流ディスラプタによる気体噴流の崩壊に理由がある。これは、ＩＤが０．３８１ｍｍのキャピラリについてのシミュレーションにおいて達成された。噴流がシミュレーションによって示される通りに崩壊されたか否か検査するために、リーク弁を通じて気体を追加することによって、第１領域における圧力を高めながら、第２差動排気領域（即ち、ＦＵＮＰＥＴ直後の領域）において圧力を監視した。図７における点８０は、第２差動排気領域における圧力を、ＦＵＮＰＥＴインターフェース２０を収容するチェンバ内における圧力に対してプロットしたものを示す。原点に最も近い点は、ＦＵＮＰＥＴチェンバに気体を追加しなかったときの測定値である（即ち、気体流のみがキャピラリを通過する）。ＦＵＮＰＥＴ領域における圧力を上昇させるに連れて、第２差動排気領域における圧力は線形に上昇する。これは、ＦＵＮＰＥＴ出射アパーチャまで達しない、崩壊噴流の振る舞い(behavior)である。

[0094] 崩壊されない噴流の振る舞いを例示するために、キャピラリの内径を１．２７ｍｍに広げ、長さは１０ｃｍに維持した。この直径の質量流速は、Ｗｕｔｚ／Ａｄａｍｓ乱流モデルを使用して計算すると、２．９５×１０^−４ｋｇ／ｓとなり、ＩＤが０．３８１ｍｍのキャピラリのそれの２６倍となった。この質量流速を用いたシミュレーションは、噴流が停止されないことを示した。このキャピラリについての結果は、図７における点９０によって表されている。この場合も、原点に最も近い点は、ＦＵＮＰＥＴチェンバに気体を追加しなかった場合である。第２差動排気領域における圧力は、ＩＤが０．３８１ｍｍのキャピラリを有するＦＵＮＰＥＴチェンバにおいて同じ圧力を用いたときよりもはるかに高い。これは、噴流がＦＵＮＰＥＴインターフェースの終端よりも前では停止されていないことを示唆する。気体をＦＵＮＰＥＴチェンバに追加すると、第２差動排気領域における圧力は上昇し始めるが、ＦＵＮＰＥＴチェンバにおいて２５０および３５０Ｐａ間で突然の降下が発生する。ＦＵＮＰＥＴチェンバにおける圧力を更に上げると、第２差動排気チェンバにおける圧力は上昇し、徐々にＩＤが０．３８１ｍｍのキャピラリに対する値に近づく。ＦＵＮＰＥＴチェンバにおける２５０および３５０Ｐａ間の突然の圧力降下は、背景気体が気体噴流を崩壊させることに起因する。

[0095] これらの実験は、ＩＤを０．３８１ｍｍの設計値としたキャピラリでは、背景圧力を高めるために余分な気体を追加せずに、仮想噴流ディスラプタによって噴流が崩壊されることを示す。遙かに大きいキャピラリ（ＩＤが１．２７ｍｍ）では、ドリフト領域は、噴流を崩壊させるには短過ぎる。気体をＦＵＮＰＥＴチェンバに追加して背景圧力を高めることによって、噴流を崩壊させることができる。しかしながら、ＦＵＮＰＥＴインターフェースにおける圧力を遙かに高くすると、第２差動排気領域に入る気体流も遙かに多くなり、これは、イオンが重い程、過剰運動エネルギが著しく増大する原因となる。

[0096] これより図８Ａ〜図８Ｄを参照して、４つの検体について測定したＣＤＭＳスペクトルを示す。図８Ａに示すように、ＨＢＶのスペクトルは、１２０キャプシドのタンパク質二量体を有するＴ＝４キャプシドによる激しいピークを、〜４．０ＭＤａにおいて示し、Ｔ＝３キャプシドによるそれよりも小さなピークを、〜３．０ＭＤａにおいて示す。図８Ｂは、ファージＰ２２プロカプシドのスペクトルは、測定されたスペクトルと一致して、２０および３０ＭＤａ間に１つの比較的広いピークを示すことが予期されることを示す。このピークの幅は、存在する足場蛋白質の分布によるものである。図８Ｃは、ＣＴＡＣの溶液について測定したスペクトルを示し、広い高質量の分布はミセルによるものである。最後に、図８Ｄは、ポリスチレン・ビーズ（直径４１±４ｎｍ）について測定したスペクトルを示す。１６．８ＭＤａから３０．３ＭＤａまでの質量分布は、スペクトルの大部分を構成する界面活性剤に比較すると、低含量で示されている。また、ポリスチレンのサンプルも、非常比広い質量範囲のイオンを透過させるＦＵＮＰＥＴのパワーを示す。

[0097] これより図９Ａおよび図９Ｂを参照して、４つのインターフェース（即ち、インターフェース１、インターフェース２、インターフェース３、およびＦＵＮＰＥＴインターフェース）全てについてのイオン軌道シミュレーションの概要を示す。図９Ａは、イオン透過結果を示す。インターフェース１では、２つの最も軽い質量、即ち、１および１０ｋＤａにのみ、高い透過率（＞８５％）が達成される。１０ｋＤａイオンでは透過率は多少高くなる。これは、 気体流および噴流がイオンを軸に近づくように戻した後の気体流によって、イオンが一層強く影響されるからである。重いイオン程、透過率は低下する。これは、イオン・カーペット周囲に収束するにはエネルギが多過ぎるからである。１０ＭＤａイオンの殆どは、噴流ディスラプタの表面に衝突する。

[0098] 図９Ｂは、４つのインターフェース全てについて、透過イオンの平均過剰運動エネルギを、イオン質量の関数として示す。イオンを収束するためにカーペット上に大きな電界が必要となるために、平均過剰運動エネルギは非常に高い。最も軽いイオンは、３５ｅＶ（１５ｅＶ／ｚ）以上を、イオン・カーペットから捕獲する(pick up)。出射する最も大きなイオンは、ほぼ１ＭｅＶ（３６３ｅＶ／ｚ）で離れる。先に述べたように、このイオン・エネルギの広い分布は望ましくない。しかしながら、これらのシミュレーションからの最も重要な結論は、噴流ディスラプタは大きなイオンと衝突するので、これらには効果がないということである。したがって、代わりの、非物理的な、気体噴流を終了させる方法が、対象のイオン質量全ての高い透過率を確保する。

[0099] 気体流シミュレーションが示すのは、物理噴流ディスラプタは首尾良くキャピラリ入射口からの気体噴流を停止させ、低質量イオンについては透過率が＞８５％であるということである。しかしながら、高質量イオンは噴流ディスラプタの表面で衝突する。この問題を克服するために、仮想噴流ディスラプタを開発した。仮想噴流ディスラプタでは、ドリフト領域を密閉し、結果的に生じる圧力蓄積および気体逆流が気体順流を崩壊させる。イオン・カーペット・インターフェースは、軸から遠く離れたイオンに対して低い透過率を有し、高質量イオンの透過率を低下させることが分かった。イオン・ファンネルは、軸から遠く離れたイオンを、出射アパーチャに向けて収束することができる。しかしながら、出射アパーチャは、イオン捕捉を回避するためには、比較的大きくなければならない。出射アパーチャが大きいと、高質量イオンの過剰運動エネルギが大きくなる。イオン・ファンネルおよびイオン・カーペットの好ましい特徴を結合することによって、最良の解決手段を発見した。ＦＵＮＰＥＴでは、軸から遠く離れたイオンは、ファンネルによって収束されるが、ファンネルの出射アパーチャはイオン・カーペットと置き換えられる。イオン・カーペットは、より小さいアパーチャ(smaller aperture)を通じて、第２差動排気領域にイオンを収束させる。小さいアパーチャは、第２チェンバ上の気体負荷を減少させ、アパーチャを通過する流れからの高質量イオンの加速を最小に抑える。第１および第２差動排気領域における圧力を、異なる背景圧力およびキャピラリ直径について比較することによって、仮想噴流ディスラプタの挙動を検査した。質量が約３０ＭＤａまでの４つのサンプルに対してＣＤＭＳ測定を行うことによって、ＦＵＮＰＥＴの動作を確認した。

[00100] これより図１０Ａおよび図１０Ａを参照すると、図１Ｂおよび図６Ａ〜図６Ｃに示し先に説明したＦＵＮＰＥＴインターフェース２０、および／または図１１に示し以下で説明するＦＵＮＰＥＴインターフェース２０’は、イオン分離機器１００のイオン源１２に使用することができる。図１０Ａを参照すると、イオン分離機器１００の実施形態の簡略図が示されている。イオン分離機器１００は、先に説明したような静電線形イオン・トラップ（ＥＬＩＴ）検出器１４に結合されたイオン源１２を有し、本明細書において説明したＦＵＮＰＥＴインターフェース２０、２０’に加えて、任意の数のイオン処理機器を含むことができ、および／またはＥＬＩＴ１４から出射するイオン（１つまたは複数）を更に処理するためにＥＬＩＴ１４の下流側に配置することができる任意の数のイオン処理機器１１０を含むことができる。これに関して、イオン源１２は、Ｑ個のイオン源ステージＩＳ_１〜ＩＳ_Ｑを含むように示されている。イオン源ステージＩＳ_１〜ＩＳ_Ｑは、 イオン源１２であっても、またはその一部を形成するのでもよく、本明細書において図示および説明したＦＵＮＰＥＴインターフェース２０、２０’に加えて、種々のイオン処理機器を含むことができる。あるいはまたは加えて、図１０Ａでは、イオン処理機器１１０は、ＥＬＩＴ１４のイオン出射口に結合されるように示され、イオン処理機器１１０は、任意の数のイオン処理ステージＯＳ_１〜ＯＳ_Ｒを含むことができる。ここで、Ｒは任意の正の整数でよい。代替実施形態では、ＥＬＩＴ１４をオービトラップまたは他の適したイオン検出器と置き換えてもよい。

