JP2022549667A - パルス・モード電荷検出質量分析のための装置および方法 - Google Patents

パルス・モード電荷検出質量分析のための装置および方法 Download PDF

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Abstract

電荷検出質量分析装置は、イオンを受け取り格納するように、および格納したイオンをそこから選択的に解放するように構成されるイオン・トラップと、イオン・トラップから離れた静電リニア・イオン・トラップ（ＥＬＩＴ）とを含み、ＥＬＩＴは、第１および第２のイオン・ミラーと、これらの間に配される電荷検出シリンダと、イオン・トラップを選択的に制御して、格納されたイオンの少なくとも幾らかを解放してＥＬＩＴの中へ向けて移動させるようにするため、および第１および第２のイオン・ミラーを制御して、ＥＬＩＴにおいてその中を通るイオンの１つをトラップし、トラップされたイオンを、１と第２のイオン・ミラーの間で前後に振動させ、その度に電荷検出シリンダを通り、対応する電荷を誘導するようにさせる手段とを含む。【選択図】図１０

Description

関連する出願の相互参照
[0001] この特許出願は、２０１９年９月２５日に出願された米国仮特許出願シリアル番号６２/９０５９２１の利益および優先権を主張するものであり、この参照によりその開示の全体をここに明確に組み込む。
政府の権利
[0002] この発明は、アメリカ国立衛生研究所から与えられたＧＭ１３１１００の下で、政府の支援を受けてなされた。
発明の分野
[0003] 本発明は、一般に、電荷検出質量分析（charge detection mass spectrometry）機器に関し、より具体的には、そのような機器のパルス・モード動作を行うための装置および方法に関する。
[0004] 質量分析は、イオンの質量および電荷に従って物質のガス状イオンを分離することにより、物質の化学成分の識別を提供する。そのような分離したイオンの質量を決定するための様々な機器および技術が開発されており、１つのそのような技術は、電荷検出質量分析（ＣＤＭＳ）として知られている。ＣＤＭＳでは、イオンの質量は、典型的には「ｍ／ｚ」と称される測定されたイオン質量対電荷比（ion mass-to-charge ratio）と測定されたイオンの電荷との関数として決定される。
[0005] 初期のＣＤＭＳ検出器ではｍ／ｚおよび電荷の測定における不確実性のレベルが高いので、静電リニア・イオン・トラップ（electrostatic linear ion trap）（ＥＬＩＴ）検出器が開発されることとなり、これにおいて、イオンは、電荷検出シリンダを通って前後に振動するようにされる。そのような電荷検出シリンダを通るイオンの複数のパスは、各イオンについて複数の測定を提供するものであり、電荷測定における不確実性がｎ１／２で低減することが示されおり、ここでのｎは電荷測定の数である。しかし、このような複数の電荷測定は、必然的に、現在のＥＬＩＴ設計を用いてイオンのｍ／ｚおよび電荷の測定を得ることができる速度を制限する。従って、イオンのｍ／ｚおよび電荷の測定のレートを、現在のＥＬＩＴ設計を用いて取得可能なものを越えるように増加させる、ＥＬＩＴの設計および／または動作における改善に努めることが望ましい。
[0006] 本発明は、添付の請求の範囲に記載の特徴のうちの１以上の特徴、および／または下記の特徴のうちの１以上の特徴およびそれらの組み合わせを、含むことができる。１つの構成では、電荷検出質量分析装置は、サンプルからイオンを生成するように構成されるイオン・ソースと、生成されたイオンを受け取りその中へ格納するように、および格納したイオンをそこから選択的に解放するように構成されるイオン・トラップと、イオン・トラップから離れており、第１イオン・ミラーおよび第２イオン・ミラーと、これらの間に配される電荷検出シリンダとを含む静電リニア・イオン・トラップ（ＥＬＩＴ）と、イオン・トラップを選択的に制御して、その中に格納されたイオンの少なくとも幾らかを解放してＥＬＩＴの中へ向けて移動させるため、および第１イオン・ミラーおよび第２イオン・ミラーを制御して、ＥＬＩＴにおいてその中を通るイオンの少なくとも１つのイオンをトラップし、その少なくとも１つのトラップされたイオンを、第１イオン・ミラーと第２イオン・ミラーとの間で前後に振動させ、毎回に電荷検出シリンダを通り、そこで対応する電荷を誘導するようにさせる手段とを含むことができる。
[0007] 別の構成では、電荷検出質量分析装置は、サンプルからイオンを生成するように構成されるイオン・ソースと、複数の出力電圧を生成するように構成された少なくとも１つの電圧ソースと、第１組の複数の出力電圧と結合されるイオン・トラップであって、そのトラッピング状態に応答して、生成されたイオンを受け取りその中へ格納するように、およびその透過状態に応答して、格納したイオンをそこから選択的に解放するように構成されたイオン・トラップと、イオン・トラップから離れている静電リニア・イオン・トラップ（ＥＬＩＴ）であって、前方イオン・ミラーおよび後方イオン・ミラー、およびこれらの間に配される電荷検出シリンダを含み、前方イオン・ミラーおよび後方イオン・ミラーは、それぞれ、第２組の複数の出力電圧および第３組の複数の出力電圧に結合され、その透過状態に応答して、その中をイオンが透過するようにし、また、その反射状態に応答して、電荷検出シリンダからその中へ入ってくるイオンを反射して電荷検出シリンダへ戻すように構成される静電リニア・イオン・トラップと、第１組の電圧をその透過状態へと制御して、イオン・トラップが格納したイオンの少なくとも幾らかをそこから解放して前方イオン・ミラーを介してＥＬＩＴの中へ向けて移動するようにするため、および、その後、第２組の電圧が後に続く第３組の電圧をその反射状態へと制御して、その中を通るイオンの少なくとも１つのイオンをトラップし、少なくとも１つのトラップしたイオンを、前方イオン・ミラーと後方イオン・ミラーとの間で前後に振動させ、毎回に電荷検出シリンダを通りそこで対応する電荷を誘導させるようにする処理回路と
を含むことができる。
[0008] 更に別の構成では、前方イオン・ミラーと後方イオン・ミラーとの間に配される電荷検出シリンダを有する静電リニア・イオン・トラップ（ＥＬＩＴ）と、前方イオン・ミラーから離れたイオン・トラップとを含む電荷検出質量分析装置を動作させるための方法が提供される。方法は、サンプルからイオンを生成することと、生成されたイオンをイオン・トラップへ格納することと、イオン・トラップを制御して、格納されたイオンの少なくとも幾らかをイオン・トラップから解放して、前方イオン・ミラーを介してＥＬＩＴの中へ向けて移動するようにすることと、格納されたイオンを解放するようにイオン・トラップを制御した後に、後方イオン・ミラーを反射状態へと制御して、後方イオン・ミラーが、電荷検出シリンダからそこへ入ってくるイオンを反射して、電荷検出シリンダを通って前方イオン・ミラーの方へ戻るようにすることと、後方イオン・ミラーをその反射状態へと制御した後に、前方イオン・ミラーを反射状態へと制御して、前方イオン・ミラーが、電荷検出シリンダからそこへ入ってくるイオンを反射して、電荷検出シリンダを通って後方イオン・ミラーの方へ戻るようにして、イオン・トラップから解放されたイオンの少なくとも１つのイオンをＥＬＩＴにトラップして、少なくとも１つのトラップされたイオンが、前方イオン・ミラーと後方イオン・ミラーとの間で前後に振動するようにし、毎回に電荷検出シリンダを通り、そこで対応する電荷を誘導するようにさせることと、を含むことができる。
図１は、制御および測定のコンポーネントが結合された静電リニア・イオン・トラップ（ＥＬＩＴ）アレイの実施形態を含むイオン質量検出システムの簡素化した図である。 図２Ａは、図１に示すＥＬＩＴアレイのイオン・ミラーの１つのミラーの例の拡大図であり、ミラー電極は、例示のイオン・ミラー内にイオン透過電場を生成するように制御される。 図２Ｂは、図１に示すＥＬＩＴアレイのイオン・ミラーの１つのミラーの別の例の拡大図であり、ミラー電極は、例示のイオン・ミラー内にイオン反射電場を生成するように制御される。 図３は、イオンの質量および電荷の情報を決定するように図１のＥＬＩＴアレイの動作を制御するプロセスの実施形態を例示する、簡素化したフローチャートである。 図４Ａ－４Ｅは、図３に示すプロセスに従った複数のイオン・ミラーのシーケンシャルな制御および動作を説明するための、図１のＥＬＩＴアレイの簡素化した図である。 図５Ａは、ここで例示され説明されたＥＬＩＴアレイの何れかを含むイオン分離装置の実施形態の簡素化したブロック図であり、ＥＬＩＴアレイ（１以上）の上流側のイオン・ソースの一部を構成し得るものであり、かつ／またはＥＬＩＴアレイ（１以上）の下流側に配され得るものであり、ＥＬＩＴアレイ（１以上）から出て行くイオン（１以上）を更に処理するものである、イオン処理装置の例を示す。 図５Ｂは、ここで例示され説明されたＥＬＩＴアレイの何れかを含むイオン分離装置の別の実施形態の簡素化したブロック図であり、従来のイオン処理装置と、ここで例示され説明されたイオン質量検出システムの実施形態の何れかと、を組み合わせる実装の例を示す。 図６は、制御および測定のコンポーネントが結合された静電リニア・イオン・トラップ（ＥＬＩＴ）の別の実施形態を含むイオン質量検出システムの簡素化した図である。 図７Ａは、図６に示すイオン・ステアリング・チャンネル・アレイにおいて実施できる単一イオン・ステアリング・チャンネルの例としての実施形態の簡素化した斜視図である。 図７Ｂは、図７Ａに示すイオン・ステアリング・チャンネルの動作モードの例を示す簡素化した斜視図である。 図７Ｃは、図７Ａに示すイオン・ステアリング・チャンネルの動作モードの別の例を示す簡素化した斜視図である。 図８Ａ－８Ｆは、イオン・ステアリング・チャンネル・アレイとＥＬＩＴアレイとの制御および動作の例を説明するための、図６のＥＬＩＴアレイの簡素化した図である。 図８Ａ－８Ｆは、イオン・ステアリング・チャンネル・アレイとＥＬＩＴアレイとの制御および動作の例を説明するための、図６のＥＬＩＴアレイの簡素化した図である。 図８Ａ－８Ｆは、イオン・ステアリング・チャンネル・アレイとＥＬＩＴアレイとの制御および動作の例を説明するための、図６のＥＬＩＴアレイの簡素化した図である。 図８Ａ－８Ｆは、イオン・ステアリング・チャンネル・アレイとＥＬＩＴアレイとの制御および動作の例を説明するための、図６のＥＬＩＴアレイの簡素化した図である。 図８Ａ－８Ｆは、イオン・ステアリング・チャンネル・アレイとＥＬＩＴアレイとの制御および動作の例を説明するための、図６のＥＬＩＴアレイの簡素化した図である。 図８Ａ－８Ｆは、イオン・ステアリング・チャンネル・アレイとＥＬＩＴアレイとの制御および動作の例を説明するための、図６のＥＬＩＴアレイの簡素化した図である。 図９は、制御および測定のコンポーネントが結合された静電リニア・イオン・トラップ（ＥＬＩＴ）の更に別の実施形態を含むイオン質量検出システムの簡素化した図である。 図１０は、パルス・モード動作のために構成された電荷検出質量分析装置の実施形態の簡素化した図である。 図１１は、図１０の装置の例示のパルス・モード動作を示すタイミング図である。 図１２Ａは、サンプル濃度が１０μｇ／ｍＬおよび０．５μｇ／ｍＬＩＴであるＨＢＶのＴ＝４のカプシドについて、図１０の装置により測定されたＣＤＭＳ質量分布のプロットを示す。 図１２Ｂは、０．５μｇ／ｍＬから１０μｇ／ｍＬまでの濃度の範囲についての１００００トラッピング・イベントの間に図１２Ａに示す３．８ＭＤａから４．４ＭＤａの質量ウィンドゥで検出されたイオンの数のｌｏｇ－ｌｏｇプロットである。 図１３Ａは、プロテイン濃度が１μｇ／ｍＬであるＨＢＶのＴ＝４のカプシドについて図１０の装置により測定されたＣＤＭＳ質量分布のプロットを示すものであり、装置の標準（即ち、非パルス型）動作の下で測定された、およびここで説明される装置のパルス・モード動作の下で測定された分布を含む。 図１３Ｂは、図１３Ａと似たプロットを示すが、ここでは、ＨＢＶのＴ＝４のカプシドは、プロテイン濃度が０．０５μｇ／ｍＬおよび０．５μｇ／ｍＬである。 図１４は、３．０ＭＤａあたりにＴ＝３のカプシドに起因するピークを持ち、４．０５ＭＤａあたりにＴ＝４のカプシドに起因するピークを持つＨＶＢのカプシドについて図１０の装置により測定されたＣＤＭＳ質量分布のプロットを示すものであり、装置の標準（即ち、非パルス型）動作の下で測定された（プロテイン濃度は１００μｇ／ｍｌ）、および装置のパルス・モード動作の下で測定された（プロテイン濃度は１μｇ／ｍｌ）分布を含む。 図１５は、ＰＫの四量体（２３０ｋＤａ）、八量体（４６０ｋＤａ）、十二量体（６９０ｋＤａ）、および十六量体（９２０ｋＤａ）に起因するピークを持つピルビン酸キナーゼ（ＰＫ）溶液について図１０の装置により測定されたＣＤＭＳ質量分布のプロットを示すものであり、装置の標準（即ち、非パルス型）動作の下で測定された分布を含み、ここで説明される装置のパルス・モード動作の下で測定された分布を含み、遅延時間は、四量体を透過させるように調節され、再び、八量体および十二量体を透過させるように調節される。
[0030] 発明の原理の理解を促進するために、添付の図面に示される複数の例としての実施形態をここで参照するが、これらを説明するために特定の言語が用いられる。
[0031] この開示は、静電リニア・イオン・トラップ（ＥＬＩＴ）アレイに関し、これは、２以上のＥＬＩＴまたはＥＬＩＴ領域と、これらを制御する手段とを含み、この制御は、少なくとも２以上のＥＬＩＴまたはＥＬＩＴ領域が同時に動作して、その中に捕獲された少なくとも１つのイオンの質量対電荷比と電荷とを測定するようにする。このようにして、イオン測定のレートは、従来の単一ＥＬＩＴシステムと比べて２倍以上増加し、対応して合計イオン測定時間の低減もなされる。幾つかの実施形態では、その例を図１－４Ｅに関して下記で詳細に説明するが、ＥＬＩＴアレイは、直列、即ち、カスケードに配された２以上のＥＬＩＴ領域の形でインプリメントすることができ、２以上のカスケード型のＥＬＩＴまたはＥＬＩＴ領域のそれぞれにおける対向する端部にあるイオン・ミラーは、各ＥＬＩＴまたは各ＥＬＩＴ領域で少なくとも１つのイオンを順に捕獲して、少なくとも２つのＥＬＩＴまたはＥＬＩＴ領域における捕獲されたイオン（１以上）をそれらの中に配された個々の電荷検出器を通って同時に前後に振動するようにさせ、捕獲したイオン（１以上）の質量対電荷比と電荷とが測定されるように、制御される。別の実施形態では、図６－１０に関して下記で詳細に説明されるように、ＥＬＩＴアレイは、互いに対して並列に配された２以上のＥＬＩＴの形でインプリメントすることができる。イオン・ステアリング・アレイは、少なくとも１つのイオンを順にまたは同時に並列配置形のＥＬＩＴのそれぞれの中へ送るように制御することができ、その後、２以上のＥＬＩＴは、少なくとも２つのＥＬＩＴ内の捕獲されたイオン（１以上）が各ＥＬＩＴ内の電荷検出器を通って同時に前後に振動するようにさせ、捕獲されたイオン（１以上）の質量対電荷比と電荷とが測定されるように、制御される。
[0032] 図１を参照すると、イオン質量検出システム１０が示されており、これは、制御および測定のコンポーネントが結合された静電リニア・イオン・トラップ（ＥＬＩＴ）アレイ１４の実施形態を含む。例示の実施形態では、イオン質量検出システム１０は、ＥＬＩＴアレイ１４の取込口と動作可能に結合されたイオン・ソース１２を含む。図５に関して説明するように、イオン・ソース１２は、例として、サンプルからイオンを生成するための任意の従来のデバイスまたは装置を含み、また、イオンを分離、収集、フィルタリング、分解、および／または標準化するための１以上のデバイスおよび／または装置を更に含むことができる。何れの限定とも考慮すべきではない１つの例として、イオン・ソース１２は、従来の質量分析装置の取込口に結合される従来のエレクトロスプレー・イオン化ソース、マトリックス支援レーザー脱離イオン化（ＭＡＬＤＩ）ソース、または他の同様のものを含むことができる。質量分析装置は、任意の従来の設計とすることができ、限定ではなく例として、飛行時間型（ＴＯＦ）質量分析装置、反射型質量分析装置、フーリエ変換イオン・サイクロトロン共鳴（ＦＴＩＣＲ）質量分析装置、四極質量分析装置、三連四極質量分析装置、磁気セクター型質量分析装置、または他の同様のものを含む。何れにしても、質量分析装置のイオン放出口は、ＥＬＩＴアレイ１４のイオン取込口に動作可能に結合される。イオンの生成源となるサンプルは、任意の生物学的材料または他の材料とすることができる。
[0033] 例示の実施形態では、ＥＬＩＴアレイ１４は、例として、３つのＥＬＩＴまたはＥＬＩＴ領域をカスケード型、即ち、直列型またはエンド・ツー・エンド型に配置した形で提供される。３つの個別の電荷検出器ＣＤ１、ＣＤ２、ＣＤ３のそれぞれは、それぞれのグランド・シリンダＧＣ１－ＧＣ３により囲まれ、対向するミラー電極により共に動作可能に結合される。第１ミラー電極Ｍ１は、イオン・ソース１２と電荷検出器ＣＤ１の一方の端部との間に動作可能に配置され、第２ミラー電極Ｍ２は、電荷検出器ＣＤ１の逆側の端部と電荷検出器ＣＤ２の一方の端部との間に動作可能に配置され、第３ミラー電極Ｍ３は、電荷検出器ＣＤ２の逆側の端部と電荷検出器ＣＤ３の一方の端部との間に動作可能に配置され、第４ミラー電極は、電荷検出器ＣＤ３の逆側の端部に動作可能に配置される。例示の実施形態では、イオン・ミラーＭ１－Ｍ３のそれぞれは、軸方向に隣接するイオン・ミラー領域Ｒ１、Ｒ２を定め、イオン・ミラーＭ４は、例として、１つのイオン・ミラー領域Ｒ１を定める。例として、第１ミラー電極Ｍ１の領域Ｒ２、電荷検出器ＣＤ１、第２ミラー電極Ｍ２の領域Ｒ１、およびＣＤ１とミラー電極Ｍ１、Ｍ２との間の空間が共になってＥＬＩＴアレイ１４の第１のＥＬＩＴまたはＥＬＩＴ領域Ｅ１を定め、第２ミラー電極Ｍ２の領域Ｒ２、電荷検出器ＣＤ２、第３ミラー電極Ｍ３の領域Ｒ１、およびＣＤ２とミラー電極Ｍ２、Ｍ３との間の空間が共になってＥＬＩＴアレイ１４の第２のＥＬＩＴまたはＥＬＩＴ領域Ｅ２を定め、第３ミラー電極Ｍ３の領域Ｒ２、電荷検出器ＣＤ３、ミラー電極Ｍ４の領域Ｒ１、およびＣＤ３とミラー電極Ｍ３、Ｍ４との間の空間が共になってＥＬＩＴアレイ１４の第３のＥＬＩＴまたはＥＬＩＴ領域Ｅ３を定める。幾つかの代替の実施形態では、ＥＬＩＴアレイ１４が、より少ない数のカスケード型にされたＥＬＩＴまたはＥＬＩＴ領域、例えば、カスケード型にされた２つのＥＬＩＴまたはＥＬＩＴ領域を含み得ること、および、別の代替の実施形態では、ＥＬＩＴアレイ１４が、より多くの数のカスケード型にされたＥＬＩＴまたはＥＬＩＴ領域、例えば、４つ以上のカスケード型にされたＥＬＩＴまたはＥＬＩＴ領域を含み得ることが、理解されるであろう。そのような任意の代替のＥＬＩＴアレイ１４の構成および動作は、一般に、図１－４Ｅに例示され下記で説明される実施形態の構成および動作に従ったものとなる。
[0034] 例示の実施形態では、４つの対応する電圧源Ｖ１－Ｖ４が、イオン・ミラーＭ１－Ｍ４とそれぞれ電気的に接続される。それぞれの電圧源Ｖ１－Ｖ４は、例として、１以上の切り替え可能ＤＣ電圧源を含み、これは、複数Ｎのプログラマブルの又は制御可能な電圧を選択的に作り出すように制御またはプログラムすることができ、ここでのＮは任意の正の整数とすることができる。このような電圧の例は、下記で詳細に説明するようにそれぞれのイオン・ミラーＭ１－Ｍ４の２つの異なる動作モードの１つを個別に且つ／又は共に確立するために、図２Ａおよび２Ｂに関して下記で説明する。何れにしても、長手軸２４は、電荷検出器ＣＤ１－ＣＤ３およびイオン・ミラーＭ１－Ｍ４の中央を通って延びて、長手軸２４は、電圧源Ｖ１－Ｖ４により選択的に確立される電場の影響の下で、ＥＬＩＴアレイ１４内でイオンが移動する理想的な移動パスおよびその複数部分を定める。
[0035] 電圧源Ｖ１－Ｖ４は、複数Ｐの信号経路により従来のプロセッサ１６へ電気的に接続されているものとして例示されており、プロセッサ１６は、命令を格納したメモリ１８を含み、その命令がプロセッサ１６により実行されると、プロセッサ１６は電圧源Ｖ１－Ｖ４を制御して、それぞれのイオン・ミラーＭ１－Ｍ４の領域Ｒ１、Ｒ２内で電場を選択的に確立するために望まれるＤＣ出力電圧を作り出させる。Ｐは任意の正の整数とすることができる。幾つかの代替の実施形態では、電圧源Ｖ１－Ｖ４のうちの１以上のものを、１以上の一定出力電圧を選択的に作り出すように、プログラマブルとすることができる。別の代替の実施形態では、電圧源Ｖ１－Ｖ４のうちの１以上のものを、任意の望まれる形状の時間変化する１以上の出力電圧を作り出すように、構成することができる。代替の実施形態では、より多くの又はより少ない数の電圧源を、ミラー電極Ｍ１－Ｍ４へ電気的に接続できることが、理解されるであろう。
[0036] それぞれの電荷検出器ＣＤ１－ＣＤ３は、３つの電荷感応型前置増幅器（charge sensitive preamplifier）ＣＰ１－ＣＰ３のうちの対応するものの１つの入力へ電気的に接続され、それぞれの電荷前置増幅器ＣＰ１－ＣＰ３の信号出力はプロセッサ１６へ電気的に接続される。電荷前置増幅器ＣＰ１－ＣＰ３のそれぞれは、例として、電荷検出器ＣＤ１－ＣＤ３のそれぞれのものにより検出された検出信号を受け取り、それに対応する電荷検出信号を作り出してその電荷検出信号をプロセッサ１６へ供給するように、従来の形で動作可能である。次に、プロセッサ１６は、例として、電荷前置増幅器ＣＰ１－ＣＰ３のそれぞれにより作り出された電荷検出信号を受け取ってデジタル化し、デジタル化した電荷検出信号をメモリ１８に格納するように、動作可能である。プロセッサ１６は、更に、例として、プロセッサ１６への信号入力（１以上）の提供のため、および／またはプロセッサ１６から信号入力（１以上）を提供するために、１以上の周辺デバイス２０（ＰＤ）へ結合される。幾つかの実施形態では、周辺デバイス２０は、従来のディスプレイ・モニタ、プリンタ、および／または他の出力デバイスのうちの少なくとも１つを含み、そのような実施形態では、メモリ１８は命令を格納し、その命令がプロセッサ１６により実行されると、プロセッサ１６は、１以上のそのような出力用周辺デバイス２０を制御するようにされ、そりにより、格納されデジタル化された電荷検出信号の分析を表示および／または記録するようにさせる。幾つかの実施形態では、従来のマイクロチャンネル・プレート（ＭＰ）検出器２２を、ＥＬＩＴアレイ１４のイオン放出口、即ち、イオン・ミラーＭ４のイオン放出口に配置することができ、プロセッサ１６へ電気的に接続することができる。そのような実施形態では、マイクロチャンネル・プレート検出器２２は、プロセッサ１６へ検出信号を供給するように動作し、これは検出されたイオンおよび／または中性物質（neutral）に対応する。
