JP2022541860A - 目標電荷質量比によって規定されるイオンをフィルタリングするための方法およびシステム - Google Patents
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Abstract
Description
-四重極入口から四重極出口に互いに平行に伸びる4つの連続または分割ロッドを備える四重極マスフィルタ装置を提供することであって、前述のロッドは、四重極長手方向中心軸を形成する軸の周りに対称かつ規則的に配置され、それらの間に連続または分割管状体積を画定し、前述のロッドは、互いに垂直な第1横断面および第2横断面それぞれに2つずつ対向してさらに配置されること
を含み、前述の方法はまた、
-イオンビームを前述の四重極マスフィルタ装置の入口に向かって放出することであって、前述のイオンビームは、成形および/またはプレフィルタリング手段によって、少なくとも入口のレベルに制限された動径方向寸法を有し、前述の装置の長手方向中心軸に沿って導かれるように構成されることと、
-ロッド間、または対向するロッドの各対のロッドセグメント間に電場を印加することであって、各場は、合成された直流および交流電位によって規定され、安定範囲を規定する所与の値の範囲の電荷質量比を有するイオンが、四重極中を移動する時に、第1および第2横断面内の両方で、管状体積または連続する体積セグメントの横方向限界内で振動し、前述の装置を退出することを可能とすることと、
-前述の目標電荷質量比を有するイオンの振動パターンが、両横断面内で、実質的かつ同時に、同じ所与の点で四重極中心軸と交差する、少なくとも1つの振動節または正確な集束点を生成するために、電場の各々を、それらのDC電位の振幅ならびにそれらのAC電位の振幅および周波数を調節することによって、また四重極に進入するイオンの速度を調節することによって、較正することであって、底または出口節と呼ばれる前述の節または前述の節の1つは、装置の出口もしくはその近く、ロッドの後ろ、またはそれらの間に位置することと、
を含むことを特徴とする。
前述の装置は、
-入口開口および出口開口とそれぞれ関連する四重極装置入口から四重極出口に互いに平行に伸びる、4つの、好ましくは同一の、有利には円筒形または双曲柱状の、連続または分割ロッドであって、前述のロッドは、四重極中心軸を形成する軸の周りに対称かつ規則的に配置され、それらの間に連続または分割管状体積を画定し、前述のロッドは、互いに垂直な第1横断面および第2横断面それぞれに2つずつさらに配置される、ロッドと、
-互いに対向するロッドの各対の間、または2対のロッドのロッドセグメントの間に、合成された直流および交流電位によって規定される特定の局所電場を印加する手段であって、前述の局所場は、管状体積または整列体積セグメントに沿って合成電場をともに形成し、合成電場は、安定範囲を規定する所与の比の値の電荷質量比を有するイオンが、四重極中を移動する時に、第1および第2横断面内の両方で、管状体積または連続する体積セグメントの横方向限界内で振動し、前述の四重極装置を退出することを可能とする、手段と、
-DC電位の振幅ならびにAC電位の振幅および周波数を調節する手段と、
-四重極装置の入口を通過する前に、入射ビームのイオンに所与の運動エネルギーまたは速度を提供するために設計された加速電位を調節する手段と、
を備え、
前述の局所電場が構成および調整され、前述の加速電圧が設定され、その結果、目標電荷質量比を有するイオンの振動パターンが、両横断面内で、実質的かつ同時に、同じ点で四重極中心軸と交差する、少なくとも1つの振動節または正確な集束点が生成され、底または出口節と呼ばれる前述の節または前述の節の1つは、装置の出口もしくはその近く、ロッドの端部の後ろ、またはそれらの間に位置する。
-先に述べたような四重極マスフィルタ(QMF)装置と、
-イオンビームを装置に向かって放出することができるイオン源と、
-QMF装置の管状内部体積に進入する前に前述のイオンビームを構成する手段であって、前述のビームは、少なくとも入口のレベルに制限された動径方向寸法を有し、長手方向中心軸に沿って導かれるように構成され、前述のビームは、好ましくは、四重極入口、すなわち、装置の入口電極の入口開口に向けられかつ集束される、手段と、
-イオン源と、四重極マスフィルタ装置の入口との間に、調節可能なイオン加速電位を印加する手段と、
-例えばファラデーカップまたは電子増倍管などの、イオンセンサであって、所与の時間内に前述のセンサに進入または衝突するイオンの数に比例する信号を発することができ、前述のセンサは、四重極マスフィルタ装置の出口を超えた先に位置する、イオンセンサと
を備える、走査またはフィルタリング装置に関する。
-四重極入口4から四重極出口5に互いに平行に伸びる4つの連続または分割ロッド3、3’を備える四重極マスフィルタ装置2を提供することであって、前述のロッド3、3’は、四重極長手方向中心軸6を形成する軸の周りに対称かつ規則的に配置され、それらの間に連続または分割管状体積2’を画定し、前述のロッド3、3’は、互いに垂直な第1横断面HOおよび第2横断面VEそれぞれに2つずつ対向してさらに配置される、提供すること
を含む。