[00101] イオン源１２に注目すると、ＥＬＩＴ１４に入射するイオンのイオン源１２は、本明細書において図示および説明したＦＵＮＰＥＴインターフェース２０、２０’と組み合わせた、本明細書において説明したＥＳＩ源１８のような、従来のイオン源であってもよく、またはイオン源ステージＩＳ_１〜ＩＳ_Ｑの１つ以上の形態で含んでもよく、更に、１つ以上の分子特性にしたがって（例えば、イオン質量、イオン質量対電荷、イオン移動度、イオン保持時間等にしたがって）イオンを分離するための１つ以上の従来の機器、および／またはイオンを収集および／または格納するため（例えば、１つ以上の四重極、六重極、および／または他のイオン・トラップ）、イオンをフィルタリングするため（例えば、イオン質量、イオン質量対電荷、イオン移動性、イオン保持時間等のような１つ以上の分子特性にしたがって）、イオンを断片化するまたそうでなければ解離させるため、イオン荷電状態を正規化するまたは移す(shift)ため等の１つ以上の従来のイオン処理機器を含むことができることは理解されよう。尚、イオン源１２は、本明細書において図示および説明したＦＵＮＰＥＴインターフェース２０、２０’と組み合わせて、任意の従来のイオン源、イオン分離機器、および／またはイオン処理機器の内１つまたは任意の組み合わせを任意の順序で含んでもよいこと、そしてある実施形態は、任意のこのような従来のイオン源、イオン分離機器、および／またはイオン処理機器を複数個隣接してまたは離間して含んでもよいことは理解されよう。

[00102] これよりイオン処理機器１１０に移ると、機器１１０は、イオン処理ステージＯＳ_１〜ＯＳ_Ｒの１つ以上の形態で、１つ以上の分子特性にしたがって（例えば、イオン質量、イオン質量対電荷、イオン移動度、イオン保持時間等にしたがって）イオンを分離するための１つ以上の従来の機器、および／またはイオンを収集および／または格納するため（例えば、１つ以上の四重極、六重極、および／または他のイオン・トラップ）、イオンをフィルタリングするため（例えば、イオン質量、イオン質量対電荷、イオン移動性、イオン保持時間等のような１つ以上の分子特性にしたがって）、イオンを断片化するまたそうでなければ解離させるため、イオン荷電状態を正規化するまたは移す(shift)ため等の１つ以上の従来のイオン処理機器であってもよく、または含んでもよいことは理解されよう。尚、イオン処理機器１１０は、任意のこのような従来のイオン分離機器および／またはイオン処理機器の内１つまたは任意の組み合わせを任意の順序で含んでもよいこと、そしてある実施形態は、任意のこのような従来のイオン分離機器および／またはイオン処理機器を複数個隣接してまたは離間して含んでもよいことは理解されよう。 １つ以上の質量分光分析計を含む実施態様ではいずれも、任意の１つ以上のこのような質量分光分析計は、図１Ｂに関して先に説明した形態の内任意のもので実装することができる。

[00103] 図１０Ａに示すイオン分離機器１００の１つの具体的な実施態様として、イオン源１２は、実例として、３つのステージを含み、イオン処理機器１１０を除外する。これは決して限定と見なしてはならない。この実施態様例では、イオン源ステージＩＳ_１は従来のイオン源、例えば、エレクトロスプレイ、ＭＡＬＤＩ等であり、その後ろに本明細書において図示および説明したＦＵＮＰＥＴインターフェース２０、２０’が位置する。イオン源ステージＩＳ_２は、従来のイオン・フィルタ、例えば、四重極または六重極イオン・ガイドであり、イオン源ステージＩＳ_３は、先に説明した型式の内いずれかの質量分光分析計である。 この実施形態では、イオン源ステージＩＳ_２は、従来通りに、下流質量分光計による分析のために、所望の分子特性を有するイオンを予め選択し、このように予め選択したイオンだけを質量分光分析計に受け渡すように制御され、ＥＬＩＴ１４によって分析されたイオンが、予め選択されたイオンとなり、質量電荷比にしたがって質量分光分析計によって分離される。予め選択されたイオンがイオン・フィルタから出射すると、例えば、指定されたイオン質量または質量電荷比を有するイオン、指定されたイオン質量またはイオン質量電荷比よりも高いおよび／または低いイオン質量またはイオン質量電荷比を有するイオン、指定されたイオン質量またはイオン質量電荷比の範囲内のイオン質量またはイオン質量電荷比を有するイオン等となることができる。この例のある代替実施態様では、イオン源ステージＩＳ_２は質量分光分析計であってもよく、そしてイオン源ステージＩＳ_３はイオン・フィルタであってもよく、イオン・フィルタは、他の場合では、下流ＥＬＩＴ１４による分析のために、所望の分子特性を有して質量分光分析計から出射するイオンを予め選択するように、丁度説明したように動作可能であってもよい。この例の他の代替実施態様では、イオン源ステージＩＳ_２がイオン・フィルタであってもよく、イオン源ステージＩＳ_３が、他のイオン・フィルタの前にある質量分光分析計を含んでもよく、イオン・フィルタは、各々、丁度説明したように動作する。

[00104] 図１０Ａに示すイオン分離機器１００の他の具体的な実施態様として、イオン源１２は、実例として、２つのステージを含み、ここでもイオン処理機器１１０を除外する。これは、決して限定とみなしてはならない。この実施態様例では、イオン源ステージＩＳ_１は、従来のイオン源、例えば、エレクトロスプレイ、ＭＡＬＤＩ等であり、その後ろに本明細書において図示および説明したＦＵＮＰＥＴインターフェース２０、２０’が位置する。イオン源ステージＩＳ_２は、先に説明した型式の内いずれかの従来の質量分光分析計である。この実施態様では、質量分光分析計は、質量電荷比にしたがって、ＦＵＮＰＥＴインターフェース２０、２０’から出射したイオンを分離するように動作可能であり、ＥＬＩＴ１４は、質量分光分析計を出射したイオンを分析するように動作可能である。これは、図１Ａ〜図１Ｂに関して先に説明したＣＤＭＳ１０の実施態様であり、ＦＵＮＰＥＴインターフェース２０、２０’がＥＳＩ源１８と質量分光分析計２２との間に位置付けられ、ＥＬＩＴ１４は、質量分光分析計２２から出射したイオンを分析するように動作可能である。

[00105] 図１０Ａに示すイオン分離機器１００の更に他の具体的な実施態様として、イオン源１２は、実例として、２つのステージを含み、イオン処理機器１１０を除外する。これは決して限定とみなしてはならない。この実施態様例では、イオン源ステージＩＳ_１は、従来のイオン源、例えば、エレクトロスプレイ、ＭＡＬＤＩ等であり、その後ろに本明細書において図示および説明したＦＵＮＰＥＴインターフェース２０、２０’が続く。イオン処理ステージＯＳ_２は、従来の単一または多重状態イオン移動度分光分析計である。この実施態様では、イオン移動度分光分析計は、ＦＵＮＰＥＴインターフェース２０、２０’から出射したイオンを、イオン移動度の１つ以上の関数にしたがって経時的に分離するように動作可能であり、ＥＬＩＴ１４は、イオン移動度分光計から出射したイオンを分析するように動作可能である。この例の代替実施態様では、イオン源１２は、１つのステージＩＳ_１のみを、ＦＵＮＰＥＴインターフェース２０、２０’の前に位置する従来のイオン源の形態で含んでもよく、イオン処理機器１１０は、従来の単一または多重ステージ・イオン移動度分光計を、唯一のステージＯＳ_１として（または多重ステージ機器１１０のステージＯＳ_１として）含んでもよい。この代替実施態様では、ＥＬＩＴ１４は、イオン源ステージＩＳ_１によって生成されたイオンを分析するように動作可能であり、イオン移動度分光計ＯＳ_１は、ＥＬＩＴ１４から出射したイオンを、イオン移動度の１つ以上の関数にしたがって、経時的に分離するように動作可能である。この例の他の代替実施態様として、単一または多重ステージ・イオン移動度分光計が、イオン源ステージＩＳ_１およびＥＬＩＴ１４双方の後ろにあって(follow)もよい。この代替実施態様では、イオン源ステージＩＳ_１の後ろにあるイオン移動度分光計が、イオン源ステージＩＳ_１によって生成されたイオンを、イオン移動度の１つ以上の関数にしたがって経時的に分離するように動作可能であり、ＥＬＩＴ１４が、イオン源ステージのイオン移動度分光計から出射したイオンを分析するように動作可能であり、ＥＬＩＴ１４の後ろにある、イオン処理ステージＯＳ_１のイオン移動度分光計が、ＥＬＩＴ１４から出射したイオンを、イオン移動度の１つ以上の関数にしたがって経時的に分離するように動作可能である。この節において説明した実施形態の実施態様のいずれにおいても、追加の異形が、イオン源１２および／またはイオン処理機器１１０における単一または多重ステージ・イオン移動度分光計の上流側および／または下流側に動作可能に位置付けられた質量分光分析計を含むことができる。