[0037] 下記で更に詳細に説明するが、電圧源Ｖ１－Ｖ４は、例として、イオンをイオン・ソース１２からＥＬＩＴアレイ１４内へ送らせるように制御され、これは、少なくとも１つのイオンを、３つの個別のＥＬＩＴまたはＥＬＩＴ領域Ｅ１－Ｅ３のそれぞれの中で振動するように、選択的に捕獲して閉じ込めて、それぞれの捕獲されたイオン（１以上）が、３つのＥＬＩＴまたはＥＬＩＴ領域Ｅ１－Ｅ３のそれぞれのものの電荷検出器ＣＤ１－ＣＤ３のそれぞれものの中を反復して通過するようにする。複数の電荷および振動期間の値が、それぞれの電荷検出器ＣＤ１－ＣＤ３で測定され、記録された結果が処理されて、３つのＥＬＩＴまたはＥＬＩＴ領域Ｅ１－Ｅ３のそれぞれに捕獲されたイオン（１以上）についての質量対電荷比と質量との値が決定される。限定ではないが、３つのＥＬＩＴまたはＥＬＩＴ領域Ｅ１－Ｅ３の寸法、３つのＥＬＩＴまたはＥＬＩＴ領域Ｅ１－Ｅ３のそれぞれの中でのイオンのイオン振動周波数および滞留時間を含む複数のファクタに応じて、捕獲されたイオン（１以上）は、３つのＥＬＩＴまたはＥＬＩＴ領域Ｅ１－Ｅ３のうちの少なくとも２つの中で同時に振動し、３つのＥＬＩＴまたはＥＬＩＴ領域Ｅ１－Ｅ３のそれぞれの中での典型的な実装では、イオンの電荷および質量対電荷比の測定は、３つのＥＬＩＴまたはＥＬＩＴ領域Ｅ１－Ｅ３のうちの少なくとも２つから同時に制御することができるようにされる。
[0038] ここで図２Ａおよび２Ｂを参照すると、図１のＥＬＩＴアレイ１４のイオン・ミラーＭＸのうちの１つのものの実施形態が示されており、ここではＸ＝１－４であり、その構成および動作を例示している。図２Ａおよび２Ｂのそれぞれにおいて、例示のイオン・ミラーＭＸは、カスケード型に配置した７つの間隔を空けられた導電型のミラー電極を含む。イオン・ミラーＭ２－Ｍ４のそれぞれに関して、第１電極３０１は、電荷検出器ＣＤＸ－１の個々のものの周りに配されるグランド・シリンダＧＣＸ－１により形成される。他方、イオン・ミラーＭ１の第１電極３０１は、イオン・ソース１２（ＩＳ）のイオン放出口により、またはイオン・ソース１２とＥＬＩＴアレイ１４との間のイオン・フォーカシングまたは遷移ステージの一部として、形成される。図２Ｂは前者を例示し、図２Ａは後者を例示する。何れにしても、第１ミラー電極３０１は、その中央を通る開口Ａ１を定め、これは、対応するイオン・ミラーＭＸへのイオン取込口および／または対応するイオン・ミラーＭＸからのイオン放出口として働く。開口Ａ１は、例として、形状が円錐形であり、これは、ＧＣＸ－１またはＩＳの内側面と外側面との間で、ＧＣＸ－１またはＩＳの内側面で定められる第１直径Ｐ１からＧＣＸ－１またはＩＳの外側面での拡張された第２直径Ｐ２まで、線形的に大きくなる。第１ミラー電極３０１は、例として、Ｄ１の厚さを有する。
[0039] イオン・ミラーＭＸの第２ミラー電極３０２は、第１ミラー電極３０１から間隔が空けられており、直径Ｐ２のそれを通る通路を定める。第３ミラー電極３０３は、第２ミラー電極３０２から間隔が空けられており、同様に、直径Ｐ２のそれを通る通路を定める。第２および第３ミラー電極３０２および３０３は、例として、Ｄ２≧Ｄ１の等しい厚さを有する。第４ミラー電極３０４は、第３ミラー電極３０３から間隔が空けられている。第４ミラー電極３０４は、直径Ｐ２のそれを通る通路を定め、例として、Ｄ３≒３Ｄ２の厚さを有する。プレートまたはグリッド３０Ａは、例として、第４ミラー電極３０４の通路内で中央に配され、それを通る直径Ｐ３の中央開口ＣＡを定める。例示の実施形態では、Ｐ３＜Ｐ１であるが、他の実施形態では、Ｐ３をＰ１より大きく又はＰ１と等しくすることができる。第５ミラー電極３０５は、第４ミラー電極３０４から間隔が空けられており、第６ミラー電極３０６は、第５ミラー電極３０５から間隔が空けられている。例として、第５および第６ミラー電極３０５および３０６は、第３および第２ミラー電極３０３および３０２と、それぞれ、同じである。
[0040] イオン・ミラーＭ１－Ｍ３のそれぞれについて、第７ミラー電極３０７は、電荷検出器ＣＤＸの個々のものの周りに配されるグランド・シリンダＧＣＸにより形成される。他方、イオン・ミラーＭ４の第７ミラー電極３０７は、順番の最後なので、独立型電極とすることができる。何れにしても、第７ミラー電極３０７は、その中央を通る開口Ａ２を定め、これは、イオン・ミラーＭＸへのイオンの入口および／またはイオン・ミラーＭＸからのイオンの出口として働く。開口Ａ２は、例として、開口Ａ１のミラー・イメージであり、円錐形であり、これは、ＧＣＸの外側面と内側面との間で、ＧＣＸの外側面で定められる拡張された直径Ｐ２からＧＣＸの内側面での減少された直径Ｐ１まで、線形的に小さくなる。第７ミラー電極３０７は、例として、Ｄ１の厚さを有する。幾つかの実施形態では、図１の例で示すように、順番の最後のイオン・ミラー、即ち、図２のＭ４は、プレートまたはグリッド３０Ａで終わるようにすることができ、Ｍ４が、ミラー電極３０１－３０３のみ及びプレートまたはグリッド３０Ａを含むミラー電極３０４の一部のみを含むようにできる。そのような実施形態では、Ｍ４の中央開口ＣＡは、ＥＬＩＴアレイ１４からのイオン出口通路を定める。
[0041] ミラー電極３０１－３０７は、例として、互いに等しく空間Ｓ１だけ間隔が空けられている。ミラー電極３０１－３０７のこのような空間Ｓ１は、幾つかの実施形態では空所、即ち、真空ギャップとすることができ、別の実施形態では、このような空間Ｓ１は、１以上の非導電性、即ち、絶縁性の材料で満たすことができる。ミラー電極３０１－３０７は、軸方向にアライメントされ、従って、共線上にあるものされ、長手軸２４が、それぞれのアライメントされた通路の中央を通り、また、開口Ａ１、Ａ２、およびＣＡの中央を通るようにされる。空間Ｓ１が１以上の非導電性材料を含む実施形態では、そのような材料は、同様に、それらを通るそれぞれの通路を定め、それらの通路は、ミラー電極３０１－３０７を通して定められた通路と軸方向にアライメントされ、従って、共線上にあるものとされ、Ｐ２以上の直径を有する。
[0042] イオン・ミラーＭ１－Ｍ４のそれぞれにおいて、領域Ｒ１は、ミラー電極３０１の開口Ａ１とプレートまたはグリッド３０Ａを通して定められた中央開口ＣＡとの間に定められる。イオン・ミラーＭ１－Ｍ３のそれぞれにおいて、隣接する領域Ｒ２は、プレートまたはグリッド３０Ａを通して定められた中央開口ＣＡとミラー電極３０７の開口Ａ２との間に定められる。
[0043] ＥＬＩＴまたはＥＬＩＴ領域Ｅ１－Ｅ３のそれぞれの中で、それぞれが長い導電性のシリンダの形である電荷検出器ＣＤ１－ＣＤ３のそれぞれは、イオン・ミラーＭ１－Ｍ４の対応するものの間に配され、空間Ｓ２だけ間隔を空けられている。例として、Ｓ２＞Ｓ１であるが、代替の実施形態ではＳ２をＳ１以下とすることができる。何れにしても、電荷検出シリンダＣＤ１－ＣＤ３のそれぞれは、例として、それを軸方向に通る直径Ｐ４の通路を定め、電荷検出シリンダＣＤ１－ＣＤ３のそれぞれは、その通路の中央を通って長手軸２４が延びるように、イオン・ミラーＭ１－Ｍ４に対して向きを定められる。例示の実施形態では、Ｐ１＜Ｐ４＜Ｐ２であるが、代替の実施形態では、Ｐ４の直径は、Ｐ１以下、またはＰ２以上とすることができる。電荷検出シリンダＣＤ１－ＣＤ３のそれぞれは、例として、グランド・シリンダＧＣ１－ＧＣ３の個々のものの無場（field-free）領域内に配され、グランド・シリンダＧＣ１－ＧＣ３のそれぞれは、上述のように、イオン・ミラーＭ１－Ｍ４の個々のものの間に配されてその一部を形成る。動作において、グランド・シリンダＧＣ１－ＧＣ３は、例として、第１および第７電極３０１および３０７が常に接地電位であるように電位を接地するように、制御される。幾つかの代替の実施形態では、イオン・ミラーＭ１－Ｍ４の１以上のものにおける第１および第７電極３０１および３０７の何れか又は双方を、任意の望ましいＤＣ基準電位に設定することができ、別の代替の実施形態では、イオン・ミラーＭ１－Ｍ４の１以上のものにおける第１および第７電極３０１および３０７の何れか又は双方を、切り替え可能なＤＣまたは他の時変の電圧源へ電気的に接続することができる。
[0044] 以前に簡単に説明したように、電圧源Ｖ１－Ｖ４は、例として、イオン・ソース１２からＥＬＩＴアレイ１４内へイオンが送られるように、および少なくとも１つのイオンが、３つの個別のＥＬＩＴまたはＥＬＩＴ領域Ｅ１－Ｅ３のそれぞれの中に選択的に捕獲され閉じ込められて振動するようにされ、それぞれの捕獲したイオン（１以上）が、３つのＥＬＩＴまたはＥＬＩＴ領域Ｅ１－Ｅ３のそれぞれのものにおける電荷検出器ＣＤ１－ＣＤ３のそれぞれのものを反復して通過するように、制御される。電荷と振動期間との値は、電荷検出器ＣＤ１－ＣＤ３のそれぞれで、それをそれぞれの振動するイオン（１以上）が通過する毎に、測定される。測定値は記録され、記録された結果は処理されて、３つのＥＬＩＴまたはＥＬＩＴ領域Ｅ１－Ｅ３のそれぞれに捕獲されたイオン（１以上）についての質量対電荷比と質量の値とが決定される。
[0045] ＥＬＩＴアレイ１４のＥＬＩＴまたはＥＬＩＴ領域Ｅ１－Ｅ３のそれぞれの中において、イオン・ミラーＭ１－Ｍ４の領域Ｒ１、Ｒ２の中でイオン透過電場とイオン反射電場とを選択的に確立するように電圧源Ｖ１－Ｖ４を制御することにより、少なくとも１つのイオンが捕獲され、個々のイオン・ミラーＭ１－Ｍ４の対向する領域の間で振動するようにされる。この点について、各電圧源ＶＸは、例として、１つの実施形態では、７つのＤＣ電圧ＤＣ１－ＤＣ７を作り出すように、そして、電圧ＤＣ１－ＤＣ７のそれぞれをそれぞれのイオン・ミラーＭＸのミラー電極３０１－３０７の個々のものへ供給するように、構成される。ミラー電極３０１－３０７の１以上のものが常に接地電位を保持するようにされる幾つかの実施形態では、１以上のそのようなミラー電極３０１－３０７は、代わりに、電圧供給源ＶＸの接地基準へ電気的に接続することができ、対応する１以上の電圧出力ＤＣ１－ＤＣ７を省くことができる。代替的に又は更に、ミラー電極３０１－３０７の任意の２以上のものが同じ非ゼロＤＣ値へと制御される実施形態では、任意のそのような２以上のミラー電極３０１－３０７を、電圧出力ＤＣ１－ＤＣ７の１つのものへ電気的に接続することができ、出力電圧ＤＣ１－ＤＣ７の余分なものを省くことができる。
[0046] 図２Ａおよび２Ｂの例により示したように、各イオン・ミラーＭＸは、電圧ＤＣ１－ＤＣ７を選択的に印加することにより、電圧源ＶＸにより作り出される電圧ＤＣ１－ＤＣ７がイオン・ミラーＭＸの領域Ｒ１、Ｒ２のそれぞれにおいてイオン透過電場を確立するイオン透過モード（図２Ａ）と、電圧源ＶＸにより作り出される電圧ＤＣ１－ＤＣ７がイオン・ミラーＭＸの領域Ｒ１、Ｒ２のそれぞれにおいてイオン・トラッピングまたは反射電場を確立するイオン反射モード（図２ＡＢ）との間での制御が、可能である。イオン透過モードでは、図２Ａの例により示されるように、イオン・ミラーＭＸの領域Ｒ１内にイオン透過電場ＴＥＦ１を確立するように、およびイオン・ミラーＭＸの領域Ｒ２内に別のイオン透過電場ＴＥＦ２を確立するように、電圧ＤＣ１－ＤＣ７が選択される。イオン透過電場ＴＥＦ１およびＴＥＦ２は、例として、イオン・ミラーＭＸ内で中央の長手軸２４の方へイオンを焦点合わせするようにして、イオン・ミラーＭＸの領域Ｒ１、Ｒ２の双方を通る何れもの方向に移動するイオンの加速も行いつつ、ＥＬＩＴアレイ１４を通して軸２４に沿った狭いイオン軌道を維持するように、確立される。イオン反射モードでは、図２Ｂの例により示されるように、イオン・ミラーＭＸの領域Ｒ１内にイオン・トラッピングまたは反射電場ＲＥＦ１を確立するように、およびイオン・ミラーＭＸの領域Ｒ２内に別のイオン・トラッピングまたは反射電場ＲＥＦ２を確立するように、電圧ＤＣ１－ＤＣ７が選択される。イオン・トラッピングまたは反射電場ＲＥＦ１およびＲＥＦ２は、例として、ＭＸの中央開口ＣＡへ向けてそれぞれの領域Ｒ１、Ｒ２内へ軸方向に移動する１以上のイオンが向きを逆にされ、中央開口ＣＡから軸方向に離れる反対方向に反射電場ＲＥＦ１、ＲＥＦ２により透過させられるように、確立される。イオン反射電場ＲＥＦ１、ＲＥＦ２のそれぞれはこれを行うが、そのために、最初に、１以上のイオンを減速させ停止させ、即ち、トラッピングし、イオン・ミラーＭＸの個々の領域Ｒ１、Ｒ２内へ移動させ、次に、そのような１以上のイオンを個々の領域Ｒ１、Ｒ２を通って反対方向へ戻すように加速して、１以上のイオンが個々の領域Ｒ１、Ｒ２へ入ってきた反対方向へ１以上のイオンが個々の領域Ｒ１、Ｒ２から離れるように移動させられる。すなわち、中央の長手軸２４に沿って電荷検出シリンダＣＤＸ－１からイオン・ミラーＭＸの領域Ｒ１内へと移動するイオンは、反射電場ＲＥＦ１により、中央の長手軸２４に沿って電荷検出シリンダＣＤＸ－１の中へ向けて逆の方へ反射され、また、中央の長手軸２４に沿って電荷検出シリンダＣＤＸからイオン・ミラーＭＸの領域Ｒ２内へと移動する別のイオンは、反射電場ＲＥＦ２により、中央の長手軸２４に沿って電荷検出シリンダＣＤＸの中へ向けて逆の方へ反射される。電圧源Ｖ１－Ｖ４のそれぞれにより、イオン・ミラーＭ１－Ｍ４のうちの対応するものを上述のイオン透過モードおよびイオン反射モードへと制御するために作り出される出力電圧ＤＣ１－ＤＣ７のセットの例が、下記の表１に示されている。ＤＣ１－ＤＣ７の下記の値が単なる例として提供されていること、およびＤＣ１－ＤＣ７のうちの１以上のもので他の値を代替的に使用できることは、理解されるであろう。
Figure 2022549667000002
[0047] ここで図３を参照すると、イオン・ミラーＭ１－Ｍ４を、それらの上述の透過モードと反射モードとの間で選択的および順に制御するように、電圧源Ｖ１－Ｖ４を制御するプロセス１００の簡素化したフローチャートが示されており、これは、イオンがイオン・ソース１２からＥＬＩＴアレイ１４内へ送られるようにし、次に、順に、少なくとも１つのイオンが３つの個別のＥＬＩＴまたはＥＬＩＴ領域Ｅ１－Ｅ３のそれぞれの中で選択的に捕獲され閉じ込められて振動するようにされ、それぞれの捕獲されたイオン（１以上）が、３つのＥＬＩＴまたはＥＬＩＴ領域Ｅ１－Ｅ３のそれぞれのものの電荷検出器ＣＤ１－ＣＤ３のそれぞれのものを反復して通過するようにされる。電荷および振動期間の値は、電荷検出器ＣＤ１－ＣＤ３のそれぞれで、それぞれの振動するイオン（１以上）がその中を通過するたびに、測定され記録され、次に、記録されたデータに基づいて、イオン質量値が決定される。例示の実施形態では、プロセス１００は、例として、命令の形でメモリ１８に格納され、命令がプロセッサ１６により実行されると、プロセッサ１６に、以前に述べた機能を実行させる。電圧源Ｖ１－Ｖ４のうちの１以上のものがプロセッサ１６から独立してプログラマブルである代替の実施形態では、プロセス１００の１以上の特徴は、その一部または全てが、１以上のそのようなプログラマブルの電圧源Ｖ１－Ｖ４により実行され得る。しかし、この開示の目的のために、プロセス１００は、プロセッサ１６のみにより実行されるものとして説明する。図４Ａ－４Ｅを補助的に用いて、プロセス１００を１以上の正の電荷のイオンに作用するものとして説明するが、代替的には、プロセス１００が１以上の負の電荷のイオンに作用し得ることが理解されるであろう。
[0048] 図４Ａを参照すると、プロセス１００はステップ１０２で開始し、ここで、プロセッサ１６は、電圧ＤＣ１－ＤＣ７のそれぞれを設定するように電圧源Ｖ１－Ｖ４を制御するように動作可能であり、イオン・ミラーＭ１－Ｍ４の全てをイオン透過モードで動作させて、それぞれの個々の領域Ｒ１、Ｒ２で確立された透過電場ＴＥＦ１、ＴＥＦ２が、それを通してイオンを加速させて通過させるように動作させる。１つの例示の実施形態では、電圧源Ｖ１－Ｖ４は、例として、プロセス１００のステップ１０２で、上記の表１に示すように全パス透過モードに従って電圧ＤＣ１－ＤＣ７を作り出すように、制御される。何れの場合でも、イオン透過モードで動作するようにイオン・ミラーＭ１－Ｍ４を制御するようにステップ１０２で設定された電圧源Ｖ１－Ｖ４のそれぞれを用いると、図４Ａに描かれた例示のイオン軌道５０で示すように、イオン・ソース１２からＭ１へ入るイオンは、イオン・ミラーＭ１－Ｍ４の全てと電荷検出器ＣＤ１－ＣＤ３の全てとを通過し、Ｍ４から出る。イオン・ミラーＭ１－Ｍ４をそれらのそれぞれの透過モードにするそのような制御は、従って、図４Ａに示すように、１以上のイオンをイオン・ソース１２からＥＬＩＴアレイ１４全体内へと引き出す。図４Ａに描かれたイオン軌道５０は、例として、１つのイオンまたは一群のイオンを表すことができる。
[0049] ステップ１０２に続いて、プロセス１００はステップ１０４へ進み、ここで、プロセッサ１６は、一時停止して、いつステップ１０６へ進むかを決定するように動作可能である。ステップ１０２の１つの実施形態では、ＥＬＩＴアレイ１４は、例として、「ランダム・トラッピング・モード」で制御され、このモードでは、イオン・ソース１２により生成された１以上のイオンがＥＬＩＴアレイ１４へ入ってその中を移動することが期待される選択された時間期間だけ、イオン・ミラーＭ１－Ｍ４はそれらの透過モードで維持される。限定ではない１つの例として、ランダム・トラッピング・モードで動作するときの、プロセッサ１６がステップ１０６へ進む前にステップ１０４で消費する選択された時間期間は、ＥＬＩＴアレイ１４の軸方向の長さおよびＥＬＩＴアレイ１４へ入るイオンの速度に応じて、１－３ミリ秒（ｍｓ）のオーダーであるが、他の実施形態ではこのような選択された時間期間が３ｍｓより長い場合や１ｍｓより短い場合があり得ることが理解されるであろう。選択された時間期間が経過するまで、プロセス１００は、ステップ１０４のＮＯ分岐をたどり、ループしてステップ１０４の開始へ戻る。選択された時間期間が経過した後、プロセス１００はステップ１０４のＹＥＳ分岐をたどり、ステップ１０６へ進む。マイクロチャンネル・プレート検出器２２含む実施形態のような、ステップ１０４の幾つかの代替の実施形態では、プロセッサ１６は、検出器２２により１以上のイオンが検出された後にのみ、更なる追加の遅延期間を伴って又は伴わずに、ステップ１０６へ進むようにして、ステップ１０６へ進む前にイオンがＥＬＩＴアレイ１４を透過していることを保証するように、構成することができる。他の代替の実施形態では、ＥＬＩＴアレイ１４は、例として、プロセッサ１６により「トリガ・トラッピング・モード」で制御することができ、このモードでは、電荷検出器ＣＤ３で少なくとも１つのイオンが検出されるまで、イオン・ミラーＭ１－Ｍ４はそれらの透過モードで保持される。そのような検出まで、プロセス１００は、ステップ１０４のＮＯ分岐をたどり、ループしてステップ１０４の開始へ戻る。プロセッサ１６による電荷検出器ＣＤ３での少なくとも１つのイオンの検出は、イオン・ミラーＭ４へ向けて電荷検出器ＣＤ３を通過する少なくとも１つのイオンを示すものであり、プロセッサ１６にステップ１０４のＹＥＳ分岐をたどらせてプロセス１００のステップ１０６へ進ませるトリガ・イベントとして働く。
[0050] ステップ１０４のＹＥＳ分岐に続いて、そして、図４Ｂを参照すると、プロセッサ１６は、ステップ１０６で、電圧源Ｖ４を、その出力電圧ＤＣ１－ＤＣ７を設定するように制御するように動作可能であり、イオン・ミラーＭ４の動作を、イオン透過モードの動作から、Ｍ４の領域Ｒ１内にイオン反射電場Ｒ４１が確立されるイオン反射モードの動作へと変更または切り替えるようにする。イオン反射電場Ｒ４１は、上述のように、Ｍ４の領域Ｒ１へ入ってくる１以上のイオンを、図２Ｂに関して以前に説明したように、イオン・ミラーＭ３の方へ（そして電荷検出器ＣＤ３を通るように）戻すように反射するように動作する。電圧源Ｖ１－Ｖ３により作り出された出力電圧ＤＣ１－ＤＣ７は、それぞれ、ステップ１０６では変化せず、従って、イオン・ミラーＭ１－Ｍ３のそれぞれはイオン透過モードにとどまる。結果として、ＥＬＩＴアレイ１４内をイオン・ミラーＭ４の方へ移動する１以上のイオンは、イオン・ミラーＭ３の方へ反射されて戻され、図４Ｂに例示するイオン軌道５０で示されるように、軸２４に沿ってＭ１のイオン取込口の方へ透過するようにされる。
[0051] ステップ１０６に続いて、プロセス１００はステップ１０８へ進み、ここで、プロセッサ１６は、一時停止して、いつステップ１１０へ進むかを決定するように動作可能である。ＥＬＩＴアレイ１４がプロセッサ１６によりランダム・トラッピング・モードで制御されるステップ１０８の実施形態では、ステップ１０８で、イオン・ミラーＭ１－Ｍ３は、１以上のイオンがＥＬＩＴまたはＥＬＩＴ領域Ｅ３へ入り得る選択された時間期間の間は、それらの透過モードで保持される。限定ではない１つの例として、ランダム・トラッピング・モードで動作するときの、プロセッサ１６がステップ１１０へ進む前にステップ１０８で消費する選択された時間期間は、０．１ミリ秒（ｍｓ）のオーダーであるが、他の実施形態ではこのような選択された時間期間が０．１ｍｓより長い場合や０．１ｍｓより短い場合があり得ることが理解されるであろう。選択された時間期間が経過するまで、プロセス１００は、ステップ１０８のＮＯ分岐をたどり、ループしてステップ１０８の開始へ戻る。選択された時間期間が経過した後、プロセス１００はステップ１０８のＹＥＳ分岐をたどり、ステップ１１０へ進む。ＥＬＩＴアレイ１４がトリガ・トラッピング・モードでプロセッサ１６により制御されるステップ１０８の代替の実施形態では、イオン・ミラーＭ１－Ｍ３は、少なくとも１つのイオンが電荷検出器ＣＤ３で検出されるまで、それらのイオン透過モードで保持される。そのような検出まで、プロセス１００は、ステップ１０８のＮＯ分岐をたどり、ループしてステップ１０８の開始へ戻る。プロセッサ１６による電荷検出器ＣＤ３での少なくとも１つのイオンの検出は、少なくとも１つのイオンが電荷検出器ＣＤ３を通って移動していることを保証し、プロセッサ１６にステップ１０８のＹＥＳ分岐をたどらせてプロセス１００のステップ１１０へ進ませるトリガ・イベントとして働く。
[0052] ステップ１０８のＹＥＳ分岐に続いて、そして、図４Ｃを参照すると、プロセッサ１６は、ステップ１１０で、電圧源Ｖ３を、その出力電圧ＤＣ１－ＤＣ７を設定するように制御するように動作可能であり、イオン・ミラーＭ３の動作を、イオン透過モードの動作から、Ｍ３の領域Ｒ１内にイオン反射電場Ｒ３１が確立され、Ｍ３の領域Ｒ２内にイオン反射電場Ｒ３２が確立されるイオン反射モードの動作へと、変更または切り替えるようにする。結果として、少なくとも１つのイオンがＥＬＩＴまたはＥＬＩＴ領域Ｅ３にトラップされ、ミラーＭ３の領域Ｒ２内とミラーＭ４の領域Ｒ１内とにそれぞれ確立される反射電場Ｒ３２およびＲ４１に起因して、少なくとも１つのトラップされたイオンは、、Ｍ３とＭ４との間で振動して、毎回、図４Ｃに例示するイオン軌道５０３で示されるように電荷検出シリンダＣＤ３を通過する。少なくとも１つのイオンが電荷検出シリンダＣＤ３を通過するたびに、これはシリンダＣＤ３で電荷を誘導し、これは電荷前置増幅器ＣＰ３（図１を参照）により検出される。ステップ１１２で、少なくとも１つのイオンがイオン・ミラーＭ３、Ｍ４の間で及び電荷検出シリンダＣＤ３を通って前後に振動すると、プロセッサ１６は、それぞれのそのようなＣＤ３電荷検出イベントの振幅およびタイミングを記録し、それをメモリ１８に格納するように動作可能である。
[0053] 上述のように、イオン反射電場Ｒ３１は、Ｍ３の領域Ｒ１へ入ってくる１以上のイオンを、図２Ｂに関して以前に説明したように、反対にイオン・ミラーＭ２の方へ向けて（および電荷検出器ＣＤ２を通るように）反射するように、動作する。電圧源Ｖ１－Ｖ２のそれぞれにより作り出される出力電圧ＤＣ１－ＤＣ７は、ステップ１１０および１１２では変化せず、従って、イオン・ミラーＭ１－Ｍ２のそれぞれはイオン透過モードにとどまる。結果として、イオン・ミラーＭ３へ向けてＥＬＩＴアレイ１４内を移動する１以上のイオンは、図４Ｃに例示するイオン軌道５０１，２で示されるように、イオン・ミラーＭ２の方へ戻されるように反射され、Ｍ１のイオン取込口の方へ軸２４に沿って透過する。