-イオンビーム1’を前述の四重極マスフィルタ装置2の入口4に向かって放出するステップであって、前述のイオンビーム1’は、成形および/またはプレフィルタリング手段1’’、16、19によって、少なくとも入口4のレベルに制限された動径方向寸法を有し、前述の装置2の長手方向中心軸6に沿って導かれるように構成される、放出するステップと、
-ロッド3、3’間、または対向するロッド3、3’の各対のロッドセグメント7、7’間に電場を印加するステップであって、各場は、合成された直流DCおよび交流AC電位によって規定され、安定範囲を規定する所与の値の範囲の電荷質量比を有するイオンが、四重極中を移動する時に、第1および第2横断面内の両方で、管状体積2’または連続する体積セグメント2’’の横方向限界内で振動し、前述の装置2を退出することを可能とする、印加するステップと、
-前述の目標電荷質量比を有するイオンの振動パターンが、両横断面内で、実質的かつ同時に、同じ所与の点で四重極中心軸6と交差する、少なくとも1つの振動節または正確な集束点8、9を生成するために、電場の各々を、それらのDC電位の振幅UDCならびにそれらのAC電位の振幅VRFおよび周波数FRFを調節することによって、また四重極2に進入するイオンの速度を調節することによって、較正するステップであって、底または出口節と呼ばれる前述の節8または前述の節8、9の1つ8は、装置2の出口5もしくはその近く、ロッド3、3’の後ろ、またはそれらの間に位置する、較正するステップと
を含む。
-(出口5に位置する第1節8に加えて)中間節と呼ばれ、装置2の入口4と出口5との間に位置する、少なくとも1つの他の節または正確な集束点9を生成するために、電場を較正することと、
-前述の少なくとも1つの中間節9の位置の近傍およびその位置で、物理的または場に基づくフィルタリング手段10によってイオンビーム1’をフィルタリングすることであって、前述のフィルタリング手段は、目標電荷質量比を有するイオンの大部分が、前述の位置と交差し、出口5に向かうそれらの下流への移動を続けることを可能とし、他のイオンは、遮断されるか、またはロッド3、3’の1つと衝突させられる、フィルタリングすることと
にある。
-所与の質量電荷比を有するイオンのMathieuパラメータが、Mathieu安定性ダイアグラムの第1安定領域11内またはその先端付近に位置するように、電場のパラメータUDC、VRF、FRFを調節することと、
-装置の入口4でのイオンの速度を決定する加速電位UACCを変動させ、四重極中心軸6と交差しながら四重極2を退出するイオンの数の変動を測定することによって、前述のイオンの横振動パターンの1つの節に対応する前述のイオンの半集束節12、12’のセット間の距離を測定することと、
-所与の半集束節12、12’が、前述のイオンの横振動パターンの1つの節に対応することを、関心電場のAC電位の周波数FRFおよび/または振幅VRFを繰り返し変化させることによって、かつイオン加速電位UACCを毎回変動させて前述の半集束節12間の距離のオフセットを測定することによって、確認することと、
-電場のAC電位の周波数FRFおよび振幅VRFを繰り返し変化させ、加速電位UACCを変動させることで半集束節12、12’の位置を調べることよって、一方の横振動パターンに由来する半集束節12の位置を、他方の横振動パターンに由来する半集束節12’と統合し、したがって、両横断面HOおよびVE内で同時集束が起こる点またはおおよその点の位置に対応する少なくとも2つの振動節8、9を生成することであって、1つの節8は、装置2の出口5に位置し、少なくとも1つの他の節9は、前述の装置2の入口4と出口5との間に位置することと
によって行われる。
-均一な連続ロッド3、3’を有する単一の一体型QMF装置(図8A、8B、25、および26参照)、
-分割ロッド3、3’を有する単一の一体型QMF装置(図13~16、23、および24参照)、
-長手方向に互いに当接または離隔した少なくとも2つの整列したQMFユニットで作製された、複合型QMF装置(図3~7参照)。
-長手方向に分割されるか、またはそれらの長手方向に分割構造を有するロッド3、3’を用いて、分割ロッド3、3’の各対の間に、各対に沿って広がる電場を発生させることであって、電場は、DCおよび/またはAC電位(単数または複数)の特定の較正設定を有し、分割ロッド3、3’のそれぞれ互いに対向するセグメント7、7’に対応する、いくつかの局所電場セグメントを含む、発生させることと、
-中間節9と呼ばれ、装置2の入口4と出口5との間に位置する、少なくとも1つの他の節または正確な集束点を生成するために、前述の局所場セグメントを、それらそれぞれの個々のDCおよびAC電位の設定を調節することによって較正することであって、少なくとも1つの中間節9は、局所電場セグメントの1つの中心に実質的に位置する、較正することと、
-前述の少なくとも1つの中間節9の位置の近傍およびその位置に、不安定運動領域または変動安定性領域10を、前述の領域10を通過する全イオンに不安定なまたは少なくとも変更された軌道を与えるために、前述の領域の周囲のロッドセグメント7、7’に印加される局所電場の設定を修正することによって、生成および維持することであって、前述の不安定運動または変動安定性領域10の長さは、前述の目標電荷質量比を有する大部分のイオンが、前述の領域10と交差し、安定振動に戻り、出口5に向かうそれらの下流への移動を続けることができるように設定される、生成および維持することと