[00106] 図１０Ａに示すイオン分離機器１００の更に他の具体的な実施態様として、イオン源１２は、実例として、２つのステージを含み、イオン処理機器１１０を除外する。これは決して限定とみなしてはならない。この実施態様例では、イオン源ステージＩＳ_１は従来の液体クロマトグラフ、例えば、分子保持時間にしたがって溶液中の分子を分離するように構成されたＨＰＬＣ等であり、イオン源ステージＩＳ_２は、従来のイオン源、例えば、エレクトロスプレイ等であり、その後ろにＦＵＮＰＥＴインターフェース２０、２０’が位置する。この実施態様では、液体クロマトグラフは、溶液中の分子成分を分離するように動作可能であり、イオン源ステージＩＳ_２は、液体クロマトグラフからでた溶液流からイオンを生成するように動作可能であり、ＥＬＩＴ１４は、イオン源ステージＩＳ_２によって生成されたイオンを分析するように動作可能である。この例の代替実施態様では、イオン源ステージＩＳ_１は、代わりに、溶液中の分子を大きさによって分離するように動作可能な従来のサイズ排除クロマトグラフィ（ＳＥＣ：size-exclusion chromatograph）にしてもよい。他の代替実施態様では、イオン源ステージＩＳ_１が、従来の液体クロマトグラフと、その後ろに従来のＳＥＣとを、またはこの逆を含んでもよい。この実施態様では、イオンがイオン源ステージＩＳ_２によって、２回分離された溶液から生成される。１回目は分子保持時間にしたがって分離され、続いて２回目は分子サイズにしたがって分離される、またはこの逆でもよい。この節において説明した実施形態の実施態様のいずれにおいても、追加の異形が、イオン源ステージＩＳ_２とＥＬＩＴ１４との間に動作可能に位置付けられた質量分光分析計を含むことができる。

[00107] これより図１０Ｂを参照すると、イオン分離機器１２０の他の実施形態の簡略ブロック図が示されている。実例として、イオン分離機器１２０は、多重ステージ質量分光分析機器１３０を含み、更に、高質量イオン分析コンポーネントとして実装したＣＤＭＳ１０も含む。図示する実施形態では、多重ステージ質量分光分析機器１３０は、本明細書において説明したイオン源（ＩＳ）１２を含む。イオン源（ＩＳ）１２はエレクトロスプレイまたはＭＡＬＤＩ源のような、従来のイオン源を含み、その後ろに、本明細書において図示および説明したＦＵＮＰＥＴインターフェース２０、２０’が位置してもよく、それに続いて第１の従来の質量分光分析計（ＭＳ１）１３４に結合され、それに続いて従来のイオン解離ステージ（ＩＤ）１３６に結合されてもよい。イオン解離ステージ（ＩＤ）１３６は、例えば、衝突誘発解離（ＣＩＤ）、表面誘発解離（ＳＩＤ）、電子捕獲解離（ＥＧＤ）、および／または光誘発解離（ＰＩＤ）等の内１つ以上によって、質量分光分析計１３４から出射したイオンを解離させるように動作可能である。それに続いて、第２の従来の質量分光分析計（ＭＳ２）１３８に結合され、それに続いて、例えば、マイクロチャネル・プレート検出器または他の従来のイオン検出器のような従来のイオン検出器（Ｄ）１４０を含んでもよい。ＣＤＭＳ１０は、図１Ａおよび図１Ｂに関して先に説明した通りであり、ＣＤＭＳ１０が、選択的に質量分光分析計８４および／またはイオン解離ステージ１３６からイオンを受け取ることができるように、イオン解離ステージ１３６と並列に結合されている。

[00108] 例えば、イオン分離機器１３０のみを使用するＭＳ／ＭＳは、定着した手法であり、特定の分子重量の先駆イオンが、それらのｍ／ｚ値に基づいて、第１質量分光分析計１３４（ＭＳ１）によって分離される。質量で選択された先駆イオンは、例えば、衝突誘発解離、表面誘発解離、電子捕獲解離、または光誘発解離によって、イオン解離ステージ１３６において断片化される。断片イオンは、次いで、第２質量分光分析計１３６（ＭＳ２）によって分析される。ＭＳ１およびＭＳ２の双方において、先駆および断片イオンのｍ／ｚ値だけが測定される。高質量イオンでは、荷電状態が解明されず、したがってｍ／ｚ値のみに基づいて特定の分子重量の先駆イオンを選択するのは不可能である。しかしながら、機器１３０を、本明細書において説明したように動作可能なＣＤＭＳ機器１０に結合することによって、ｍ／ｚ値の狭い範囲を選択し、次いでＣＤＭＳ機器１０を使用して、ｍ／ｚによって選択された先駆イオンの質量を判定することが可能になる。質量分光分析計１３４、１３８は、例えば、磁気セクタ質量分光分析計、飛行時間質量分光分析計、または四重極質量分光分析計の内１つまたは任意の組み合わせでもよいが、代替実施形態では、他の型式の質量分光分析計も使用することができる。いずれの場合でも、ｍ／ｚによって選択され、既知の質量を有し、ＭＳ１から出射した先駆イオンは、イオン解離ステージ１３６において断片化することができ、次いで、結果的に得られた断片イオンをＭＳ２によって（ｍ／ｚ比率のみが測定される）および／またはＣＤＭＳ機器１０によって（ｍ／ｚ比率および電荷が同時に測定される）分析することができる。低質量の断片、即ち、閾値の質量値、たとえば、１０，０００Ｄａ（または他の質量値）よりも低い質量値を有する、先駆イオンの解離イオンは、したがって、従来のＭＳによって、ＭＳ２を使用して分析することができ、一方高質量の断片（電荷状態は解明されていない）、即ち、閾値の質量値以上の質量値を有する、先駆イオンの解離イオンは、ＣＤＭＳ１０によって分析することができる。

[00109] これより図１１を参照すると、図１Ａに示したイオン源１２’の他の実施形態が示されている。図１１に示す実施形態では、同様のコンポーネントを識別するために同様の番号が使用されており、したがって、このようなコンポーネントの詳細な説明は、簡潔さのためにここでは繰り返さない。図１１に示す実施形態では、例えば、イオン源１２’は、実例として、イオン源１８、即ち、圧力Ｐ１において動作する従来のイオン生成デバイスを含み、イオン輸送インターフェース２０’を介して従来の質量分光分析計または質量分析器２２のイオン入射口に動作可能に結合されている。一実施形態では、イオン源１８は、試料溶液に流体的に結合され、Ｐ１が大気圧、即ち、約７６０ｔｏｒｒとなるように周囲環境に配置されたＥＳＩ源であるが、他の実施形態では、Ｐ１は、質量分光分析計または質量分析器２２の機器圧力ＩＰよりも高い任意の圧力でよい。イオン源１８のキャピラリ２４は、チェンバ３０’のイオン入射口３２内に突入し、キャピラリ２４の一端におけるイオン出射口２６は、チェンバ３０’内部に位置付けられている。ＥＳＩ源は、試料からイオンを生成し(generate)、生成したイオンをキャピラリ２４のイオン出射口２６を通じて取り出す(produce)ように、従来通りに動作可能である。

[00110] チェンバ３０’は、実例として、実質的に閉鎖された領域２００を含み、これは他の実質的に閉鎖された領域２０２に結合されている。第１イオン・ファンネル４６Ａが領域２００内に配置され、第２イオン・ファンネル４６Ｂが領域２０２内に配置されている。イオン・ファンネル４６Ａ、４６Ｂは、実例として、各々が、ドリフト領域４８Ａ、４８Ｂを有し、ドリフト領域４８Ａ、４８Ｂが、それぞれ、第１開放端５４Ａ、５４Ｂと、漸減ファンネル領域５０Ａ、５０Ｂの一端に結合された、逆側の第２端とを有し、構造的には先に説明した通りであってよい。ドリフト領域４８Ａ、４８Ｂは、各々、それを貫通するそれぞれの軸方向の通路を定め、ある実施形態では、ドリフト領域４８Ａ、４８Ｂを貫通して定められる軸方向通路は、一定のアパーチャ領域を定めるように、一定の断面エリアを有する。このような実施形態のあるものでは、ドリフト領域４８Ａ、４８Ｂの一定断面エリアは同一であり、他の実施形態では、これらは異なってもよい。更に他の実施形態では、軸方向通路４８Ａおよび／または４８Ｂは一定断面積エリアを有さなくてもよい。同様に、ファンネル領域５０Ａ、５０Ｂは、各々、それを貫通するそれぞれの軸方向の通路を定める。この通路は、ドリフト領域４８Ａ、４８Ｂのそれぞれの１つに結合されたその第１端における断面エリアから、小さい断面の第２端まで、漸減する。ある実施形態では、ファンネル領域５０Ａ、５０Ｂのその第１端における軸方向通路の断面積は、その第２端におけるドリフト領域４８Ａ、４８Ｂの断面積に等しいが、他の実施形態では、このような断面積のいずれかまたは双方が等しくなくてもよい。図示する実施形態では、図１Ｂに関して先に説明したように、ファンネル領域５０Ａ、５０Ｂは、実例として、その第１端から逆側の第２端まで線形に漸減するが、他の実施形態では、ファンネル領域５０Ａおよび／またはファンネル領域５０Ｂが非線形にまたは部分的に線形に漸減してもよい。いずれの場合でも、イオン・ファンネル４６Ａの漸減ファンネル領域５０Ａはその内部に仮想噴流ディスラプタを定め、イオン・ファンネル４６Ｂの漸減領域５０Ｂは、その内部に仮想噴流ディスラプタを同様に定め、各々先に説明した通りである。