[0054] ステップ１１０および１１２に続いて、プロセス１００はステップ１１４へ進み、ここで、プロセッサ１６は、一時停止して、いつステップ１１６へ進むかを決定するように動作可能である。ＥＬＩＴアレイ１４がプロセッサ１６によりランダム・トラッピング・モードで制御されるステップ１１４の実施形態では、ステップ１１４で、イオン・ミラーＭ１－Ｍ２は、１以上のイオンがＥＬＩＴまたはＥＬＩＴ領域Ｅ２へ入り得る選択された時間期間の間は、それらの透過モードで保持される。限定ではない１つの例として、ランダム・トラッピング・モードで動作するときの、プロセッサ１６がステップ１１６へ進む前にステップ１１４で消費する選択された時間期間は、０．１ミリ秒（ｍｓ）のオーダーであるが、他の実施形態ではこのような選択された時間期間が０．１ｍｓより長い場合や０．１ｍｓより短い場合があり得ることが理解されるであろう。選択された時間期間が経過するまで、プロセス１００は、ステップ１１４のＮＯ分岐をたどり、ループしてステップ１０８の開始へ戻る。選択された時間期間が経過した後、プロセス１００はステップ１１４のＹＥＳ分岐をたどり、ステップ１１６へ進む。ＥＬＩＴアレイ１４がトリガ・トラッピング・モードでプロセッサ１６により制御されるステップ１１４の代替の実施形態では、イオン・ミラーＭ１－Ｍ２は、少なくとも１つのイオンが電荷検出器ＣＤ２で検出されるまで、それらのイオン透過モードで保持される。そのような検出まで、プロセス１００は、ステップ１１４のＮＯ分岐をたどり、ループしてステップ１１４の開始へ戻る。プロセッサ１６による電荷検出器ＣＤ２での少なくとも１つのイオンの検出は、少なくとも１つのイオンが電荷検出器ＣＤ２を通って移動していることを保証し、プロセッサ１６にステップ１１４のＹＥＳ分岐をたどらせてプロセス１００のステップ１１６へ進ませるトリガ・イベントとして働く。
[0055] 上述のように、イオン反射電場Ｒ２１は、Ｍ２の領域Ｒ１へ入ってくる１以上のイオンを、図２Ｂに関して以前に説明したように、反対にイオン・ミラーＭ１の方へ向けて（および電荷検出器ＣＤ１を通るように）反射するように、動作する。電圧源Ｖ１により作り出される出力電圧ＤＣ１－ＤＣ７は、ステップ１１６および１１８では変化せず、従って、イオン・ミラーＭ１はイオン透過モードにとどまる。結果として、イオン・ミラーＭ２へ向けてＥＬＩＴアレイ１４内を移動する１以上のイオンは、図４Ｄに例示するイオン軌道５０１で示されるように、イオン・ミラーＭ１の方へ戻されるように反射され、Ｍ１のイオン取込口の方へ軸２４に沿って透過する。
[0056] ステップ１１４のＹＥＳ分岐に続いて、そして、ＥＬＩＴまたはＥＬＩＴ領域Ｅ３内の少なくとも１つのイオンがイオン・ミラーＭ３とＭ４との間で電荷検出シリンダＣＤ３通って前後の振動を継続すると、プロセス１００はステップ１１６へ進む。図４Ｄを参照すると、ステップ１１６で、プロセッサ１６は、電圧源Ｖ２を、その出力電圧ＤＣ１－ＤＣ７を設定するように制御するように動作可能であり、イオン・ミラーＭ２の動作を、イオン透過モードの動作から、Ｍ２の領域Ｒ１内にイオン反射電場Ｒ２１が確立され、Ｍ２の領域Ｒ２内にイオン反射電場Ｒ２２が確立されるイオン反射モードの動作へと、変更または切り替えるようにする。結果として、少なくとも１つのイオンがＥＬＩＴまたはＥＬＩＴ領域Ｅ２にトラップされ、ミラーＭ２の領域Ｒ２内とミラーＭ３の領域Ｒ１内とにそれぞれ確立される反射電場Ｒ２２およびＲ３１に起因して、少なくとも１つのトラップされたイオンは、Ｍ２とＭ３との間で振動して、毎回、図４Ｄに描かれたイオン軌道５０２で例示されるように電荷検出シリンダＣＤ２を通過する。少なくとも１つのイオンが電荷検出シリンダＣＤ２を通過するたびに、これはシリンダＣＤ２で電荷を誘導し、これは電荷前置増幅器ＣＰ２（図１を参照）により検出される。ステップ１１８で、少なくとも１つのイオンがイオン・ミラーＭ２、Ｍ３の間で及び電荷検出シリンダＣＤ２を通って前後に振動すると、プロセッサ１６は、それぞれのそのようなＣＤ２電荷検出イベントの振幅およびタイミングを記録し、それをメモリ１８に格納するように動作可能である。即ち、ステップ１１６に続いて、少なくとも１つのイオンが、イオン・ミラーＭ３とＭ４との間で、ＥＬＩＴまたはＥＬＩＴ領域Ｅ３の電荷検出シリンダＣＤ３を通って前後に振動し、同時に、少なくとも１つの別のイオンが、イオン・ミラーＭ２とＭ３との間で、ＥＬＩＴまたはＥＬＩＴ領域Ｅ２の電荷検出シリンダＣＤ２を通って前後に振動する。
[0057] ステップ１１６および１１８に続いて、プロセス１００はステップ１２０へ進み、ここで、プロセッサ１６は、一時停止して、いつステップ１２２へ進むかを決定するように動作可能である。ＥＬＩＴアレイ１４がプロセッサ１６によりランダム・トラッピング・モードで制御されるステップ１２０の実施形態では、ステップ１２０で、イオン・ミラーＭ１は、１以上のイオンがＥＬＩＴまたはＥＬＩＴ領域Ｅ１へ入り得る選択された時間期間の間は、その透過モードで保持される。限定ではない１つの例として、ランダム・トラッピング・モードで動作するときの、プロセッサ１６がステップ１２２へ進む前にステップ１２０で消費する選択された時間期間は、０．１ミリ秒（ｍｓ）のオーダーであるが、他の実施形態ではこのような選択された時間期間が０．１ｍｓより長い場合や０．１ｍｓより短い場合があり得ることが理解されるであろう。選択された時間期間が経過するまで、プロセス１００は、ステップ１２０のＮＯ分岐をたどり、ループしてステップ１２０の開始へ戻る。選択された時間期間が経過した後、プロセス１００はステップ１２０のＹＥＳ分岐をたどり、ステップ１２２へ進む。ＥＬＩＴアレイ１４がトリガ・トラッピング・モードでプロセッサ１６により制御されるステップ１２０の代替の実施形態では、イオン・ミラーＭ１は、少なくとも１つのイオンが電荷検出器ＣＤ１で検出されるまで、そのイオン透過モードで保持される。そのような検出まで、プロセス１００は、ステップ１２０のＮＯ分岐をたどり、ループしてステップ１２０の開始へ戻る。プロセッサ１６による電荷検出器ＣＤ１での少なくとも１つのイオンの検出は、少なくとも１つのイオンが電荷検出器ＣＤ１を通って移動していることを保証し、プロセッサ１６にステップ１２０のＹＥＳ分岐をたどらせてプロセス１００のステップ１２２へ進ませるトリガ・イベントとして働く。
[0058] ステップ１２０のＹＥＳ分岐に続いて、ＥＬＩＴまたはＥＬＩＴ領域Ｅ３内の少なくとも１つのイオンが、イオン・ミラーＭ３とＭ４との間で電荷検出シリンダＣＤ３を通って前後に振動を継続し、また、ＥＬＩＴまたはＥＬＩＴ領域Ｅ２内の少なくとも１つの別のイオンが、イオン・ミラーＭ２とＭ３との間で電荷検出シリンダＣＤ２を通って前後に振動を同時に継続すると、プロセス１００はステップ１２２へ進む。図４Ｅを参照すると、ステップ１２２で、プロセッサ１６は、電圧源Ｖ１を、その出力電圧ＤＣ１－ＤＣ７を設定するように制御するように動作可能であり、イオン・ミラーＭ１の動作を、イオン透過モードの動作から、Ｍ１の領域Ｒ１内にイオン反射電場Ｒ１１が確立され、Ｍ１の領域Ｒ１内にイオン反射電場Ｒ１２が確立されるイオン反射モードの動作へと、変更または切り替えるようにする。結果として、少なくとも１つのイオンがＥＬＩＴまたはＥＬＩＴ領域Ｅ１にトラップされ、ミラーＭ１の領域Ｒ２内とミラーＭ２の領域Ｒ２内とにそれぞれ確立される反射電場Ｒ１２およびＲ２１に起因して、少なくとも１つのトラップされたイオンは、Ｍ１とＭ２との間で振動し、毎回、図４Ｅに描かれたイオン軌道５０１で例示されるように電荷検出シリンダＣＤ１を通過する。少なくとも１つのイオンが電荷検出シリンダＣＤ１を通過するたびに、これはシリンダＣＤ１で電荷を誘導し、これは電荷前置増幅器ＣＰ１（図１を参照）により検出される。ステップ１２４で、少なくとも１つのイオンがイオン・ミラーＭ１、Ｍ２の間で及び電荷検出シリンダＣＤ１を通って前後に振動すると、プロセッサ１６は、それぞれのそのようなＣＤ１電荷検出イベントの振幅およびタイミングを記録し、それをメモリ１８に格納するように動作可能である。即ち、ステップ１２２に続いて、少なくとも１つのイオンが、イオン・ミラーＭ３とＭ４との間で、ＥＬＩＴまたはＥＬＩＴ領域Ｅ３の電荷検出シリンダＣＤ３を通って前後に振動し、同時に、少なくとも１つの別のイオンが、イオン・ミラーＭ２とＭ３との間で、ＥＬＩＴまたはＥＬＩＴ領域Ｅ２の電荷検出シリンダＣＤ２を通って前後に振動し、また、同時に、少なくとも１つの別のイオンが、イオン・ミラーＭ１とＭ２との間で、ＥＬＩＴまたはＥＬＩＴ領域Ｅ１の電荷検出シリンダＣＤ１を通って前後に振動する。
[0059] ステップ１２２および１２４に続いて、プロセス１００はステップ１２６へ進み、ここで、プロセッサ１６は、一時停止して、いつステップ１２８へ進むかを決定するように動作可能である。１つの実施形態では、プロセッサ１６は、電荷検出器ＣＤ１－ＣＤ３のそれぞれによるイオン検出イベントがプロセッサ１６により記録される選択された時間期間、即ち、合計イオン・サイクル測定時間、ＥＬＩＴまたはＥＬＩＴ領域Ｅ１－Ｅ３のそれぞれを通って同時にイオンが前後に振動することを可能とするように、構成、即ち、プログラムされる。限定ではない１つの例として、プロセッサ１６がステップ１２８へ進む前にステップ１２６で消費する選択された時間期間は、１００－３００ミリ秒（ｍｓ）のオーダーであるが、他の実施形態ではこのような選択された時間期間が３００ｍｓより長い場合や１００ｍｓより短い場合があり得ることが理解されるであろう。選択された時間期間が経過するまで、プロセス１００は、ステップ１２６のＮＯ分岐をたどり、ループしてステップ１２６の開始へ戻る。選択された時間期間が経過した後、プロセス１００はステップ１２６のＹＥＳ分岐をたどり、ステップ１２８および１４０へ進む。プロセス１００の幾つかの代替の実施形態では、電圧源Ｖ１－Ｖ４は、例として、ステップ１２６で、イオン（１以上）が、電荷検出器ＣＤ１－ＣＤ３のそれぞれによるイオン検出イベントがプロセッサ１６により記録される測定サイクルの選択された回数だけ、即ち、合計数だけ、電荷検出器ＣＤ１－ＣＤ３を通って前後に振動することを可能とするように、プロセッサ１６により制御され得る。プロセッサが、電荷検出器ＣＤ１－ＣＤ３の１以上のものの選択された数のイオン検出イベントを数えるまで、プロセス１００は、ステップ１２６のＮＯ分岐をたどり、ループしてステップ１２６の開始へ戻る。選択された数のイオン検出イベントがプロセッサ１６により検出されたことは、プロセッサ１６にステップ１２６のＹＥＳ分岐をたどらせてプロセス１００のステップ１２８および１４０へ進ませるトリガ・イベントとして働く。
[0060] ステップ１２６のＹＥＳ分岐に続いて、ステップ１２８で、プロセッサ１６は、電圧源Ｖ１－Ｖ４を、それぞれの出力電圧ＤＣ１－ＤＣ７を設定するように制御するように動作可能であり、イオン・ミラーＭ１－Ｍ４の全ての動作を、イオン反射モードの動作から、イオン・ミラーＭ１－Ｍ４のそれぞれがその中をイオンが通過することを許可するように動作するイオン透過モードの動作へと、変更または切り替えるようにする。例として、プロセス１００のステップ１２８で、電圧源Ｖ１－Ｖ４は、例として、上記の表１に例示する全パス透過モードに従って電圧ＤＣ１－ＤＣ７を作り出すように制御され、これは図４Ａに例示するイオン軌道５０を再確立し、ここでは、（ｉ）ＥＬＩＴアレイ１４内の全イオンが、ＥＬＩＴアレイ１４を通して及びその外でイオン・ミラーＭ１－Ｍ４のそれぞれに確立されたイオン透過電場ＴＥＦ１、ＴＥＦ２の影響の下で透過し、（ｉｉ）イオン・ソース１２からＭ１へ入る全イオンが、イオン・ミラーＭ１－Ｍ４の全て及び電荷検出器ＣＤ１－ＣＤ３の全てを通過する。
[0061] ステップ１２８に続いて、ステップ１３０で、ＥＬＩＴアレイ１４内に含まれるイオンがＥＬＩＴアレイ１４から外へ透過することを可能とするように、選択された時間期間だけ一時停止するように動作可能である。限定ではない１つの例として、プロセッサ１６がプロセス１００を再スタートするためにステップ１０２へループして戻る前にステップ１３０で消費する選択された時間期間は、１－３ミリ秒（ｍｓ）のオーダーであるが、他の実施形態ではこのような選択された時間期間が３ｍｓより長い場合や１ｍｓより短い場合があり得ることが理解されるであろう。選択された時間期間が経過するまで、プロセス１００は、ステップ１３０のＮＯ分岐をたどり、ループしてステップ１３０の開始へ戻る。選択された時間期間が経過した後、プロセス１００はステップ１３０のＹＥＳ分岐をたどり、ステップ１０２へループして戻り、プロセス１００を再スタートする。
[0062] また、ステップ１２６のＹＥＳ分岐に続いて、プロセス１００は更にステップ１４０へ進み、先ほど説明したプロセス１００のステップ１１２、１１８、および１２４の間に収集したデータを分析する。例示の実施形態では、データ分析ステップ１４０は、例として、ステップ１４２を含み、そこでは、プロセッサ１６が、電荷前置増幅器ＣＰ１－ＣＰ３のそれぞれに提供され格納された電荷検出信号の記録されたセットのフーリエ変換を計算するように動作可能である。例として、プロセッサ１６は、限定ではなく例として、従来の高速フーリエ変換（ＦＦＴ）アルゴリズムなどのような任意の従来のデジタル・フーリエ変換（ＤＴＦ）技術を用いて、ステップ１４２を実行するように動作する。何れにしても、プロセッサ１６は、ステップ１４２で、３つのフーリエ変換、ＦＴ１、ＦＴ２、およびＦＴ３を計算するように動作可能であり、ＦＴ１は、第１電荷前置増幅器ＣＰ１により提供され記録された電荷検出信号のセットのフーリエ変換であり、従って、ＥＬＩＴまたはＥＬＩＴ領域Ｅ１の電荷検出シリンダＣＤ１により検出された電荷検出イベントに対応し、ＦＴ２は、第１電荷前置増幅器ＣＰ２により提供され記録された電荷検出信号のセットのフーリエ変換であり、従って、ＥＬＩＴまたはＥＬＩＴ領域Ｅ２の電荷検出シリンダＣＤ２により検出された電荷検出イベントに対応し、ＦＴ３は、第１電荷前置増幅器ＣＰ３により提供され記録された電荷検出信号のセットのフーリエ変換であり、従って、ＥＬＩＴまたはＥＬＩＴ領域Ｅ３の電荷検出シリンダＣＤ３により検出された電荷検出イベントに対応する。
[0063] ステップ１４２に続いて、プロセス１００はステップ１４４へ進み、そこで、プロセッサ１６は、イオンの質量対電荷比の値（ｍ／ｚ１、ｍ／ｚ２、ｍ／ｚ３）と、イオンの電荷の値（ｚ１、ｚ２、ｚ３）と、イオンの質量の値（ｍ１、ｍ２、ｍ３）との３つのセットを、それぞれ、計算されたフーリエ変換の値（ＦＴ１、ＦＴ２、ＦＴ３）の個々のものの関数として、計算するように動作可能である。その後、ステップ１４６で、プロセッサ１６は、計算された結果をメモリ１８へ格納するように、および／または観察および／または更なる分析のために結果を表示するために周辺デバイス２０の１以上のものを制御するように、動作可能である。
[0064] ＥＬＩＴまたはＥＬＩＴ領域Ｅ１－Ｅ３の何れかの中の対向するイオン・ミラーの間で前後に振動するイオン（１以上）の質量対電荷比（ｍ／ｚ）は、下記の式
ｍ／ｚ＝Ｃ／ｆｆ２
に従って、振動するイオン（１以上）の基本振動数ｆｆの二乗に反比例することが、一般に理解され、ここで、Ｃは、イオン・エルルギの関数であり、また個々のＥＬＩＴまたはＥＬＩＴ領域の寸法の関数である定数であり、基本振動数ｆｆは、それぞれの計算されたフーリエ変換から直接に決定される。即ち、ｆｆ１はＦＴ１の基本振動数であり、ｆｆ２はＦＴ２の基本振動数であり、ｆｆ３はＦＴ３の基本振動数である。典型的に、Ｃは、従来のイオン軌道シミュレーションを用いて決定される。何れにしても、イオン電荷の値ｚは、イオン振動サイクルの数を考慮する、ＦＴの大きさＦＴＭＡＧに比例する。次に、イオン質量ｍが、ｍ／ｚとｚの積として計算される。即ち、第１電荷前置増幅器ＣＰ１により提供され記録された電荷検出信号のセットに関して、プロセッサ１６は、ステップ１４４で、ｍ／ｚ１＝Ｃ／ｆｆ１ ２と、ｚ１＝Ｆ（ＦＴＭＡＧ１）と、ｍ１＝（ｍ／ｚ１）（ｚ１）とを計算するように動作可能である。第２電荷前置増幅器ＣＰ２により提供され記録された電荷検出信号のセットに関して、プロセッサ１６は、同様に、ステップ１４４で、ｍ／ｚ２＝Ｃ／ｆｆ２ ２と、ｚ２＝Ｆ（ＦＴＭＡＧ２）と、ｍ２＝（ｍ／ｚ２）（ｚ２）とを計算するように動作可能であり、第３電荷前置増幅器ＣＰ３により提供され記録された電荷検出信号のセットに関して、プロセッサ１６は、同様に、ステップ１４４で、ｍ／ｚ３＝Ｃ／ｆｆ３ ２と、ｚ３＝Ｆ（ＦＴＭＡＧ３）と、ｍ３＝（ｍ／ｚ３）（ｚ３）とを計算するように動作可能である。
[0065] ここで図５Ａを参照すると、イオン分離装置６０の実施形態の簡素化したブロック図が示されており、これは、ここで例示され説明されるＥＬＩＴアレイ１４、２０５、３０２の任意のものを含むことができ、これは、ここで例示され説明されるイオン質量検出システム１０、２００、３００の任意のものを含むことができ、これは、ＥＬＩＴアレイ（１以上）の上流側のイオン・ソース１２の一部を形成し得る任意の数のイオン処理装置を含むことができ、且つ／又は、これは、ＥＬＩＴアレイ（１以上）から出で行くイオン（１以上）を更に処理するためにＥＬＩＴアレイ（１以上）の下流側に配される任意の数のイオン処理装置を含むことができる。この点に関して、図５Ａでは、イオン・ソース１２は、イオン・ソース１２であり得るか又はイオン・ソース１２の一部を形成し得るものである数Ｑのイオン・ソース段ＩＳ１－ＩＳＱを含むものとして例示されている。代替的に又は更に、図５Ａには、イオン処理装置７０は、ＥＬＩＴアレイ１４、２０５、３０２のイオン放出口へ結合されるものとして例示されており、イオン処理装置７０は、任意の数のイオン処理段ＯＳ１－ＯＳＲを含むことができ、Ｒは任意の正の整数とすることができる。
[0066] イオン・ソース１２に焦点を合わせると、イオンをフィルタリングする（例えば、イオン質量、イオン質量対電荷比、イオン移動度、イオン保持時間などのような、１以上の分子特性に従って行う）ため、イオンを分解または分離するため、イオン電荷状態を標準化するため、およびこれらのようなことのために、ＥＬＩＴ１０へ入るイオンのソース１２が、イオン・ソース段ＩＳ１－ＩＳＱの１以上のものの形で、イオンの従来のソースであり得るか又はイオンの従来のソースを含み得ること、および１以上の分子特性に従って（例えば、イオン質量、イオン質量対電荷比、イオン移動度、イオン保持時間などに従って）イオンを分離するための１以上の従来の装置、および／またはイオンを収集および／または格納するための１以上の従来のイオン処理装置（例えば、１以上の四重極イオン・トラップ、六重極イオン・トラップ、および／または他のイオン・トラップ）を更に含み得ることが、理解されるであろう。イオン・ソース１２が、任意のこのような従来のイオン・ソース、イオン分離装置、および／またはイオン処理装置のうちの１または任意の順の任意の組み合わせを含み得ること、および幾つかの実施形態が、任意のこのような従来のイオン・ソース、イオン分離装置、および／またはイオン処理装置のうちの複数のものが隣接して又は間隔を空けて含まれ得ることは、理解されるであろう。
[0067] ここでイオン処理装置７０を見ると、イオンをフィルタリングする（例えば、イオン質量、イオン質量対電荷比、イオン移動度、イオン保持時間などのような、１以上の分子特性に従って行う）ため、イオンを分解または分離するため、イオン電荷状態を標準化するため、およびこれらのようなことのために、装置７０が、イオン処理段ＯＳ１－ＯＳＲの１以上のものの形で、１以上の分子特性に従って（例えば、イオン質量、イオン質量対電荷比、イオン移動度、イオン保持時間などに従って）イオンを分離するための１以上の従来の装置であり得るか又は１以上の従来の装置を含み得ること、および／またはイオンを収集および／または格納するための１以上の従来のイオン処理装置（例えば、１以上の四重極イオン・トラップ、六重極イオン・トラップ、および／または他のイオン・トラップ）であり得るか又は１以上の従来のイオン処理装置を含み得ることは、理解されるであろう。イオン処理装置７０が、任意のこのような従来のイオン分離装置および／またはイオン処理装置のうちの１または任意の順で任意の組み合わせを含み得ること、および幾つかの実施形態が、任意のこのような従来のイオン分離装置および／またはイオン処理装置のうちの複数のものが隣接して又は間隔を空けて含まれ得ることは、理解されるであろう。１以上の質量分析器を含む任意の実装では、任意の１以上のそのような質量分析器は、図１に関して以前に説明した任意の形でインプリメントすることができる。
[0068] 何れの限定とも考慮すべきではない図５Ａに例示されるイオン分離装置６０の１つの特定の実装として、イオン・ソース１２は、例として、３つの段を含み、イオン処理装置７０は省かれる。この例示の実装では、イオン・ソース段ＩＳ１は、イオンの従来のソース、例えば、エレクトロスプレー、ＭＡＬＤＩなどであり、イオン・ソース段ＩＳ２は、イオンの従来のマス・フィルタ、例えば、ハイパスまたはバンドパス・フィルタとして動作させられる四重極または六重極のイオン・ガイドなどであり、イオン・ソース段ＩＳ３は、以前に述べたタイプの質量分析器の何れかである。この実施形態では、イオン・ソース段ＩＳ２は、従来の様式で制御されて、下流の質量分析器による分析のため、望まれる分子特性を有するイオンを事前選択し、そのような事前選択されたイオンのみを質量分析器へと通過させ、ここにおいて、ＥＬＩＴアレイ１４、２０５、３０２により分析されるイオンは、質量対電荷比に従って質量分析器により分離された、事前選択されたイオンである。イオン・フィルタから出て行く事前選択されたイオンは、例えば、特定のイオンの質量または質量対電荷比を有するイオン、特定のイオンの質量または質量対電荷比より大きいおよび／または小さいイオンの質量または質量対電荷比を有するイオン、イオンの質量または質量対電荷比の特定の範囲内のイオンの質量または質量対電荷比を有するイオンなどであり得る。この例の幾つかの代替の実施形態では、イオン・ソース段ＩＳ２を質量分析器とすることができ、イオン・ソース段ＩＳ３をイオン・フィルタとすることができ、イオン・フィルタは、下流のＥＬＩＴアレイ１４、２０５、３０２による分析のために、質量分析器から出て行く望まれる分子特性を有するイオンを事前選択するように、以前に説明したように動作可能とすることができる。この例の他の代替の実施形態では、イオン・ソース段ＩＳ２をイオン・フィルタとすることができ、イオン・ソース段ＩＳ３を、別のイオン・フィルタが後に続く質量分析器を含むようにすることができ、ここでは、これらのイオン・フィルタのそれぞれは先ほど説明したように動作する。
[0069] 何れの限定とも考慮すべきではない図５Ａに例示されるイオン分離装置６０の別の１つの特定の実装として、イオン・ソース１２は、例として、２つの段を含み、イオン処理装置７０は省かれる。この例示の実装では、イオン・ソース段ＩＳ１は、イオンの従来のソース、例えば、エレクトロスプレー、ＭＡＬＤＩなどであり、イオン・ソース段ＩＳ２は、以前に述べたタイプの従来の質量分析器の何れかである。これは図１に関して以前に説明した実装であり、ここでは、ＥＬＩＴアレイ１４、２０５、３０２は、質量分析器から出て行くイオンを分析するように動作可能である。