にある。
-(開口16を有する)四重極装置入口4から(開口17を有する)四重極装置出口5に互いに平行に伸びる、4つの、好ましくは同一の、有利には円筒形または双曲柱状の、連続(均一)または分割ロッド3、3’であって、前述のロッド3、3’は、四重極中心軸6を形成する軸の周りに対称かつ規則的に配置され、それらの間に連続または分割管状体積2’を画定し、前述のロッド3、3’は、互いに垂直な第1横断面HOおよび第2横断面VEそれぞれに2つずつさらに配置される、ロッド3、3’と、
-互いに対向するロッド3、3’の各対の間、または2対のロッド3、3’のロッドセグメント7、7’の間に、合成された直流DCおよび交流AC電位によって規定される特定の局所電場を印加する手段であって、前述の局所場は、管状体積2’または整列体積セグメント2’’に沿って合成電場をともに形成し、合成電場は、安定範囲を規定する所与の比の値の電荷質量比を有するイオンが、四重極2中を移動する時に、第1および第2横断面HO、VE内の両方で、管状体積2’または連続する体積セグメント2’’の横方向限界内で振動し、前述の四重極装置2を退出することを可能とする、手段と、
-DC電位の振幅UDCならびにAC電位の振幅VRFおよび周波数FRFを調節する手段と、
-四重極装置2の入口4を通過する前に、入射ビーム1’のイオンに所与の運動エネルギーまたは速度を提供するために設計された加速電位UACCを調節する手段と
を備える。
-目標電荷質量比を有するイオンの振動パターンが、両横断面HO、VE内で、実質的かつ同時に、同じ点で四重極中心軸6と交差する、少なくとも2つの振動節または正確な集束点8、9が生成され、前述の節8、9は、
-装置2の出口5に位置する1つの振動節または正確な集束点8と、
-装置2の入口4と出口5との間に位置する少なくとも1つの他の中間振動節または正確な集束点9と
を備える。
-本明細書で先に記載されたような四重極マスフィルタ装置2と、
-イオンビーム1’を装置2に向かって放出することができるイオン源1と、
-QMF装置2の管状内部体積2’に進入する前に前述のイオンビーム1’を構成する手段1’’、16、19であって、前述のビーム1’は、少なくとも入口4のレベルに制限された動径方向寸法を有し、長手方向中心軸6に沿って導かれるように構成され、前述のビームは、好ましくは、四重極入口4、すなわち、装置2の入口電極14の入口開口16に向けられかつ集束される、手段1’’、16、19と、
-イオン源1と四重極入口4との間に、調節可能なイオン加速電位UACCを印加する手段21’と、
-例えばファラデーカップなどの、イオンセンサ18であって、所与の時間内に前述のセンサ18に進入または衝突するイオンの数に比例する信号を発することができる(センサ18は、装置2の出口5を超えた先に位置する)、イオンセンサ18と
を本質的に備える。
-(UACCを規定するための)DCバイアス21’および電源に接続され、集束要素(イオン銃-第1集束レンズ19)と関連するイオン源1であって、前述のイオン源1は、イオンビーム1’を生成する、イオン源1と、
-(QMFの主DCオフセットを規定し、ファラデーケージとして機能する)円筒エンクロージャ電極23内の支持構造物3’’に取り付けられた分割ロッド3、3’を有するQMF装置2であって、前述の装置2は、それぞれの開口16、17を有する入口および出口電極14および15を備え、少なくとも1つの内部不安定運動領域10を有する、QMF装置2と、
-ロッド3、3’のセグメント7間に電場を発生させかつ調節することができる精密DC電位源22および精密RF装置22’(例えば、共振回路または発振器+増幅器)と、
-集束レンズ20に続く、計数器、オシロスコープ、または類似の表示装置18’に接続されたイオンセンサまたは位置感知TOF検出器18と、
-QMF装置2を格納し、真空発生機器25に接続された真空ハウジング24と
を備える。
Claims (42)
- 目標電荷質量比を有するイオンを単離するべくイオンビームをフィルタリングする方法であって、前記方法は、
-四重極入口(4)から四重極出口(5)に互いに平行に伸びる4つの連続または分割ロッド(3、3’)を備える四重極マスフィルタ装置(2)を提供することであって、前記ロッド(3、3’)は、四重極長手方向中心軸(6)を形成する軸の周りに対称かつ規則的に配置され、それらの間に連続または分割管状体積(2’)を画定し、前記ロッド(3、3’)は、互いに垂直な第1横断面(HO)および第2横断面(VE)それぞれに2つずつ対向してさらに配置されること
を含み、前記方法はまた、
-イオンビーム(1’)を前記四重極マスフィルタ装置(2)の前記入口(4)に向かって放出することであって、前記イオンビーム(1’)は、成形および/またはプレフィルタリング手段(1’’、16、19)によって、少なくとも前記入口(4)のレベルに制限された動径方向寸法を有し、前記装置(2)の前記長手方向中心軸(6)に沿って導かれるように構成されることと、
