JP5162479B2

JP5162479B2 - 質量分析計

Info

Publication number: JP5162479B2
Application number: JP2008558899A
Authority: JP
Inventors: ブラウン、ジェフリー、マーク
Original assignee: マイクロマスユーケーリミテッド
Priority date: 2006-03-14
Filing date: 2007-03-14
Publication date: 2013-03-13
Anticipated expiration: 2027-03-14
Also published as: US20090314934A1; CA2645651A1; WO2007104992A2; GB0704925D0; GB2437609B; GB2456089A; GB0900459D0; GB2437609A; GB2456089B; EP2002461A2; GB0808829D0; CA2821097C; GB0905773D0; GB2447160A; EP2688088A3; JP2009530761A; CA2645651C; US7863557B2; EP2002461B1; EP2688088A2

Description

本発明は、質量分析器およびイオンを質量分析する方法に関する。

本好適な実施形態は、質量分解能の高いコンパクトな飛行時間質量分析器に関する。上記好適な質量分析器の飛行経路は、好ましくは非常に長く、かつイオンは、好ましくは質量分析器の回りを複数回周回または旋回するように構成される。好ましくは、質量分析器は、好ましくは互いに直交するように構成される２つの扇形電場を含む。質量分析器の形状は、イオンが空間的に発散することを実質的に防止するように構成される。一好適な実施形態によると、扇形電場のうちの１つ以上は、それぞれ扇形角度を有する複数の扇形電場区分に細分され得る。扇形角度の合計は、好ましくは１８０°である。

マトリックス支援レーザ脱離イオン化（「ＭＡＬＤＩ」）イオン源またはエレクトロスプレーイオン化イオン源を内蔵する飛行時間（「ＴＯＦ」）質量分析計は、特に生化学およびプロテオミクスにおいて強力な分析機器となってきた。そのような質量分析計の固有の特徴は、感度が高いこと、理論的には質量範囲に制限がないこと、高速な測定が可能であることなどがある。したがって、飛行時間質量分析計は、四重極、イオントラップおよび扇形磁場質量分析計などの他のタイプの質量分析計と比較して、潜在的な利点が大きい。しかし、従来の市販の飛行時間質量分析器の質量分解能は、高性能フーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴（「ＦＴ−ＩＣＲ」）質量分析計ほど高くはない。１００，０００ＦＷＨＭ程度の分解能を実現でき、それより分解能の低い機器を使用するとピークが重複してしまうようなデータにおいても質量測定精度の向上が図れるＦＴ−ＩＣＲ質量分析計が公知である。

飛行時間質量分析器の質量分解能Ｒは、以下のように定義される。

ここで、ｔは、総飛行時間であり、Δｔは、半波高全幅値（Full Width Half Maximum）（「ＦＷＨＭ」）において測定されるピーク幅である。

イオンの質量が同じであるとすると、ピーク幅は、初期イオンパケット体積のエネルギーおよび空間的拡散によるずれ（aberrations）、イオン検出器の応答時間、電界不完全性、検出器平坦性許容度、および残留ガス分子との衝突によるイオンパケット発散性による。

最終のピーク幅を最小化するために種々のイオン光学技術の適用を図ることは、公知である。例えば、比較的高い運動エネルギーを有するイオンは、若干より長い飛行経路を通って走行して、比較的低い運動エネルギーを有するイオンと実質的に同じ時刻にイオン検出器に到達するように構成され得る。

上記式１から分かるように、理論上は、飛行経路（したがって飛行時間）を長くすると、分解能が比例して増加する（但し、ピーク幅がおよそ同じままの場合）。しかし、実際は、飛行経路を何倍にも長くすることは、市販の機器においては現実的でない。なぜなら、そのようにして得られる質量分析器は法外に大きく、かつ高価となるからである。さらなる問題としては、ほとんどの市販の飛行時間質量分析器は、イオンビームの半径方向の発散を抑制しようとしていないことである。したがって、飛行経路の長さを単に増加すると、最終のイオンパケットの直径がこれに応じて増加する。こうすると、今度は、マイクロチャネルプレート（ＭＣＰ）イオン検出器の直径の大きさを比例して増加させる必要があり、質量分析器のコストおよび複雑性をさらに著しく増加させる。大きなイオン検出器を有する質量分析器は、市販の機器としては現実的でない。

ある公知の市販質量分析計（Ｗａｔｅｒｓ、Ｉｎｃ．（登録商標）製のＱ−ＴＯＦ（登録商標））は、イオンをリフレクトロンを含むイオンミラーに２回別々に通すことによって、飛行時間質量分析器の実効飛行経路を増加させる。これにより、質量分析計の質量分解能は、有効に２倍され、およそ３０，０００ＦＷＨＭとなる。

種々のマルチターン飛行時間質量分析器の概念が過去に提案されてきた。しかし、そのような概念は、上記の実用上の難点があるために実用化されていない。

マルチターン飛行時間質量分析器についての公知の理論的概念の大きな問題は、イオンパケットが複数回周回しても確実に拡大しないようにする機構がないことである。したがって、イオンは、空間的に再集束される必要がある。さらに、空間的に再集束されることに加えて、イオンパケットはまた、イオンの初期エネルギー拡散の結果としていずれの方向にも拡大されなければよい。この集束状態は、完全集束と呼ばれており、詳細は、後述される。完全集束が達成されない場合は、イオンの移送および分解能は、イオンが質量分析器の回りを周回または旋回する回数が増えるにつれ急速に劣化する。

対処の必要な別の問題は、比較的低い質量対電荷比を有するイオンが、マルチターン飛行時間質量分析器の回りを複数回周回すると、比較的高い質量対電荷比を有するイオンを追い抜くことである。したがって、ピークの分解能は高い場合もあるが、得られる質量スペクトルにおけるピークの質量を決定することは難しくなる。

なお、完全を期すと、非常に長い実効イオン飛行経路を有するＦＴ−ＩＣＲ質量分析計が公知である。しかし、ＦＴ−ＩＣＲ質量分析計は、本発明の意味においては飛行時間質量分析器として解釈されないほうがよい。ＦＴ−ＩＣＲ質量分析計は、磁場内のイオンのサイクロトロン運動の周期を測定する。サイクロトロン周波数は、イオンの質量に反比例する。ＦＴ−ＩＣＲ質量分析計において、イオンは、まず閉軌道に入るように電気パルスによって衝撃を与えられ、かつそれぞれのサイクロトロン周波数で発振するようにされる。次いで、イオンは、それらが「鳴る」ことを聞くことによって検出される。イオンがイオン検出器の金属表面に近づくと、イオンは、イオン検出器の表面上に電荷を誘導する。誘導された電荷は、接地からイオン検出器の表面上に移動する。誘導された電荷が抵抗器またはインダクタを通ると、電圧信号が生成される。電圧信号は、異なるサイクロトロン周波数を有する多くのイオンが電圧信号に寄与するので時間的に比較的複雑である。しかし、複雑な電圧信号をフーリエ解析することによって、種々のイオンの質量および相対存在量を決定することができる。

改善された質量分析器を提供することが所望される。

本発明の一局面によると、
第１の扇形電場と、
第２の扇形電場であって、第２の扇形電場は、第１の扇形電場に直交するように配置される、第２の扇形電場と
を含む質量分析器が提供される。

一実施形態によると、第１の扇形電場は、１つの扇形電場を含み得る。第１の扇形電場は、例えば、１８０°扇形電場を含み得る。

別の実施形態によると、第１の扇形電場は、複数の第１の扇形電場区分を含み得る。第１の扇形電場は、２、３、４、５、６、７、８、９、１０個または１０個より多くの第１の扇形電場区分を含み得る。好ましくは、第１の扇形電場区分のうちの１つ以上は、（ｉ）０°〜１０°、（ｉｉ）１０°〜２０°、（ｉｉｉ）２０°〜３０°、（ｉｖ）３０°〜４０°、（ｖ）４０°〜５０°、（ｖｉ）５０°〜６０°、（ｖｉｉ）６０°〜７０°、（ｖｉｉｉ）７０°〜８０°、（ｉｘ）８０°〜９０°、（ｘ）９０°〜１００°、（ｘｉ）１００°〜１１０°、（ｘｉｉ）１１０°〜１２０°、（ｘｉｉｉ）１２０°〜１３０°、（ｘｉｖ）１３０°〜１４０°、（ｘｖ）１４０°〜１５０°、（ｘｖｉ）１５０°〜１６０°、（ｘｖｉｉ）１６０°〜１７０°、および（ｘｖｉｉｉ）１７０°〜１８０°からなる群から選択される扇形角度を有する。複数の第１の扇形電場区分は、それぞれ扇形角度を有し、かつ複数の第１の扇形電場区分の扇形角度の合計は、好ましくは１８０°である。