[00111] ある実施形態では、ドリフト領域４６Ａ、４６Ｂおよびファンネル領域５０Ａ、５０Ｂは、軸方向に離間された導電性リング電極を使用して形成される。これらのリング電極は、先に説明したように、それぞれを貫通する軸方向通路を定めるサイズに作られるが、他の実施形態では、ドリフト領域４６Ａ、４６Ｂおよび／またはファンネル領域５０Ａ、５０Ｂが代わりの構造を有してもよい。いずれの場合でも、ＤＣおよび／または時間可変電圧、例えば、ＲＦ電圧をドリフト領域４６Ａ、４６Ｂおよびファンネル領域５０Ａ、５０Ｂに印加して、先に説明したようにその内部にそれぞれイオン運動電界および／または収束電界を形成すればよい。

[00112] 領域２００、２０２の各々は、更に、ぞれぞれ、イオン・カーペット５８Ａ、５８Ｂも含む。イオン・カーペット５８Ａ、５８Ｂの各々は、構造的に先に説明した通りでよい。即ち、各々、それぞれの基板６０_１、６０_２を貫通して定められたそれぞれのイオン出射口６２Ａ、６２Ｂを中心に、それぞれの基板６０_１、６０_２のそれぞれの平坦面６０Ａ_１、６０Ａ_２上に形成された、複数の入れ子状同心円導電性ストリップまたは領域を定める。イオン出射口６２Ａは、実例として、イオン・ファンネル４６Ａのファンネル領域５０Ａの第２の縮小アパーチャ端において定められたイオン出射口と整列され、即ち、共線状であり、イオン出射口６２Ｂは、実例として、イオン・ファンネル４６Ｂのファンネル領域５０Ｂの第２の縮小アパーチャ端において定められたイオン出射口と整列されている、即ち、共線状である。ある実施形態では、イオン・カーペット５８Ａが、図１Ｂに関して先に説明したように、イオン・ファンネル４６Ａのファンネル領域５０Ａの第２端に密閉されてもよく、および／またはイオン・カーペット５８Ｂが、イオン・ファンネル４６Ｂのファンネル領域５０Ｂの第２端に密閉されてもよい。あるいは、イオン・カーペット５８Ａは、イオン・ファンネル４６Ａのファンネル領域５０Ａの第２端から離れて、軸方向に離間されてもよく、および／またはイオン・カーペット５８Ｂは、イオン・ファンネル４６Ｂのファンネル領域５０Ｂの第２端から離れて、軸方向に離間されてもよい。各々、図１１における例によって示される通りである。いずれの場合でも、基板６０_１は、実例として、チェンバ３０’の幅および高さに及び、実質的に閉鎖された領域２００がチェンバ３０’の３つの壁および基板６０_１によって定められ、イオン入射口３２およびイオン出射口６２Ａだけがそれに対する開口を形成するように、チェンバ３０’に密閉されている。同様に、基板６０_２は、実例として、チェンバ３０’の幅および高さに及び、実質的に閉鎖された領域２０２がチェンバ３０’の３つの壁および基板６０_２によって定められ、イオン出射口６２Ａおよび６２Ｂだけがそれに対する開口を形成するように、チェンバ３０’に密閉されている。つまり、基板６０_１は、チェンバ３０’の内部空間を２つの連続領域２００、２０２に区分し、基板６０_２は、領域２０２を質量分光分析計または質量分析器２２のイオン入射部分から密閉する。

[00113] ポンプ２０４が、領域２００に流体結合され、領域２００を圧力Ｐ２に排気するように構成されている。他のポンプ２０６が、領域２０２に流体結合され、領域２０２を圧力Ｐ３に排気するように構成されている。更に他のポンプ２０８が、質量分光分析計または質量分析器に流体結合され、その領域を機器圧力ＩＰに排気するように構成されている。通例、ポンプ２０８によって確立および制御される機器圧力ＩＰは、従来通りに、ｍｉｌｌｉｔｏｒｒ範囲内であるが、ある実施形態では、機器圧力ＩＰがｍｉｌｌｉｔｏｒｒ範囲を外れてもよい。ポンプ２０４によって確立および制御される圧力Ｐ２は、Ｐ１未満でＩＰよりも高く、ポンプ２０６によって確立および制御される圧力Ｐ３は、Ｐ２未満でＩＰよりも高い。ある実施形態では、圧力Ｐ２は、実例として、数十ｔｏｒｒの範囲内であり、第１の非限定的な例では約３０〜６０ｔｏｒｒの範囲であり、第２の非限定的な例では約５０ｔｏｒｒであり、圧力Ｐ３は、実例として、いくらかまたは多少ＩＰよりも高く、Ｐ２より多少低い範囲であり、第１の非限定的な例ではほぼｍｉｌｌｉｔｏｒ範囲〜１０ｔｏｒｒの範囲内のどこかであり、第２の非限定的な例では約１〜３ｔｏｒｒの範囲である。

[00114] Ｐ１およびＰ２間の圧力差は、噴流の形態でキャピラリ２４から出る有向気体流を形成する。この噴流は、イオン源１８によって生成されたイオンをイオン・ファンネル４６Ａの入射口５４Ａに輸送する。図１Ｂに関して先に詳しく説明したように、イオン・ファンネル４６Ａは、内部に仮想噴流ディスラプタを定め、仮想噴流ディスラプタは、少なくとも部分的にキャピラリ２４から出るこの噴流を消散し、更にイオンがファンネル４６Ａを通過するとき、少なくとも部分的にファンネル４６Ａ内でイオンを熱化する。気体が更に深くドリフト領域４８Ａおよびファンネル領域５０Ａに流入するに連れて、背圧が発生および増大し、気体流を減速させ、最終的にファンネル領域５０Ａ内に蓄積圧力のエリアを設定する。この蓄積圧力は、前述のように、逆にイオン・ファンネル４６ａのイオン入射口５４Ａに向かいここから流出する、気体の逆流を発生させる。この圧力蓄積エリアと気体の逆流との組み合わせが、イオン・ファンネル４６Ａのファンネル領域５０Ａ内に仮想噴流ディスラプタを形成し、この仮想噴流ディスラプタが、少なくとも部分的に気体流噴流を消散し、少なくとも部分的に、イオン・ファンネル４６Ａを通過するイオンを熱化する。

[00115] 同様に、Ｐ２およびＰ３間の圧力差は、噴流の形態でイオン・カーペット５８Ａから出る他の有向気体流を形成する。この噴流は、イオン・ファンネル４６Ａおよびイオン・カーペット５８Ａから出射するイオンをイオン・ファンネル４６Ｂの入射口５４Ｂに輸送する。イオン・ファンネル４６Ａと同様、イオン・ファンネル４６Ｂは、内部に仮想噴流ディスラプタを定める。仮想噴流ディスラプタは、イオン・ファンネル４６Ａおよびイオン・カーペット５８Ａから出るこの噴流を少なくとも部分的に消散し、更にイオンがファンネル４６Ｂを通過するときに、ファンネル４６Ｂ内においてイオンを少なくとも部分的に熱化する。気体がドリフト領域４８Ｂおよびファンネル領域５０Ｂに更に深く流入するに連れて、背圧が発生および増大し、気体流を減速させ、最終的にファンネル領域５０Ｂ内に蓄積圧力のエリアを設定する。この蓄積圧力は、前述のように、逆にイオン・ファンネル４６Ｂのイオン入射口５４Ｂに向かいここから流出する、気体の逆流を発生させる。この圧力蓄積エリアと気体の逆流との組み合わせが、イオン・ファンネル４６Ｂのファンネル領域５０Ｂ内に仮想噴流ディスラプタを形成し、この仮想噴流ディスラプタが、少なくとも部分的に気体流噴流を消散し、少なくとも部分的に、イオン・ファンネル４６Ｂを通過するイオンを熱化する。

[00116] ある実施形態では、図１１に示す多重ステージ・インターフェース２０’が、図１Ｂおよび図６Ａ〜図６Ｃに示した単一ステージ設計２０に対して、多くの利点を有することができる。例えば、限定とは絶対に見なしてはならない一実施形態例では、図１Ｂおよび図６Ａ〜図６Ｃに示したイオン・ファンネル４６は、軸方向の長さが約１５インチであり、この実施形態例では、ポンプ４２は、実例として、チェンバ３０内の圧力を、約１０〜２０ｔｏｒｒの範囲内の圧力に制御するように動作可能である。したがって、チェンバ３０と質量分光分析計または質量分析器２２との間には、非常に大きな圧力差が存在し、対応して、質量分光分析計または質量分析器２２に流れる気体の流速が非常に高くなる。更に、約１５インチの軸方向の長さでは、イオン・ファンネル４６は、そこを通過する気体の流速を所望のレベルまで低下させるには、十分な長さではない場合もある。