-前記ロッド(3、3’)間、または対向するロッド(3、3’)の各対のロッドセグメント(7、7’)間に電場を印加することであって、各場は、合成された直流(DC)および交流(AC)電位によって規定され、安定範囲を規定する所与の値の範囲の電荷質量比を有するイオンが、前記四重極中を移動する時に、前記第1および第2横断面内の両方で、前記管状体積(2’)または連続する体積セグメント(2’’)の横方向限界内で振動し、前記装置(2)を退出することを可能とすることと、
-前記目標電荷質量比を有する前記イオンの振動パターンが、両横断面内で、実質的かつ同時に、同じ所与の点で前記四重極中心軸(6)と交差する、少なくとも1つの振動節または正確な集束点(8、9)を生成するために、前記電場の各々を、それらのDC電位の振幅(UDC)ならびにそれらのAC電位の振幅(VRF)および周波数(FRF)を調節することによって、また前記四重極(2)に進入する前記イオンの速度を調節することによって、較正することであって、底または出口節と呼ばれる前記節(8)または前記節(8、9)の1つ(8)は、前記装置(2)の前記出口(5)もしくはその近く、前記ロッド(3、3’)の後ろ、またはそれらの間に位置することと、
を含むことを特徴とする、フィルタリングする方法。 - 対応する供給源(1)によって提供される前記イオンビーム(1’)は、好ましくは前記四重極入口(4)またはその近くに位置する入口電極(14)に属する、較正入口開口(16)を通過し、これは、前記管状体積(2’)に進入する前に、前記ビーム(1’)を成形および/またはフィルタリングする、請求項1に記載のフィルタリングする方法。
- 対応する供給源(1)によって放出される前記イオンビーム(1’)は、特に、動径方向サイズ、イオンエネルギー、および/または進行方向に関して、前記入口(4)を通って前記管状体積(2’)に進入する前に予備調整される、請求項1または2に記載のフィルタリングする方法。
- 前記イオンビーム(1’)の予備調整は、前記四重極入口(4)付近または近くで、好ましくは前記四重極入口(4)で、前記ビーム(1’)を少なくとも集束することを含む、請求項3に記載のフィルタリングする方法。
- 前記イオンビーム(1’)の予備調整は、前記四重極入口(4)を通る前、場合によっては集束を受ける前に、前記ビーム(1’)のエネルギー幅のフィルタリングを実現することを少なくとも含むか、またはそれも含む、請求項3または4に記載のフィルタリングする方法。
- 前記方法はまた、
-前記装置(2)の前記出口(5)に位置する第1節(8)に加えて、中間節と呼ばれ、前記装置(2)の前記入口(4)と前記出口(5)との間に位置する、少なくとも1つの他の節または正確な集束点(9)を生成するために、前記電場を較正することと、
-前記少なくとも1つの中間節(9)の位置の近傍およびその位置で、物理的または場に基づくフィルタリング手段(10)によって前記イオンビーム(1’)をフィルタリングすることであって、前記フィルタリング手段は、前記目標電荷質量比を有する前記イオンの大部分が、前記位置と交差し、前記出口(5)に向かうそれらの下流への移動を続けることを可能とし、他のイオンは、遮断されるか、または前記ロッド(3、3’)の1つと衝突させられことと、
にある、請求項1乃至5のいずれか1項に記載のフィルタリングする方法。 - 前記イオンビーム(1’)の最終フィルタリング操作は、前記出口節(8)の近傍および前記出口節(8)で、物理的フィルタリング手段(15、17)、例えば、較正出口開口(17)を設けた出口電極プレート(15)によって行われる、請求項1乃至6のいずれか1項に記載のフィルタリングする方法。
- 所与のイオン質量について前記振動節(8、9)および前記装置(2)の設定のいずれかを得るための、前記電場の初期較正は、
-所与の質量電荷比を有するイオンのMathieuパラメータが、Mathieu安定性ダイアグラムの第1安定領域(11)内およびその先端付近に位置するように、前記電場のパラメータ(UDC、VRF、FRF)を調節することと、
-前記装置の前記入口(4)での前記イオンの前記速度を決定する加速電位(UACC)を変動させ、前記四重極中心軸(6)と交差しながら前記四重極(2)を退出するイオンの数の変動を測定することによって、前記イオンの前記横振動パターンの1つの節に対応する前記イオンの半集束節(12、12’)のセット間の距離を測定することと、
-所与の半集束節(12、12’)が、前記イオンの前記横振動パターンの1つの節に対応することを、前記関心電場の前記AC電位の前記周波数(FRF)および/または前記振幅(VRF)を繰り返し変化させることによって、かつ前記イオン加速電位(UACC)を毎回変動させて前記半集束節(12)間の距離のオフセットを測定することによって、確認することと、
-前記電場の前記AC電位の前記周波数(FRF)および前記振幅(VRF)を繰り返し変化させ、前記加速電位(UACC)を変動させることで前記半集束節(12、12’)の位置を調べることによって、一方の横振動パターンに由来する半集束節(12)の位置を、他方の横振動パターンに由来する半集束節(12’)と統合し、したがって、両横断面(HOおよびVE)内で同時集束が起こる点またはおおよその点の位置に対応する少なくとも2つの振動節(8、9)を生成することであって、1つの節(8)は、前記装置(2)の前記出口(5)に位置し、少なくとも1つの他の節(9)は、前記装置(2)の前記入口(4)と前記出口(5)との間に位置することと、