上記好適な実施形態によると、第１の扇形電場は、第１の湾曲プレート電極および第２の湾曲プレート電極を含む半円筒形扇形電場を含み得る。一動作モードにおいて、第１の扇形電場の第１の湾曲プレート電極は、好ましくは第１の扇形電場の第２の湾曲プレート電極とは反対の極性に維持される。

一動作モードにおいて、第１の扇形電場の第１の湾曲プレート電極は、好ましくは（ｉ）０Ｖ、（ｉｉ）０〜２０Ｖ、（ｉｉｉ）２０〜４０Ｖ、（ｉｖ）４０〜６０Ｖ、（ｖ）６０〜８０Ｖ、（ｖｉ）８０〜１００Ｖ、（ｖｉｉ）１００〜１２０Ｖ、（ｖｉｉｉ）１２０〜１４０Ｖ、（ｉｘ）１４０〜１６０Ｖ、（ｘ）１６０〜１８０Ｖ、（ｘｉ）１８０〜２００Ｖ、（ｘｉｉ）２００〜３００Ｖ、（ｘｉｉｉ）３００〜４００Ｖ、（ｘｉｖ）４００〜５００Ｖ、（ｘｖ）５００〜６００Ｖ、（ｘｖｉ）６００〜７００Ｖ、（ｘｖｉｉ）７００〜８００Ｖ、（ｘｖｉｉｉ）８００〜９００Ｖ、（ｘｉｘ）９００〜１０００Ｖ、（ｘｘ）１〜２ｋＶ、（ｘｘｉ）２〜３ｋＶ、（ｘｘｉｉ）３〜４ｋＶ、（ｘｘｉｉｉ）４〜５ｋＶ、および（ｘｘｉｖ）＞５ｋＶからなる群から選択される電位に維持される。一動作モードにおいて、第１の扇形電場の第２の湾曲プレート電極は、好ましくは（ｉ）０Ｖ、（ｉｉ）０〜−２０Ｖ、（ｉｉｉ）−２０〜−４０Ｖ、（ｉｖ）−４０〜−６０Ｖ、（ｖ）−６０〜−８０Ｖ、（ｖｉ）−８０〜−１００Ｖ、（ｖｉｉ）−１００〜−１２０Ｖ、（ｖｉｉｉ）−１２０〜−１４０Ｖ、（ｉｘ）−１４０〜−１６０Ｖ、（ｘ）−１６０〜−１８０Ｖ、（ｘｉ）−１８０〜−２００Ｖ、（ｘｉｉ）−２００〜−３００Ｖ、（ｘｉｉｉ）−３００〜−４００Ｖ、（ｘｉｖ）−４００〜−５００Ｖ、（ｘｖ）−５００〜−６００Ｖ、（ｘｖｉ）−６００〜−７００Ｖ、（ｘｖｉｉ）−７００〜−８００Ｖ、（ｘｖｉｉｉ）−８００〜−９００Ｖ、（ｘｉｘ）−９００〜−１０００Ｖ、（ｘｘ）−１〜−２ｋＶ、（ｘｘｉ）−２〜−３ｋＶ、（ｘｘｉｉ）−３〜−４ｋＶ、（ｘｘｉｉｉ）−４〜−５ｋＶ、および（ｘｘｉｖ）＜−５ｋＶからなる群から選択される電位に維持される。

質量分析器は、好ましくは第１の扇形電場内に設けられるイオン入口ポートであって、使用時に好ましくはイオン源からのイオンがイオン入口ポートを介して質量分析器中に導入される、イオン入口ポートをさらに含む。

第１の扇形電場は、好ましくは第１の方向に移送中のイオンを受け取るように構成され、かつ好ましくは第１の方向とは反対の第２の方向にイオンを排出するように構成される。

一実施形態によると、第２の扇形電場は、１つの扇形電場を含み得る。第２の扇形電場は、例えば、１８０°扇形電場を含み得る。

別の実施形態によると、第２の扇形電場は、複数の第２の扇形電場区分を含み得る。第２の扇形電場は、２、３、４、５、６、７、８、９、１０個または１０個より多くの第２の扇形電場区分を含み得る。好ましくは、第２の扇形電場区分のうちの１つ以上は、（ｉ）０°〜１０°、（ｉｉ）１０°〜２０°、（ｉｉｉ）２０°〜３０°、（ｉｖ）３０°〜４０°、（ｖ）４０°〜５０°、（ｖｉ）５０°〜６０°、（ｖｉｉ）６０°〜７０°、（ｖｉｉｉ）７０°〜８０°、（ｉｘ）８０°〜９０°、（ｘ）９０°〜１００°、（ｘｉ）１００°〜１１０°、（ｘｉｉ）１１０°〜１２０°、（ｘｉｉｉ）１２０°〜１３０°、（ｘｉｖ）１３０°〜１４０°、（ｘｖ）１４０°〜１５０°、（ｘｖｉ）１５０°〜１６０°、（ｘｖｉｉ）１６０°〜１７０°、および（ｘｖｉｉｉ）１７０°〜１８０°からなる群から選択される扇形角度を有する。複数の第２の扇形電場区分は、それぞれ扇形角度を有し、かつ複数の第２の扇形電場区分の扇形角度の合計は、好ましくは１８０°である。

上記好適な実施形態によると、第２の扇形電場は、第１の湾曲プレート電極および第２の湾曲プレート電極を含む半円筒形扇形電場を含み得る。一動作モードにおいて、第２の扇形電場の第１の湾曲プレート電極は、好ましくは第２の扇形電場の第２の湾曲プレート電極とは反対の極性に維持される。

一動作モードにおいて、第２の扇形電場の第１の湾曲プレート電極は、好ましくは（ｉ）０Ｖ、（ｉｉ）０〜２０Ｖ、（ｉｉｉ）２０〜４０Ｖ、（ｉｖ）４０〜６０Ｖ、（ｖ）６０〜８０Ｖ、（ｖｉ）８０〜１００Ｖ、（ｖｉｉ）１００〜１２０Ｖ、（ｖｉｉｉ）１２０〜１４０Ｖ、（ｉｘ）１４０〜１６０Ｖ、（ｘ）１６０〜１８０Ｖ、（ｘｉ）１８０〜２００Ｖ、（ｘｉｉ）２００〜３００Ｖ、（ｘｉｉｉ）３００〜４００Ｖ、（ｘｉｖ）４００〜５００Ｖ、（ｘｖ）５００〜６００Ｖ、（ｘｖｉ）６００〜７００Ｖ、（ｘｖｉｉ）７００〜８００Ｖ、（ｘｖｉｉｉ）８００〜９００Ｖ、（ｘｉｘ）９００〜１０００Ｖ、（ｘｘ）１〜２ｋＶ、（ｘｘｉ）２〜３ｋＶ、（ｘｘｉｉ）３〜４ｋＶ、（ｘｘｉｉｉ）４〜５ｋＶ、および（ｘｘｉｖ）＞５ｋＶからなる群から選択される電位に維持される。一動作モードにおいて、第２の扇形電場の第２の湾曲プレート電極は、好ましくは（ｉ）０Ｖ、（ｉｉ）０〜−２０Ｖ、（ｉｉｉ）−２０〜−４０Ｖ、（ｉｖ）−４０〜−６０Ｖ、（ｖ）−６０〜−８０Ｖ、（ｖｉ）−８０〜−１００Ｖ、（ｖｉｉ）−１００〜−１２０Ｖ、（ｖｉｉｉ）−１２０〜−１４０Ｖ、（ｉｘ）−１４０〜−１６０Ｖ、（ｘ）−１６０〜−１８０Ｖ、（ｘｉ）−１８０〜−２００Ｖ、（ｘｉｉ）−２００〜−３００Ｖ、（ｘｉｉｉ）−３００〜−４００Ｖ、（ｘｉｖ）−４００〜−５００Ｖ、（ｘｖ）−５００〜−６００Ｖ、（ｘｖｉ）−６００〜−７００Ｖ、（ｘｖｉｉ）−７００〜−８００Ｖ、（ｘｖｉｉｉ）−８００〜−９００Ｖ、（ｘｉｘ）−９００〜−１０００Ｖ、（ｘｘ）−１〜−２ｋＶ、（ｘｘｉ）−２〜−３ｋＶ、（ｘｘｉｉ）−３〜−４ｋＶ、（ｘｘｉｉｉ）−４〜−５ｋＶ、および（ｘｘｉｖ）＜−５ｋＶからなる群から選択される電位に維持される。