[0070] 何れの限定とも考慮すべきではない図５Ａに例示されるイオン分離装置６０の更に別の１つの特定の実装として、イオン・ソース１２は、例として、２つの段を含み、イオン処理装置７０は省かれる。この例示の実装では、イオン・ソース段ＩＳ１は、イオンの従来のソース、例えば、エレクトロスプレー、ＭＡＬＤＩなどであり、イオン・ソース段ＩＳ２は従来の単一または複数段のイオン移動度分光計である。この実施形態では、イオン移動度分光計は、イオン・ソース段ＩＳ１で生成されたイオンを、イオン移動度の１以上の関数に従って時間にわたって分離するように動作可能であり、ＥＬＩＴアレイ１４、２０５、３０２は、イオン移動度分光計から出て行くイオンを分析するように動作可能である。この例の代替の実施形態では、イオン・ソース１２は、イオンの従来のソースの形の１つの段ＩＳ１のみを含むことができ、イオン処理装置７０は、従来の単一または複数段のイオン移動度分光計を１つの段ＯＳ１（または複数段の装置７０の段ＯＳ１）として含むことができる。この代替の実施形態では、ＥＬＩＴアレイ１４、２０５、３０２は、イオン・ソース段ＩＳ１で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ＯＳ１は、ＥＬＩＴアレイ１４、２０５、３０２から出て行くイオンを、イオン移動度の１以上の関数に従って時間にわたって分離するように、動作可能である。この例の別の代替の実施形態として、単一または複数段のイオン移動度分光計が、イオン・ソース段ＩＳ１とＥＬＩＴアレイ１４、２０５、３０２との双方に続くようにすることができる。この代替の実施形態では、イオン・ソース段ＩＳ１に続くイオン移動度分光計は、イオン・ソース段ＩＳ１で生成されたイオンを、イオン移動度の１以上の関数に従って時間にわたって分離するように動作可能であり、ＥＬＩＴアレイ１４、２０５、３０２は、イオン・ソース段のイオン移動度分光計から出て行くイオンを分析するように動作可能であり、ＥＬＩＴアレイ１４、２０５、３０２に続くイオン処理段ＯＳ１のイオン移動度分光計は、ＥＬＩＴアレイ１４、２０５、３０２から出て行くイオンを、イオン移動度の１以上の関数に従って時間にわたって分離するように動作可能である。この段落で説明した実施形態の何れの実装においても、更なる変形は、イオン・ソース１２および／またはイオン処理装置２１０における単一または複数段の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配された質量分析器を含むことができる。
[0071] 何れの限定とも考慮すべきではない図５Ａに例示されるイオン分離装置６０の更に別の１つの特定の実装として、イオン・ソース１２は、例として、２つの段を含み、イオン処理装置７０は省かれる。この例示の実装では、イオン・ソース段ＩＳ１は、例えば、分子保持時間に従って液体中の分子を分離するよう構成されるＨＰＬＣなどのような従来の液体クロマトグラフとすることができ、イオン・ソース段ＩＳ２は、イオンの従来のソース、例えば、エレクトロスプレーなどとすることができる。この実装では、液体クロマトグラフは、液体中の分子成分を分離するように動作可能であり、イオン・ソース段ＩＳ２は、液体クロマトグラフから出て行く液体の流れからイオンを生成するように動作可能であり、ＥＬＩＴアレイ１４、２０５、３０２は、イオン・ソース段ＩＳ２生成されたイオンを分析するように動作可能である。この例の代替の実施形態では、イオン・ソース段ＩＳ１は、代わりに、サイズ毎に液体中の分子を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（ＳＥＣ）とすることができる。別の代替の実施形態では、イオン・ソース段ＩＳ１は、従来のＳＥＣが後続する従来の液体クロマトグラフ、またはこの逆のものを、含み得る。この実装では、イオンは、最初に分子保持時間に従い、次にそれに続いて分子のサイズに従い、またはこの逆に、２回分離された液体から、イオン・ソース段ＩＳ２により生成される。この段落で説明した実施形態の何れの実装においても、更なる変形は、イオン・ソース段ＩＳ２とＥＬＩＴアレイ１４、２０５、３０２との間に動作可能に配された質量分析器を含むことができる。
[0072] 図５Ｂを参照すると、イオン分離装置８０の別の実施形態の簡素化したブロック図が示されており、これは、例として、複数段質量分析器装置８２を含み、これはまた、高イオン質量分析コンポーネントとして実装されるここで例示し説明したイオン質量検出システム１０、２００、３００、即ち、ＣＤＭＳの任意のものを含む。例示の実施形態では、複数段質量分析器装置８２は、ここで例示され説明されたイオン・ソース（ＩＳ）１２と、これに続きこれに結合される第１の従来の質量分析器（ＭＳ１）８４と、これに続きこれに結合され、例えば、衝突誘起解離（ＣＩＤ）、表面誘起解離（ＳＩＤ）、電子捕獲解離（ＥＣＤ）、および／または光誘起解離（ＰＩＤ）などのうちの１以上のものにより、質量分析器から出て行くイオンを解離させるように動作する従来のイオン解離段（ＩＤ）８６と、これに続きこれに結合される第２の従来の質量分析器（ＭＳ２）８８と、これに続く従来のイオン検出器（Ｄ）９０、例えば、マイクロチャンネル・プレート検出器や他の従来のイオン検出器などとを含む。イオン質量検出システム１０、２００、３００、即ち、ＣＤＭＳは、イオン解離段８６と並列に結合され、イオン質量検出システム１０、２００、３００、即ち、ＣＤＭＳが、質量分析器８４および／またはイオン解離段８６からイオンを選択的に受け取れるようにされる。
[0073] ＭＳ／ＭＳ、例えば、イオン分離装置８２のみを用いることは、確立された手法であり、その場合、特定の分子量の前駆イオンが、それらのｍ／ｚ値に基づいて第１質量分析器８４（ＭＳ１）により選択される。質量選択された前駆イオンは、イオン解離段８６で、例えば、衝突誘起解離、表面誘起解離、電子捕獲解離、または光誘起解離により、断片化される。断片化されたイオンは、次に、第２質量分析器８６（ＭＳ２）により分析される。前駆の断片化されたイオンのｍ／ｚ値のみが、ＭＳ１とＭＳ２との双方で測定される。高質量イオンに関しては、電荷状態は解明されず、従って、ｍ／ｚ値のみに基づいて特定の分子量を持つ前駆イオンを選択することは不可能である。しかし、ここで例示し説明したＣＤＭＳ１０、２００、３００へ装置８２を結合することにより、狭い範囲のｍ／ｚ値を選択して、次に、ＣＤＭＳ１０、２００、３００を用いて、ｍ／ｚで選択した前駆イオンの質量を決定することは可能である。質量分析器８４、８８は、例えば、磁気セクター型質量分析装置と飛行時間型質量分析装置と四極質量分析装置とのうちの１つ又は任意の組み合わせとすることができるが、代替の実施形態では他の型の質量分析器を用いることもできる。何れの場合でも、ＭＳ１から出て行く既知の質量を持つｍ／ｚで選択された前駆イオンは、イオン解離段８６で断片化することができ、結果として得られた断片化されたイオンは、次に、ＭＳ２（ここではｍ／ｚ比のみが測定される）および／またはＣＤＭＳ装置１０、２００、３００（ここではｍ／ｚ比および電荷が同時に測定される）により分析することができる。従って、低質量断片は、従来のＭＳにより分析することができ、高質量断片（電荷状態が解明されない）は、ＣＤＭＳにより分析される。
[0074] ここで図６を参照すると、制御および測定のコンポーネントが接続された静電リニア・イオン・トラップ（ＥＬＩＴ）アレイ２０５の別の実施形態を含むイオン質量検出システム２００が示されている。例示の実施形態では、ＥＬＩＴアレイ２０５は、３つの個別のＥＬＩＴ２０２、２０４、２０６を含み、それぞれは、図１に例示したＥＬＩＴアレイ１４のＥＬＩＴまたはＥＬＩＴ領域Ｅ３と同じように構成されている。例えば、ＥＬＩＴ２０２は、グランド・チャンバＧＣ１で囲まれた電荷検出シリンダＣＤ１を含み、グランド・チャンバＧＣ１の一つの端部は１つのイオン・ミラーＭ１のミラー電極の１つを定め、グランド・チャンバＧＣ１の反対側の端部は、別のイオン・ミラーＭ２のミラー電極の１つを定め、イオン・ミラーＭ１、Ｍ２は、電荷検出シリンダ２０２の対向する端部に配される。イオン・ミラーＭ１は、例として、構造および機能が、図１－２Ｂに例示したイオン・ミラーＭ１－Ｍ３のそれぞれと同じであり、イオン・ミラーＭ２は、例として、構造および機能が、図１－２Ｂに例示したイオン・ミラーＭ４と同じである。例として構造および機能が図１－２Ｂに例示した電圧源Ｖ１と同じである電圧源Ｖ１は、イオン・ミラーＭ１へ動作可能に結合され、例として構造および機能が図１－２Ｂに例示した電圧源Ｖ４と同じである別の電圧源Ｖ２は、イオン・ミラーＭ２へ動作可能に結合される。イオン・ミラーＭ１は、例として構造および機能が図２Ａに例示したイオン・ミラーＭＸの開口Ａ１と同じであるイオン取込開口ＡＩ１を定め、イオン・ミラーＭ２は、例として構造および動作が図１および図２Ｂに関して以前に説明したイオン・ミラーＭ４の開口ＣＡと同じである放出開口ＡＯ１を定める。長手軸２４１は、ＥＬＩＴ２０２の中央を通って延び、例として、開口ＡＩ１およびＡＯ１を二分する。電荷前置増幅器ＣＰ１は、電荷検出シリンダＣＤ１へ電気的に結合されるものであり、例として、構造および機能が、図１に例示し以前に説明した電荷前置増幅器ＣＰ１と同じである。
[0075] ＥＬＩＴ２０４は、例として、ここで説明したＥＬＩＴ２０２と同じであり、イオン・ミラーＭ３、Ｍ４はＥＬＩＴ２０２のイオン・ミラーＭ１、Ｍ２に対応し、電圧源Ｖ３、Ｖ４は、ＥＬＩＴ２０２の電圧源Ｖ１、Ｖ２に対応し、取込／放出開口ＡＩ２／ＡＯ２は長手軸２４２を定め、これは、ＥＬＩＴ２０４を通って延び、例として、開口ＡＩ２、ＡＯ２を二分する。電荷増幅器ＣＰ２は、ＥＬＩＴ２０４の電荷検出シリンダＣＤ２へ電気的に結合され、例として、構造および機能が図１に例示し以前に説明した電荷前置増幅器ＣＰ２と同じである。
[0076] ＥＬＩＴ２０６は、同様に、例として、ここで説明したＥＬＩＴ２０２と同じであり、イオン・ミラーＭ５、Ｍ６はＥＬＩＴ２０２のイオン・ミラーＭ１、Ｍ２に対応し、電圧源Ｖ５、Ｖ６は、ＥＬＩＴ２０２の電圧源Ｖ１、Ｖ２に対応し、取込／放出開口ＡＩ３／ＡＯ３は長手軸２４３を定め、これは、ＥＬＩＴ２０６を通って延び、例として、開口ＡＩ３、ＡＯ３を二分する。電荷増幅器ＣＰ３は、ＥＬＩＴ２０６の電荷検出シリンダＣＤ３へ電気的に結合され、例として、構造および機能が図１に例示し以前に説明した電荷前置増幅器ＣＰ３と同じである。
[0077] 電圧源Ｖ１－Ｖ６および電荷前置増幅器ＣＰ１－ＣＰ３は、図１に関して説明したメモリ２１２を含むプロセッサ２１０へ動作可能に結合され、メモリ２１２は、例として、命令を格納しており、この命令がプロセッサ２１０により実行されると、プロセッサ２１０は、以前に説明したイオン透過モードとイオン反射モードとの間でイオン・ミラーＭ１－Ｍ６を制御するように、電圧源Ｖ１－Ｖ６の動作を制御するようにされる。代替的には、電圧源Ｖ１－Ｖ６の１以上のものを、上述のように動作するようにプログラマブルとすることができる。何れの場合にしても、メモリ２１２に格納された命令は、例として、更なる命令を含み、この命令がプロセッサ２１０により実行されると、以前に説明したように、プロセッサ２１０は、電荷前置増幅器ＣＰ１－ＣＰ３により検出された電荷信号を受け取り、処理し、記録（格納）するように、および記録した電荷信号情報を処理して、ＥＬＩＴ２０２、２０４、２０６のそれぞれの中に捕獲されたイオンの質量を計算するようにされる。例として、プロセッサ２１０は、図１に関して以前に説明した１以上の周辺デバイス２０と同じであり得る１以上の周辺デバイス２１４へ結合される。
[0078] 図６に例示する実施形態では、イオン・ソース１２とＥＬＩＴアレイ２０５のＥＬＩＴ２０２、２０４、２０６のそれぞれのイオン取込開口ＡＩ１－ＡＩ３との間に動作可能に結合されるイオン・ステアリング・アレイ２０８の実施形態が示されている。イオン・ソース１２は、例として、図１および／または図５に関して説明したものであり、イオンを生成し、イオン開口ＩＡを介してイオン・ステアリング・アレイ２０８へ供給するように構成される。イオン・ステアリング電圧源ＶＳＴは、プロセッサ２１０とイオン・ステアリング・アレイ２０８との間でそれらへ動作可能に結合される。後に詳細に説明するが、プロセッサ２１０は、例として、イオン・ステアリング電圧源ＶＳＴを制御して、それによりイオン・ステアリング・アレイ２０８に、イオン・ソース１２のイオン開口ＩＡからそれぞれの取込開口ＡＩ１－ＡＩ３を介してＥＬＩＴ２０２、２０４、２０６へと出て行くイオンを選択的にステアリングおよびガイドさせるように、構成、即ち、プログラムされる。プロセッサ２１０は、更に、電圧源Ｖ１－Ｖ６を制御するように構成、即ち、プログラムされて、それによりＥＬＩＴ２０２、２０４、２０６のイオン・ミラーＭ１－Ｍ６がイオン透過モードとイオン反射モードとの間で選択的に切り替わるようにさせて、それによりＥＬＩＴ２０２、２０４、２０６のそれぞれで少なくとも１つのイオンをトラップするようにさせ、次に、そのようなイオンを、ＥＬＩＴ２０２、２０４、２０６のイオン・ミラーＭ１／Ｍ２、Ｍ３／Ｍ４、およびＭ５／Ｍ６のそれぞれの間でそれぞれの電荷検出シリンダＣＤ１－ＣＤ３を通って前後に振動させて、以前に説明したようにそれぞれの電荷前置増幅器ＣＰ１－ＣＰ３により検出されたイオン電荷検出イベントを測定および記録するようにさせる。
[0079] イオン・ステアリング・アレイ２０８は、例として、２つの分離した平面状基板のそれぞれに配された４つの導電パッドの組Ｐ１－Ｐ４、Ｐ５－Ｐ８、およびＰ９－Ｐ１２を３つ含み、平面状基板の１つにある導電パッドＰ１－Ｐ１２のそれぞれは、別のほうの基板にある導電パッドのそれぞれのものとアライメントされて対向するようにされる。図６に例示する実施形態では、基板２２０のうちの１つのもののみが示されている。
[0080] ここで図７Ａ－７Ｃを参照すると、イオン・ステアリング・アレイ２０８の一部が示されており、望まれる位置へイオンを選択的にステアリングするための、その制御および動作が例示されている。図７Ｂおよび７Ｃの例で示されるように、イオン・ステアリング２０８の例示の部分の電圧ＤＣ１－ＤＣ４が制御されて、それにより、イオン・ソース１２のイオン開口ＩＡから矢印Ａで示される方向に出て行くイオンが、約９０度方向を変えてＥＬＩＴ２０２のイオン取込開口ＡＩ１とアライメントされた、即ち、共線上にある経路に沿って送られるようにされる。図には例示されていないが、任意の数の従来の平面状イオン・カーペットおよび／または他の従来のイオン・フォーカシング構造を用いて、イオン・ソースのイオン開口ＩＡから出て行くイオン軌道を焦点合わせすること、および／またはイオン・ステアリング・アレイ２０８により選択的に変更されるイオン軌道をＥＬＩＴ２０２、２０４、２０６のそれぞれのイオン取込開口ＡＩ１－ＡＩ３とアライメントすることができる。
[0081] 特に図７Ａを参照すると、４つの実質的に同じで間隔を空けられた導電パッドＰ１１－Ｐ４１のパターンが、１つの基板２２０の内側の主な面２２０Ａに形成され、基板２２０はこの反対の外側の主な面２２０Ｂも有し、また、４つの実質的に同じで間隔を空けられた導電パッドＰ１２－Ｐ４２の実質的に同じパターンが、別の基板２２２の内側の主な面２２２Ａに形成され、基板２２２はこの反対の外側の面２２２Ｂも有する。基板２２０、２２２の内側面２２０Ａ、２２２Ａは、一般に平行の関係で間隔が空けられ、導電パッドＰ１１－Ｐ４１は、導電パッドＰ１２－Ｐ４２の個々のものの上に並置される。間隔が空けられた基板２２０、２２２の内側の主な面２２０Ａ、２２２Ａは、例として、それらの間に距離ＤＰの幅のチャンネルまたは空間２２５を定める。１つの実施形態では、チャンネル２２５の幅ＤＰは約５ｃｍであるが、他の実施形態では距離ＤＰは５ｃｍより長く又は短くすることができる。何れの場合にしても、基板２２０、２２２が共になってイオン・ステアリング・アレイ２０８の例示の部分を構成する。
[0082] 対向するパッドの対Ｐ３１、Ｐ３２およびＰ４１、Ｐ４２は、対向するパッドの対Ｐ１１、Ｐ１２およびＰ２１、Ｐ２２の上流側にあり、対向するパッドの対Ｐ１１、Ｐ１２およびＰ２１、Ｐ２２は、逆に、対向するパッドの対Ｐ４１、Ｐ４２およびＰ３１、Ｐ３２の下流側にある。この点に関して、チャンネル２２５を通っての「不変更のイオン移動の方向」は、ここで用いられる用語としては、「上流」のことであり、一般に、イオン・ソース１２から出て行くイオンの方向Ａと平行である。基板２２０、２２２の横の縁部２２０Ｃ、２２２Ｃはアライメントされ、反対側の横の縁部２２０Ｄ、２２２Ｄも同様にされ、「変更されたイオン移動の方向」は、ここで用いられる用語としては、アライメントされた縁部２２０Ｃ、２２２Ｃからアライメントされた縁部２２０Ｄ、２２２Ｄの方へのことであり、一般に、そのようなアライメントされた縁部２２０Ｃ、２２２Ｃおよび２２０Ｄ、２２２Ｄに対して直角である。
[0083] 図６に例示する実施形態では、イオン・ステアリング電圧源ＶＳＴは、例として、少なくとも１２の切り替え可能なＤＣ電圧を作り出すように構成され、それぞれの電圧は、それぞれの対向する導電パッドＰ１－Ｐ１２の対へ動作可能に接続される。１２のＤＣ電圧のうちの４つのものＤＣ１－ＤＣ４が図７Ａに例示されている。第１ＤＣ電圧ＤＣ１は、並置された導電パッドＰ１１、Ｐ１２のそれぞれへ電気的に接続され、第２ＤＣ電圧ＤＣ２は、並置された導電パッドＰ２１、Ｐ２２のそれぞれへ電気的に接続され、第３ＤＣ電圧ＤＣ３は、並置された導電パッドＰ３１、Ｐ３２のそれぞれへ電気的に接続され、第４ＤＣ電圧ＤＣ４は、並置された導電パッドＰ４１、Ｐ４２のそれぞれへ電気的に接続される。例示の実施形態では、ＤＣ電圧ＤＣ１－ＤＣ１２のそれぞれは、例えば、プロセッサ２１０を介して、および／または電圧源ＶＳＴのプログラミングを介して、独立的に制御されるが、別の実施形態ではＤＣ電圧ＤＣ１－ＤＣ１２のうちの２以上のものをグループとして制御することができる。何れにしても、電圧ＤＣ１－ＤＣ１２はＤＣ電圧として例示され開示されているが、この開示は他の実施形態も考えており、それらでは、電圧源ＶＳＴは、代替的に又は更に、例えば、１以上のＲＦ電圧などのような任意の数のＡＣ電圧を作り出し、任意の１以上のそのようなＡＣ電圧を、導電パッドの対応するもの又は対へ、および／または１以上のイオン・カーペットまたは他のイオン・フォーカシング構造へ、これらを含む実施形態において、供給するように、構成される。
[0084] ここで図７Ｂおよび７Ｃを参照し、例として図７Ａおよび７Ｂの４つの対向する導電パッドの対Ｐ１１／Ｐ１２、Ｐ２１／Ｐ２２、Ｐ３１／Ｐ３２、およびＰ４１／Ｐ４２を用いて、図６に例示するイオン・ステアリング・チャンネル・アレイ２０８の動作を説明する。図６の基板２２０に例示された４つの導電パッドＰ５－Ｐ８および４つの導電パッドＰ９－Ｐ１２も、同様に、それぞれが、基板２２０、２２２のそれぞれの内側面２２０Ａ、２２２Ａに配された対向するアライメントされ並置された導電パッド対を構成すること、および導電パッドの４つの対向する対のそのような組のそれぞれが、電圧源ＶＳＴにより作り出されるそれぞれの切り替え可能ＤＣ（および／またはＡＣ）電圧ＤＣ５－ＤＣ１２により制御可能であることは、理解されるであろう。何れの場合にしても、例示を明確にするために図７Ｂおよび７ＣではＤＣ電圧ＤＣ１－ＤＣ４を省略しており、その代わりに、電圧源ＶＳＴにより作り出され、接続される導電パッドの対Ｐ１１／Ｐ１２、Ｐ２１／Ｐ２２、Ｐ３１／Ｐ３２、およびＰ４１／Ｐ４２へ印加されるＤＣ電圧ＤＣ１－ＤＣ４は、グラフィック的に表されている。特に図７Ｂを参照すると、イオン・ステアリング・アレイ２０８の例示の部分は、基準電圧ＶＲＥＦが導電パッド対Ｐ１１／Ｐ１２、Ｐ２１／Ｐ２２のそれぞれへ印加され、ＶＲＥＦより小さい電位－ＸＶが導電パッド対Ｐ３１／Ｐ３２およびＰ４１／Ｐ４２のそれぞれへ印加されている状態が、示されている。例として、ＶＲＥＦは、正または負、またはゼロの電圧、例えば、グランド電位とすることができ、－ＸＶは、ＶＲＥＦより小さい正、負、またはゼロ電圧の任意の電圧とすることができ、図７Ｂに示すように電場Ｅ１を確立するようにし、この電場Ｅ１は、基板２２０、２２２の側部２２０Ｃ／２２２Ｃおよび２２０Ｄ／２２２Ｄと平行であり、不変更のイオン移動の方向、即ち、下流側の導電パッド対Ｐ１１／Ｐ１２、Ｐ２１／Ｐ２２から上流側の導電パッド対Ｐ３１／Ｐ３２およびＰ４１／Ｐ４２の方へ延びる。図７Ｂに例示するように確立された電場Ｅ１がある場合、イオン・ソース１２からイオン開口ＩＡを介して出て行くイオンＡは、下流側の導電パッド対Ｐ１１／Ｐ１２、Ｐ２１／Ｐ２２の間のチャンネル２２５へ入り、不変更のイオン移動の方向２３０に沿って電場Ｅ１によりステアリングまたはガイド（または方向付け）され、不変更のイオン移動の方向２３０は、電場Ｅ１と同じ方向であり、イオン・ソース１２のイオン開口ＩＡとアライメント、即ち、共線上にあるものとされる。そのようなイオンＡは、例として、図７Ｂに示すように、不変更の移動の方向に沿ってチャンネル２２５を通ってガイドされる。
[0085] ここで特に図７Ｃを参照すると、イオンＡの方向を、図７Ｂに示す不変更のイオン移動の方向から変更されたイオン移動の方向へと変えることが望まれる場合、電圧源ＶＳＴにより作り出されるＤＣ電圧ＤＣ１、ＤＣ３が切り替えられて、基準電圧ＶＲＥＦが導電パッド対Ｐ２１／Ｐ２２、Ｐ３１／Ｐ３２のそれぞれへ印加され、ＶＲＥＦより小さい電位－ＸＶが導電パッド対Ｐ１１／Ｐ１２およびＰ４１／Ｐ４２のそれぞれへ印加されて、それにより図７Ｃに示すように電場Ｅ２が確立されるようにし、電場Ｅ２は、基板２２０、２２２の側部２２０Ｃ／２２２Ｃおよび２２０Ｄ／２２２Ｄに対して直角であり、不変更のイオン移動の方向、即ち、基板２２０、２２２の側部２２０Ｃ／２２２Ｃから基板２２０、２２の側部２２０Ｄ／２２２Ｄの方へ延びる。図７Ｃに例示するように確立された電場Ｅ２がある場合、イオン・ソース１２からイオン開口ＩＡを介して出て行くイオンＡは、変更されたイオン移動の方向２４０に沿って電場Ｅ２によりステアリングまたはガイド（または方向付け）され、変更されたイオン移動の方向２４０は、電場Ｅ２と同じ方向であり、イオン・ソース１２のイオン開口ＩＡとアライメント、即ち、共線上にあるものとされる。そのようなイオンＡは、例として、図７Ｃに示すように、導電パッド対Ｐ１１／Ｐ１２、Ｐ４１／Ｐ４２の間の、不変更の移動の方向に沿って、チャンネル２２５を通ってガイドされる。幾つかの実施形態では、１以上の従来のイオン・カーペットおよび／または他の従来のイオン・フォーカシング構造を用いて、イオンを、図７Ｃに例示するイオン軌道２４０に沿うように制限することができる。
[0086] 再び図６を参照すると、メモリ２１２に格納される命令は、例として、図１－４Ｂに関して以前に説明したようにプロセッサ２１０がそれぞれのイオン電荷検出情報をメモリ２１２に記録するときに、プロセッサ２１０により実行されると、プロセッサ２１０が、電圧ＤＣ１－ＤＣ１２を選択的に生成し切り替えるようにイオン・ステアリング電圧源ＶＳＴを制御するようにさせて、イオンをイオン・ステアリング・アレイ２０８に沿ってガイドし、続いて少なくとも１つのイオンを各ＥＬＩＴ２０２、２０４、２０６の各イオン取込開口ＡＩ１－ＡＩ３へ送るようにし、また、電圧源Ｖ１－Ｖ６を、それらにより作り出されるＤＣ電圧を選択的に生成し切り替えるように制御するようにさせて、それにより、それぞれのイオン・ミラーＭ１－Ｍ６を、そのイオン透過モードとイオン反射モードとの間で制御して、イオン・ステアリング・アレイ２０８により各ＥＬＩＴ２０２、２０４、２０６へガイドされた少なくとも１つのイオンをトラップし、次に、それぞれのトラップされたイオン（１以上）が各ＥＬＩＴ２０２、２０４、２０６のそれぞれのイオン・ミラーＭ１－Ｍ６の間で前後に振動するようにする命令を含む。図８Ａ－８Ｆを補助的に用いて、そのようなプロセスの一例を、１以上の正の電荷のイオンに対して作用するものとして説明するが、代替的にプロセス１００が１以上の負の電荷のイオンに対して作用し得ることは理解されるであろう。以下の説明では、導電パッドＰ１－Ｐ１２の特定の１以上のものについての参照は、図７Ａに関しての例で示されたそれぞれの基板２２０、２２２の内側面２２０Ａ、２２２Ａに配された対向し並置され間隔を空けられた導電パッドの対を参照するものと理解され、導電パッドＰ１－Ｐ１２の特定の１以上のものに印加される電圧についての参照は、図７Ｂおよび７Ｃに関しての例で示されたこのような対向し並置され間隔を空けられた導電パッドの対のそれぞれへ印加されているものと理解されるであろう。更に、図８Ａ－８Ｆに例示するＤＣ電圧ＶＲＥＦは、任意の正または負の電圧、またはゼロの電圧、例えば、グランド電位とすることができること、および図８Ａ－８Ｆに例示する－ＸＶは、ＶＲＥＦより小さい正、負、またはゼロ電圧の任意の電圧とすることができ、図７Ｂおよび７Ｃに示すようにチャンネル２２５内に対応する電場を確立するようにし、この電場は、ＶＲＥＦに制御された導電パッドから－ＸＶに制御された導電パッドへの方向に延びる、ということが理解されるであろう。