によって行われる、請求項1乃至7のいずれか1項に記載のフィルタリングする方法。 - 前記対向ロッド(3、3’)またはロッドセグメント(7、7’)間の電場は、前記装置(2)内に少なくとも2つの中間節(9)を形成するように較正され、対応する物理的または場に基づくフィルタリング手段(10)は、各中間節(9)と関連する、請求項1乃至8のいずれか1項に記載のフィルタリングする方法。
- 中間節(9)での前記イオンビーム(1’)のフィルタリングは、物理的障壁(10’)中の少なくとも1つの較正通路(10)を用いて行われ、前記通路(10)は、例えば、前記管状体積(2’)内、または前記QMF装置の前記合成体積(2’)の長手方向セグメント(2’’)内の前記中心軸(6)に横方向、好ましくは垂直に配置されたプレート(10’)中の開口(10)のように、前記検討される中間節(9)上に中心があり、前記プレート(単数もしくは複数)(10’)は、その状況が生じる場合、連続的に隣接するかまたは分離されたロッドセグメント(7、7’)間でも動径方向に伸びる、請求項6に記載のフィルタリングする方法。
- 前記四重極マスフィルタ装置(2)を提供することは、少なくとも2つの四重極マスフィルタユニットを、長手方向に端と端とをつないで、または少なくとも1つの集束手段(19、20)を介在させて整列させ、組み立てることにあり、各ユニットは、それ自体の入口(4)および出口(5)を有するか、またはその入口(4)および/もしくは出口(5)を他のユニットと共有し、前記イオンビーム(1’)のフィルタリングは、連続する四重極マスフィルタユニットの、互いに向かい合う別個のまたは一致する出口および入口開口(16、17)によって行われる、請求項1乃至10のいずれか1項に記載のフィルタリングする方法。
- 前記イオンビーム(1’)のフィルタリングは、前記管状体積(2’)内、または前記QMF装置(2)の前記合成体積(2’)の少なくとも1つのセグメント(2’’)内に、少なくとも1つの不安定運動領域または変動安定性領域(10)を生成および維持することによって行われ、前記フィルタリング手段はしたがって、局所電場の修正(単数もしくは複数)の結果生じる領域(単数もしくは複数)(10)によって形成される、請求項6に記載のフィルタリングする方法。
- 前記局所電場の形成ステップ、少なくとも2つの集束節(8および9)の形成ステップ、ならびに少なくとも1つの場に基づくフィルタリング手段(10)の形成ステップは、
-長手方向に分割されるか、またはそれらの長手方向に分割構造を有するロッド(3、3’)を用いて、分割ロッド(3、3’)の各対の間に、各対に沿って広がる電場を発生させることであって、前記電場は、前記DCおよび/または前記AC電位(単数または複数)の特定の較正設定を有し、前記分割ロッド(3、3’)のそれぞれ互いに対向するセグメント(7、7’)に対応する、いくつかの局所電場セグメントを含むことと、
-中間節(9)と呼ばれ、前記装置(2)の前記入口(4)と前記出口(5)との間に位置する、少なくとも1つの他の節または正確な集束点を生成するために、前記局所場セグメントを、それらそれぞれの個々のDCおよびAC電位の設定を調節することによって較正することであって、前記少なくとも1つの中間節(9)は、前記局所電場セグメントの1つの中心に実質的に位置することと、
-前記少なくとも1つの中間節(9)の位置の近傍およびその位置に、不安定運動領域または変動安定性領域(10)を、前記領域(10)を通過する全イオンに不安定なまたは少なくとも変更された軌道を与えるために、前記領域の周囲の前記ロッドセグメント(7、7’)に印加される前記局所電場の設定を修正することによって、生成および維持することであって、前記不安定運動または変動安定性領域(10)の長さは、前記目標電荷質量比を有する大部分のイオンが、前記領域(10)と交差し、安定振動に戻り、前記出口(5)に向かうそれらの下流への移動を続けることができるように設定されることと、
にある、請求項6および12に記載のフィルタリングする方法。 - 前記電場が、局所電場部分の中心にそれぞれ位置する、前記装置(2)内の少なくとも2つの中間節(9)を形成するように較正される場合、不安定運動領域または変動安定性領域(10)は、前記中間節(9)の少なくとも1つの位置の近傍およびその位置、好ましくはすべての中間節(9)の位置の近傍およびその位置に生成される、請求項12または13に記載のフィルタリングする方法。
- 不安定運動領域または変動安定性領域(10)を生成および維持するステップは、前記領域(10)の周囲の各セグメント(7、7’)に印加される前記DC電位を増加させることによって実行され、前記DC電位の前記増加は、前記不安定運動領域(10)の前記長さを考慮して選択され、前記ロッド(3、3’)の分割構成によって決定され、その結果、前記目標電荷質量比を有する大部分のイオンが、前記領域(10)と交差し、安定な、動径方向に閉じ込められた振動に戻り、前記出口(5)に向かうそれらの下流への移動を続けることができる、請求項12乃至14のいずれか1項に記載のフィルタリングする方法。