質量分析器は、好ましくは第２の扇形電場内に設けられるイオン出口ポートであって、使用時にイオンがイオン出口ポートを介して質量分析器から出射する、イオン出口ポートをさらに含む。

第２の扇形電場は、好ましくは第３の方向に移送中のイオンを受け取るように構成され、かつ好ましくは第３の方向とは反対の第４の方向にイオンを排出するように構成される。第１の方向は、好ましくは第４の方向と同じである。第２の方向は、好ましくは第３の方向と同じである。

上記好適な実施形態によると、第１の動作モードにおいて、イオンは、第２の扇形電場に第１の位置で入射し、ｘ−ｚ平面において１８０°回転され、そして第２の位置に出現する。第２の扇形電場の第２の位置から出現するイオンは、好ましくはその後第１の扇形電場に第１の位置で入射し、ｙ−ｚ平面において１８０°回転され、そして第２の位置に出現する。第１の扇形電場の第２の位置から出現するイオンは、好ましくはその後第２の扇形電場に第３の位置で入射し、ｘ−ｚ平面において１８０°回転され、そして第４の位置に出現する。第２の扇形電場の第４の位置から出現するイオンは、好ましくはその後第１の扇形電場に第３の位置で入射し、ｙ−ｚ平面において１８０°回転され、そして第４の位置に出現する。第１の扇形電場の第４の位置から出現するイオンは、好ましくはその後第２の扇形電場の第１の位置へ渡る。ｘ−ｚ平面は、好ましくはｙ−ｚ平面と直交する。

別の実施形態によると、質量分析器は、１つ以上のさらなる扇形電場をさらに含み得る。質量分析器は、例えば、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０個または１０個より多くのさらなる扇形電場を含み得る。

さらなる扇形電場のうちの１つ以上は、１つの扇形電場を含み得る。さらなる扇形電場のうちの１つ以上は、１８０°扇形電場を含み得る。

一実施形態によると、さらなる扇形電場のうちの１つ以上は、複数の扇形電場区分を含み得る。１つ以上のさらなる扇形電場は、２、３、４、５、６、７、８、９、１０個または１０個より多くのさらなる扇形電場区分を含み得る。さらなる扇形電場区分のうちの１つ以上は、好ましくは（ｉ）０°〜１０°、（ｉｉ）１０°〜２０°、（ｉｉｉ）２０°〜３０°、（ｉｖ）３０°〜４０°、（ｖ）４０°〜５０°、（ｖｉ）５０°〜６０°、（ｖｉｉ）６０°〜７０°、（ｖｉｉｉ）７０°〜８０°、（ｉｘ）８０°〜９０°、（ｘ）９０°〜１００°、（ｘｉ）１００°〜１１０°、（ｘｉｉ）１１０°〜１２０°、（ｘｉｉｉ）１２０°〜１３０°、（ｘｉｖ）１３０°〜１４０°、（ｘｖ）１４０°〜１５０°、（ｘｖｉ）１５０°〜１６０°、（ｘｖｉｉ）１６０°〜１７０°、および（ｘｖｉｉｉ）１７０°〜１８０°からなる群から選択される扇形角度を有する。

第２の扇形電場および１つ以上のさらなる扇形電場は、好ましくは第１の扇形電場とは反対に、好ましくは千鳥状に配置される。第１の扇形電場は、好ましくは実質的に細長い。

一実施形態によると、第１の動作モードにおいて、イオンは、好ましくは第１の扇形電場に第１の位置で入射し、ｙ−ｚ平面において１８０°回転され、そして第２の位置に出現する。第１の扇形電場の第２の位置から出現するイオンは、好ましくはその後第２の扇形電場に第１の位置で入射し、ｘ−ｚ平面において１８０°回転され、そして第２の位置に出現する。第２の扇形電場から第２の位置で出現するイオンは、好ましくはその後第１の扇形電場に第３の位置で入射し、ｙ−ｚ平面において１８０°回転され、そして第４の位置に出現する。第１の扇形電場から第４の位置で出現するイオンは、好ましくはその後第３の扇形電場に第１の位置で入射し、ｘ−ｚ平面において１８０°回転され、そして第２の位置に出現する。第３の扇形電場から第２の位置で出現するイオンは、好ましくはその後第１の扇形電場に第５の位置で入射し、ｙ−ｚ平面において１８０°回転され、そして第６の位置に出現する。第１の扇形電場から第６の位置で出現するイオンは、その後第４の扇形電場に第１の位置で入射し、ｘ−ｚ平面において１８０°回転され、そして第２の位置に出現する。第４の扇形電場から第２の位置で出現するイオンは、好ましくはその後第１の扇形電場に第７の位置で入射し、ｙ−ｚ平面において１８０°回転され、そして第８の位置に出現する。第１の扇形電場から第８の位置で出現するイオンは、好ましくはその後第５の扇形電場に第１の位置で入射し、ｘ−ｚ平面において１８０°回転され、そして第２の位置に出現する。第５の扇形電場から第２の位置で出現するイオンは、好ましくはその後第１の扇形電場に第９の位置で入射し、ｙ−ｚ平面において１８０°回転され、そして第１０の位置に出現する。第１の扇形電場から第１０の位置で出現するイオンは、好ましくはその後第６の扇形電場に第１の位置で入射し、ｘ−ｚ平面において１８０°回転され、そして第２の位置に出現する。第６の扇形電場から第２の位置で出現するイオンは、好ましくはその後第１の扇形電場に第１１の位置で入射し、ｙ−ｚ平面において１８０°回転され、そして第１２の位置に出現する。ｘ−ｚ平面は、好ましくはｙ−ｚ平面と直交する。

質量分析器は、イオンを第１の方向に集束させるための１つ以上のイオン光学デバイスをさらに含み得る。質量分析器は、好ましくはイオンを第１の方向と直交する第２の方向に集束させるための１つ以上のイオン光学デバイスをさらに含み得る。１つ以上のイオン光学デバイスは、１つ以上の四重極ロッドセット、１つ以上の静電レンズ構成体または１つ以上のアインツェルレンズ構成体を含み得る。

質量分析器は、好ましくはイオンを質量分析器中へおよび／または質量分析器から、直交して抽出、直交して加速、直交して注入または直交して排出するための手段をさらに含む。

質量分析器は、閉ループ形状または開ループ形状を有し得る。

一実施形態によると、質量分析器は、イオンをイオン検出器上へ偏向するための１つ以上の偏向電極をさらに含み得る。イオンをイオン検出器上へ偏向するために、好ましくはパルス化電圧が１つ以上の偏向電極に印加される。

質量分析器は、好ましくはイオン検出器をさらに含む。イオン検出器は、マイクロチャネルプレートイオン検出器を含み得る。

質量分析器は、一実施形態によると、１つ以上の検出器プレートをさらに含み、１つ以上の検出器プレートを通るイオンは、１つ以上の検出器プレート上へ電荷を誘導させ得る。質量分析器は、質量分析器の１周または１旋回当りのイオンの飛行時間を決定するためのフーリエ変換解析手段をさらに含み得る。