[0087] 図８Ａを参照すると、プロセッサ２１０は、電圧源ＶＳＴを制御して、－ＸＶをパッドＰ５－Ｐ７のそれぞれへ印加し、電圧ＶＲＥＦをパッドＰ１－Ｐ４のそれぞれへ印加するように、動作可能である。幾つかの実装では、ＶＳＴは、図８Ａに示すようにパッドＰ９－Ｐ１２のそれぞれへＶＲＥＦを印加するが、別の実装では、ＶＳＴを、パッドＰ９－Ｐ１２のそれぞれへ－ＸＶを印加するように制御することができる。何れの場合でも、このような電圧を適用した結果としてイオン・ステアリング・アレイ２０８のチャンネル２２５内で得られる電場は、例示したイオン軌道２５０に沿った不変更のイオン移動の方向に、チャンネル２２５を通して、イオン・ソース１２のイオン開口ＩＡから出て行くイオンを引き出す。
[0088] 図８Ｂを参照すると、プロセッサ２１０は、続いて、電圧源ＶＳＴを制御して、パッドＰ２およびＰ４へ印加される電圧を－ＸＶに切り替え、他には、Ｐ１、Ｐ３、およびＰ５－Ｐ１２で前に印加された電圧を維持するように、動作可能である。このような切り替えられた電圧を適用した結果としてイオン・ステアリング・アレイ２０８のチャンネル２２５で確立された電場は、前にイオン・ソース１２から図８Ａに例示したイオン軌道２５０に沿った不変更のイオン移動の方向へ移動していたイオンを、イオン軌道２５２に沿った変更されたイオン移動の方向に沿ってＥＬＩＴ２０２のＭ１のイオン取込開口ＡＩ１の方へ、ステアリングする。この切り替えと同時に又はこれの前に又は後に、プロセッサ２１０は、電圧源Ｖ１およびＶ２を制御して、例えば、図１－２Ｂに関して説明したように、イオン・ミラーＭ１およびＭ２の双方をそれらのイオン透過モードで動作させる電圧を作り出させるように、動作可能である。結果として、イオン軌道２５２に沿ってイオン・ステアリング・アレイ２０８のチャンネル２２５を通って移動するイオンは、図８Ｂに示すイオン軌道２５２により例示されるように、Ｍ１を通るＥＬＩＴ２０２の取込開口ＡＩ１内へ向けられ、イオン・ミラーＭ１およびＭ２のそれぞれに確立されたイオン透過フィールドにより、Ｍ１を通り、電荷検出シリンダＣＤ１を通り、Ｍ２を通るように透過させられる。幾つかの実施形態では、１以上の従来のイオン・カーペットおよび／または他の従来のイオン・フォーカシング構造をイオン・ステアリング・アレイ２０８とＥＬＩＴ２０２のイオン・ミラーＭ１との間に動作可能に配して、イオン軌道２５２に沿って移動するイオンをＥＬＩＴ２０２のイオン取込開口ＡＩ１内へ向けることができる。何れの場合にしても、プロセッサ２１０は、この後の或る点で、Ｖ２を制御して、例えば、図１－２Ｂに関して説明したように、イオン・ミラーＭ２をイオン透過モードの動作からイオン反射モードの動作へと切り替えさせて、イオンをＭ１の方へ反射して戻させるようにする電圧を作り出させるように、動作可能である。Ｍ２のこの切り替えのタイミングは、例として、ＥＬＩＴ２０２の動作が、プロセッサ２１０により、図３に関して説明したランダム・トラッピング・モードで制御されているか又はトリガ・トラッピング・モードで制御されているかに依存する。
[0089] 図８Ｃを参照すると、プロセッサ２１０は、続いて、電圧源Ｖ１を制御して、イオン・ミラーＭ１をイオン透過モードからイオン反射モードの動作へ切り替えさせる電圧を作り出すように、動作可能である。Ｍ１のこの切り替えのタイミングは、例として、ＥＬＩＴ２０２の動作が、プロセッサ２１０により、図３に関して説明したランダム・トラッピング・モードで制御されているか又はトリガ・トラッピング・モードで制御されているかに依存するが、何れの場合でも、Ｍ１のイオン反射モードへの切り替えは、図８Ｃに示すイオン軌道２５２により例示するように、ＥＬＩＴ２０２内に少なくとも１つのイオンをトラップする。少なくとも１つのそのようなイオンがＥＬＩＴ２０２内にトラップされ、Ｍ１とＭ２との双方がそれらのイオン反射モードで動作するように電圧源Ｖ１およびＶ２によりそれぞれ制御されると、図３に関して以前に説明したように、ＥＬＩＴ２０２内にトラップされたイオン（１以上）は、イオン・ミラーＭ１とＭ２との間で前後に振動し、電荷検出シリンダＣＤ１を通過して対応する電荷をそれに誘導するたびに、これは電荷前置増幅器ＣＰ１により検出されてプロセッサ２１０によりメモリ２１２に記録される。
[0090] 前述のＥＬＩＴ２０２の制御と同時に又はそれに続いて、そして、イオン（１以上）がＥＬＩＴ２０２内でイオン・ミラーＭ１、Ｍ２の間で前後に振動していると、プロセッサ２１０は、ＶＳＴを制御して、図８Ｃに示すように、パッドＰ２およびＰ４へ印加される電圧をＶＲＥＦへ戻すように切り替え、パッドＰ５－Ｐ８へ印加される電圧を－ＸＶからＶＲＥＦへ切り替え、パッドＰ９－Ｐ１２へ印加される電圧をＶＲＥＦから－ＸＶへ切り替えさせるように、動作可能である。そのような電圧を適用した結果としてイオン・ステアリング・アレイ２０８のチャンネル２２５に生じる電場は、再び、例示のイオン軌道２５０に沿った不変更のイオン移動の方向にチャンネル２２５を通る、イオン・ソース１２のイオン開口ＩＡから出て行くイオンを引き出す。
[0091] ここで図８Ｄを参照すると、プロセッサ２１０は、続いて、電圧源ＶＳＴを制御して、パッドＰ６およびＰ８へ印加される電圧を－ＸＶへと切り替え、他には、Ｐ１－Ｐ４、Ｐ５、Ｐ７、およびＰ９－Ｐ１２で前に印加された電圧を維持するように、動作可能である。このような切り替えられた電圧を適用した結果としてイオン・ステアリング・アレイ２０８のチャンネル２２５内で確立された電場は、前にイオン・ソース１２から図８Ｃに例示したイオン軌道２５０に沿った不変更のイオン移動の方向へ移動していたイオンを、イオン軌道２５４に沿った変更されたイオン移動の方向に沿ってＥＬＩＴ２０４のＭ２のイオン取込開口ＡＩ２の方へ、ステアリングする。この切り替えと同時に又はこの前に又は後に、プロセッサ２１０は、電圧源Ｖ３およびＶ４を制御して、イオン・ミラーＭ３およびＭ４の双方をそれらのイオン透過モードで動作させる電圧を作り出させるように、動作可能である。結果として、イオン軌道２５４に沿ってイオン・ステアリング・アレイ２０８のチャンネル２２５を通って移動するイオンは、図８Ｄに示すイオン軌道２５４により例示されるように、Ｍ３を通るＥＬＩＴ２０４の取込開口ＡＩ２内へ向けられ、イオン・ミラーＭ３およびＭ４のそれぞれに確立されたイオン透過フィールドにより、Ｍ３を通り、電荷検出シリンダＣＤ２を通り、Ｍ４を通るように透過させられる。幾つかの実施形態では、１以上の従来のイオン・カーペットおよび／または他の従来のイオン・フォーカシング構造をイオン・ステアリング・アレイ２０８とＥＬＩＴ２０４のイオン・ミラーＭ３との間に動作可能に配して、イオン軌道２５４に沿って移動するイオンをＥＬＩＴ２０４のイオン取込開口ＡＩ２内へ向けることができる。何れの場合にしても、プロセッサ２１０は、この後の或る点で、Ｖ４を制御して、イオン・ミラーＭ４をイオン透過モードの動作からイオン反射モードの動作へと切り替えさせて、イオンをＭ３の方へ反射して戻させるようにする電圧を作り出させるように、動作可能である。Ｍ４のこの切り替えのタイミングは、例として、ＥＬＩＴ２０４の動作が、プロセッサ２１０により、図３に関して説明したランダム・トラッピング・モードで制御されているか又はトリガ・トラッピング・モードで制御されているかに依存する。
[0092] 図８Ｄに例示した動作状態に続いて、プロセッサ２１０は、図８Ｃに関して説明したのと同様に、電圧源Ｖ３を制御して、イオン・ミラーＭ３をイオン透過モードからイオン反射モードの動作へ切り替えさせる電圧を作り出させるように、動作可能である。Ｍ３のこの切り替えのタイミングは、例として、ＥＬＩＴ２０４の動作が、プロセッサ２１０により、図３に関して説明したランダム・トラッピング・モードで制御されているか又はトリガ・トラッピング・モードで制御されているかに依存するが、何れの場合でも、Ｍ３のイオン反射モードへの切り替えは、図８Ｅに示すイオン軌道２５４により例示するように、ＥＬＩＴ２０４内に少なくとも１つのイオンをトラップする。少なくとも１つのそのようなイオンがＥＬＩＴ２０４内にトラップされ、Ｍ３とＭ４との双方がそれらのイオン反射モードで動作するように電圧源Ｖ３およびＶ４によりそれぞれ制御されると、図３に関して以前に説明したように、ＥＬＩＴ２０４内にトラップされたイオン（１以上）は、イオン・ミラーＭ３とＭ４との間で前後に振動し、電荷検出シリンダＣＤ２を通過して対応する電荷をそれに誘導するたびに、これは電荷前置増幅器ＣＰ２により検出されてプロセッサ２１０によりメモリ２１２に記録される。図８Ｅに例示する動作状態では、イオンは、ＥＬＩＴ２０２および２０４のそれぞれの中で同時に前後に移動し、電荷前置増幅器ＣＰ１およびＣＰ２のそれぞれから取られるイオン電荷／タイミング測定値は、従って、プロセッサ２１０により同時に収集され格納される。
[0093] 図８Ｅに関しての前述のＥＬＩＴ２０４の制御と同時に又はそれに続いて、そして、イオン（１以上）がＥＬＩＴ２０２および２０４のそれぞれの中で同時に振動していると、プロセッサ２１０は、ＶＳＴを制御して、パッドＰ６およびＰ８へ印加される電圧をＶＲＥＦへ戻すように切り替え、それによりパッドＰ１－Ｐ１２が図８Ｃに例示する電圧へと制御されるようにする。そのような電圧を適用した結果としてイオン・ステアリング・アレイ２０８のチャンネル２２５に生じる電場は、再び、図８Ｃに例示するように、例示のイオン軌道２５０に沿った不変更のイオン移動の方向にチャンネル２２５を通る、イオン・ソース１２のイオン開口ＩＡから出て行くイオンを引き出す。その後、プロセッサ２１０は、電圧源ＶＳＴを制御して、パッドＰ９およびＰ１１へ印加される電圧をＶＲＥＦへと切り替え、他には、Ｐ１－Ｐ８、Ｐ５、およびＰ１１－Ｐ１２で前に印加された電圧を維持するように、動作可能である。このような切り替えられた電圧を適用した結果としてイオン・ステアリング・アレイ２０８のチャンネル２２５内で確立された電場は、前にイオン・ソース１２から図８Ｃに例示したイオン軌道２５０に沿った不変更のイオン移動の方向へ移動していたイオンを、イオン軌道２５６に沿った変更されたイオン移動の方向に沿ってＥＬＩＴ２０６のＭ５のイオン取込開口ＡＩ３の方へ、ステアリングする。この切り替えと同時に又はこれの前に又は後に、プロセッサ２１０は、電圧源Ｖ５およびＶ６を制御して、イオン・ミラーＭ５およびＭ６の双方をそれらのイオン透過モードで動作させる電圧を作り出させるように、動作可能である。結果として、イオン軌道２５３に沿ってイオン・ステアリング・アレイ２０８のチャンネル２２５を通って移動するイオンは、図８Ｅに示すイオン軌道２５６により例示されるように、Ｍ５を通るＥＬＩＴ２０６の取込開口ＡＩ３内へ向けられ、イオン・ミラーＭ５およびＭ６のそれぞれに確立されたイオン透過フィールドにより、Ｍ５を通り、電荷検出シリンダＣＤ３を通り、Ｍ６を通るように透過させられる。幾つかの実施形態では、１以上の従来のイオン・カーペットおよび／または他の従来のイオン・フォーカシング構造をイオン・ステアリング・アレイ２０８とＥＬＩＴ２０６のイオン・ミラーＭ５との間に動作可能に配して、イオン軌道２５６に沿って移動するイオンをＥＬＩＴ２０６のイオン取込開口ＡＩ３内へ向けることができる。
[0094] 何れの場合にしても、プロセッサ２１０は、この後の或る点で、Ｖ６を制御して、イオン・ミラーＭ６をイオン透過モードの動作からイオン反射モードの動作へと切り替えさせて、イオンをＭ５の方へ反射して戻させるようにする電圧を作り出させるように、動作可能である。Ｍ６のこの切り替えのタイミングは、例として、ＥＬＩＴ２０６の動作が、プロセッサ２１０により、図３に関して説明したランダム・トラッピング・モードで制御されているか又はトリガ・トラッピング・モードで制御されているかに依存する。その後、プロセッサ２１０は、図８Ｃに関して説明したのと同様に、電圧源Ｖ５を制御して、イオン・ミラーＭ５をイオン透過モードからイオン反射モードの動作へ切り替えさせる電圧を作り出させるように、動作可能である。Ｍ５のこの切り替えのタイミングは、例として、ＥＬＩＴ２０６の動作が、プロセッサ２１０により、図３に関して説明したランダム・トラッピング・モードで制御されているか又はトリガ・トラッピング・モードで制御されているかに依存するが、何れの場合でも、Ｍ５のイオン反射モードへの切り替えは、図８Ｆに示すイオン軌道２５６により例示するように、ＥＬＩＴ２０６内に少なくとも１つのイオンをトラップする。少なくとも１つのそのようなイオンがＥＬＩＴ２０６内にトラップされ、Ｍ５とＭ６との双方がそれらのイオン反射モードで動作するように電圧源Ｖ５およびＶ６によりそれぞれ制御されると、図３に関して以前に説明したように、ＥＬＩＴ２０６内にトラップされたイオン（１以上）は、イオン・ミラーＭ５とＭ６との間で前後に振動し、電荷検出シリンダＣＤ３を通過して対応する電荷をそれに誘導するたびに、これは電荷前置増幅器ＣＰ３により検出されてプロセッサ２１０によりメモリ２１２に記録される。図８Ｆに例示する動作状態では、イオンは、ＥＬＩＴ２０２、２０４、および２０６のそれぞれの中で同時に前後に移動し、電荷前置増幅器ＣＰ１、ＣＰ２、およびＣＰ３のそれぞれから取られるイオン電荷／タイミング測定値は、従って、プロセッサ２１０により同時に収集され格納される。
[0095] また、図８Ｆに例示されているように、前述のＥＬＩＴ２０６の制御と同時に又はそれに続いて、そして、イオン（１以上）がＥＬＩＴ２０２、２０４、および２０６のそれぞれの中で同時に振動していると、プロセッサ２１０は、ＶＳＴを制御して、パッドＰ５－Ｐ８へ印加される電圧を－ＸＶに切り替え、パッドＰ１０およびＰ１２へ印加される電圧をＶＲＥＦへ切り替え（またはパッドＰ９およびＰ１１へ印加される電圧を－ＸＶへ切り替え）、それによりパッドＰ１－Ｐ１２が図８Ａに例示する（または図８Ａに関して説明した）電圧へと制御されるようにする。そのような電圧を適用した結果としてイオン・ステアリング・アレイ２０８のチャンネル２２５に生じる電場は、再び、図８Ａに例示するように、例示のイオン軌道２５０に沿った不変更のイオン移動の方向にチャンネル２２５を通る、イオン・ソース１２のイオン開口ＩＡから出て行くイオンを引き出す。
[0096] 例えば、図３に例示するプロセス１００のステップ１２６に関して前述したように、ＥＬＩＴ２０２、２０４、および２０６のそれぞれで、合計イオン・サイクル測定時間または合計測定サイクル回数だけイオンが前後に振動した後に、プロセッサ２１０は、電圧源Ｖ１－Ｖ６を制御して、イオン・ミラーＭ１－Ｍ６のそれぞれをイオン透過モードへ切り替えさせて、その中にトラップされたイオンが、イオン放出開口ＡＯ１－ＡＯ２を介してＥＬＩＴ２０２、２０４、および２０６のそれぞれから出て行くように、動作可能である。次に、イオン質量検出システム２００の動作は、例として、図８Ｂに関しての前述のものへ戻る。同時に、または別の都合の良い時に、記録されたイオン電荷／タイミング測定値を集めたものは、例えば、図３に例示するプロセス１００のステップ１４０に関して説明したように、プロセッサ２１０により処理されて、ＥＬＩＴ２０２、２０４、２０６のそれぞれのものにより処理されたイオンの質量が決定される。
[0097] 限定ではないが、ＥＬＩＴ２０２、２０４、２０６の寸法、ＥＬＩＴ２０２、２０４、２０６のそれぞれを通るイオンの振動の１又は複数の周波数、およびＥＬＩＴ２０２、２０４、２０６のそれぞれにおける合計測定サイクル数／合計イオン・サイクル測定時間を含む多くのファクタに依存して、イオンは、ＥＬＩＴ２０２、２０４、および２０６の少なくとも２つの中で同時に前後に振動することができ、電荷前置増幅器ＣＰ１、ＣＰ２、およびＣＰ３のそれぞれのものから取られたイオン電荷／タイミング測定値は、従って、プロセッサ２１０により同時に収集して格納することができる。図８Ｆに例示する実施形態では、例えば、イオンは、ＥＬＩＴ２０２、２０４、および２０６の少なくとも２つの中で同時に前後に振動し、電荷前置増幅器ＣＰ１、ＣＰ２、およびＣＰ３のそれぞれから取られたイオン電荷／タイミング測定値は、従って、プロセッサ２１０により同時に収集され格納される。別の実施形態では、ＥＬＩＴ２０２の合計測定サイクル数または合計イオン・サイクル測定時間は、上述のようにＥＬＩＴ２０６内に少なくとも１つのイオンがトラップされる前に終了し得る。そのような場合、プロセッサ２１０は、電圧源Ｖ１およびＶ２を制御して、イオン・ミラーＭ１およびＭ２をそれらの透過動作モードへ切り替えることができ、それにより、その中で振動するイオン（１以上）が、少なくとも１つのイオンがＥＬＩＴ２０６内で振動するようにされる前に、ミラーＭ２を通って出て行くようにする。そのような実施形態では、イオンがＥＬＩＴ２０２、２０４、および２０６の全ての中で同時に前後に振動しないようにでき、任意の一時にＥＬＩＴ２０２、２０４、および２０６の少なくとも２つの中で同時に前後に振動するようにできる。
[0098] ここで図９を参照すると、制御および測定のコンポーネントが接続された静電リニア・イオン・トラップ（ＥＬＩＴ）アレイ３０２の更に別の実施形態を含むイオン質量検出システム３００が示されている。例示の実施形態では、ＥＬＩＴアレイ３０２は、３つの個別のＥＬＩＴ Ｅ１－Ｅ３を含み、それぞれは、図６に例示したＥＬＩＴ２０２、２０４、２０６と同じように構成されている。図９に例示する実施形態では、電圧源Ｖ１は、例として、図１－２Ｂに例示する電圧源Ｖ１と構造および機能が同じであり、ＥＬＩＴ Ｅ１－Ｅ３のそれぞれのイオン・ミラーＭ１へ動作可能に結合され、別の電圧源Ｖ２は、例として、図１－２Ｂに例示する電圧源Ｖ４と構造および機能が同じであり、ＥＬＩＴ Ｅ１－Ｅ３のそれぞれのイオン・ミラーＭ２へ動作可能に結合される。代替の実施形態では、ＥＬＩＴ Ｅ１－Ｅ３の２以上のもののイオン・ミラーＭ１を、１つのイオン・ミラーへとマージすることができ、且つ／又はＥＬＩＴ Ｅ１－Ｅ３の２以上のもののイオン・ミラーＭ２を、１つのイオン・ミラーへとマージすることができる。何れの場合にしても、電圧源Ｖ１、Ｖ２はプロセッサ３０４へ電気的に結合され、３つの電荷前置増幅器ＣＰ１－ＣＰ３が、プロセッサ３０４と、ＥＬＩＴ Ｅ１－Ｅ３のそれぞれのもののそれぞれの電荷検出シリンダＣＤ１－ＣＤ３と間に電気的に結合される。メモリ３０６は、例として、命令を含み、この命令がプロセッサ３０４により実行されると、プロセッサ３０４は、下記で説明するようにＥＬＩＴ Ｅ１－Ｅ３の動作を制御するために電圧源Ｖ１およびＶ２を制御するようにされる。例として、プロセッサ３０４は、図１に関して前述した１以上の周辺デバイス２０と同じであり得る１以上の周辺デバイス３０８へ、動作可能に結合される。
[0099] イオン質量検出システム３００が、構造および動作について前述したイオン・ステアリング・アレイ２０８へ動作可能に結合されるイオン・ソース１２を含むという点で、イオン質量検出システム３００は、幾つかの点でイオン質量検出システム２００と同じである。メモリ３０６に格納された命令は、例として、更に命令を含み、この命令がプロセッサ３０４により実行されると、プロセッサ３０４は、前述のようにイオン・ステアリング・アレイ電圧源ＶＳＴを制御するようにされる。
[00100] 図９に例示する実施形態では、イオン質量検出システム３００は、更に、例として、３つの従来のイオン・トラップＩＴ１－ＩＴ３を含み、それぞれは、個々のイオン取込口ＴＩ１－ＴＩ３と、反対側のイオン放出口ＴＯ１－ＴＯ３とを有する。イオン・トラップＩＴ１は、例として、図９に示すように、導電パッドＰ１－Ｐ４の組とＥＬＩＴ Ｅ１のイオン・ミラーＭ１との間に位置し、ＥＬＩＴ Ｅ１の中央を通って延びる長手軸２４１が、ＩＴ１のイオン取込口ＴＩ１およびイオン放出口ＴＯ１を二分し、かつパッド対Ｐ１／Ｐ２とＰ３／Ｐ４との中央を通るようにされる。似たように、イオン・トラップＩＴ２は、導電パッドＰ５－Ｐ８の組とＥＬＩＴ Ｅ２のイオン・ミラーＭ１との間に位置し、ＥＬＩＴ Ｅ２の中央を通って延びる長手軸２４２が、ＩＴ２のイオン取込口ＴＩ２およびイオン放出口ＴＯ２を二分し、かつパッド対Ｐ５／Ｐ６とＰ７／Ｐ８との中央を通るようにされ、同様に、イオン・トラップＩＴ３は、導電パッドＰ９－Ｐ１２の組とＥＬＩＴ Ｅ３のイオン・ミラーＭ１との間に位置し、ＥＬＩＴ Ｅ３の中央を通って延びる長手軸２４３が、ＩＴ３のイオン取込口ＴＩ３およびイオン放出口ＴＯ３を二分し、かつパッド対Ｐ９／Ｐ１０とＰ１１／Ｐ１２との中央を通るようにされる。イオン・トラップＩＴ１－ＩＴ３のそれぞれは、任意の従来のイオン・トラップとすることができ、その例は、限定ではないが、従来の四重極イオン・トラップ、従来の六重極イオン・トラップなどを含むことができる。
[00101] イオン・トラップ電圧源ＶＩＴは、プロセッサ３０４とイオン・トラップＩＴ１－ＩＴ３のそれぞれとの間に動作可能に結合される。電圧源ＶＩＴは、例として、従来の形でイオン・トラップＩＴ１－ＩＴ３のそれぞれのものの動作を分離して個別に制御するための、適切なＤＣおよびＡＣ、例えば、ＲＦの電圧を作り出すように構成される。
[00102] プロセッサ３０４は、例として、イオン・ステアリング・アレイ電圧源ＶＳＴを制御して、それにより、図８Ａ－８Ｆに関して説明したように、イオン・ソース１２のイオン開口ＩＡから出て行く１以上のイオンを、個々のイオン・トラップＩＴ１－ＩＴ３のそれぞれのイオン取込口ＴＩ１－ＴＩ３内へと順にステアリングさせるように、構成、例えば、プログラムされる。幾つかの実施形態では、１以上の従来のイオン・カーペットおよび／または他のイオン・フォーカシング構造を、イオン・ステアリング・アレイ２０８とイオン・トラップＩＴ１－ＩＴ３の１以上のものとの間に配することができ、イオンを、イオン・ステアリング・アレイ２０８から個々のイオン・トラップＩＴ１－ＩＴ３のイオン取込口ＴＩ１－ＴＩ３内へ向けるようにすることができる。プロセッサ３０４は、更に、イオン・トラップ電圧源ＶＩＴを制御して、それによりイオン・トラップＩＴ１－ＩＴ３のイオン取込口ＴＩ１－ＴＩ３を、その中へイオンを受け入れるように制御するための対応する制御電圧を作り出させるように、および従来のようにイオン・トラップＩＴ１－ＩＴ３を、その中へイオンをトラップまたは閉じ込めるように制御するように、構成、例えば、プログラムすることができる。