[00117] 対照的に、図１１に示すインターフェース２０’の実施形態において、チェンバ３０’を２つの連続領域２００、２０２に区分することによって、チェンバ３０’と質量分光分析計または質量分析器２０との間の全体的な圧力差を、インターフェース２０のそれ未満に、例えば、１０分の１以下にすることが可能になる。１つの類似点として、図１Ｂおよび図６Ａ〜図６Ｃのイオン・ファンネル４６が質量分光分析計または質量分析器２２への気体の流速をインターフェース２０‘によって達成可能なものに低下させるためには、イオン・ファンネル４６の軸方向長さを２０フィートの範囲におけるどこかにする必要があるとして差し支えない。したがって、多重ステージ・インターフェース２０’の実装は、類似する動作パラメータを有する単一ステージ・インターフェース２０とは対照的に、デバイスの全体的な軸方向の長さを実質的に短縮することを可能にする。更にその上、チェンバ３０の内部を約７６０ｔｏｒｒから１０ｔｏｒｒまで排気するために必要とされるポンプ４２のサイズおよび容量は、ある実施形態では、法外に費用がかかるおそれがあるが、図１１に示す実施形態の２つのポンプ２０３および２０６の各々に対する圧力降下の要求は、大幅に低く、ポンプ２０４および２０６のサイズおよび容量は、したがって、ポンプ４２のそれよりも遙かに小さくてよい。ある実施形態では、２つのポンプ２０３および２０６を使用するコストは、１つのポンプ４２のそれよりも少ないとして差し支えない。

[00118] 尚、図１１に示す多重ステージ・インターフェース２０’は、２つの順次配列されたイオン・ファンネル４６Ａ、４６Ｂのみを含むが、代替実施形態では、３つ以上の順次配列されたイオン・ファンネルを含み、チェンバ３０’の、それぞれの低い方の圧力に各々排気される、３つ以上の対応する領域に配置されてもよいことは理解されよう。

[00119] 尚、本明細書において図示および説明したＦＵＮＰＥＴインターフェース２０、２０’は、少なくとも１つの静電線形イオン・トラップ（ＥＬＩＴ）検出器を含む任意のＣＤＭＳデバイスのイオン源内に実装することができ、静電線形イオン・トラップ（ＥＬＩＴ）検出器は、その電荷検出シリンダにおいてイオンによって費やされる時間と、１回の完全な発振サイクル中にイオンが対向するイオン・ミラーの組み合わせおよび電荷検出シリンダを横断することによって費やされる総時間との比率に対応する、イオン発振の所望のデューティ・サイクルを確立するように設計されることは理解されよう。例えば、約５０％のデューティ・サイクルは、測定信号の高調波周波数成分から得られる、基本周波数の振幅判定においてノイズを低減する目的には望ましいとしてよい。例えば、５０％のような所望のデューティ・サイクルを達成するための寸法および電界についての考慮事項に関する詳細は、２０１８年１月１２日に出願された同時係属中の米国特許出願第６２／６１６，８６０号、２０１８年６月４日に出願された同時係属中の米国特許出願第６２／６８０，３４３号、および２０１９年１月１１日に出願された、同時係属中の国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１９／０１３２５１号において図示および説明されている。これらは、全てELECTROSTATIC LINEAR ION TRAP DESIGN FOR CHARGE DETECTION MASS SPECTROMETRY（電荷検出質量分光分析のための静電線形イオン捕捉設計）と題され、これらの特許出願をここで引用したことにより、その内容全体が全て明示的に本願にも含まれるものとする。

[00120] 更に、本明細書において図示および説明したＦＵＮＰＥＴインターフェース２０、２０’は、１つ以上のＥＬＩＴまたはＥＬＩＴ領域を有する静電線形イオン・トラップ（ＥＬＩＴ）アレイを含む任意のＣＤＭＳデバイスのイオン源内に実装できることも理解されよう。このようないくつかのＥＬＩＴおよび／またはＥＬＩＴアレイの例は、２０１８年６月４日に出願された同時係属中の米国特許出願第６２／６８０，３１５号、および２０１９年１月１１日に出願された同時係属中の国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１９／０１３２８３号において図示および説明されている。これらは双方共、ION TRAP ARRAY FOR HIGH THROUGHPUT CHARGE DETECTION MASS SPECTROMETRY（高スループット電荷検出質量分光分析のためのイオン・トラップ・アレイ）と題し、これらの特許出願をここで引用したことにより、その内容全体が全て明示的に本願にも含まれるものとする。

[00121] 更に、本明細書において図示および説明したＦＵＮＰＥＴインターフェース２０、２０’は、例えば、ＥＬＩＴ、オービトラップ、または他の検出器の形態で、例えば、トリガ捕捉および／または他の電荷検出イベントのために、１つ以上の電荷検出最適化技法が使用される、検出器を含む任意のＣＤＭＳデバイスのイオン源内に実装できることも理解されよう。このような電荷検出最適化技法のいくつかの例が、２０１８年６月４日に出願された同時係属中の米国特許出願第６２／６８０，２９６号、および２０１９年１月１１日に出願された同時係属中の国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１９／０１３２８０号において図示および説明されている。これらは、双方共、APPARATUS AND METHOD FOR CAPTURING IONS IN AN ELECTROSTATIC LINEAR ION TRAP（静電線形イオン・トラップにおけるイオン捕獲装置および方法）と題し、これらの特許出願をここで引用したことにより、その内容全体が全て明示的に本願にも含まれるものとする。

[00122] 更に、本明細書において図示および説明したＦＵＮＰＥＴインターフェース２０、２０’は、例えば、ＥＬＩＴ、オービトラップ、または他の検出器の形態で、１つ以上の電荷較正または再設定装置を、少なくとも１つの電荷検出シリンダまたは電極と共に使用することができる、検出器を含む任意のＣＤＭＳのイオン源内に実装できることも理解されよう。このような電荷較正または再設定装置の例が、２０１８年６月４日に出願された同時係属中の米国特許出願第６２／６８０，２７２号、および２０１９年１月１１日に出願された同時係属中の国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１９／１０３２８４号において図示および説明されている。これらは双方共、APPARATUS AND METHOD FOR CALIBRATING OR RESETTING A CHARGE DETECTOR（電荷検出器を較正またはリセットするための装置および方法）と題し、これらの特許出願をここで引用したことにより、その内容全体が全て明示的に本願にも含まれるものとする。

[00123] 更にまた、本明細書において図示および説明したＦＵＮＰＥＴインターフェース２０、２０’は、リアル・タイム分析および／またはリアル・タイム制御技法にしたがって動作するように構成された任意のＣＤＭＳデバイスまたはシステムにおいて実装できることも理解されよう。その例のいくつかが、２０１８年６月４日に出願された同時係属中の米国特許出願第６２／６８０，２４５号、および２０１９年１月１１日に出願された国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１９／０１３２７７号において図示および説明されている。これらは双方共、CHARGE DETECTION MASS SPECTROMETRY WITH REAL TIME ANALYSIS AND SIGNAL OPTIMIZATION（リアル・タイム分析および信号最適化による電荷検出質量分析法）と題し、これらの特許出願をここで引用したことにより、その内容全体が全て明示的に本願にも含まれるものとする。

[00124] 更にまた、添付図面に図示し本明細書において説明したシステム１０、１００、１３０の内任意のものにおいて、ＥＬＩＴ１４をオービトラップ(orbitrap)と置き換えてもよいことも理解されよう。このような１つのオービトラップの例が、２０１８年１１月２０日に出願された同時係属中の米国特許出願第６２／７６９，９５２号、および２０１９年１月１１日に出願に出願された同時係属中の国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１９／０１３２７８号において図示および記載されている。双方共、ORBITRAP FOR SINGLE PARTICLE MASS SPECTROMETRY（単一粒子質量分光分析用オービトラップ）と題し、これらの特許出願をここで引用したことにより、その内容全体が全て明示的に本願にも含まれるものとする。

[00125] 本明細書において図示および説明したＦＵＮＰＥＴインターフェース２０、２０’は、１つ以上のイオン入射軌道制御装置および／または技法がＥＬＩＴ１４内における複数の個々のイオンの同時測定に対応するために使用される任意のＣＤＭＳデバイスまたはシステムにおいて実装できることも理解されよう。いくつかのこのようなイオン入射軌道制御装置および／または技法の例は、２０１８年１２月３日に出願された同時係属中の米国特許出願第６２／７７４，７０３号、および２０１９年１月１１日に出願された同時係属中の国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１９／０１３２８５号において図示および記載されている。これらは双方共、APPARATUS AND METHOD FOR SIMULTANEOUSLY ANALYZING MULTIPLE IONS WITH AN ELECTROSTATIC LINEAR ION TRAP（静電線形イオン・トラップによって複数のイオンを同時に分析する装置および方法）と題し、これらの特許出願をここで引用したことにより、その内容全体が全て明示的に本願にも含まれるものとする。

[00126] 図面および以上の説明において本開示を詳しく図示し説明したが、このような図および説明は性質上限定ではなく例示と見なされるものであり、例示的な実施形態が図示および説明されたに過ぎないこと、そして本開示の主旨に該当する全ての変更および修正は保護されることが望まれることは理解されよう。例えば、本明細書において、種々の実施形態は、イオンを大気圧環境から低圧力環境に輸送するためのインターフェースとして説明したが、このような実施形態は１つ以上の非限定的な例を表すに過ぎないこと、そして添付図面に示し本明細書において説明した概念は、第１圧力環境から第２圧力環境にイオンを輸送するために、説明したインターフェースのいずれでも実装でき、第１圧力が第２圧力よりも高い、あらゆる機器、装置、デバイス、またはシステムにも適用可能であることも理解されよう。