質量分析器は、好ましくは飛行時間質量分析器またはフーリエ変換質量分析器を含む。

本発明の別の局面によると、上記のような質量分析器を含む質量分析計が提供される。

質量分析計は、好ましくはイオン源をさらに含む。イオン源は、好ましくは（ｉ）エレクトロスプレーイオン化（「ＥＳＩ」）イオン源、（ｉｉ）大気圧光イオン化（「ＡＰＰＩ」）イオン源、（ｉｉｉ）大気圧化学イオン化（「ＡＰＣＩ」）イオン源、（ｉｖ）マトリックス支援レーザ脱離イオン化（「ＭＡＬＤＩ」）イオン源、（ｖ）レーザ脱離イオン化（「ＬＤＩ」）イオン源、（ｖｉ）大気圧イオン化（「ＡＰＩ」）イオン源、（ｖｉｉ）シリコンを用いた脱離イオン化（「ＤＩＯＳ」）イオン源、（ｖｉｉｉ）電子衝突（「ＥＩ」）イオン源、（ｉｘ）化学イオン化（「ＣＩ」）イオン源、（ｘ）電界イオン化（「ＦＩ」）イオン源、（ｘｉ）電界脱離（「ＦＤ」）イオン源、（ｘｉｉ）誘導結合プラズマ（「ＩＣＰ」）イオン源、（ｘｉｉｉ）高速原子衝撃（「ＦＡＢ」）イオン源、（ｘｉｖ）液体二次イオン質量分析（「ＬＳＩＭＳ」）イオン源、（ｘｖ）脱離エレクトロスプレーイオン化（「ＤＥＳＩ」）イオン源、および（ｘｖｉ）ニッケル−６３放射性イオン源からなる群から選択される。

イオン源は、連続イオン源を含み得る。使用時に質量分析器へ移送されるイオンのパルスを提供するためのイオンゲートおよび／またはイオントラップおよび／またはパルス化デフレクタが提供され得る。あるいは、イオン源は、パルス化イオン源をさらに含み得る。質量分析計は、好ましくは質量分析器の上流および／または内部および／または下流に配置される１つ以上の質量フィルタをさらに含み得る。１つ以上の質量フィルタは、（ｉ）四重極ロッドセット質量フィルタ、（ｉｉ）飛行時間質量フィルタまたは質量分析器、（ｉｉｉ）ウィーンフィルタ、および（ｉｖ）扇形磁場質量フィルタまたは質量分析器からなる群から選択され得る。

質量分析計は、質量分析器の上流および／または内部および／または下流に配置される１つ以上のイオンガイドまたはイオントラップをさらに含み得る。

一実施形態によると、質量分析計は、質量分析器の少なくとも一部を（ｉ）＜１０^-7ｍｂａｒ、（ｉｉ）＜１０^-6ｍｂａｒ、（ｉｉｉ）＜１０^-5ｍｂａｒ、（ｉｖ）＜１０^-4ｍｂａｒ、（ｖ）＜１０^-3ｍｂａｒ、および（ｖｉ）＞１０^-3ｍｂａｒからなる群から選択される圧力に維持するように構成および適合される手段をさらに含み得る。

質量分析計は、質量分析器の上流および／または内部および／または下流に配置される衝突、フラグメンテーションまたは反応デバイスをさらに含み得る。衝突、フラグメンテーションまたは反応デバイスは、好ましくは（ｉ）表面誘起解離（「ＳＩＤ」）フラグメンテーションデバイス、（ｉｉ）電子移動解離フラグメンテーションデバイス、（ｉｉｉ）電子捕獲解離フラグメンテーションデバイス、（ｉｖ）電子衝突または衝撃解離フラグメンテーションデバイス、（ｖ）光誘起解離（「ＰＩＤ」）フラグメンテーションデバイス、（ｖｉ）レーザ誘起解離フラグメンテーションデバイス、（ｖｉｉ）赤外放射誘起解離デバイス、（ｖｉｉｉ）紫外放射誘起解離デバイス、（ｉｘ）ノズル−スキマ間インターフェースフラグメンテーションデバイス、（ｘ）インソースフラグメンテーションデバイス、（ｘｉ）イオン源衝突誘起解離フラグメンテーションデバイス、（ｘｉｉ）熱または温度源フラグメンテーションデバイス、（ｘｉｉｉ）電界誘起フラグメンテーションデバイス、（ｘｉｖ）磁場誘起フラグメンテーションデバイス、（ｘｖ）酵素消化または酵素分解フラグメンテーションデバイス、（ｘｖｉ）イオン−イオン反応フラグメンテーションデバイス、（ｘｖｉｉ）イオン−分子反応フラグメンテーションデバイス、（ｘｖｉｉｉ）イオン−原子反応フラグメンテーションデバイス、（ｘｉｘ）イオン−メタステーブルイオン反応フラグメンテーションデバイス、（ｘｘ）イオン−メタステーブル分子反応フラグメンテーションデバイス、（ｘｘｉ）イオン−メタステーブル原子反応フラグメンテーションデバイス、（ｘｘｉｉ）イオンを反応させて付加物または生成物イオンを形成するためのイオン−イオン反応デバイス、（ｘｘｉｉｉ）イオンを反応させて付加物または生成物イオンを形成するためのイオン−分子反応デバイス、（ｘｘｉｖ）イオンを反応させて付加物または生成物イオンを形成するためのイオン−原子反応デバイス、（ｘｘｖ）イオンを反応させて付加物または生成物イオンを形成するためのイオン−メタステーブルイオン反応デバイス、（ｘｘｖｉ）イオンを反応させて付加物または生成物イオンを形成するためのイオン−メタステーブル分子反応デバイス、（ｘｘｖｉｉ）イオンを反応させて付加物または生成物イオンを形成するためのイオン−メタステーブル原子反応デバイス、および（ｘｘｖｉｉｉ）衝突誘起解離（「ＣＩＤ」）フラグメンテーションデバイスからなる群から選択される。

本発明の別の局面によると、イオンを質量分析する方法であって、
イオンを第１の扇形電場に渡す工程と、
次いで、イオンを第２の扇形電場に渡す工程であって、第２の扇形電場は、第１の扇形電場に直交するように配置される、工程と
を含む方法が提供される。

本発明の一局面によると、
第１の扇形電場と、
第２の扇形電場であって、第２の扇形電場は、第１の扇形電場に直交するように配置される、第２の扇形電場と
を含む閉ループ質量分析器であって、
一動作モードにおいて、イオンは、質量分析器を１周以上周回または旋回し、かつ質量分析器を１周または１旋回する間にイオンは、
（ｉ）第２の扇形電場に第１の位置で入射し、ｘ−ｚ平面において１８０°回転され、そして第２の位置で出現し、
（ｉｉ）次いで、フィールドフリー領域を通り、
（ｉｉｉ）次いで、第１の扇形電場に第１の位置で入射し、ｙ−ｚ平面において１８０°回転され、そして第２の位置で出現し、
（ｉｖ）次いで、フィールドフリー領域を通り、
（ｖ）次いで、第２の扇形電場に第３の位置で入射し、ｘ−ｚ平面において１８０°回転され、そして第４の位置で出現し、
（ｖｉ）次いで、フィールドフリー領域を通り、
（ｖｉｉ）次いで、第１の扇形電場に第３の位置で入射し、ｙ−ｚ平面において１８０°回転され、そして第４の位置で出現し、
（ｖｉｉｉ）次いで、フィールドフリー領域を通り、
ｘ−ｚ平面は、ｙ−ｚ平面と直交する、
閉ループ質量分析器が提供される。

本発明の一局面によると、
イオンを質量分析する方法であって、
第１の扇形電場と、第２の扇形電場であって、第２の扇形電場は、第１の扇形電場に直交するように配置される、第２の扇形電場とを含む閉ループ質量分析器を準備する工程と、
イオンを質量分析器を１周または１旋回以上させる工程であって、質量分析器を１周または１旋回する間にイオンは、
（ｉ）第２の扇形電場に第１の位置で入射し、ｘ−ｚ平面において１８０°回転され、そして第２の位置で出現し、
（ｉｉ）次いで、フィールドフリー領域を通り、
（ｉｉｉ）次いで、第１の扇形電場に第１の位置で入射し、ｙ−ｚ平面において１８０°回転され、そして第２の位置で出現し、
（ｉｖ）次いで、フィールドフリー領域を通り、
（ｖ）次いで、第２の扇形電場に第３の位置で入射し、ｘ−ｚ平面において１８０°回転され、そして第４の位置で出現し、
（ｖｉ）次いで、フィールドフリー領域を通り、
（ｖｉｉ）次いで、第１の扇形電場に第３の位置で入射し、ｙ−ｚ平面において１８０°回転され、そして第４の位置で出現し、
（ｖｉｉｉ）次いで、フィールドフリー領域を通り、
ｘ−ｚ平面は、ｙ−ｚ平面と直交する、工程と
を含む方法が提供される。