- 不安定運動領域または変動安定性領域(10)を生成および維持するステップは、場合によっては前記DC電位の増加に加えて、前記領域(10)の周囲の各セグメント(7、7’)に印加される前記AC電位の振幅および/またはオフセットを修正することによって実行され、前記ACおよび場合によってはDC電位(単数または複数)の変化(単数または複数)は、前記不安定運動領域(10)の前記長さを考慮して調節され、前記ロッド(3、3’)の分割構成によって決定され、その結果、前記目標電荷質量比を有する大部分のイオンが、前記領域(10)と交差し、安定な、動径方向に閉じ込められた振動に戻り、前記出口(5)に向かうそれらの下流への移動を続けることができる、請求項12乃至15のいずれか1項に記載のフィルタリングする方法。
- 少なくとも1対のロッドの前記分割ロッド(3、3’)の各々は、前記長手方向中心軸(6)に平行な方向に互いに整列した、物理的に分離されたセグメント(7、7’)で作製され、前記または各不安定運動領域(10)は、好ましくは、関心対向セグメント(7、7’)の(UDC)または(VRF)を変化させることによって達成される、請求項1乃至16のいずれか1項に記載のフィルタリングする方法。
- 少なくとも1対のロッドの前記分割ロッド(3、3’)の各々は、前記長手方向中心軸(6)への異なる距離(rO、rO-、rO+)を示す少なくとも2つの長手方向隣接セグメント(7、7’)を有するロッドからなる、請求項1乃至16のいずれか1項に記載のフィルタリングする方法。
- 各ロッド(3、3’)は、異なる直径のセグメント(7、7’)、具体的には、前記ロッド(3、3’)の現在の直径(d)と異なる直径(d-、d+)を有する少なくとも2つの隣り合うセグメントを含み、より大きいかまたはより小さい直径を有する前記少なくとも2つの隣り合うセグメントは、不安定運動領域(10)または少なくとも変動安定性領域が達成されることになる領域に位置する、請求項18に記載のフィルタリングする方法。
- 不安定運動領域または変動安定性領域(10)を生成および維持するステップは、前記QMF装置(2)の前記ロッド(3、3’)の配置の対称面内に整列した、すなわち、前記第1および第2横断面(HOおよびVE)の同時二等分面に沿った、少なくとも1対の対向DC電極(26、26’)を用いて、前記局所電場を修正することによって実行される、請求項12乃至16のいずれか1項に記載のフィルタリングする方法。
- 節(単数または複数)(8、9)の位置(単数または複数)は、前記イオン源(1)と、前記装置(2)の前記入口(4)の前記電極との間の電位差として、前記局所電場の前記パラメータ(UDC、VRF、FRF)および/または前記加速電位(UACC)を修正することによって調節される、先の請求項のいずれかに記載のフィルタリングする方法。
- 前記装置(2)の潜在的な機械的不完全性、例えば、ロッド中心軸(13)の不慮の位置オフセット、または前記ロッド(3、3’)の半径の意図しない差を、DCおよび/またはAC補正電位を前記四重極ロッド(3、3’)に印加することによって補償するステップをさらに含む、先の請求項のいずれかに記載のフィルタリングする方法。
- イオンビームを走査する方法であって、選択された電荷質量比の範囲の限界を徐々に修正し、前記比の範囲が維持される所与の時間内に前記使用された四重極装置(2)を退出するイオンを数えながら、前記イオンビームに、請求項1乃至22のいずれかで定義および構成されるようなフィルタリングする方法を適用すること、ならびに前記退出イオン数を、前記時間中に維持された前記比の範囲と関連付けることに本質的にある、走査する方法。
- 前記安定範囲の前記限界は、ロッド(3、3’)の各対の2つの対向するロッド間に存在する前記電場の前記AC電位の前記周波数(FRF)を変化させること、好ましくはランプアップまたはダウンさせることによって修正される、請求項23に記載の走査する方法。
- 前記安定範囲の前記限界は、前記電場の前記ACおよびDC電位の前記振幅(VRF、UDC)をランプさせ、前記装置(2)の前記入口(4)での前記イオンの前記加速電位(UACC)の変動、好ましくはランプアップまたはダウンにより前記節(8、9)の位置を再調節することによって修正され、前記電場の前記周波数値は、前記加速電位(UACC)がフィルタリング性能の所与の低下をもたらす値に達するたびに、別の周波数値に段階的に有利に切り替えられ、前記電位(VRF、UDC、UACC)のランプが再開される、請求項23に記載の走査する方法。
- 第1走査相では、前記安定範囲の前記限界は、前記電場の前記ACおよびDC電位の前記振幅(VRF、UDC)をランプさせることによって修正され、第2走査相では、前記第1走査相の結果から関心領域を特定した後に、走査は、前記領域内で、前記AC電位の前記周波数(FRF)を変化させること、好ましくはランプアップまたはダウンさせることによって行われる、請求項23に記載の走査する方法。
- 請求項1~22のいずれかに記載のイオンビームをフィルタリングする方法を行うことができ、請求項23乃至26のいずれかに記載の走査方法を行うことができる、四重極マスフィルタ装置(2)であって、
前記装置(2)は、