Claims (39)

1. 第１圧力における環境から、前記第１圧力よりも低い機器圧力に制御された分析機器にイオンを輸送するためのインターフェースであって、
   第１領域と、
   前記第１領域内に、前記第１圧力よりも低く前記機器圧力よりも高い、第２圧力を確立するように構成された第１ポンプと、
   前記第１領域内に配置され、第１端と、逆側の第２端と、内部を貫通する第１軸方向通路とを有する第１ドリフト領域と、前記第１ドリフト領域の第２端に結合された第１端と、逆側の第２端と、内部を貫通する第２軸方向通路とを定める第１ファンネル領域とを有する第１イオン・ファンネルであって、前記第２軸方向通路が、前記第１ファンネル領域の第１端における第１軸方向通路の断面積から、その第２端における狭い断面積まで漸減し、前記環境からのイオンが前記第１ドリフト領域の第１端に入射し、前記第１ファンネル領域の第２端から出射し、前記第２軸方向通路が内部に第１仮想噴流ディスラプタを定める、第１イオン・ファンネルと、
   前記第１イオン・ファンネルの第２端と対向して、前記第１領域内に配置され、内部を貫通する第１イオン出射口を定める第１イオン・カーペットと、
   第２領域と、
   前記第２圧力より低く前記機器圧力よりも高い第３圧力を前記第２領域に確立するように構成された第２ポンプと、
   前記第２領域内に配置され、第１端と、逆側の第２端と、内部を貫通する第３軸方向通路とを定める第２ドリフト領域と、前記第２ドリフト領域の第２端に結合された第１端と、逆側の第２端と、内部を貫通する第４軸方向通路とを定める第２ファンネル領域とを有する第２イオン・ファンネルであって、前記第４軸方向通路が、前記第２ファンネル領域の第１端における前記第３軸方向通路の断面積から、その第２端における狭い断面積まで漸減し、前記第１イオン・ファンネルから出射したイオンが、前記第２ドリフト領域の第１端に入射し、前記第２ファンネル領域の第２端において出射し、前記第４軸方向通路が内部に第２仮想噴流ディスラプタを定める、第２イオン・ファンネルと、
   前記第２イオン・ファンネルの第２端に対向して、前記第２領域内に配置され、内部を貫通する第２イオン出射口を定める第２イオン・カーペットであって、前記第２イオン出射口から出射したイオンが、前記分析機器のイオン入射口に入射する、第２イオン・カーペットと、
   を備える、インターフェース。
2. 請求項１記載のインターフェースにおいて、前記第１および第２仮想噴流ディスラプタが、前記第１および第２イオン・ファンネルのそれぞれの１つを通過するイオンを熱化するように構成される、インターフェース。
3. 請求項１または２記載のインターフェースにおいて、前記第１仮想噴流ディスラプタが、前記第１イオン・ファンネル内部における圧力蓄積および気体逆流の組み合わせによって、前記第１ドリフト領域の第１端から前記第１イオン・ファンネルに流入する気体噴流を崩壊させるように、前記第１仮想噴流ディスラプタが形成され、
   前記第２仮想噴流ディスラプタが、前記第２イオン・ファンネル内部における圧力蓄積および気体逆流の組み合わせによって、前記第２ドリフト領域の第１端から前記第２イオン・ファンネルに流入する気体噴流を崩壊させるように、前記第２仮想噴流ディスラプタが形成される、インターフェース。
4. 請求項１から３までのいずれか１項記載のインターフェースにおいて、前記第１イオン・カーペットが、前記第１ファンネル領域の第２端に面する主平坦面上において、前記第１イオン出射口の周りに第１複数の入れ子状同心円導電性リングを定める第１平坦基板を含み、
   前記第２イオン・カーペットが、前記第２ファンネル領域の第２端に面する主平坦面上において、前記第２イオン出射口の周りに第２複数の入れ子状同心円導電性リングを定める第２平坦基板を含む、インターフェース。
5. 請求項１から３までのいずれか１項記載のインターフェースであって、更に、少なくとも１つのＤＣ電圧源を備え、前記ＤＣ電圧源が、
   前記第１複数の入れ子状同心円導電性リング間に第１電界勾配を確立するように構成され、前記第１電界勾配が、イオンが前記第１ファンネル領域の第２端から出射し、前記第１イオン・カーペットの第１イオン出射口を通過するように、イオンを案内する方向に向けられ、
   前記第２複数の入れ子状同心円導電性リング間に第２電界勾配を確立するように構成され、前記第２電界勾配が、イオンが前記第２ファンネル領域の第２端から出射し、前記第２イオン・カーペットの第２イオン出射口を通過するように、イオンを案内する方向に向けられる、インターフェース。
6. 請求項５記載のインターフェースであって、更に、少なくとも１つのＲＦ電圧源を備え、前記ＲＦ電圧源が、
   イオンが前記第１ファンネル領域の第２端から出射し、前記第１イオン・カーペットの第１イオン出射口を通過するように、イオンを案内するために、前記第１複数の入れ子状同心円導電性リングに少なくとも第１ＲＦ電圧を印加し、
   イオンが前記第２ファンネル領域の第２端から出射し、前記第２イオン・カーペットの第２イオン出射口を通過するように、イオンを案内するために、前記第２複数の入れ子状同心円導電性リングに少なくとも第２ＲＦ電圧を印加するように構成される、インターフェース。
7. 請求項１から６までのいずれか１項記載のインターフェースにおいて、前記第１イオン・カーペットが前記第１ファンネル領域の第２端から離間され、前記第２イオン・カーペットが前記第２ファンネル領域の第２端から離間され、
   前記インターフェースが、更に、
   前記第１イオン・カーペットを前記第１ファンネル領域の第２端に密閉する手段と、前記第２イオン・カーペットを前記第２ファンネル領域の第２端に密閉する手段とを備える、インターフェース。
8. 請求項１から７までのいずれか１項記載のインターフェースにおいて、前記第１ドリフト領域の前記第１軸方向通路が、第１の一定断面積を有し、
   前記第２ドリフト領域の第３軸方向通路が、第２の一定断面積を有する、インターフェース。
9. 請求項８記載のインターフェースにおいて、前記第１の一定断面積が前記第２の一定断面積に等しい、インターフェース。
10. 請求項１から９までのいずれか１項記載のインターフェースにおいて、前記第１圧力と前記第２圧力との間の圧力差が、前記イオンを前記第１イオン・ファンネルの第１ドリフト領域の第１端内に輸送する第１噴流の形態の有向気体流を形成し、前記第１ファンネル領域内の前記第１仮想噴流ディスラプタが、少なくとも部分的に前記第１噴流を消散し、
    前記第２圧力と前記第３圧力との間の圧力差が、第１イオン・ファンネルから出射する前記イオンを前記第２イオン・ファンネルの第２ドリフト領域の第１端内に輸送する第２噴流の形態の他の有向気体流を形成し、前記第２ファンネル領域内の前記第２仮想噴流ディスラプタが、少なくとも分的に前記第２噴流を消散する、インターフェース。
11. 請求項１から１０までのいずれか１項記載のインターフェースにおいて、前記第１イオン・ファンネルの第１ドリフト領域に入射する前記イオンが、ダルトンおよびメガダルトンの間の範囲を取る質量を有し、
    前記第１および第２仮想噴流ディスラプタが、前記第１および第２のそれぞれのイオン・ファンネルを通過する前記イオンを熱化し、熱化されたイオンが、低い過剰運動エネルギで、前記第２イオン・カーペットの第２イオン出射口から出射するようにする、インターフェース。
12. 請求項１から１１までのいずれか１項記載のインターフェースにおいて、前記第１イオン・ファンネルが、前記第１ドリフト領域および前記第１ファンネル領域の各々に沿って軸方向に離間され、前記第１および第２軸方向通路を内部に定める第１複数のリング電極を含み、前記第２イオン・ファンネルが、前記第２ドリフト領域および前記第２ファンネル領域の各々に沿って軸方向に離間され、前記第３および第４軸方向通路を内部に定める第２複数のリング電極を含み、前記インターフェースが、更に、
    少なくとも１つのＤＣ電圧を生成するように構成された少なくとも１つのＤＣ電圧源と、
    イオンを前記第１および第２軸方向通路を抜けて前記第１イオン・カーペットに向けて駆動するように方向付けられた第１電界を、前記第１および第２軸方向通路内に確立し、イオンを前記第３および第４軸方向通路を抜けて前記第２イオン・カーペットに向けて駆動するように方向付けられた第２電界を、前記第３および第４軸方向通路内に確立するために、前記少なくとも１つのＤＣ電圧を前記第１および第２複数の電極に結合する手段を備える、インターフェース。
13. 請求項１から１１までのいずれか１項記載のインターフェースにおいて、前記第１イオン・ファンネルが、前記第１ドリフト領域および前記第１ファンネル領域の各々に沿って軸方向に離間され、前記第１および第２軸方向通路を内部に定める第１複数のリング電極を含み、前記第２イオン・ファンネルが、前記第２ドリフト領域および前記第２ファンネル領域の各々に沿って軸方向に離間され、前記第３および第４軸方向通路を内部に定める第２複数のリング電極を含み、前記インターフェースが、更に、少なくとも１つのＲＦ電圧を生成するように構成された少なくとも１つのＲＦ電圧源と、前記第１および第２軸方向通路を通過するイオンを、前記第１および第２軸方向通路の中央を貫通して定められた第１長手方向軸に向けて、半径方向に収束し、前記第３および第４軸方向通路を通過するイオンを、前記第３および第４軸方向通路の中央を貫通して定められた第２長手方向軸に向けて、半径方向に収束するために、前記少なくとも１つのＲＦ電圧源を前記第１および第２複数のリング電極に結合する手段とを備える、インターフェース。