本発明の一局面によると、
細長い第１の扇形電場と、
第２の扇形電場と、
第３の扇形電場とを含み、
第２および第３の扇形電場は、第１の扇形電場に直交するように配置される開ループ質量分析器であって、
一動作モードにおいて、イオンは、
（ｉ）第１の扇形電場に第１の位置で入射し、ｙ−ｚ平面において１８０°回転され、そして第２の位置で出現し、
（ｉｉ）次いで、フィールドフリー領域を通り、
（ｉｉｉ）次いで、第２の扇形電場に第１の位置で入射し、ｘ−ｚ平面において１８０°回転され、そして第２の位置で出現し、
（ｉｖ）次いで、フィールドフリー領域を通り、
（ｖ）次いで、第１の扇形電場に第３の位置で入射し、ｙ−ｚ平面において１８０°回転され、そして第４の位置で出現し、
（ｖｉ）次いで、フィールドフリー領域を通り、
（ｖｉｉ）次いで、第３の扇形電場に第１の位置で入射し、ｘ−ｚ平面において１８０°回転され、そして第２の位置で出現し、
ｘ−ｚ平面は、ｙ−ｚ平面と直交する、
開ループ質量分析器が提供される。

本発明の一局面によると、
イオンを質量分析する方法であって、
細長い第１の扇形電場と、第２の扇形電場と、第３の扇形電場とを含む開ループ質量分析器を準備する工程であって、第２および第３の扇形電場は、第１の扇形電場に直交するように配置される、工程と、
イオンが、
（ｉ）第１の扇形電場に第１の位置で入射し、ｙ−ｚ平面において１８０°回転され、そして第２の位置で出現し、
（ｉｉ）次いで、フィールドフリー領域を通り、
（ｉｉｉ）次いで、第２の扇形電場に第１の位置で入射し、ｘ−ｚ平面において１８０°回転され、そして第２の位置で出現し、
（ｉｖ）次いで、フィールドフリー領域を通り、
（ｖ）次いで、第１の扇形電場に第３の位置で入射し、ｙ−ｚ平面において１８０°回転され、そして第４の位置で出現し、
（ｖｉ）次いで、フィールドフリー領域を通り、
（ｖｉｉ）次いで、第３の扇形電場に第１の位置で入射し、ｘ−ｚ平面において１８０°回転され、そして第２の位置で出現し、
ｘ−ｚ平面は、ｙ−ｚ平面と直交する、
ようにさせる工程と
を含む方法が提供される。

本発明の一局面によると、
第１の扇形電場と、
第２の扇形電場であって、第２の扇形電場は、第１の扇形電場に直交するように配置される、第２の扇形電場と
イオン検出手段であって、イオン検出手段は、（ｉ）イオンをイオン検出器上へ偏向するための１つ以上の偏向電極、および（ｉｉ）１つ以上の検出器プレートであって、１つ以上の検出器プレートを通るイオンが１つ以上の検出器プレート上へ電荷が誘導されるようにする１つ以上の検出器プレート、からなる群から選択され、かつイオン検出手段は、質量分析器の１周または１旋回当りのイオンの飛行時間を決定するためのフーリエ変換解析手段を含む、イオン検出手段とを含むマルチターン飛行時間質量分析器が提供される。

本発明の一局面によると、
イオンを質量分析する方法であって、
第１の扇形電場と、第２の扇形電場とを含み、第２の扇形電場は、第１の扇形電場に直交するように配置される、マルチターン飛行時間質量分析器を準備する工程と、
（ｉ）イオンをイオン検出器上へ偏向する１つ以上の偏向電極を提供すること、または（ｉｉ）１つ以上の検出器プレートであって、１つ以上の検出器プレートを通るイオンが１つ以上の検出器プレート上へ電荷が誘導されるようにする１つ以上の検出器プレートを提供すること、のいずれかによってイオンを検出する工程とを含み、
前記方法が前記質量分析器の１周または１旋回当りのイオンの飛行時間を決定するためのフーリエ変換解析を更に含む方法が提供される。

本発明の別の局面によると、
複数の第１の扇形電場区分を含む第１の扇形電場であって、各第１の扇形電場区分は、（ｉ）０°〜１０°、（ｉｉ）１０°〜２０°、（ｉｉｉ）２０°〜３０°、（ｉｖ）３０°〜４０°、（ｖ）４０°〜５０°、（ｖｉ）５０°〜６０°、（ｖｉｉ）６０°〜７０°、（ｖｉｉｉ）７０°〜８０°、（ｉｘ）８０°〜９０°、（ｘ）９０°〜１００°、（ｘｉ）１００°〜１１０°、（ｘｉｉ）１１０°〜１２０°、（ｘｉｉｉ）１２０°〜１３０°、（ｘｉｖ）１３０°〜１４０°、（ｘｖ）１４０°〜１５０°、（ｘｖｉ）１５０°〜１６０°、（ｘｖｉｉ）１６０°〜１７０°、および（ｘｖｉｉｉ）１７０°〜１８０°からなる群から選択される扇形角度を有する、第１の扇形電場と
複数の第２の扇形電場区分を含む第２の扇形電場であって、各第２の扇形電場区分は、（ｉ）０°〜１０°、（ｉｉ）１０°〜２０°、（ｉｉｉ）２０°〜３０°、（ｉｖ）３０°〜４０°、（ｖ）４０°〜５０°、（ｖｉ）５０°〜６０°、（ｖｉｉ）６０°〜７０°、（ｖｉｉｉ）７０°〜８０°、（ｉｘ）８０°〜９０°、（ｘ）９０°〜１００°、（ｘｉ）１００°〜１１０°、（ｘｉｉ）１１０°〜１２０°、（ｘｉｉｉ）１２０°〜１３０°、（ｘｉｖ）１３０°〜１４０°、（ｘｖ）１４０°〜１５０°、（ｘｖｉ）１５０°〜１６０°、（ｘｖｉｉ）１６０°〜１７０°、および（ｘｖｉｉｉ）１７０°〜１８０°からなる群から選択される扇形角度を有する、第２の扇形電場と
を含む質量分析器であって、
第２の扇形電場区分は、第１の扇形電場区分と直交するように配置される、
質量分析器が提供される。

本発明の別の局面によると、
イオンを質量分析する方法であって、
イオンを複数の第１の扇形電場区分を含む第１の扇形電場に渡す工程であって、各第１の扇形電場区分は、（ｉ）０°〜１０°、（ｉｉ）１０°〜２０°、（ｉｉｉ）２０°〜３０°、（ｉｖ）３０°〜４０°、（ｖ）４０°〜５０°、（ｖｉ）５０°〜６０°、（ｖｉｉ）６０°〜７０°、（ｖｉｉｉ）７０°〜８０°、（ｉｘ）８０°〜９０°、（ｘ）９０°〜１００°、（ｘｉ）１００°〜１１０°、（ｘｉｉ）１１０°〜１２０°、（ｘｉｉｉ）１２０°〜１３０°、（ｘｉｖ）１３０°〜１４０°、（ｘｖ）１４０°〜１５０°、（ｘｖｉ）１５０°〜１６０°、（ｘｖｉｉ）１６０°〜１７０°、および（ｘｖｉｉｉ）１７０°〜１８０°からなる群から選択される扇形角度を有する、工程と、
イオンを複数の第２の扇形電場区分を含む第２の扇形電場に渡す工程であって、各第２の扇形電場区分は、（ｉ）０°〜１０°、（ｉｉ）１０°〜２０°、（ｉｉｉ）２０°〜３０°、（ｉｖ）３０°〜４０°、（ｖ）４０°〜５０°、（ｖｉ）５０°〜６０°、（ｖｉｉ）６０°〜７０°、（ｖｉｉｉ）７０°〜８０°、（ｉｘ）８０°〜９０°、（ｘ）９０°〜１００°、（ｘｉ）１００°〜１１０°、（ｘｉｉ）１１０°〜１２０°、（ｘｉｉｉ）１２０°〜１３０°、（ｘｉｖ）１３０°〜１４０°、（ｘｖ）１４０°〜１５０°、（ｘｖｉ）１５０°〜１６０°、（ｘｖｉｉ）１６０°〜１７０°、および（ｘｖｉｉｉ）１７０°〜１８０°からなる群から選択される扇形角度を有する、工程と
を含む方法であって、
第２の扇形電場区分は、第１の扇形電場区分と直交するように配置される、
方法が提供される。