[00103] イオン・トラップＩＴ１－ＩＴ３がイオンで満たされているとき、プロセッサ３０４は、ＥＬＩＴ Ｅ１－Ｅ２のイオン・ミラーＭ１およびＭ２をそれらのイオン透過動作モードで動作させるように制御する適切なＤＣ電圧を作り出すように、Ｖ１およびＶ２を制御するように構成、例えば、プログラムすることができ、それにより、その中に含まれる何れのイオンもイオン放出口ＡＯ１－ＡＯ３のそれぞれを介して出て行くようにされる。ここで説明したイオン・ステアリング・アレイ２０８およびイオン・トラップＩＴ１－ＩＴ３の制御を介して、少なくとも１つのイオンがイオン・トラップＩＴ１－ＩＴ３のそれぞれのものの中にトラップされたとき、プロセッサ３０４は、ＥＬＩＴ Ｅ１－Ｅ３のイオン・ミラーＭ２をそれらのイオン反射動作モードで動作するように制御する適切なＤＣ電圧を作り出すようにＶ２を制御するように、構成、例えば、プログラムされる。その後、プロセッサ３０４は、イオン・トラップ電圧源ＶＩＴを制御して、個々のイオン・トラップＩＴ１－ＩＴ３のイオン放出口ＴＯ１－ＴＯ３を同時に開くようにする適切な電圧を作り出すように構成され、それにより、それらの中にトラップされた少なくとも１つのイオンを、それぞれのイオン・ミラーＭ１のそれぞれのイオン取込開口ＡＩ１－ＡＩ３を介して、ＥＬＩＴ Ｅ１－Ｅ３のそれぞれのものへ向けるようにする。プロセッサ３０４が、イオン・トラップＩＴ１－ＩＴ３を同時に開くことに続いての、または電荷前置増幅器ＣＰ１－ＣＰ３のそれぞれによる電荷の検出に続いての、或る時間期間の経過後に、少なくとも１つのイオンがそれぞれのＥＬＩＴ Ｅ１－Ｅ３へ入ったと判断すると、プロセッサ３０４は、電圧源Ｖ１を、ＥＬＴ Ｅ１－Ｅ３のイオン・ミラーＭ１をそれらのイオン反射動作モードで動作するように制御する適切なＤＣ電圧を作り出すように制御するように、動作可能であり、これにより、少なくとも１つのイオンをＥＬＩＴ Ｅ１－Ｅ３のそれぞれの中にトラップする。
[00104] ＥＬＩＴ Ｅ１－Ｅ３のそれぞれのイオン・ミラーＭ１およびＭ２がイオン反射動作モードで動作していると、ＥＬＩＴ Ｅ１－Ｅ３のそれぞれの中の少なくとも１つのイオンは、Ｍ１とＭ２との間で同時に前後に振動し、その各回に電荷検出シリンダＣＤ１－ＣＤ３のそれぞれのものを通過する。電荷検出シリンダＣＤ１－ＣＤ３で誘導された対応する電荷は、それぞれの電荷前置増幅器ＣＰ１－ＣＰ３により検出され、電荷前置増幅器ＣＰ１－ＣＰ３により作り出された電荷検出信号は、プロセッサ３０４によりメモリ３０６に格納され、次に、例えば、図３に例示するプロセス１００のステップ１４０に関して説明したように、プロセッサ３０４により処理されて、ＥＬＩＴ Ｅ１－Ｅ３の個々のものにより処理されたイオンの質量を決定する。
[00105] イオン質量検出システム２００および３００の実施形態は、図６－８Ｆおよび９のそれぞれでは、それぞれが３つのＥＬＩＴを含むものとして例示したが、そのようなシステム２００、３００の一方又は双方が、代替的には、より少ない数、例えば、２、又はより多い数、例えば、４以上、のＥＬＩＴを含むことができることは、理解されるであろう。何れのそのような代替の実施形態における様々なコンポーネントの制御および動作も、一般に、上記の概念に従うものであり、当業者は、任意のそのような実施形態（１以上）を実現するために必要なシステム２００および／またはシステム３００の任意の変更が機械的なステップのみと関係することを認識するであろう。更に、イオン質量検出システム２００および３００の実施形態は、図６－８Ｆおよび９のそれぞれでは、それぞれが例示のイオン・ステアリング・アレイ２０８を含むものとして例示したが、上記のようにイオンをステアリングまたはガイドするために１以上の他のイオン・ガイディング構造を代替的にまたは追加的に使用できること、および任意のそのような代替のイオン・ガイディング構造（１以上）が本開示の範囲内にあると意図されていることが、理解されるであろう。１つの限定ではない例として、ＤＣ四重極ビーム・デフレクタのアレイを、上述のようにイオンをステアリングまたはガイドするために、システム２００、３００の一方または双方とともに用いることができる。そのような実施形態では、また、１以上の集束レンズおよび／またはイオン・カーペットも、イオンを上述のように様々なイオン・トラップへと集束させるために用いることができる。
[00106] ここで図１０を参照すると、図９に例示する装置３００の変形を表す電荷検出質量分析器装置４００の実施形態が示されている。図１０に例示する装置４００では、イオン・ソース領域４０２で生成されたイオンは、イオン・トラップ４１８により捕獲され格納され、次に、イオン・トラップ４１８は、パルス・モードで制御されて、その中に格納したイオンを、イオン質量および電荷検出器４３４へ選択的に供給する。従って、装置４００は、生成されたイオンをイオン・トラップ４１８に捕獲し格納するように、そして次に、イオン・トラップ４１８をパルス様式で制御して、時間圧縮したイオンのパケットをイオン質量および電荷検出器４３４、例えば、単一段の静電リニア・イオン・トラップ（ＥＬＩＴ）４３４の形のものへ、制御可能に供給するように、構成可能であり動作可能である。幾つかの実施形態では、イオン・トラップ４１８のイオン放出口は、検出器４３４のイオン取込口から、その間を移動するイオンがそれらの質量対電荷の値に従って時間的に分離されることを可能とする距離だけ、間隔を空けることができる。そのような実施形態において、イオン・トラップ４１８からのイオンの解放と、検出器４３４でのイオンの捕獲との間の遅延時間を変化させることにより、異なる質量対電荷比のウィンドウまたは範囲を持つイオンをトラップすることができる。幾つかの実施形態では、イオン・フィルタ４２４が、イオン・トラップ４１８と検出器４３４との間に配され、そのような実施形態では、イオン・フィルタ４２４は、質量対電荷比に従って、イオン・トラップ４１８から出て行くイオンをフィルタリングするように制御可能であり、イオン・トラップ４１８により検出器４３４へ供給されるイオンの質量対電荷比または質量対電荷比の範囲を代替的または追加的に選択または制限するようにする。
[00107] 上記で簡単に説明したように、図１０に例示した装置４００は、イオンを生成し、生成したイオンをイオン・トラップ４１８のイオン取込口へ供給するように構成されたイオン・ソース領域４０２を含む。例示の実施形態では、イオン・ソース領域４０２は、毛管４０６を介してソース領域４０８へ結合されたイオン・ソース４０４を含む。幾つかの実施形態では、毛管４０６は、温度制御、例えば、加熱および／または冷却されるものとすることができる。何れの場合も、ソース領域４０８は、ポンプＰ１へ動作可能に結合され、ポンプＰ１は、領域４０８を真空へと制御するように動作可能であり、それにより領域４０８は第１の異なってポンピングされた領域を定める。イオン・ソース４０４は、例として、ソース領域４０４、例えば、大気圧または他の圧力の外側に位置し、イオンをサンプルから毛管４０６を介してイオン・ソース領域４０８へ供給するように構成される。幾つかのそのような実施形態では、イオン・ソース４０４は、従来のエレクトロスプレー・イオン・ソース（ＥＩＳ）である。そのような実施形態では、ＥＳＩソース４０４は、電圧源４５０の出力Ｖ１へ動作可能に結合され、電圧源１５０は、ＥＳＩソース４０４の動作を制御するためにＶ１で適切なＤＣまたは時変信号を作り出すように構成される。何れの場合でも、イオン・ソース４０４によりイオンを生成する元となるサンプルは、例として、生物学的材料であるが、他の実施形態では、サンプルを非生物学的材料とすること又は非生物学的材料を含むものとすることができる。
[00108] 上述のように、イオン・ソース４０４が、第１の異なってポンピングされた領域４０８の外側に位置し、イオンを生成してソース領域４０８へ供給するように動作可能である幾つかの実施形態では、ソース領域４０８は、例として、広い質量分布を持つイオンをイオン・トラップ４１８のイオン取込口へ効率的に送るように構成されるイオン処理インターフェース４１０を含むことができる。幾つかのそのような実施形態では、インターフェース４１０は、例として、ドリフト・チューブ４１２を含むことができ、これは、毛管４０６のイオン放出口端部の近くに又はそこから間隔を空けられて位置する開放端部を有し、また、ドリフト・チューブ４１２の端部から、断面が小さくなったイオン放出口へと先細りになるファンネル領域４１４の一端へ結合される反対側の端部を有する。イオン・カーペット４１６は、ファンネル領域４１４のイオン放出口へ動作可能に結合することができ、それを通りイオン・トラップ４１８のイオン取込口へ結合されるイオン通路を定めることができる。電圧源４５０の少なくとも１つの出力Ｖ２が、インターフェース４１０へ電気的に結合され、Ｋの数のＤＣおよび／または時変の電圧信号をインターフェース４０１へ供給してその動作を制御し、ここでのＫは任意の正の整数とすることができる。装置４００の中央の長手軸Ａは、例として、ここで説明し且つ後に更に説明する様々なイオンの取込口および放出口の中央を通る。これを含む実施形態では、インターフェース４１０は、例として、その中にバーチャル・ジェット・ディスラプタ（virtual jet disrupter）を定め、これは、毛管４０６を通って異なってポンピングされた領域４０８へ入るガス流により生成されたガス・ジェットを乱すように構成され、これによりイオンを熱平衡化し、イオンをイオン・トラップ４１８内へ集中させる。インターフェース４１０の実施形態の構造および動作と関連する更なる詳細は、同時係属中の２０１９年１月１１日に出願された国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１９／０１３２７４号と、２０１９年６月４日に出願された国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１９／０３５３７９号とに例示され説明されており、これらの出願の名称は共に「HYBRID ION FUNNEL-ION CARPET (FUNPET) ATMOSPHERIC PRESSURE INTERFACE FOR CHARGE DETECTION MASS SPECTROMETRY」であり、これらの出願の開示の全体がこの参照によりここに明確に組み込まれる。
[00109] 幾つかの代替の実施形態では、ソース領域４０８がインターフェース４１０を含まないようにもできる。別の代替の実施形態では、イオン・ソース４０４は、１以上の他の従来のイオン・ソースの形で提供することができ、１以上の他の従来のイオン・ソースの１以上のものはソース領域４０８の外側に配することができ、且つ／又は１以上のものはソース領域４０８の内側に配することができる。幾つかのそのような実施形態では、ソース領域４０８はインターフェース４１０を含むことができ、他のそのような実施形態では、インターフェース４１０を省くことができる。
[00110] イオン・トラップ４１８のイオン取込口は、例として、電圧源４５０の出力Ｖ３へ電気的に接続される導電プレート、グリッド、またはこれらと同様のもの４２０を通して形成される中央開口により定められる。イオン・トラップ４１８のイオン放出口は、中央軸Ａに沿ってイオン取込口から間隔を空けられており、同様に、例として、電圧源４５０の別の出力Ｖ５へ電気的に接続される導電プレート、グリッド、またはこれらと同様のもの４２２を通して形成される中央開口により定められる。別のポンプＰ２が、イオン・トラップ４１８へ動作可能に結合され、例として、ソース領域４０８のそれよりも低い圧力、例えば、高い真空へと、イオン・トラップ４１８でのポンピングを行うように動作可能であり、イオン・トラップ４１８が第２の異なってポンピングされた領域を定めるようにする。幾つかの実施形態では、Ｐ２は、イオン・トラップ４１８を制御して１０－１００ｍｂａｒの圧力とするように構成可能または動作可能であるが、別の代替の実施形態では、Ｐ２は、イオン・トラップ４１８を、この範囲外の圧力にするように制御するものとすることができる。幾つかの実施形態では、ガス・ソースＧＳは、イオン・トラップ４１８へ動作可能に結合することができ、そのような実施形態では、バッファ又は他のガスをイオン・トラップ４１８の内部へ供給するように動作可能とすることができる。幾つかのそのような実施形態では、ガスは、それとのイオンの衝突によりイオン・エネルギが低減されるように、選択される。１つの実施形態では、イオン・トラップ４１８は従来の六重極イオン・トラップとして構成されるが、代替の実施形態では、イオン・トラップ４１８は、別の従来の構成、例えば、四重極、八重極などを有するものとすることができる。何れの場合でも、イオン・トラップ４１８は、典型的には、電圧源４５０の出力Ｖ４が動作可能に結合される、軸Ａを囲む複数の延びた導電ロッドを含む。例として、出力Ｖ４は、それぞれの反対になるロッドの組または対が別の反対の対と位相がずれるように、ロッドへ結合され、出力電圧Ｖ４は、例として、時変、例えば、無線周波数の電圧である。幾つかの実施形態では、Ｖ４は１以上のＤＣ電圧を更に含むことができる。
[00111] 電圧源Ｖ３およびＶ５が制御可能なＤＣ電圧であり、この電圧は、イオンがイオン取込口を介してトラップ４１８へ入ることを可能とするように制御されて、イオンがその中にトラップされるようにし、また、イオンをイオン放出口から解放されるようにする、という点でイオン・トラップ４１８の動作は従来のものである。例えば、電圧Ｖ３は、例として、イオン・エネルギを設定するＤＣ電位へと制御される。ガス・ソースＧＳを含む実施形態では、ガス・ソースＧＳはバックグラウンド・ガスを供給し、これとイオン・トラップ４１８へ入ってくるイオンとが衝突して、ソース領域４０８からイオン・トラップ４１８へのガス流からイオンにより取られた過剰な運動エネルギを熱平衡化する。時変の電圧Ｖ４は、径方向にイオンを閉じ込めるように動作し、電圧Ｖ５は、イオンをイオン・トラップ４１８内にトラップするように、およびイオンをイオン・トラップ４１８から放出するように、制御される。例えば、イオンがイオン・トラップ４１８を透過するためには、Ｖ５は、典型的には、Ｖ４の電位より小さい電位へと制御され、また、イオンを収集および格納、即ち、トラップするためには、電位Ｂ５は、例として、イオンがイオン・トラップ４１８のイオン放出口を透過できない電位へと上げられる。
[00112] 幾つかの実施形態では、上記で簡単に説明したように、装置４００は、例として、イオン・トラップ４１８のイオン放出口と結合される又は一体化されるイオン取込口を有する質量対電荷比フィルタ４２４を含むことができる。イオン放出口は、中央軸Ａに沿ってフィルタ４２４のイオン取込口から間隔を空けられており、例として、電圧源４５０の更に別の出力Ｖ７へ電気的に接続される導電プレート、グリッド、またはこれらと同様のもの４２６を通して形成される中央開口により定められる。別のポンプＰ３が、フィルタ４２４へ動作可能に結合され、例として、イオン・トラップ４１８のそれよりも低い圧力、例えば、高い真空へと、フィルタ４２４でのポンピングを行うように動作可能であり、フィルタ４２４が第３の異なってポンピングされた領域を定めるようにする。幾つかの実施形態では、ガス・ソースＧＳをフィルタ４２４へ動作可能に結合することができる。
[00113] 質量対電荷比フィルタ４２４は、例として、従来の四重極質量対電荷フィルタの形で提供されるが、代替の実施形態では、フィルタ４２４は、六重極、八重極、または他の従来の構成の形で提供することができる。何れの場合でも、質量対電荷比フィルタ４２４は、典型的には、電圧源４５０の出力Ｖ６が動作可能に結合される、軸Ａを囲む複数の延びた導電ロッドを含む。例として、出力Ｖ６は、それぞれの反対になるロッドの組または対が別の反対の対と位相がずれるように、ロッドへ結合され、出力電圧Ｖ６は、例として、時変、例えば、無線周波数の電圧である。幾つかの実施形態では、Ｖ６は１以上のＤＣ電圧を更に含むことができる。
[00114] 幾つかの実施形態では、イオンがフィルタ４２４を透過するように、電圧Ｖ７は、電圧Ｖ５のものよりも十分に低く設定される。別の実施形態では、フィルタ４２４を第２イオン・トラップとして動作させるように、電圧Ｖ７を、同様に、Ｖ５のものへと切り替えることができる。電圧Ｖ６が時変のみ、例えば、ＲＦのみである実施形態における何れかの場合において、質量対電荷比フィルタ４２４は、例として、ハイパス・フィルタとして動作して、選択された質量対電荷比の値より上りイオンのみがフィルタ４２４を通ることを可能とする。選択された質量対電荷比の値は、例として、時変の電圧Ｖ６の大きさの関数である。そのような実施形態では、質量対電荷比フィルタ４２４は、従って、高い質量対電荷比のフィルタとして動作して、選択された質量対電荷比のスレッショルドより上の質量対電荷比を有するイオンのみを事前選択する、即ち、通過させる。幾つかの代替の実施形態では、電圧Ｖ６は時変およびＤＣの成分を含み、質量対電荷比フィルタ４２４は、例として、バンドパス・フィルタとして動作して、質量対電荷比の選択された範囲内のイオンのみがフィルタ４２４を通過することを可能とする。質量対電荷比の選択された範囲は、例として、時変およびＤＣの成分の大きさの関数である。そのような実施形態では、質量対電荷比フィルタ４２４は、従って、質量対電荷比バンドパス・フィルタとして動作して、イオンの質量対電荷比の選択可能な範囲内にある質量対電荷比を有するイオンのみを事前選択する、即ち、通過させる。
[00115] 幾つかの代替の実施形態では、質量対電荷比フィルタ４２４は、イオン・トラップ４１８の上流側に配することができる。そのような実施形態では、フィルタ４２４は、ここで説明したモードの何れかで制御して、質量対電荷比の指定範囲内にある質量対電荷比を有するイオンのみをイオン・トラップ４１８内へと通過させるようにすることができる。幾つかのそのような実施形態では、質量対電荷比フィルタ４２４は、イオン・トラップ４１８の上流側および下流側に配することができる。そのような実施形態では、イオン・トラップ４１８の上流側の質量対電荷比フィルタ４２４は、例として、質量対電荷比の選択された範囲内にある質量対電荷比を有するイオンのみを通過させるように制御することができ、イオン・トラップ４１８の下流側の質量対電荷比フィルタ４２４は、質量対電荷比の前記の選択された範囲のサブセット内にある質量対電荷比を有するイオンのみを通過させるように制御することができる。代替的には、２つの質量対電荷比フィルタ４２４を、質量対電荷比の同じ範囲内にある質量対電荷比を有するイオンのみを通過させるように、制御することができる。この後者の実施形態では、上流側の質量対電荷比フィルタ４２４は、質量対電荷比の選択された範囲内にある質量対電荷比を有するイオンのみをトラップ４１８内へ通過させるように制御することができ、イオン・トラップ４１８の下流側の質量対電荷比フィルタ４２４は、イオン・トラップ４１８から出て行くイオンが、検出器４３４へ行く途中でそれを通過するときに時間的に分離されることを可能とするように、用いることができる。
[00116] 幾つかの代替の実施形態では、従来のドリフト・チューブを、質量対電荷比フィルタ４２４の代わりにする、即ち、それに代えることができる。幾つかのそのような実施形態では、ドリフト・チューブを通って定められる軸方向の通路は、一定の断面の面積を有することができる。幾つかのそのような実施形態では、ドリフト・チューブは、電圧源４５０により作り出される１以上の電圧を用いて構成および制御され、これを通って軸方向に移動するイオンを径方向に集中させることができる。別の実施形態では、ドリフト・チューブのイオン放出口端部に近いドリフト・チューブの少なくとも一部は、ファンネル形状とする、即ち、イオン放出口への方向に、軸方向の通路の断面の面積が減っていくようにすることができる。幾つかの実施形態では、少なくともファンネル部分は、電圧源４５０により作り出される１以上の電圧を用いて構成および制御されて、これを通って軸方向に移動するイオンを径方向に集中させることができ、別の実施形態では、ドリフト・チューブ全体を、電圧源４５０により作り出される１以上の電圧を用いて構成および制御して、これを通って軸方向に移動するイオンを径方向に集中させることができる。幾つかのそのような実施形態では、それを通る中央開口を定める従来のイオン・カーペットに、プレートまたはグリッド４２６を置換することができ、イオン・カーペットは、電圧源４５０により作り出される１以上の電圧を用いて構成および制御されて、更に、イオンを、装置４００の次の段への開口の中へ向けて、開口を通るように集中させることができる。
[00117] 装置４００は、更に、質量対電荷比フィルタ４２４のイオン放出口と結合される又は一体化されるイオン取込口を有する第４の異なってポンピングされた領域４２８を含む。第４のポンプＰ４が、領域４２８へ動作可能に結合され、フィルタ４２４の圧力よりも小さい圧力にするように領域４２８でのポンピングを行うように構成される。例示の実施形態では、第４の異なってポンピングされた領域４２８は、イオン・レンズおよびデフレクタ４３０を含み、それに従来のエネルギ・アナライザ４３２が続き、これは電圧源４５０の電圧出Ｖ８へ電気的に接続される。１つの実施形態では、エネルギ・アナライザ４３２は、デュアル・ヘミスフェリカル・デフレクション・エネルギ・アナライザ（dual hemispherical deflection energy analyzer）（ＨＤＡ）であり、１３０ｅＶ／ｚの名目イオン・エネルギあたりに中心がある狭い帯域のイオン・エネルギを送るように構成される。代替の実施形態では、エネルギ・アナライザ４３２は、別の従来の形でインプリメントすること、および／または別のイオン・エネルギ値あたりに中心があるイオン・エネルギを送るように構成することができる。
[00118] 装置４００は、更に、イオン質量および電荷検出器４３４を含み、これは、この例示の実施形態では、単一段の静電リニア・イオン・トラップ（ＥＬＩＴ）の形で提供される。ＥＬＩＴの構成は、一般に、図１－２Ｂに例示し上記で詳細に説明したＥＬＩＴ１４の一段である。例えば、ＥＬＩＴ４３４は、間隔を空けられたエンド・キャップ４３６、４３８を含み、これらのそれぞれは、例として、図２Ａおよび２Ｂに例示するイオン・ミラーＭＸの向かい合う半部を表し、その間に検出シリンダ４４０が配される。ＥＬＩＴ４３４はポンプＰ５へ動作可能に結合され、これは、ＥＬＩＴチャンバにより定めらる第５の異なってポンピングされた領域内で圧力、例えば、真空を確立するように構成および制御される。１つの実施形態では、ポンプＰ５は、約１０－９ｍｂａｒの圧力をＥＬＩＴ４３４内で確立するように制御されるが、別の実施形態では、ポンプＰ５は、ＥＬＩＴチャンバ内で、より高いまたは低い圧力を確立するように制御することができる。
[00119] 従来の電荷感応型前置増幅器４４２の入力は、電荷検出シリンダ４４０へ電気的に接続され、前置増幅器４４２の出力は、従来のプロセッサ４４４の入力へ電気的に結合される。プロセッサ４４４は、例として、メモリ４４６を含むか、またはメモリ４４６へ結合され、メモリ４４６は、下記で説明するように装置４４４の動作を制御するためにプロセッサ４４４により実行可能な命令を格納する。幾つかの実施形態では、プロセッサ４４４は、Ｐの数の信号経路を介して１以上の周辺デバイスＰＤ４４８へ動作可能に結合され、Ｐは任意の正の整数とすることができる。幾つかの実施形態では、プロセッサ４４４はまた、Ｍの数の信号経路を介して電圧源４５０へ電気的に結合することができ、Ｍ任意の正の整数とすることができる。このような実施形態では、プロセッサ４４４は、電圧源４５０の動作を制御するようにプログラムすることができる。代替の実施形態では、電圧源４５０は、それ自体をプログラマブルとすることができ、かつ／または手動で制御できるようにすることができる。何れの場合でも、電荷感応型前置増幅器４４２、プロセッサ４４４、メモリ４４６、および周辺デバイス（１以上）４４８は、例として、すべて図１に関して上記で説明したものである。