14. 請求項１から１３までのいずれか１項記載のインターフェースにおいて、前記第１圧力が大気圧であり、前記機器圧力が第１真空であり、
    前記第１ポンプが、前記第１領域における第２圧力を数十ｔｏｒｒの範囲内に制御するように構成され、
    前記第２ポンプが、前記第２領域内における第３圧力を、前記第１真空−１０ｔｏｒｒの大きさよりも少ない真空の大きさを有する、ほぼ第２真空の範囲(a range of approximately a second vacuum)内に制御するように構成される、インターフェース。
15. 第１圧力における環境から、前記第１圧力よりも低い機器圧力に制御された分析機器にイオンを輸送するためのインターフェースであって、
    第１領域と、
    前記第１領域内に、前記第１圧力よりも低く前記機器圧力よりも高い第２圧力を確立するように構成された第１ポンプと、
    前記第１領域内に配置され、第１端と、逆側の第２端と、内部を貫通する第１軸方向通路とを定める第１ドリフト領域と、前記第１ドリフト領域の第２端に結合された第１端と、逆側の第２端と、内部を貫通する第２軸方向通路とを定める第１ファンネル領域とを有する第１イオン・ファンネルであって、前記第２軸方向通路が、前記第１ファンネル領域の第１端における第１軸方向通路の断面積から、その第２端における狭い断面積まで漸減し、前記環境からのイオンが前記第１ドリフト領域の第１端に入射し、前記第１ファンネル領域の第２端から出射する、第１イオン・ファンネルと、
    前記第１イオン・ファンネルの第２端と対向して、前記第１領域内に配置され、内部を貫通する第１イオン出射口を定める第１イオン・カーペットと、
    第２領域と、
    前記第２圧力より低く前記機器圧力よりも高い第３圧力を前記第２領域に確立するように構成された第２ポンプと、
    前記第２領域内に配置され、第１端と、逆側の第２端と、内部を貫通する第３軸方向通路とを定める第２ドリフト領域と、前記第２ドリフト領域の第２端に結合された第１端と、逆側の第２端と、内部を貫通する第４軸方向通路とを定める第２ファンネル領域とを有する第２イオン・ファンネルであって、前記第４軸方向通路が、前記第２ファンネル領域の第１端における前記第３軸方向通路の断面積から、その第２端における狭い断面積まで漸減し、前記第１イオン・ファンネルから出射したイオンが、前記第２ドリフト領域の第１端に入射し、前記第２ファンネル領域の第２端において出射する、第２イオン・ファンネルと、
    前記第２イオン・ファンネルの第２端に対向して、前記第２領域内に配置され、内部を貫通する第２イオン出射口を定める第２イオン・カーペットであって、前記第２イオン出射口から出射したイオンが、前記分析機器のイオン入射口に入射する、第２イオン・カーペットと、
    を備え
    前記第１ファンネル領域内における圧力蓄積と気体逆流との組み合わせが、前記第１イオン・ファンネルを通過するイオンを少なくとも部分的に熱化する第１エリアを、前記第１ファンネル流域内に設定し、
    前記第２ファンネル領域内における圧力蓄積と気体逆流との組み合わせが、前記第２イオン・ファンネルを通過するイオンを、少なくとも部分的に熱化する第２エリアを、前記第２ファンネル流域内に設定する、インターフェース。
16. 請求項１５記載のインターフェースにおいて、前記第１圧力と前記第２圧力との間の圧力差が、前記イオンを前記第１イオン・ファンネルの第１ドリフト領域の第１端内に輸送する第１噴流の形態の有向気体流を形成し、前記第２圧力と前記第３圧力との間の圧力差が、第１イオン・ファンネルから出射する前記イオンを前記第２イオン・ファンネルの第２ドリフト領域の第１端内に輸送する第２噴流の形態の他の有向気体流を形成し、
    前記第１イオン・ファンネルの第１ファンネル領域内に設定された第１エリアが、前記第１噴流を少なくとも部分的に消散する第１仮想噴流ディスラプタを定め、前記第２イオン・ファンネルの第２ファンネル領域内に設定された第２エリアが、前記第２噴流を少なくとも部分的に消散する第２仮想噴流ディスラプタを定める、インターフェース。
17. 請求項１５または１６記載のインターフェースにおいて、前記第１ドリフト領域の前記第１軸方向通路が、前記第１ドリフト領域の第１および第２端の間に、第１の一定断面積を定め、
    前記第２ドリフト領域の第３軸方向通路が、前記第２ドリフト領域の第１および第２端の間に、第２の一定断面積を定める、インターフェース。
18. 請求項１７記載のインターフェースにおいて、前記第１の一定断面積が前記第２の一定断面積に等しい、インターフェース。
19. 請求項１５から１８までのいずれか１項記載のインターフェースにおいて、前記第１圧力が大気圧であり、前記機器圧力が第１真空であり、
    前記第１ポンプが、前記第１領域における第２圧力を数十ｔｏｒｒの範囲内に制御するように構成され、
    前記第２ポンプが、前記第２領域内における第３圧力を、前記第１真空−１０ｔｏｒｒの大きさよりも小さい真空の大きさを有する、ほぼ第２真空の範囲内に制御するように構成される、インターフェース。
20. 第１圧力における環境から、前記第１圧力よりも低い機器圧力に制御された分析機器にイオンを輸送するためのインターフェースであって、
    第１領域と、
    前記第１領域内に、前記第１圧力よりも低く前記機器圧力よりも高い第２圧力を確立するように構成された第１ポンプと、
    前記第１領域内に配置され、第１端と、逆側の第２端と、内部を貫通する第１軸方向通路とを定める第１ドリフト領域と、前記第１ドリフト領域の第２端に結合された第１端と、逆側の第２端と、内部を貫通する第２軸方向通路とを定める第１ファンネル領域とを有する第１イオン・ファンネルであって、前記第２軸方向通路が、前記第１ファンネル領域の第１端における第１軸方向通路の断面積から、その第２端における狭い断面積まで漸減し、前記環境からのイオンが前記第１ドリフト領域の第１端に入射し、前記第１ファンネル領域の第２端から出射する、第１ファンネル領域と、
    前記第１イオン・ファンネルの第２端と対向して、前記第１領域内に配置され、内部を貫通する第１イオン出射口を定める第１イオン・カーペットと、
    第２領域と、
    前記第２圧力より低く前記機器圧力よりも高い第３圧力を前記第２領域に確立するように構成された第２ポンプと、
    前記第２領域内に配置され、第１端と、逆側の第２端と、内部を貫通する第３軸方向通路とを定める第２ドリフト領域と、前記第２ドリフト領域の第２端に結合された第１端と、逆側の第２端と、内部を貫通する第４軸方向通路とを定める第２ファンネル領域とを有する第２イオン・ファンネルであって、前記第４軸方向通路が、前記第２ファンネル領域の第１端における前記第３軸方向通路の断面積から、その第２端における狭い断面積まで漸減し、前記第１イオン・ファンネルから出射したイオンが、前記第２ドリフト領域の第１端に入射し、前記第２ファンネル領域の第２端において出射する、第２イオン・ファンネルと、
    前記第２イオン・ファンネルの第２端に対向して、前記第２領域内に配置され、内部を貫通する第２イオン出射口を定める第２イオン・カーペットであって、前記第２イオン出射口から出射したイオンが、前記分析機器のイオン入射口に入射する、第２イオン・カーペットと、
    を備え、
    前記第１圧力と前記第２圧力との間の圧力差が、前記イオンを前記第１ドリフト領域の第１端内に輸送する第１気体流を形成し、前記第１ファンネル領域の漸減第２軸方向通路が、前記第１気体流を減少させ、
    前記第２圧力と前記第３圧力との間の圧力差が、第１イオン・ファンネルから出射する前記イオンを第２ドリフト領域の第１端内に輸送する第２気体流を形成し、前記第２ファンネル領域の漸減第４軸方向通路が、前記第２気体流を減少させる、インターフェース。
21. 請求項２０記載のインターフェースにおいて、前記第１気体流が、前記イオンを前記環境から前記第１イオン・ファンネルの第１ドリフト領域の第１端内に輸送する第１噴流を形成し、
    前記第１ファンネル領域の漸減第２軸方向通路が、前記第１噴流を少なくとも部分的に消散するように構成された第１仮想噴流ディスラプタを内部に定め、
    前記第２気体流が、前記第１イオン・ファンネルから出射した前記イオンを前記第２イオン・ファンネルの第３ドリフト領域の第１端内に輸送する第２噴流を形成し、
    前記第２ファンネル領域の漸減第４軸方向通路が、前記第２噴流を少なくとも部分的に消散するように構成されたダイ２仮想噴流ディスラプタを内部に定める、インターフェース。
22. 請求項２１記載のインターフェースにおいて、前記第１イオン・ファンネルを通過するイオンが、前記第１仮想噴流ディスラプタによって熱化され、前記第２イオン・ファンネルを通過するイオンが、前記第２仮想噴流ディスラプタによって熱化される、インターフェース。