本発明の別の局面によると、
使用時に、イオンが第１の平面および第１の平面と直交する第２の平面において移送される、閉ループ飛行時間またはフーリエ変換質量分析器が提供される。

本発明の別の局面によると、
使用時に、イオンが第１の平面および第１の平面と直交する第２の平面において移送される、開ループ飛行時間またはフーリエ変換質量分析器が提供される。

本発明の別の局面によると、
イオンを質量分析する方法であって、
閉ループ飛行時間またはフーリエ変換質量分析器を準備する工程と、
イオンを第１の平面および第１の平面と直交する第２の平面において移送する工程と
を含む方法が提供される。

本発明の別の局面によると、
イオンを質量分析する方法であって、
開ループ飛行時間またはフーリエ変換質量分析器を準備する工程と、
イオンを第１の平面および第１の平面と直交する第２の平面において移送する工程と
を含む方法が提供される。

本発明の別の局面によると、
１つ以上の第１の扇形電場区分を含む第１の扇形電場であって、各第１の扇形電場区分は、（ｉ）０°〜１０°、（ｉｉ）１０°〜２０°、（ｉｉｉ）２０°〜３０°、（ｉｖ）３０°〜４０°、（ｖ）４０°〜５０°、（ｖｉ）５０°〜６０°、（ｖｉｉ）６０°〜７０°、（ｖｉｉｉ）７０°〜８０°、（ｉｘ）８０°〜９０°、（ｘ）９０°〜１００°、（ｘｉ）１００°〜１１０°、（ｘｉｉ）１１０°〜１２０°、（ｘｉｉｉ）１２０°〜１３０°、（ｘｉｖ）１３０°〜１４０°、（ｘｖ）１４０°〜１５０°、（ｘｖｉ）１５０°〜１６０°、（ｘｖｉｉ）１６０°〜１７０°、および（ｘｖｉｉｉ）１７０°〜１８０°からなる群から選択される扇形角度を有する、第１の扇形電場と
１つ以上の第２の扇形電場区分を含む第２の扇形電場であって、各第２の扇形電場区分は、（ｉ）０°〜１０°、（ｉｉ）１０°〜２０°、（ｉｉｉ）２０°〜３０°、（ｉｖ）３０°〜４０°、（ｖ）４０°〜５０°、（ｖｉ）５０°〜６０°、（ｖｉｉ）６０°〜７０°、（ｖｉｉｉ）７０°〜８０°、（ｉｘ）８０°〜９０°、（ｘ）９０°〜１００°、（ｘｉ）１００°〜１１０°、（ｘｉｉ）１１０°〜１２０°、（ｘｉｉｉ）１２０°〜１３０°、（ｘｉｖ）１３０°〜１４０°、（ｘｖ）１４０°〜１５０°、（ｘｖｉ）１５０°〜１６０°、（ｘｖｉｉ）１６０°〜１７０°、および（ｘｖｉｉｉ）１７０°〜１８０°からなる群から選択される扇形角度を有する、第２の扇形電場と、
１つ以上の第３の扇形電場区分を含む第３の扇形電場であって、各第３の扇形電場区分は、（ｉ）０°〜１０°、（ｉｉ）１０°〜２０°、（ｉｉｉ）２０°〜３０°、（ｉｖ）３０°〜４０°、（ｖ）４０°〜５０°、（ｖｉ）５０°〜６０°、（ｖｉｉ）６０°〜７０°、（ｖｉｉｉ）７０°〜８０°、（ｉｘ）８０°〜９０°、（ｘ）９０°〜１００°、（ｘｉ）１００°〜１１０°、（ｘｉｉ）１１０°〜１２０°、（ｘｉｉｉ）１２０°〜１３０°、（ｘｉｖ）１３０°〜１４０°、（ｘｖ）１４０°〜１５０°、（ｘｖｉ）１５０°〜１６０°、（ｘｖｉｉ）１６０°〜１７０°、および（ｘｖｉｉｉ）１７０°〜１８０°からなる群から選択される扇形角度を有する、第３の扇形電場と
を含む質量分析器であって、
１つ以上の第２の扇形電場区分は、１つ以上の第１の扇形電場区分と直交するように配置され、かつ１つ以上の第３の扇形電場区分は、１つ以上の第１の扇形電場区分または１つ以上の第２の扇形電場区分のいずれか一方と直交するように配置される、
飛行時間またはフーリエ変換質量分析器が提供される。

本発明の別の局面によると、
イオンを質量分析する方法であって、
飛行時間またはフーリエ変換質量分析器を準備する工程と、
イオンを１つ以上の第１の扇形電場区分を含む第１の扇形電場に渡す工程であって、各第１の扇形電場区分は、（ｉ）０°〜１０°、（ｉｉ）１０°〜２０°、（ｉｉｉ）２０°〜３０°、（ｉｖ）３０°〜４０°、（ｖ）４０°〜５０°、（ｖｉ）５０°〜６０°、（ｖｉｉ）６０°〜７０°、（ｖｉｉｉ）７０°〜８０°、（ｉｘ）８０°〜９０°、（ｘ）９０°〜１００°、（ｘｉ）１００°〜１１０°、（ｘｉｉ）１１０°〜１２０°、（ｘｉｉｉ）１２０°〜１３０°、（ｘｉｖ）１３０°〜１４０°、（ｘｖ）１４０°〜１５０°、（ｘｖｉ）１５０°〜１６０°、（ｘｖｉｉ）１６０°〜１７０°、および（ｘｖｉｉｉ）１７０°〜１８０°からなる群から選択される扇形角度を有する、工程と、
イオンを１つ以上の第２の扇形電場区分を含む第２の扇形電場に渡す工程であって、各第２の扇形電場区分は、（ｉ）０°〜１０°、（ｉｉ）１０°〜２０°、（ｉｉｉ）２０°〜３０°、（ｉｖ）３０°〜４０°、（ｖ）４０°〜５０°、（ｖｉ）５０°〜６０°、（ｖｉｉ）６０°〜７０°、（ｖｉｉｉ）７０°〜８０°、（ｉｘ）８０°〜９０°、（ｘ）９０°〜１００°、（ｘｉ）１００°〜１１０°、（ｘｉｉ）１１０°〜１２０°、（ｘｉｉｉ）１２０°〜１３０°、（ｘｉｖ）１３０°〜１４０°、（ｘｖ）１４０°〜１５０°、（ｘｖｉ）１５０°〜１６０°、（ｘｖｉｉ）１６０°〜１７０°、および（ｘｖｉｉｉ）１７０°〜１８０°からなる群から選択される扇形角度を有する、工程と、
イオンを１つ以上の第３の扇形電場区分を含む第３の扇形電場に渡す工程であって、各第３の扇形電場区分は、（ｉ）０°〜１０°、（ｉｉ）１０°〜２０°、（ｉｉｉ）２０°〜３０°、（ｉｖ）３０°〜４０°、（ｖ）４０°〜５０°、（ｖｉ）５０°〜６０°、（ｖｉｉ）６０°〜７０°、（ｖｉｉｉ）７０°〜８０°、（ｉｘ）８０°〜９０°、（ｘ）９０°〜１００°、（ｘｉ）１００°〜１１０°、（ｘｉｉ）１１０°〜１２０°、（ｘｉｉｉ）１２０°〜１３０°、（ｘｉｖ）１３０°〜１４０°、（ｘｖ）１４０°〜１５０°、（ｘｖｉ）１５０°〜１６０°、（ｘｖｉｉ）１６０°〜１７０°、および（ｘｖｉｉｉ）１７０°〜１８０°からなる群から選択される扇形角度を有する、工程と
を含み、
１つ以上の第２の扇形電場区分は、１つ以上の第１の扇形電場区分と直交するように配置され、かつ１つ以上の第３の扇形電場区分は、１つ以上の第１の扇形電場区分または１つ以上の第２の扇形電場区分のいずれか一方と直交するように配置される、
方法が提供される。