[00120] 電圧源４５０の電圧出力Ｖ９は、イオン・ミラー４３６へ電気的に接続され、電圧源４５０の別の電圧出力Ｖ１０は、イオン・ミラー４３８へ電気的に接続される。電圧Ｖ９とＶ１０とのそれぞれは、例として、図２Ａおよび２Ｂの例により示し上記で詳細に説明したように、イオン・ミラー４３６、４３８の個々のものの動作を制御するための複数の異なる切り替え可能な電圧を含むこと、およびそのような電圧Ｖ９およびＶ１０の制御の下でのＥＬＩＴ４３４の動作もまた、図１－４Ｅに描かれた段のそれぞれに関して説明されたようなものであることが、理解されるであろう。
[00121] ここで図１０および１１を参照すると、ＣＤＭＳ装置４００のパルス型動作は、少なくとも電圧Ｖ５、Ｖ９、およびＶ１０の選択的制御を含む。イオン・トラップ４１８内にイオンがトラップされて格納されるようにするＶ５、即ち、Ｖ５の電圧の場合のイオン格納またはトラッピング状態に対応する、またはイオン・ミラー４３６、４３８の場合の、イオン・トラッピングまたは反射状態、即ち、イオン・ミラー４３６、４３８をそれらの反射モードで動作させて電荷検出シリンダ４４０からその中にイオンを受けるようにするＶ９およびＶ１０の電圧に対応する、電圧Ｖ５、Ｖ９、およびＶ１０の高状態は、イオンの移動の方向を逆にし、イオンが電荷検出シリンダ４４０を通って戻って別のミラーの方へと加速するようにし、上述のように、イオンがＥＬＩＴ４３４内にトラップされて、イオン・ミラー４３６、４３８の間で前後に振動して、毎回、検出シリンダ４４０を通過するようにされる、ということが理解されるであろう。電圧Ｖ５、Ｖ９、およびＶ１０の低状態は、透過状態、即ち、イオン・トラップ４１８からイオンが解放さてれ放出される電圧に対応し、これは、上述のように、イオン・ミラー４３６、４３８をそれらの透過モードで動作させて、イオンがそれらを透過するようにする。
[00122] イオン・ソース４０４は、電圧源４５０により作り出された電圧Ｖ１に応じてイオンを生成する。幾つかの実施形態では、プロセッサ４４４は、イオン・ソース４０４にイオンを生成させるために電圧Ｖ１を制御するために、メモリ４４６に格納された命令を実行するように動作可能である。代替の実施形態では、電圧源４５０は、それ自体がそのようにプログラムされるようにでき、また、電圧源４５０は、Ｖ１を作り出すように手動で制御することができる。何れの場合でも、生成されたイオンは、ソース領域４０８を通ってイオン・トラップ４１８の中へ行く。ソース領域４０８がインターフェース４１０を含む実施形態では、電圧源４５０は、前記で簡単に説明したように、インターフェース４１０を、その中をイオンが通過するように制御するための１以上の電圧Ｖ２を作り出すように動作可能である。何れの場合でも、電圧源４５０により作り出された電圧Ｖ３は、イオン・トラップ４１８のイオン取込口を制御して、ソース領域４０８から入ってくるイオンのエネルギを、目標エネルギ、例えば、約１３０ｅＶ／ｚに設定する。最初に、図１１に示すように、電圧（１以上）Ｖ５は、生成されたイオンをイオン・トラップ４１８に捕獲し、トラップし、蓄積するためのトラッピング状態に設定され、電圧Ｖ９およびＶ１０は、ＥＬＩＴ４３４へ向けて移動する何れのイオンもそれを通過することを可能とすることによりＥＬＩＴ４３４をクリアにするために、透過状態に設定される。
[00123] 装置４００のパルス型動作は、パルス幅期間ｔｗだけ透過状態へ切り替える電圧（１以上）Ｖ５から開始し、その後、電圧（１以上）Ｖ５はトラッピング状態へ再び戻るように切り替えられる。パルス幅期間ｔｗは、選択可能、即ち、調節可能であり、この時間の間、イオン・トラップ４１８に格納されたイオンは、電圧Ｖ５およびＶ７により確立された電場に応答して、そこから解放または放出されて領域４２４の中へ進み、ＥＬＩＴ４３４の方へ移動する。領域４２４が質量対電荷比フィルタを含む実施形態では、電圧（１以上）Ｖ６により通過のために選択された質量対電荷比の値を有するイオンのみが、領域４２４を通過して領域４２８内へ進む。エネルギ・アナライザ４３２の透過エネルギあたりの狭い帯域のエネルギ内のエネルギを有するイオンは、領域４２８を通過してＥＬＩＴ４３４のイオン・ミラー４３６内へ進み、この狭い帯域の外側のエネルギを有するイオンは、ＥＬＩＴ４３４のイオン取込口から離れるようにそらされる。
[00124] イオン・トラップ４１８からイオンを解放するためのイオン透過状態への電圧（１以上）Ｖ５の遷移に続く遅延時間ｔＤ１が満了すると、後方イオン・ミラーまたはエンド・キャップ４３８への電圧Ｖ１０は、透過状態からトラッピングまたは反射状態へと切り替えられる。その後、電荷検出シリンダ４４０から後方イオン・ミラーまたはエンド・キャップ４３８へ入ってくるイオンは、従って、図２Ａおよび２Ｂに関して上記で詳細に説明したように、その中で確立されるイオン反射電場により向きを逆にされ、電荷検出シリンダ４４０を通って前方ミラーまたはエンド・キャップ４３６の方へ戻るようにイオン反射電場により加速される。イオン・トラップ４１８からイオンを解放するためのイオン透過状態への電圧（１以上）Ｖ５の遷移に続く別の遅延時間ｔＤ２が満了すると、前方イオン・ミラーまたはエンド・キャップ４３６への電圧Ｖ９は、透過状態からトラッピングまたは反射状態へと切り替えられる。トラッピングまたは反射状態への電圧Ｖ９のこのような切り替えのときの電荷検出シリンダ４４０内または後方イオン・ミラーまたはエンド・キャップ４３８内のイオンは、従って、ＥＬＩＴ４３４内にトラップされ、イオン・ミラー４３６、４３８の双方がそれらの反射モードとされていると、上述のように、トラップされたイオン（１以上）は、イオン・ミラー４３６、４３８の間で前後に振動し、毎回、電荷検出シリンダ４４０を通ってそこで対応する電荷を誘導する。イオン（１以上）は、図１１に示されたトラッピング時間期間ｔｔｒａｐだけ、トラップされた状態でＥＬＩＴ４３４内にとどまり、トラッピング時間期間ｔｔｒａｐの終わりに、電圧Ｖ９およびＶ１０はそれらの透過状態へ戻って、再びシーケンスを開始する前にＥＬＩＴ４３４を空にする。電荷検出シリンダを通るイオンにより電荷検出シリンダで誘導された電荷の検出に応答して電荷前置増幅器４４２により作り出される結果的な電荷検出信号は、上述のように、トラップされたイオン（１以上）の質量および電荷を決定するためにプロセッサ４４４により処理される。幾つかの実施形態では、ＥＬＩＴ４３４で１つのイオンをトラップするように、電圧がここで説明したように制御され、別の実施形態では、ＥＬＩＴ４３４で１つより多くのイオンをトラップするように、電圧を制御することができる。
[00125] ＣＤＭＳ装置４００のパルス・モード動作は、イオン・トラップ４１８にイオンを蓄積および格納し、次に、ＥＬＩＴ４３４へのイオンの到着がイオン・ミラー４３６、４３８の開と閉（それぞれ、透過モードと反射モード）に同期するように、トラップ４１８からイオンを制御可能に解放することにより、改善された検出効率を提供する。
[00126] 図１０に例示するように、イオン・トラップ４１８のイオン放出口と電荷検出シリンダ４４０の前方端部との間に実質的な距離Ｄ１（例えば、０．８６ｍ）がある。１つの実施形態では、Ｄ１は約０．８６メートルであるが、代替の実施形態では、Ｄ１は０．８６メートルより長くすること又は短くすることができる。何れの場合でも、イオンがＤ１だけ移動するのに要する時間は、その運動エネルギおよびその質量対電荷比（ｍ／ｚ）に依存する。エネルギ・アナライザ４３２は、狭い運動エネルギ分布内のイオンのみを透過させるので、この通行または移動の時間は主にイオンのｍ／ｚに依存する。パルス幅期間ｔｗが短い場合、１つの範囲のｍ／ｚ値は、所与の合計遅延時間ｔＤ１の間、トラップされるが、ｔＤは、イオン・トラップ４１８のイオン放出口を開いてそこからイオンを解放または放出することに対応するイオン透過モードへの電圧（１以上）Ｖ５の遷移、即ち、ｔｗでのＶ５の立ち下がりと、ＥＬＩＴ４３４のイオン・ミラー４３６の閉、即ち、反射モードに対応し、ＥＬＩＴ４３４におけるイオン（１以上）のトラッピングに対応するイオン・トラッピングまたは反射状態への電圧Ｖ９の遷移、即ち、ｔｗでのＶ５の後続の立ち上がりに続くＶ９の立ち上がりと間の時間であり、従って、ｔＤ＝ｔＤ１＋ｔＤ２である。トラッピングできる最大の質量対電荷比ｍ／ｚＭＡＸ（即ち、最も低速）のイオンは、これらの状況の下では、前方エンド・キャップが反射モードへ切り替わったときに検出シリンダへ入ってきたばかりのものである。
[00127] m/zMAX = 2eE[tD 2/d1 2] （１）
[00128] 式１において、電気素量Ｅはイオン・エネルギであり、ｄ１は前述のとおりであり図１０に示されている。トラッピングできる最小の質量対電荷比ｍ／ｚＭＩＮ（即ち、最も高速）のイオンは、電圧Ｖ９が反射状態へと切り替わったときに電荷検出シリンダ４４０を通って移動して、後方イオン・ミラーまたはエンド・キャップ４３８により反射されて、電荷検出シリンダ４４０を通って戻るように移動して、前方イオン・ミラーまたはエンド・キャップ４３６から出ようとしているものである。
[00129] m/zMIN = 2eE[tD 2/(d1 + 2d2 + d3)2] （２）
[00130] 式２において、ｄ２は電荷検出シリンダ４４０の長さであり、ｄ３は、それぞれのイオン・ミラー４３６、４３８の取込口／放出口と、電荷検出シリンダ４４０の対応する端部との間の距離である。式（２）の２ｄ２は、イオンが電荷検出シリンダ４４０を通って前方と後方との双方に移動するので、このようになり、ｄ３は、エンド・キャップで消費した時間から求められる。ＥＬＩＴ４３４の幾つかの実施形態では、ｄ２＝ｄ３であり、従って、電荷検出シリンダ４４０を通る移動にイオンにより消費される時間は、各エンド・キャップ４３６、４３８を通る移動に消費される時間と等しい。そのような実施形態では、式（２）は、下記のように減縮することができる。
[00131] m/zMIN = 2eE[tD 2/(d1 + 3d2)2] （３）
[00132] 従って、トラッピングできる最大と最小のｍ／ｚの比率は下記の式により得られる。
[00133] m/zMAX/m/zMIN = (d1 + 3d2)2/d1 2 （４）
[00134] 従って、トラッピングできるｍ／ｚ値の範囲は、イオン・エネルギおよび遅延時間ｔＤから独立している。遅延時間が長い場合、より大きいｍ／ｚ値へとｍ／ｚウィンドゥがシフトするが、ｍ／ｚウィンドゥの相対的な幅は同じにとどまる。上述のようにｄ２＝ｄ３であるＣＤＭＳ装置４００についての最大と最小のｍ／ｚ値の比率は１．３８であり、そのため、１つの遅延時間ｔＤを用いてトラッピングできるｍ／ｚウィンドゥの幅はｍ／ｚＭＩＮから１．３８×ｍ／ｚＭＩＮである。例えば、トラッピングできる最小ｍ／ｚ値が２５ｋＤａとなるように遅延時間ｔＤが設定された場合、３４．５ｋＤａまでのｍ／ｚ値を持つイオンを同時にトラップすることができる。
[00135] 例
[00136] トランケートされたＢ型肝炎ウイルス（ＨＢＶ）のカプシドたんぱく質（Ｃｐ１４９）が、２４時間、３００ｍＭの塩化ナトリウムにアセンブルされ、１００ｍＭの酢酸アンモニウム（シグマ・アルドリッチ、９９．９９９％トレース・メタル・ベース（Sigma Aldrich, 99.999% trace metal basis））へ透析され、使用前に少なくとも１週間格納された（自己修正するためのアセンブリ・エラー時間を与えるため）。カプシドたんぱく質の最初の濃度は１ｍｇ／ｍＬであった。アセンブリは、主に、１２０のカプシドたんぱく質二量体で構成される二十面体Ｔ＝４カプシド（直径は約３２ｎｍ）を生じ、これに、小量（この場合は約５％）の、９０のたんぱく質二量体を持つ二十面体Ｔ＝３カプシド伴った。３００ｍＭのＮａＣｌにおけるＨＢＶアセンブリに関しての擬似臨界濃度（pseudo critical concentration）は３．７μＭであり、従って、最終的カプシド濃度は約０．２２μＭである。原液のサンプルは、サイズ排除クロマトグラフ（ＳＥＣ）により、６ｋＤａカットオフで、純化された。純化された液体のアリコートは、次に、１００ｍＭの酢酸アンモニウムで、０．０５μｇ／ｍＬから１００μｇ／ｍＬの範囲である要求された濃度へと薄められた。
[00137] ピルビン酸キナーゼ（ＰＫ）が、酢酸アンモニウムにおいて１０ｍｇ／ｍｌで調製された。原液のアリコートは、ＳＥＣにより、６ｋＤａカットオフで、純化された。純化された液体は、次に、１００ｍＭの酢酸アンモニウムで、２ｍｇ／ｍＬへと薄められた。
[00138] 図１２Ａは、図１０に例示し上記で説明したＣＤＭＳ装置４００を用いて測定したＨＢＶサンプルの２つの代表的質量分布の幾つかの部分を示す。２つの濃度に関しての結果が示されており、１００μｇ／ｍＬ（ＨＢＶ原液の１００倍希釈）が図１２Ａでは５００として示され、０．５μｇ／ｍＬ（２０００倍希釈）が図１２Ａでは５０２として示されている。図１２Ａに示すＣＤＭＳ分布は、１６．６分（１００００トラッピング・イベント）記録され、２５ｋＤａビンでプロットされた。１０μｇ／ｍＬの濃度（５００で表す）では、約４．０５ＭＤａの質量のところに目立つピークがあり、これはＨＢＶ Ｃｐ１４９のＴ＝４のカプシドに関しての予想される質量に近い。０．５μｇ／ｍＬの濃度（５０２で表す）では、ピークは殆ど消えている。イオンは比較的長い時間（１００ｍｓ）測定されるので、ＣＤＭＳにおけるスプリアス信号のレートが非常に小さいことに留意されたい。ＨＢＶのＴ＝４のカプシドのイオンは、約１４０電気素量を持ち、ランダムなノイズ信号が１００ｍｓの時間期間にわたってこの大きさのイオン信号として偽装され得る可能性は、かなり小さい。従って、対象とする範囲でのバックグラウンド・ノイズも、同様に、かなり小さい。
[00139] エレクトロスプレーの小滴に含まれる分析物の数が検出効率に影響し得ることに、留意されたい。小滴に存在するカプシドの平均数の見積もりは、例として、濃度および小滴サイズから得ることができる。また、主なエレクトロスプレーの小滴の平均サイズは、エレクトロスプレーの状態から見積もることができる。見積もられた小滴サイズが７０ｎｍの場合、小滴あたりのカプシドの平均数は、ＨＢＶ原液の濃度（１ｍｇ／ｍＬ）では、約０．０２５（即ち、４０小滴のうちの１つがカプシドを含む）である。
[00140] 図１２Ｂは、０．５μｇ／ｍＬから１０μｇ／ｍＬまでのＨＢＶ濃度に対しての３．８ＭＤａから４．４ＭＤａの範囲の統合した計数のｌｏｇ－ｌｏｇプロット５０４を示す。点は測定値であり、線は、例として、最小二乗適合である。応答対濃度のｌｏｇ－ｌｏｇプロットに関して１．０の傾きが予想されており、１．０に近い傾きが観察されている。図１２Ｂのプロット５０４において、例えば、傾きは１．０３１である。これらの結果に基づくと、ＨＢＶのＴ＝４のカプシドに関する検出の限界は、約０．５μｇ／ｍＬとすることができる。これは、１．１×１０－１０モル／Ｌまたは６．６×１０１０粒子／ｍＬに対応する。１６．６分の収集期間の間に、約１．３μＬの液体がエレクトロスプレーされた。これを考慮すると、検出の限界は、従って、約０．１４フェムトモルまたは８．６×１０７粒子である。１６．６分のデータ獲得時間の間に、１９のイオンが検出された。従って、ＨＢＶのＴ＝４のカプシドに関しての検出効率は、約２．２×１０－７である。
[00141] 図１３Ａは、１μｇ／ｍＬの濃度についてのＨＢＶのカプシドに対して、標準モード（即ち、非パルス型）（図１３Ａでは６０２で表す）と、ここで説明したパルス・モード（図１３Ａでは６００で表す）との双方でＣＤＭＳ装置４００により測定した質量分布の比較を示す。明らかに、パルス・モードで測定した分布６００における強度は、標準（非パルス型）モードで測定した分布６０２における強度よりもかなり大きく、標準モードの分布は１５のイオンを含み、パルス型は３６９５を含み、従って、この例での強度のゲインは２４６である。
[00142] 図１３Ｂは、標準（非パルス型）モード６０６とパルス・モード６０４との間での質量分布の別の比較を示す。この場合、標準モードの分布６０６は、０．５μｇ／ｍＬの濃度で測定され、パルス・モードの分布６０４は、０．０５μｇ／ｍＬの濃度で測定された。標準モードの分布６０６は８のイオンを含み、パルス・モードの分布６０４は１４５を含み、従って、強度のゲインは１８１である（濃度差を考慮）。
[00143] 強度のゲインは、トラッピングの効率、パルス幅期間ｔｗ、および遅延時間ｔＤ１およびｔＤ２（全て図１１に示す）に依存する。イオン・トラップ４１８にトラップされたイオンからの信号は、エレクトロスプレー・ソース４０４がオフにされた後に２０秒より長く持続することが発見され、これはイオン・トラップ４１８にイオンが効率的にトラップされていることを示す。パルス幅ｔｗが短すぎる場合、イオンがイオン・トラップ４１８を離れるための十分な時間がない。他方、パルス幅ｔｗが長すぎる場合、イオン・トラップ４１８にイオンを蓄積することの利益が失われ、信号は、非パルス型のモードに関しての値に近づく。パルス幅ｔｗおよび遅延時間ｔＤ１およびｔＤ２が最適化されると、パルス・モードの動作から得られる強度のゲインは、平均が約２００になることが発見された。２８００Ｄａのｍ／ｚに関して、ＣＤＭＳ装置４００の非パルス型の動作モードでは、６２０のうちの約１つのイオンのみをトラップできることに、留意されたい。上述のようにパルス・モードで動作することにより、非パルス型モードでは失われる信号の多くの部分を回復することができる。ここで例示し説明したパルス・モードの動作を行うと、ＨＢＶのＴ＝４のカプシドに関する検出の限界は約２００倍低く、５．５×１０－１３モル／Ｌまたは３．３×１０８粒子／ｍＬである。これは、１．３μＬのサンプルに関して約４．３×１０５粒子または約０．７アトモルに対応する。パルス・モードの動作でのＨＢＶのＴ＝４のカプシドに関しての検出効率は、約４．４×１０－５（即ち、非パルス型モードでの検出効率の２００倍）である。
[00144] パルス・モードのＣＤＭＳにより得られる高感度の場合、多くのイオンをＥＬＩＴへ同時に注入することが比較的容易である。しかし、複数のイオン・トラッピング・イベントを分析して、小量の同時にトラッピングしたイオンのｍ／ｚ値および電荷を決定することはできるが、ＥＬＩＴ４３４内でのイオンとイオンとの相互作用は、軌道およびエネルギを変動させ得、これはｍ／ｚ分解能を劣化させる。似たｍ／ｚ値を持つ複数のイオンのトラッピングは、データ分析でのエラーを生じさせ得、添付の図面に描かれた測定値は、平均でトラッピング・イベントあたりに１つのイオンがトラップされるサンプルに制限されている。トラップされたイオンの分布はポアソン分布であり、平均トラッピング効率が約１の場合は、おおよそ、トラッピング・イベントの三分の一は空であり、別の三分の一は１つのイオンを含み、残りの三分の一は２以上のイオンを含む。１０μｇ／ｍＬのサンプル濃度に関しては、パルス・モードでトラップされたイオンの数は、平均でイベントあたりに１つよりもかなり多く、サンプルは、添付の図面に描かれた測定が行われるようにするために、希釈しなければならない。
[00145] 上述のように、ＨＢＶカプシドたんぱく質のアセンブリは、Ｔ＝４に加えて、小量の小さいＴ＝３のカプシドという結果をもたらす。Ｔ＝４イオンの平均ｍ／ｚは２８７００Ｄａであり、Ｔ＝３イオンの平均ｍ／ｚは２５５００Ｄａである。これらのｍ／ｚ値の比は１．１３であり、これは、同時にトラッピングできる範囲内にある。この点に関して、図１４は、ＣＤＭＳ装置４００を用いて測定されたＨＢＶに関してのＣＤＭＳ質量分布７００、７０２を示し、約３．０ＭＤａのところにＴ＝３のピークを示し、約４．０５ＭＤａのところにＴ＝４のピークを示す。分布７０２は、ＣＤＭＳ装置４００を標準動作状態（即ち、非パルス型）の下で用いて測定され、分布７００は、上述のようにパルス・モードで動作するＣＤＭＳ装置４００を用いて測定された。ＨＢＶたんぱく質の濃度は、非パルス型（分布７０２）に関しては１００μｇ／ｍＬであり、パルス型（分布７００）に関しては１μｇ／ｍＬであった。Ｔ＝３のカプシドの部分（統合された計数から）は、標準モードの分布７０２では０．０４３５であり、パルス・モードの分布７００では０．０４７０である。しかし、より大きい（即ち、より遅い）イオンはＥＬＩＴ４３４のトラップ可能領域で、より長い時間を費やすので、標準モードの分布７０２での検出効率は（ｍ／ｚ）１／２に比例する。ＣＤＭＳ装置４００のパルス・モードの動作では、ＥＬＩＴ４３４のトラップ可能領域にある全イオンがトラップされ、これらのイオンに関する検出効率はｍ／ｚ比に依存しない。検出効率に関しての標準モードの比の修正の後、比は、０．０４６１に増加する（パルス・モードに関しての０．０４７０と比較して）。従って、強度の比は、パルス・モードの動作に大きく影響されない。
[00146] ｍ／ｚ分布が、上述のｍ／ｚＭＩＮから１．３８×ｍ／ｚＭＩＮのウィンドゥよりも広い場合、合計遅延時間ｔＤは、分布の別の部分をトラップするように調節することができる。例えば、図１５は、ＣＤＭＳ装置４００を用いて測定されたピルビン酸キナーゼ（ＰＫ）サンプルに関してのＣＤＭＳ質量分布を示す。質量分布８０４は、標準（即ち、非パルス型）条件の下で測定され、ＰＫの四量体（２３０ｋＤａ）、八量体（４６０ｋＤａ）、十二量体（６９０ｋＤａ）、および十六量体（９２０ｋＤａ）に起因するピークがはっきりと現れている。パルス・モードで全ての多量体を同時に透過させることは可能ではない。しかし、遅延時間ｔＤを調節することにより、異なるｍ／ｚバンドを透過させることは可能である。質量分布８００は、四重体を含むｍ／ｚ値を透過させる（約６６００Ｄａから９１５０Ｄａの範囲のｍ／ｚ値が透過される）ように最適化された遅延時間ｔＤを用いてパルス・モードで測定され、質量分布８０２は、八重体および十二重体を透過させるように最適化された遅延時間ｔＤを用いてパルス・モードで測定された。双方の場合において、透過される最小と最大の質量対電荷比の比は、上記の予測された値（１．３８）に近い。ｍ／ｚ分布の幾つかの部分を選択する能力は、多数の応用において有益である。例えば、個々のイオンはＣＤＭＳで処理されるので、有用な情報を含まないイオンの処理に時間を消費しないことは有益である。従って、前述のように、有用な情報を含まないｍ／ｚ分布の部分の区別は、有益である。多くのサンプルは、このアプローチを使用することに対して区別され得る多数の低質量のイオンを含む。
[00147] ここで説明した装置４００の例示の実施形態では、イオン質量および電荷検出器４３４は、一段の静電リニア・イオン・トラップ（ＥＬＩＴ）の形で提供されるが、別の実施形態では、イオン質量および電荷検出器４３４は、代替的に、多段のＥＬＩＴ、例えば、図１－４Ｅに関してここで説明したＥＬＩＴ１４、または複数の一段のＥＬＩＴ、例えば、図６－８Ｆに関してここで説明したものの形で、または、幾つかの実施形態では、１以上のオービトラップ、例えば、下記の同時係属中の国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１９／０１３２７８号に開示されたものの形で提供され得ることが、理解されるであろう。最初の２つの場合では、装置４００の動作は、多段のＥＬＩＴまたはＥＬＩＴの段へイオンを順に供給するように、上記のシステム１０、２００の説明と矛盾することなく変更することができる。図１－４Ｅに例示し上記で説明した型の多段ＥＬＩＴの場合、各ＥＬＩＴ領域（例えば、Ｅ１、Ｅ２、およびＥ３）は、イオン・トラップ４１８から漸次大きくなる距離だけ離れるように間隔が空けられ、最小と最大の質量対電荷比の値がそれぞれ幾らか異なるようにされることに、留意されたい。更に、ＥＬＩＴ領域のそれぞれの中にトラップできる質量対電荷比の範囲は、上記の式（４）で与えられるように、漸次に、イオン・トラップ４１８からＥＬＩＴ領域までの距離が増加すると値が減少することに、留意されたい。