-入口開口(16)および出口開口(17)とそれぞれ関連する四重極装置入口(4)から四重極出口(5)に互いに平行に伸びる、4つの、好ましくは同一の、有利には円筒形または双曲柱状の、連続または分割ロッド(3、3’)であって、前記ロッド(3、3’)は、四重極中心軸(6)を形成する軸の周りに対称かつ規則的に配置され、それらの間に連続または分割管状体積(2’)を画定し、前記ロッド(3、3’)は、互いに垂直な第1横断面(HO)および第2横断面(VE)それぞれに2つずつさらに配置される、ロッド(3、3’)と、
-互いに対向するロッド(3、3’)の各対の間、または2対のロッド(3、3’)のロッドセグメント(7、7’)の間に、合成された直流(DC)および交流(AC)電位によって規定される特定の局所電場を印加する手段であって、前記局所場は、前記管状体積(2’)または整列体積セグメント(2’’)に沿って合成電場をともに形成し、前記合成電場は、安定範囲を規定する所与の比の値の電荷質量比を有するイオンが、前記四重極中を移動する時に、前記第1および第2横断面(HO、VE)内の両方で、前記管状体積(2’)または連続する体積セグメント(2’’)の横方向限界内で振動し、前記四重極装置(2)を退出することを可能とする、手段と、
-前記DC電位の振幅(UDC)ならびに前記AC電位の振幅(VRF)および周波数(FRF)を調節する手段と、
-前記四重極装置(2)の前記入口(4)を通過する前に、入射ビーム(1’)のイオンに所与の運動エネルギーまたは速度を提供するために設計された加速電位(UACC)を調節する手段と、
を備え、
前記局所電場が構成および調整され、前記加速電圧が設定され、その結果、目標電荷質量比を有する前記イオンの振動パターンが、両横断面(HO、VE)内で、実質的かつ同時に、同じ点で前記四重極中心軸(6)と交差する、少なくとも1つの振動節または正確な集束点(8、9)が生成され、底または出口節と呼ばれる前記節(8)または前記節(8、9)の1つ(8)は、前記装置(2)の前記出口(5)もしくはその近く、前記ロッド(3、3’)の端部の後ろ、またはそれらの間に位置する、四重極マスフィルタ装置(2)。 - 前記局所電場が構成および調整され、前記加速電圧が設定され、その結果、目標電荷質量比を有する前記イオンの振動パターンが、両横断面(HO、VE)内で、実質的かつ同時に、同じ点で前記四重極中心軸(6)と交差する、少なくとも2つの振動節または正確な集束点(8、9)が生成され、前記節(8、9)は、
-前記装置(2)の前記出口(5)に位置する1つの振動節または正確な集束点(8)と、
-前記装置(2)の前記入口(4)と前記出口(5)との間に位置する少なくとも1つの他の中間振動節または正確な集束点(9)と、
を備え、
フィルタリング手段(10)が、前記イオンビーム(1’)をフィルタリングするために、前記少なくとも1つの中間節(9)の近傍および前記少なくとも1つの中間節(9)に設けられ、前記フィルタリング手段(10)は、物理的手段または場に基づく手段のいずれかであり、前記目標電荷質量比を有する前記イオンの大部分が、前記位置と交差し、前記出口(5)に向かうそれらの下流への移動を続けることを可能とするように配置および構成され、他のイオンは、遮断されるか、または前記ロッド(3、3’)の1つと衝突させられる、請求項27に記載の四重極マスフィルタ装置(2)。 - 前記対向ロッド(3、3’)またはロッドセグメント(7、7’)間の電場は、前記装置(2)内に少なくとも2つの中間節(9)を形成するように較正され、対応する物理的または場に基づくフィルタリング手段(10)は、各中間節(9)と関連する、請求項27または28に記載の四重極マスフィルタ装置(2)。
- 前記第1または出口節(8)と関連する前記イオンビームフィルタリング手段は、物理的フィルタリング手段(15、17)、例えば、出口開口(17)を設けた出口電極プレート(15)からなる、請求項27乃至29のいずれか1項に記載の四重極マスフィルタ装置(2)。
- 前記または各中間節(9)と関連する前記イオンビームフィルタリング手段は、物理的障壁(10’)中の少なくとも1つの較正通路(10)からなり、前記通路(10)は、例えば、前記管状体積(2’)内、または前記QMF装置(2)の前記合成体積(2’)の長手方向セグメント(2’’)内の前記中心軸(6)に横方向、好ましくは垂直に配置されたプレート(10’)中の開口(10)のように、中間節(9)上に中心があり、前記プレート(単数もしくは複数)(10’)は、その状況が生じる場合、連続的に隣接するかまたは分離されたロッドセグメント(7、7’)間でも動径方向に伸びる、請求項27乃至30のいずれか1項に記載の四重極マスフィルタ装置(2)。
- 長手方向に端と端とをつないで、または少なくとも1つの集束手段(19、20)をそれらの間に介在させて、互いに整列し、組み立てられた少なくとも2つの別個の四重極マスフィルタユニットを備え、各ユニットは、それ自体の入口(4)および出口(5)を有するか、またはその入口および/もしくは出口を他のユニットと共有し、前記イオンビーム(1’)のフィルタリングは、連続する四重極マスフィルタユニットの、互いに向かい合う別個のまたは一致する入口および出口開口(16、17)によって行われる、請求項27乃至31のいずれか1項に記載の四重極マスフィルタ装置(2)。