23. 請求項２０から２２までのいずれか１項記載のインターフェースにおいて、前記第１イオン・ファンネルの前記第１ドリフト領域の前記第１軸方向通路が、その第１および第２端の間に、第１の一定断面積を定め、
    前記第２イオン・ファンネルの前記第２ドリフト領域の第３軸方向通路が、その第１および第２端の間に、第２の一定断面積を定める、インターフェース。
24. イオン分析システムであって、
    第１圧力の環境においてイオンを生成するように構成されたイオン源と、
    前記生成されたイオンが前記第１イオン・ファンネルの第１軸方向通路に入射するように、前記イオン源に結合された、請求項１から２３までのいずれか１項記載のインターフェースと、
    真空環境内に配置されたイオン分離機器であって、前記第２イオン・カーペットの第２イオン出射口から出射したイオンが当該イオン分離機器に入射するように前記インターフェースに結合され、少なくとも１つの分子特性に基づいてイオンを分離するように構成される、イオン分離機器と、
    を備える、イオン分析システム。
25. 請求項２４記載のシステムにおいて、前記第１圧力と前記第２圧力との間の圧力差が、前記生成されたイオンを前記第１イオン・ファンネルの第１軸方向通路の第１端内に輸送する第１噴流の形態の第１有向気体流を形成し、
    前記第１イオン・ファンネルが、当該第１イオン・ファンネルを通過する気体流を減少させるために、前記第１噴流を少なくとも部分的に消散し、
    前記第２圧力と前記第３圧力との間の圧力差が、第１イオン・ファンネルから出射する前記イオンを前記第２イオン・ファンネルの第３軸方向通路の第１端内に輸送する第２噴流の形態の第２有向気体流を形成し、
    前記第２イオン・ファンネルが、当該第２イオン・ファンネルを通過する気体流を減少させるために、前記第２噴流を少なくとも部分的に消散する、システム。
26. 請求項２５記載のシステムにおいて、前記イオン源によって生成される前記イオンが、ダルトンおよびメガダルトンの間の範囲を取る質量を有し、
    前記第１および第２イオン・ファンネルが、それを通過する前記イオンを熱化することにより、前記熱化されたイオンが、低い過剰運動エネルギで、前記イオン分離機器に入射する、システム。
27. イオン分離システムであって、
    第１圧力の環境において試料からイオンを生成するように構成されたイオン源と、
    生成されたイオンが前記第１イオン・ファンネルの第１軸方向通路に入射するように、前記イオン源に結合された請求項１から２３までのいずれか１項記載のインターフェースと、
    真空環境内に配置された少なくとも１つのイオン分離機器であって、前記第２イオン・カーペットの第２イオン出射口から出射したイオンが当該イオン分離機器に入射するように、前記インターフェースに結合され、少なくとも１つの分子特性の関数として、イオンを分離するように構成される、イオン分離機器と、
    前記少なくとも１つのイオン分離機器から出射したイオンの電荷および質量電荷比を測定するように構成された検出器と、
    を備える、イオン分離システム。
28. 請求項２７記載のシステムにおいて、前記少なくとも１つのイオン分離機器が、イオンを質量電荷比の関数として分離する少なくとも１つの機器、イオンをイオン移動度の関数として時間的に分離する少なくとも１つの機器、イオンをイオン保持時間の関数として分離する少なくとも１つの機器、およびイオンを分子サイズの関数として分離する少なくとも１つの機器の内の１つまたは任意の組み合わせを含む、システム。
29. 請求項２７記載のシステムにおいて、前記少なくとも１つのイオン分離機器が、質量分光分析計およびイオン移動度分光分析計の内の１つまたは組み合わせを含む、システム。
30. 請求項２７から２９までのいずれか１項記載のシステムであって、更に、前記インターフェースと前記少なくとも１つのイオン分離機器との間に位置付けられた少なくとも１つのイオン処理機器を備え、前記インターフェースと前記少なくとも１つのイオン分離機器との間に位置付けられた前記少なくとも１つのイオン処理機器が、イオンを収集または格納する少なくとも１つの機器、分子特性にしたがってイオンをフィルタリングする少なくとも１つの機器、イオンを解離させる少なくとも１つの機器、およびイオン荷電状態を正規化するまたは移す少なくとも１つの機器の内の１つまたは任意の組み合わせを含む、システム。
31. 請求項２７から３０までのいずれか１項記載のシステムであって、更に、前記少なくとも１つのイオン分離機器と前記検出器との間に位置付けられた少なくとも１つのイオン処理機器を備え、前記少なくとも１つのイオン分離機器と前記検出器との間に位置付けられた前記少なくとも１つのイオン処理機器が、イオンを収集または格納する少なくとも１つの機器、分子特性にしたがってイオンをフィルタリングする少なくとも１つの機器、イオンを解離させる少なくとも１つの機器、およびイオン荷電状態を正規化するまたは移す少なくとも１つの機器の内の１つまたは任意の組み合わせを含む、システム。
32. 請求項２７から３１までのいずれか１項記載のシステムにおいて、前記検出器が少なくとも１つの静電線形イオン・トラップを含む、システム。
33. 請求項２７から３１までのいずれか１項記載のシステムにおいて、前記検出器がオービトラップを含む、システム。
34. 請求項２７から３３までのいずれか１項記載のシステムであって、更に、前記検出器から出射したイオンを受け取るように位置付けられ、前記受け取ったイオンを少なくとも１つの分子特性の関数として分離する少なくとも１つのイオン分離機器を備える、システム。
35. 請求項３４記載のシステムであって、更に、前記検出器と前記少なくとも１つのイオン分離機器との間に位置付けられた少なくとも１つのイオン処理機器を備え、前記検出器と前記少なくとも１つのイオン分離機器との間に位置付けられた前記少なくとも１つのイオン処理機器が、イオンを収集または格納する少なくとも１つの機器、分子特性にしたがってイオンをフィルタリングする少なくとも１つの機器、イオンを解離させる少なくとも１つの機器、およびイオン荷電状態を正規化するまたは移す少なくとも１つの機器の内の１つまたは任意の組み合わせを含む、システム。
36. イオン分離システムであって、
    第１圧力の環境において試料からイオンを生成するように構成されたイオン源と、
    前記生成されたイオンが前記第１ファンネルの第１軸方向通路に入射するように、前記イオン源に結合された請求項１から２３までのいずれか１項記載のインターフェースと、
    前記第２イオン・カーペットの第２イオン出射口から出射したイオンが前記イオン分離機器に入射するように、前記インターフェースに結合された第１質量分光分析計であって、前記イオン分離機器が、イオンを質量電荷比の関数として分離するように構成される、第１質量分光分析計と、
    前記第１質量分光分析計から出射したイオンを受け取るように位置付けられ、前記第１質量分光分析計から出射したイオンを解離するように構成されたイオン解離ステージと、
    前記イオン解離ステージから出射した解離イオンを、質量電荷比の関数として分離するように構成された第２質量分光分析計と、
    前記イオン解離ステージと並列に結合された電荷検出質量分光分析計（ＣＤＭＳ）であって、前記第１質量分光分析計および前記イオン解離ステージのいずれかから出射したイオンを受け取ることができるように結合された、電荷検出分光分析計（ＣＤＭＳ）と、
    を備え、
    前記第１質量分光分析計から出射した先駆イオンの質量が、ＣＤＭＳを使用して測定され、閾値質量未満の質量値を有する先駆イオンの解離イオンの質量電荷比が、前記第２質量分光分析計を使用して測定され、前記閾値質量以上の質量値を有する先駆イオンの解離イオンの質量電荷比および電荷値が、前記ＣＤＭＳを使用して測定される、イオン分離システム。
37. 請求項２４から２６までのいずれか１項記載のシステムにおいて、前記第１圧力が大気圧であり、前記機器圧力が真空であり、
    前記第１ポンプが、前記第１領域における第２圧力を数十ｔｏｒｒの範囲内に制御するように構成され、
    前記第２ポンプが、前記第２領域内における第３圧力を、前記第１真空−１０ｔｏｒｒの大きさよりも小さい真空の大きさを有する、ほぼ第２真空の範囲内に制御するように構成される、システム。
38. 請求項２７から３５までのいずれか１項記載のシステムにおいて、前記第１圧力が大気圧であり、前記機器圧力が真空であり、
    前記第１ポンプが、前記第１領域における第２圧力を数十ｔｏｒｒの範囲内に制御するように構成され、
    前記第２ポンプが、前記第２領域内における第３圧力を、前記第１真空−１０ｔｏｒｒの大きさよりも小さい真空の大きさを有する、ほぼ第２真空の範囲内に制御するように構成される、システム。
39. 請求項３６記載のシステムにおいて、前記第１圧力が大気圧であり、前記機器圧力が真空であり、
    前記第１ポンプが、前記第１領域における第２圧力を数十ｔｏｒｒの範囲内に制御するように構成され、
    前記第２ポンプが、前記第２領域内における第３圧力を、前記第１真空−１０ｔｏｒｒの大きさよりも小さい真空の大きさを有する、ほぼ第２真空の範囲内に制御するように構成される、システム。

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