[00148] 添付の図面に例示し上記で説明したＥＬＩＴおよび／またはアレイ１４、２０５、３０２、４３４の任意のものの様々なコンポーネントの寸法は、例として、その中でのおよび／または各ＥＬＩＴまたはＥＬＩＴ領域Ｅ１－Ｅ３中での、イオン振動の望まれるデューティ・サイクルを確立するように、選択することができ、これは、個々の電荷検出シリンダ（１以上）ＣＤ１－ＣＤ３でイオン（１以上）により消費される時間と、１つの完全な振動サイクルの間に対応するイオン・ミラーと個々の電荷検出シリンダ（１以上）ＣＤ１－ＣＤ３との組み合わせを横切るイオン（１以上）により消費される合計時間との比に対応するようにする。例えば、約５０％のデューティ・サイクルは、測定信号の調波周波数成分から生じる基本周波数の大きさの量定におけるノイズを低減する目的のために、ＥＬＩＴまたはＥＬＩＴ領域の１以上のものにおいて望ましいものであり得る。例えば５０％などのような望まれるデューティ・サイクルを達成するためのこのような寸法の考慮と関連する詳細は、２０１９年１月１１日に出願され名称が「ELECTROSTATIC LINEAR ION TRAP DESIGN FOR CHARGE DETECTION MASS SPECTROSCOPY」である同時係属中の国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１９／０１３２５１号に例示され説明されており、この出願の開示は、その全体がこの参照によりここに明確に組み込まれる。
[00149] 更に、ＥＬＩＴおよび／またはアレイ１４、２０５、３０２、４３４の任意の１以上のものの電荷検出シリンダ（１以上）と共に、および／またはＥＬＩＴまたはＥＬＩＴアレイの領域（１以上）Ｅ１－Ｅ３の任意の１以上のものにおいて、電荷の校正または再設定の装置を使用できることが、理解されるであろう。１つのそのような電荷の校正または再設定の装置の例は、同時係属中の２０１９年１月１１日に出願された国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１９／０１３２８４号と、２０１９年６月４日に出願された国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１９／０３５３８１号とに例示され説明されており、これらの出願の名称は共に「APPARATUS AND METHOD FOR CALIBRATING OR RESETTING A CHARGE DETECTOR」であり、これらの出願の開示の全体がこの参照によりここに明確に組み込まれる。
[00150] 更に、トリガ・トラッピングまたは他の電荷検出のイベントに対して、ＥＬＩＴおよび／またはアレイ１４、２０５、３０２、４３４の任意の１以上のものと共に、および／またはそのようなＥＬＩＴおよび／またはＥＬＩＴアレイの１以上の領域Ｅ１－Ｅ３と共に、１以上の電荷検出最適化技術を用いることができることが、理解されるであろう。幾つかのそのような電荷検出最適化の装置および技術の例は、２０１９年１月１１日に出願され名称が「APPARATUS AND METHOD FOR CAPTURING IONS IN AN ELECTROSTATIC LINEAR ION TRAP」である同時係属中の国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１９／０１３２８０号に例示され説明されており、この出願の開示は、その全体がこの参照によりここに明確に組み込まれる。
[00151] 更に、ここで例示し説明したイオン・ソース１２の１以上の実施形態と共に、１以上のイオン・ソース最適化の装置および／または技術を用いることができることが理解され、それらの幾つかの例は、同時係属中の２０１９年１月１１日に出願された国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１９／０１３２７４号と、２０１９年６月４日に出願された国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１９／０３５３７９号とに例示され説明されており、これらの出願の名称は共に「HYBRID ION FUNNEL-ION CARPET (FUNPET) ATMOSPHERIC PRESSURE INTERFACE FOR CHARGE DETECTION MASS SPECTROMETRY」であり、これらの出願の開示の全体がこの参照によりここに明確に組み込まれる。
[00152] 更に、ここで例示し説明したイオン質量検出システム１０、６０、８０、２００、３００、４００を、リアルタイム分析および／またはリアルタイム制御の技術に従ってインプリメントできることが理解され、その幾つかの例は、２０１９年１月１１日に出願され名称が「CHARGE DETECTION MASS SPECTROMETRY WITH REAL TIME ANALYSIS AND SIGNAL OPTIMIZATION」である同時係属中の国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１９／０１３２７７号に例示され説明されており、この出願の開示は、その全体がこの参照によりここに明確に組み込まれる。
[00153] 更に、ここで例示し説明したイオン質量検出システム１０、６０、８０、２００、３００、４００は、複数のイオンを、ここで例示し説明したＥＬＩＴおよび／またはアレイ１４、２０５、３０２、４３４の任意の１以上のものへ供給して、そのようなたＥＬＩＴおよび／またはＥＬＩＴアレイの１以上のものが一度に複数のイオンの質量および電荷を測定するように動作できるように構成できることが理解され、その幾つかの例は、２０１９年１月１１日に出願され名称が「APPARATUS AND METHOD FOR SIMULTANEOUSLY ANALYZING MULTIPLE IONS WITH AN ELECTROSTATIC LINEAR ION TRAP」である同時係属中の国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１９／０１３２８５号に例示され説明されており、この出願の開示は、その全体がこの参照によりここに明確に組み込まれる。
[00154] 更に、ここで例示し説明したイオン質量検出システム１０、６０、８０、２００、３００、４００の１以上のものにおいて、少なくとも１つのＥＬＩＴを、代替的に、オービトラップの形で提供できることが理解され、その幾つかの例は、２０１９年１月１１日に出願され名称が「ORBITRAP FOR SINGLE PARTICLE MASS SPECTROMETRY」である同時係属中の国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１９／０１３２７８号に例示され説明されており、この出願の開示は、その全体がこの参照によりここに明確に組み込まれる。
[00155] 更に、ＣＤＭＳ装置４００が、追加的に、図５Ａに例示され上記で説明されたイオン質量検出装置の実施形態として（即ち、イオン質量検出システム１０、２００、３００の代替のものとして）含まれることが、理解されるであろう。同様に、ＣＤＭＳ装置４００が、追加的に、図５Ｂに例示され上記で説明されたイオン質量検出装置の実施形態として（即ち、イオン質量検出システム１０、２００、３００の代替のものとして）含まれることが、理解されるであろう。
[00156] 発明が、上述の図面および記載で詳細に例示され説明されたが、これは、例示と考えられ、特徴の限定ではなく、その例示的な実施形態のみが示され説明されていること、および発明の精神の範囲内にある全ての変更および改造の保護が望まれることが、理解されている。

Claims (22)

  1. 電荷検出質量分析装置であって、
    サンプルからイオンを生成するように構成されるイオン・ソースと、
    イオン・トラップであって、生成された前記イオンを受け取りその中へ格納するように、および格納したイオンをそこから選択的に解放するように構成されるイオン・トラップと、
    前記イオン・トラップから離れており、第１イオン・ミラーおよび第２イオン・ミラーと、これらの間に配される電荷検出シリンダとを含む静電リニア・イオン・トラップ（ＥＬＩＴ）と、
    前記イオン・トラップを選択的に制御して、格納された前記イオンの少なくとも幾らかをそこから解放してＥＬＩＴの中へ向けて移動させるため、および前記第１イオン・ミラーおよび前記第２イオン・ミラーを制御して、前記ＥＬＩＴにおいて、その中を通るイオンのうちの１つのイオンをトラップし、トラップされた前記イオンを、前記第１イオン・ミラーと前記第２イオン・ミラーとの間で前後に振動させ、毎回に前記電荷検出シリンダを通り、対応する電荷を誘導するようにさせる手段と
    を含む電荷検出質量分析装置。
  2. 請求項１の電荷検出質量分析装置であって、
    前記電荷検出シリンダへ結合される入出と、出力とを有し、前記電荷検出シリンダを通るトラップされた前記イオンにより前記電荷検出シリンダで誘導された電荷の検出に応じて、対応する電荷検出信号を前記出力で作り出す電荷感応型増幅器と、
    複数の前記電荷検出信号を処理し、その処理から、トラップされた前記イオンの質量および電荷を決定する手段と
    を更に含む電荷検出質量分析装置。
  3. 請求項１の電荷検出質量分析装置であって、
    前記イオン・トラップと前記ＥＬＩＴとの間に配される質量対電荷比フィルタであって、質量対電荷比スレッショルドより上の、または質量対電荷比スレッショルドより下の、または選択された質量対電荷比の範囲内の質量対電荷比を有するイオンのみがその中を通るように構成される質量対電荷比フィルタ
    を更に含む電荷検出質量分析装置。
  4. 電荷検出質量分析装置であって、
    サンプルからイオンを生成するように構成されるイオン・ソースと、
    複数の出力電圧を作り出すように構成される少なくとも１つの電圧源と、
    第１組の前記複数の出力電圧へ結合されるイオン・トラップであって、そのトラッピング状態に応じて、生成された前記イオンを受け取りその中へ格納するように、およびその透過状態に応じて、格納したイオンをそこから選択的に解放するように構成されるイオン・トラップと、
    前記イオン・トラップから離れている静電リニア・イオン・トラップ（ＥＬＩＴ）であって、前方イオン・ミラーおよび後方イオン・ミラーと、これらの間に配される電荷検出シリンダとを含み、前方イオン・ミラーおよび後方イオン・ミラーは、それぞれ、第２組の前記複数の出力電圧および第３組の前記複数の出力電圧へ結合され、その透過状態に応じて、その中をイオンが透過するようにし、また、その反射状態に応じて、前記電荷検出シリンダからその中へ入ってくるイオンが前記電荷検出シリンダの中へ戻されるように反射するように構成されるＥＬＩＴと、
    処理回路であって、前記第１組の電圧をその透過状態へと制御して、前記イオン・トラップが格納した前記イオンの少なくとも幾らかをそこから解放して、前記前方イオン・ミラーを介して前記ＥＬＩＴの中へ向けて移動するようにさせ、その後、前記第２組の電圧が後に続く前記第３組の電圧をその反射状態へと制御して、その中を移動する前記イオンのうちの１つのイオンをトラップするように、およびトラップされた前記イオンが前記前方イオン・ミラーと前記後方イオン・ミラーとの間で前後に振動するようにして、毎回に前記電荷検出シリンダを通り、対応する電荷を誘導するようにさせる処理回路と
    を含む電荷検出質量分析装置。
  5. 請求項４の電荷検出質量分析装置であって、
    前記電荷検出シリンダへ結合される入出と、出力とを有し、前記電荷検出シリンダを通る前記イオンにより前記電荷検出シリンダで誘導された電荷の検出に応じて、電荷検出信号を前記出力で作り出す電荷感応型増幅器を更に含み、
    前記処理回路は、複数の前記電荷検出信号を処理し、その処理から、トラップされた前記イオンの質量および電荷を決定するように構成される、
    電荷検出質量分析装置。
  6. 請求項４の電荷検出質量分析装置であって、
    前記イオン・トラップと前記ＥＬＩＴとの間に配される質量対電荷比フィルタであって、質量対電荷比スレッショルドより上の、または質量対電荷比スレッショルドより下の、または選択された質量対電荷比の範囲内の質量対電荷比を有するイオンのみがその中を通るように構成される質量対電荷比フィルタ
    を更に含む電荷検出質量分析装置。
  7. 請求項４の電荷検出質量分析装置であって、
    前記処理回路は、パルス幅期間の間、前記第１組の電圧をその前記トラッピング状態から前記透過状態へと制御するように、および前記パルス幅期間の満了に応じて、前記第１組の電圧をその前記透過状態から前記トラッピング状態へと制御するように構成される、
    電荷検出質量分析装置。
  8. 請求項７の電荷検出質量分析装置であって、
    前記処理回路は、前記トラッピング状態から前記透過状態への前記第１組の電圧の制御からの第１遅延時間が満了すると、前記第３組の電圧をその前記透過状態から前記反射状態へと制御するように構成され、
    前記処理回路は、前記トラッピング状態から前記透過状態への前記第１組の電圧の制御からの第２遅延時間が満了すると、前記第２組の電圧をその前記透過状態から前記反射状態へと制御するように構成され、前記第２遅延時間は前記第１遅延時間より大きい、
    電荷検出質量分析装置。
  9. 請求項８の電荷検出質量分析装置であって、
    前記ＥＬＩＴにトラップされた前記イオンの質量対電荷比は、前記第１遅延時間と前記第２遅延時間との合計に比例し、
    前記第１遅延時間と前記第２遅延時間との前記合計は、前記ＥＬＩＴでトラップするイオンの対応する質量対電荷比範囲を選択するように、前記処理回路により制御される、
    電荷検出質量分析装置。
  10. 前方イオン・ミラーと後方イオン・ミラーとの間に配される電荷検出シリンダを有する静電リニア・イオン・トラップ（ＥＬＩＴ）と、前記前方イオン・ミラーから離れているイオン・トラップとを含む電荷検出質量分析装置を動作させる方法であって、
    サンプルからイオンを生成することと、
    生成された前記イオンを前記イオン・トラップへ格納することと、
    前記イオン・トラップを制御して、格納された前記イオンの少なくとも幾らかをそこから解放して、前記前方イオン・ミラーを介して前記ＥＬＩＴの中へ向けて移動させることと、
    格納されたイオンを解放するように前記イオン・トラップを制御した後に、前記後方イオン・ミラーを反射状態へと制御して、前記後方イオン・ミラーが、前記電荷検出シリンダから前記後方イオン・ミラーへ入ってくるイオンを、前記電荷検出シリンダを通って前記前方イオン・ミラーの方へ戻されるように反射するようにすることと、
    前記後方イオン・ミラーをその前記反射状態へと制御した後に、前記前方イオン・ミラーを反射状態へと制御して、前記前方イオン・ミラーが、前記電荷検出シリンダから前記前方イオン・ミラーへ入ってくるイオンを、前記電荷検出シリンダを通って前記後方イオン・ミラーの方へ戻されるように反射して、前記イオン・トラップから解放された前記イオンのうちの１つのイオンを前記ＥＬＩＴにおいてトラップして、トラップされた前記イオンが前記前方イオン・ミラーと前記後方イオン・ミラーとの間で振動するようにして、毎回に前記電荷検出シリンダを通り、対応する電荷を誘導するようにさせることと
    を含む方法。
  11. 請求項１０の方法であって、
    プロセッサを用いて、複数の誘導された前記電荷の検出を処理して、その処理から、トラップされた前記イオンの質量および電荷を決定すること
    を更に含む方法。
  12. 請求項１０の方法であって、
    前記イオン・トラップから解放された前記イオンについて、前記ＥＬＩＴ内へと通過させる前に、質量対電荷比スレッショルドより上または下の、または選択された質量対電荷比の範囲内の質量対電荷比を有するイオンのみに関してのフィルタ処理を行うこと
    を更に含む方法。
  13. 請求項１０の方法であって、
    前記ＥＬＩＴ内にトラップ可能なイオンの質量対電荷比の範囲は、前記イオン・トラップと前記ＥＬＩＴとの間の距離および前記ＥＬＩＴの内部の軸方向の寸法の関数である、
    方法。
  14. 請求項１３の方法であって、選択した範囲の質量対電荷比を、前記イオン・トラップと前記ＥＬＩＴとの間に対応する距離を確立することにより、前記ＥＬＩＴ内にトラップするように、前記分析装置を構成すること
    を更に含む方法。
  15. 電荷検出質量分析装置であって、
    サンプルからイオンを生成するように構成されるイオン・ソースと、
    イオン・トラップであって、生成された前記イオンを受け取りその中へ格納するように、および格納したイオンをそこから選択的に解放するように構成されるイオン・トラップと、
    前記イオン・トラップから離れている静電リニア・イオン・トラップ（ＥＬＩＴ）であって、第１イオン・ミラーおよび第２イオン・ミラーと、これらの間に配される電荷検出シリンダとを含み、前記第１イオン・ミラーは前記イオン・トラップに対向しており、前記イオン・トラップのイオン出口は、前記第１イオン・ミラーに対向する前記電荷検出シリンダの第１端部から第１距離だけ間隔が空けられており、前記電荷検出シリンダの第１端部と、前記第２イオン・ミラーに対向する前記電荷検出シリンダの第２端部との間の前記電荷検出シリンダの長さは第２距離を定め、前記第１距離および前記第２距離は、前記ＥＬＩＴ内にトラップ可能なイオンの質量対電荷比の範囲を定めるように選択される、ＥＬＩＴと、
    前記イオン・トラップを選択的に制御して、格納された前記イオンの少なくとも幾らかをそこから解放して前記ＥＬＩＴの中へ向けて移動させるため、および前記第１イオン・ミラーおよび前記第２イオン・ミラーを制御して、前記ＥＬＩＴにおいてその中を移動すイオンのうちの少なくとも１つのイオンをトラップし、トラップされた前記少なくとも１つのイオンを、前記第１イオン・ミラーと前記第２イオン・ミラーとの間で前後に振動させて、毎回に前記電荷検出シリンダを通り、対応する電荷を誘導するようにさせる手段と
    を含む電荷検出質量分析装置。
  16. 請求項１５の電荷検出質量分析装置であって、
    前記電荷検出シリンダへ結合される入出と、出力とを有し、前記電荷検出シリンダを通る前記少なくとも１つのイオンにより前記電荷検出シリンダで誘導された電荷の検出に応じて、電荷検出信号を前記出力で作り出す電荷感応型増幅器を更に含み、
    前記処理回路は、複数の前記電荷検出信号を処理し、その処理から、トラップされた前記少なくとも１つのイオンの質量および電荷を決定するように構成される、
    電荷検出質量分析装置。
  17. 請求項１５の電荷検出質量分析装置であって、
    前記イオン・トラップと前記ＥＬＩＴとの間に配される質量対電荷比フィルタであって、質量対電荷比スレッショルドより上の、または質量対電荷比スレッショルドより下の、または選択された質量対電荷比の範囲内の質量対電荷比を有するイオンのみがその中を通るように構成される質量対電荷比フィルタ
    を更に含む電荷検出質量分析装置。
  18. 請求項１５の電荷検出質量分析装置であって、前記処理回路は、パルス幅期間の間、第１組の電圧をそのトラッピング状態から透過状態へと制御するように、および前記パルス幅期間の満了に応じて、前記第１組の電圧をその前記透過状態から前記トラッピング状態へと制御するように構成される、
    電荷検出質量分析装置。
  19. 請求項１８の電荷検出質量分析装置であって、
    前記処理回路は、前記トラッピング状態から前記透過状態への前記第１組の電圧の制御からの第１遅延時間が満了すると、第３組の電圧をその透過状態から反射状態へと制御するように構成され、
    前記処理回路は、前記トラッピング状態から前記透過状態への前記第１組の電圧の制御からの第２遅延時間が満了すると、第２組の電圧をその透過状態から反射状態へと制御するように構成され、前記第２遅延時間は前記第１遅延時間より大きい、
    電荷検出質量分析装置。
  20. 前方イオン・ミラーと後方イオン・ミラーとの間に配される電荷検出シリンダを有する静電リニア・イオン・トラップ（ＥＬＩＴ）と、前記前方イオン・ミラーから離れているイオン・トラップとを含む電荷検出質量分析装置を動作させる方法であって、
    前記イオン・トラップのイオン出口と、前記ＥＬＩＴの前記前方イオン・ミラーに対向する前記電荷検出シリンダの端部との間の第１距離と、前記電荷検出シリンダの対向する端部の間の第２距離とを選択して、前記ＥＬＩＴ内にトラップ可能なイオンの質量対電荷比の範囲を確立することと、
    サンプルからイオンを生成することと、
    生成された前記イオンを前記イオン・トラップへ格納することと、
    前記イオン・トラップを制御して、格納された前記イオンの少なくとも幾らかをそこから解放して、前記前方イオン・ミラーを介して前記ＥＬＩＴの中へ向けて移動させるようにすることと、
    格納されたイオンを解放するように前記イオン・トラップを制御した後に、前記後方イオン・ミラーを反射状態へと制御して、前記後方イオン・ミラーが、前記電荷検出シリンダから前記後方イオン・ミラーへ入ってくるイオンを、前記電荷検出シリンダを通って前記前方イオン・ミラーの方へ戻されるように反射するようにすることと、
    前記後方イオン・ミラーをその前記反射状態へと制御した後に、前記前方イオン・ミラーを反射状態へと制御して、前記前方イオン・ミラーが、前記電荷検出シリンダから前記前方イオン・ミラーへ入ってくるイオンを、前記電荷検出シリンダを通って前記後方イオン・ミラーの方へ戻されるように反射して、前記イオン・トラップから解放された前記イオンのうちの少なくとも１つのイオンを前記ＥＬＩＴにおいてトラップして、トラップされた前記少なくとも１つのイオンが前記前方イオン・ミラーと前記後方イオン・ミラーとの間で前後に振動するようにし、毎回に前記電荷検出シリンダを通り、対応する電荷を誘導するようにさせることと
    を含む方法。
  21. 請求項２０の方法であって、
    プロセッサを用いて、複数の誘導された前記電荷の検出を処理して、その処理から、トラップされた前記少なくとも１つのイオンの質量および電荷を決定すること
    を更に含む方法。
  22. 請求項２０の方法であって、
    前記イオン・トラップから解放された前記イオンについて、前記ＥＬＩＴ内へと通過させる前に、質量対電荷比スレッショルドより上または下の質量対電荷比、または選択された質量対電荷比の範囲内の質量対電荷比を有するイオンのみに関してのフィルタ処理を行うこと
    を更に含む方法。
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