以下に、本発明の種々の実施形態を、あくまで例として、添付の図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る閉ループ形状を有するマルチターン飛行時間質量分析器を示す。

図２は、本発明の一実施形態に係るマルチターン飛行時間質量分析器であって、イオンが質量分析器中に直交加速されるマルチターン飛行時間質量分析器を示す。

図３は、本発明のさらなる実施形態に係るマルチターン飛行時間質量分析器であって、開ループ形状を有するマルチターン飛行時間質量分析器を示す。

図４は、１８０°扇形電場が２つの４５°扇形電場および１つの９０°扇形電場によって形成される実施形態を示す。

図５は、３つの扇形電場区分がさらなる３つの扇形電場区分に直交するように配置される実施形態を示す。

以下に、図１に示すような本発明の一好適な実施形態を考えながら、マルチターン飛行時間質量分析器における完全集束の概念を説明する。完全集束の概念を説明する一番良い例として、完全なマルチターン飛行時間質量分析器のための伝達行列を考える。図１に示すように光軸上に原点Ｏを有し、かつｚ方向が初期曲線光軸に沿う座標系（ｘ，ｙ，ｚ）が定義され得る。一定質量のイオンの幾何軌道は、位置ベクトル（ｘ，α，ｙ，β，δ）によって表され、ここで、ｘ、ｙ、α、βは、注目イオンの基準イオンに対する横方向偏移量および角偏移量を表す。基準イオンに対するエネルギー偏移量は、以下の式によって定義され得る。

ここで、Ｕ／ｑおよびＵ₀／ｑ₀は、それぞれ任意の注目イオンおよび基準イオンの、電荷に対する運動エネルギーの比である。定義上、基準イオンは、ゼロ初期ベクトル状態を有する。

飛行時間拡散を決定するために、経路長偏移量Ｌの概念が、位置ベクトルに含められる。最終の位置ベクトルは、以下に示すように、一次伝達行列によって初期位置ベクトルに関係付けられる。

Δｔを計算するには、Ｌを基準イオンの速度で割ればよい。

質量分析器の各光学構成要素または部分に対する伝達行列は、そのパラメータが公知の場合、一次まで数値計算され得る。完全な系は、扇形電場、四重極レンズ（または、アインツェルレンズ）およびフィールドフリードリフト空間などのいくつかのイオン光学構成要素を含む。総伝達行列は、各個々のイオン光学構成要素に対応する行列を乗算することによって決定され得る。

イオンパケットの寸法を保存するには、〈ｘ｜ｘ〉、〈ｙ｜ｙ〉、〈α｜α〉および〈β｜β〉は、±１（ｕｎｉｔｙ）であればよい。ｘおよびｙにおいて角度集束を保存するには、〈ｘ｜α〉および〈ｘ｜β〉は、ゼロであればよい。さらに、横方向寸法を維持するには、〈ｘ｜δ〉および〈ｙ｜δ〉は、ゼロであればよい。また、角偏移量の絶対値を維持するには、〈α｜ｘ〉、〈α｜δ〉、〈β｜ｙ〉および〈β｜δ〉は、ゼロであればよい。

飛行時間質量分析器については、経路長偏移量は、増加しなければよい。したがって、Δｔを最小化するためには、以下のようになる。

したがって、上記のような総伝達行列の１７個の行列要素は、上記の必要な条件を満足するように構成されればよい。これは、シンプレックス法を使用して上記集束条件が満足される種々の形状に対する数値解を探すことによって実現され得る。

上記好適な実施形態によると、図１に示すように互いに直交する２つの１８０°円筒形扇形電場５、８を配置することにより、非常に長い実効飛行経路を有しながらもコンパクトな形状および比較的小さなサイズを有する飛行時間質量分析器が提供される。ｘ方向の集束が、ｙ方向の集束を実現するために使用されるものと同一のイオン光学構成要素を使用して実現される点が有利である。上記好適な実施形態は、集束を実現するためにマツダプレートや複雑なトロイダル構成要素を使用する必要がない点が有利である。

上記好適な実施形態に係る集束の対称性は、ｘまたはｙ平面のいずれかにおいて完全集束条件を満たせばよいので質量分析器全体の設計が簡単になる。四重極ロッドセット６、７、９〜１４またはアインツェルレンズなどのオプションのさらなる集束要素が、完全集束条件を二次以上まで満たすために扇形電場５、８の間に適宜配置され得る。

一実施形態によると、イオンは、１つ以上の電極プレートを含むイオン検出器（図示せず）によって検出され得る。１つ以上の電極プレートは、好ましくはイオンの飛行経路に隣接するように配置される。イオンが１つ以上の電極プレートを飛行して通り過ぎると、電荷が好ましくは１つ以上の電極プレート上に誘導される。次いで、得られた電圧信号は、好ましくは時間領域内に記録される。次いで、電圧信号は、好ましくは時間領域から周波数領域へ変換される。しかし、ＦＴ−ＩＣＲ機器と異なり、イオン検出器は、サイクロトロン周波数を測定しない。その代わりに、イオン検出器は、質量分析器の１周または１旋回当りの飛行時間を測定する。質量分析器の１周または１旋回当りの測定飛行時間は、

に比例する。生時間データのフーリエ解析によって、質量および存在量スペクトルが生成され得る。この実施形態によると、比較的低い質量対電荷比を有するイオンが、比較的高い質量対電荷比を有するイオンを追い抜いても（一周以上抜いても）、問題はない。なぜなら、イオンの質量対電荷比は、イオンの１周または１旋回当りの飛行時間から決定され得るからである。

質量分析器は、好ましくは２つの同一の１８０°扇形電場５、８を含む。扇形電場５、８は、イオンが好ましくはそれぞれｙおよびｘ方向に集束される（角度および位置において）ように、好ましくは互いに直交するように配置される。イオンは、好ましくは１８３ｍｍの平均半径上で第１および第２の扇形電場５、８を通って飛行するように構成される。加えて、ｘ方向におけるさらにより高次の集束（およびこれに対応するｙ方向における非集束）が、好ましくは第１の扇形電場５の近傍に配置される４つの好ましくは同一の四重極ロッドセット６、１０、１１、１４を使用して、適宜実現され得る。同様に、ｙ方向におけるより高次の集束（およびこれに対応するｘ方向における非集束）が、好ましくは第２の扇形電場８の近傍に配置される４つの好ましくは同一の四重極ロッドセット７、９、１２、１３を使用して、適宜実現され得る。すべての８つの四重極ロッドセット６、７、９〜１４は、好ましくは同一であり、および各四重極ロッドセットは、好ましくは４つの同一のロッドを含む。好ましくは、イオンをｘ方向に集束させる４つの四重極ロッドセット６、１０、１１、１４は、好ましくはイオンをｙ方向に集束させる４つの四重極ロッドセット７、９、１２、１３に対して１８０°回転される。

上記好適な実施形態によると、質量分析計は、好ましくはレーザ１およびＭＡＬＤＩ試料または標的プレート２を含むマトリックス支援レーザ脱離イオン化（「ＭＡＬＤＩ」）イオン源を含み得る。レーザ１からのレーザビームは、好ましくは試料をイオン化するためにＭＡＬＤＩ試料または標的プレート２上に方向付けられる。その結果得られるイオンのパルスは、好ましくは試料または標的プレート２から遠ざかり、質量分析器に向かって加速される。イオンは、好ましくは７１５ｅＶの運動エネルギーを有するように加速される。次いで、イオンは、好ましくは、第１の扇形電場５の両電極を好ましくは接地ポテンシャルに維持しながら、第１の扇形電場５の外側電極における小さな遮蔽穴４に通すことによって質量分析器に注入される。注目イオンのすべてが質量分析器に入ったら、次いで＋１００Ｖの電圧が好ましくは第１の扇形電場５の外側電極に印加され、かつ、−１００Ｖの電圧が好ましくは第１の扇形電場５の内側電極に印加される。同時に、第２の扇形電場８の外側電極は、好ましくは＋１００Ｖの一定電圧に維持され、かつ第２の扇形電場８の内側電極は、好ましくは−１００Ｖの一定電圧に維持される。質量分析器に注入されたイオンは、好ましくは四重極ロッドセット６を通り、次いでフィールドフリー領域を通って走行する。