- 前記または各中間節(9)と関連する前記フィルタリング手段は、少なくとも1つの不安定運動領域または変動安定性領域(10)を含み、その内部で、前記局所電場特性は、前記領域(10)を通過する全イオンに不安定なまたは少なくとも変更された軌道を与え、前記少なくとも1つの中間節(9)は、前記少なくとも1つの不安定運動領域または変動安定性領域(10)内に、好ましくは中心に、位置する、請求項28、および請求項29乃至32のいずれか1項に記載の四重極マスフィルタ装置(2)。
- 少なくとも1対のロッドの前記ロッド(3、3’)の各々は、分割され、前記長手方向中心軸(6)に平行な方向に互いに整列した、好ましくは少なくとも3つの、物理的に分離されたセグメント(7、7’)で作製され、前記または各不安定運動領域(10)は、好ましくは、関心対向セグメント(7、7’)のUDCを増加させるか、またはVRFを減少させることによって達成される、請求項27乃至33のいずれか1項に記載の四重極マスフィルタ装置(2)。
- 少なくとも1対のロッドの前記ロッド(3、3’)の各々は、分割され、前記長手方向中心軸(6)への異なる距離(rO、rO-、rO+)を示す少なくとも2つの長手方向セグメント(7、7’)を有するロッドからなる、請求項27乃至33のいずれか1項に記載の四重極マスフィルタ装置。
- 各ロッド(3、3’)は、異なる直径のセグメント(7、7’)、具体的には、前記ロッド(3、3’)の現在の直径(d)と異なる直径(d-、d+)を有する少なくとも2つの隣り合うセグメントを含み、より大きいかまたはより小さい直径を有する前記少なくとも2つの隣り合うセグメントは、不安定運動領域(10)または少なくとも変動安定性領域が達成されることになる領域に位置する、請求項35に記載の四重極マスフィルタ装置。
- 不安定運動領域または変動安定性領域(10)を生成および維持する手段として、前記QMF装置(2)の前記ロッド(3、3’)の配置の対称面内に整列した、すなわち、前記第1および第2横断面(HOおよびVE)の同時二等分面に沿った、対向DC電極対(26、26’)を備える、請求項33に記載の四重極マスフィルタ装置(2)。
- 前記ロッド(3、3’)は、例えば、正方形、または菱形、または円筒形、または円錐形の開口などの、前記四重極中心軸(6)上に中心がある入口開口(16)および出口開口(17)をそれぞれ備える入口電極(14)から出口電極(15)に、前記底または各四重極マスフィルタユニットに向かって伸び、2つの連続するQMFユニットそれぞれの前記出口および入口電極(14、15)は、別個であるか、または一致する、請求項27乃至37のいずれか1項に記載の四重極マスフィルタ装置(2)。
- 前記電極開口(16、17)の少なくとも1つは、前記装置(2)内で前記四重極長手方向中心軸(6)上に位置する頂点から、前記四重極入口(4)または前記四重極出口(5)に対応する底面に伸びる円錐の一部として成形される、請求項38に記載の四重極マスフィルタ装置(2)。
- 請求項1乃至22のいずれかに記載のイオンビームのフィルタリング方法を行うことができ、請求項23乃至26のいずれかに記載の走査方法を行うことができる、走査またはフィルタリング装置であって、
-請求項27乃至39のいずれかに記載の四重極マスフィルタ装置(2)と、
-イオンビーム(1’)を前記装置(2)に向かって放出することができるイオン源(1)と、
-前記QMF装置(2)の前記管状内部体積(2’)に進入する前に前記イオンビーム(1’)を構成する手段(1’’、16、19)であって、前記ビーム(1’)は、少なくとも前記入口(4)のレベルに制限された動径方向寸法を有し、前記長手方向中心軸(6)に沿って導かれるように構成され、前記ビームは、好ましくは、前記四重極入口(4)、すなわち、前記装置(2)の前記入口電極(14)の前記入口開口(16)に向けられかつ集束される、手段(1’’、16、19)と、
-前記イオン源(1)と、前記四重極マスフィルタ装置(2)の前記入口(4)との間に、調節可能なイオン加速電位(UACC)を印加する手段(21’)と、
-例えばファラデーカップまたは電子増倍管などの、イオンセンサ(18)であって、所与の時間内に前記センサ(18)に進入または衝突するイオンの数に比例する信号を発することができ、前記センサ(18)は、前記四重極マスフィルタ装置(2)の前記出口(5)を超えた先に位置する、イオンセンサ(18)と、
を備える、走査またはフィルタリング装置。 - 前記ビーム構成手段は、前記イオン源(1)と前記四重極入口(4)との間に位置し、前記四重極中心軸(6)上に中心があり、前記イオン源(1)から生じるイオンビーム(1’)を、前記四重極入口(4)で前記四重極中心軸(6)上に精密に集束することができる、例えばアインツェルレンズなどの、第1集束レンズ(19)を備える、請求項40に記載の走査装置(2)。
- 前記ビーム構成手段は、偏向器またはウィーンフィルタなどの、前記イオン源(1)と前記四重極装置入口(4)との間に介在するエネルギーセレクタ(1’’)を備え、前記エネルギーセレクタ(1’’)は、所与の範囲の運動エネルギーを有するイオンのみが前記四重極装置(2)に進入することを可能とするように構成される、請求項40および41のいずれか1項に記載の走査またはフィルタリング装置。
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