上記好適な質量分析器の動作原理を例示するために、イオンは、好ましくは穴あるいはイオン入口ポート４の下流のフィールドフリー領域の中央の２つの扇形電場５、８の間の中間点に位置する仮想原点Ｏから開始すると考えられ得る。イオンは、好ましくは原点Ｏから第２の扇形電場８へ向かって移動し続け、そして長さＦＦＲ／２を有するフィールドフリー領域を通過する。次いで、好ましくは、イオンは、好ましくはイオンをｙ平面内に集束させる（これに対応してｘ平面内では非集束動作する）長さＬＱを有する四重極ロッドセット７を通過する。次いで、イオンは、好ましくは長さＦＦＲｑを有する短いフィールドフリー領域を通った後、第２の扇形電場８に入射する。イオンは、好ましくは第２の扇形電場８に入射し、そして好ましくはｘ平面内に集束される。

イオンは、好ましくは第２の扇形電場８の回りを走行し、次いで、好ましくは長さＦＦＲｑを有するさらなる短いフィールドフリー領域を通る。次いで、イオンは、好ましくは四重極ロッドセット９によってｙ平面内に集束される。四重極ロッドセット９は、好ましくは長さＬＱを有する。次いで、好ましくは、イオンは、好ましくはイオンをｘ平面内に集束させる四重極ロッドセット１０に到達するまで、長さＦＦＲを有するフィールドフリー領域を通る。イオンは、好ましくは長さＬＱを有する四重極ロッドセット１０を好ましくは通り、次いで、好ましくは長さＦＦＲｑを有する短いフィールドフリー領域を好ましくは通る。次いで、イオンは、好ましくは第１の扇形電場５に入射し、そして好ましくはｙ平面内に集束される。

イオンは、好ましくは第１の扇形電場５の回りを走行し、次いで好ましくは長さＦＦＲｑを有する短いフィールドフリー領域を通る。次いで、イオンは、好ましくは四重極ロッドセット１１によってｘ平面内に集束される。四重極ロッドセット１１は、好ましくは長さＬＱを有する。次いで、好ましくは、イオンは、好ましくはイオンをｙ平面内に集束させる四重極ロッドセット１２に達するまで、長さＦＦＲを有するフィールドフリー領域を通過する。イオンは、好ましくは長さＬＱを有する四重極ロッドセット１２を好ましくは通過し、次いで好ましくは長さＦＦＲｑを有する短いフィールドフリー領域を好ましくは通る。次いで、イオンは、好ましくは第２の扇形電場８に入射し、そして好ましくはｘ平面内に集束される。

イオンは、好ましくは第２の扇形電場８の回りを走行し、次いで好ましくは長さＦＦＲｑを有する短いフィールドフリー領域を通る。次いで、イオンは、好ましくは四重極ロッドセット１３によってｙ平面内に集束される。四重極ロッドセット１３は、好ましくは長さＬＱを有する。次いで、好ましくは、イオンは、好ましくはイオンをｘ平面内に集束させる四重極ロッドセット１４に達するまで、長さＦＦＲを有するフィールドフリー領域を通過する。イオンは、好ましくは長さＬＱを有する四重極ロッドセット１４を好ましくは通過し、次いで好ましくは長さＦＦＲｑを有する短いフィールドフリー領域を好ましくは通る。次いで、イオンは、好ましくは第１の扇形電場５に入射し、そして好ましくはｙ平面内に集束される。

イオンは、好ましくは第１の扇形電場５の回りを走行し、次いで好ましくは長さＦＦＲｑを有する短いフィールドフリー領域を通る。次いで、イオンは、好ましくは四重極ロッドセット６によってｘ平面内に集束される。四重極ロッドセット６は、好ましくは長さＬＱを有する。次いで、イオンは、好ましくはイオンが原点Ｏに戻るまで、長さＦＦＲ／２を有するフィールドフリー領域を通る。イオンは、原点Ｏに到達すると、質量分析器をちょうど１周する。好ましくは質量分析器内に位置するすべての四重極ロッドセット６、７、９〜１４は、好ましくは実質的に同じ電圧が印加され、かつ好ましくは実質的に同じ寸法を有する。

上記好適な実施形態によると、＋／−３６．５７Ｖの電圧が好ましくは四重極ロッドセット６、７、９〜１４のすべての対向するロッド対に印加される。四重極ロッドセット６、７、９〜１４は、好ましくはそれぞれ４つのロッドを有する。各ロッドは、好ましくは長さが２０ｍｍである。ロッドの内接半径は、好ましくは１５ｍｍである。２つの四重極ロッドセット間の比較的長いフィールドフリー領域ＦＦＲは、好ましくは７８０ｍｍであり、かつ四重極ロッドセット６、７、９〜１４と扇形電場５、８との間の比較的短いフィールドフリー領域ＦＦＲｑは、好ましくは２．６ｍｍである。

上記好適な実施形態によると、半周後、イオンは、好ましくは再集束される。しかし、画像が反転されるので、上記のような完全集束が実現されない。質量分析器をちょうど１周した後は、総伝達行列の要素の値は、以下のように計算される。

したがって、上記好適な実施形態に係る質量分析器は、少なくとも一次近似の完全集束を実現することが分かる。四重極ロッドセット６、７、９〜１４は、好ましくは二次以上まで完全集束が実現されることを確実にする。

上記好適な質量分析器の１周の総経路長は、好ましくは５．５９７ｍであり、かつ質量対電荷比が１０００であるイオンに対して、マルチターン飛行時間質量分析器による一次の総Δｔ偏差は、ｘ₀＝１ｍｍ、α₀＝１ｍｒａｄ、ｙ₀＝１ｍｍ、β₀＝１ｍｒａｄ、δ₀＝０．０１およびＬ₀＝０である入力条件下で１ｐｓ未満である。

一実施形態によると、イオンは、イオンを質量分析器の回りの軌道から逸らし、次いでイオンをイオン検出器１６上へ方向付けることによって検出され得る。この実施形態によると、好ましくはイオン経路を横切ってまたは隣接して配置される一対の偏向プレート１５が好ましくは設置される。偏向プレート対１５には、好ましくはＤＣ電圧がプログラム可能な時間遅延後に印加される。好ましくは軌道から逸れたイオンは、好ましくはイオン検出器１６を形成する一対のマイクロチャネルプレート１６によって好ましくは検出される。

イオンが質量分析器を複数回周回することが可能な場合、記録されたスペクトルデータに質量を割り当てることがより難しくなる。なぜなら、比較的低い質量対電荷比を有するイオンは、比較的高い質量対電荷比を有するイオンを複数回追い抜くことがあるからである。質量をスペクトルに割り当てるためには、電圧パルスが偏向プレート１５に印加された際の、特定の質量対電荷比を有するイオンが回った正確な回数または周数を知ることが必要である。周数を比較的低く維持すれば、ピーク割り当て処理は、特に問題にはならない。しかし、複雑なスペクトルを有するより大きな周数に対しては、異なるプログラム可能な遅延時間後に複数のスペクトルを取得することによってピーク割り当てが実現され得る。異なるスペクトル内のピークを関連付け、そして適切な較正アルゴリズムを適用することによって、関連付けられたピークの正確な回数が計算されるので、信頼のある質量割り当てが可能になる。

したがって、この実施形態によると、複数セットのデータが異なる時刻に取得され、かつＤＣ電圧が印加された際の偏向プレート１５間の位置に存在し得るイオンの質量対電荷比が各データセットに対して決定され得る。次いで、複数セットのデータを分析し、そしてデータセットにおいて観察されるイオンの質量対電荷比を導き出すことが可能である。

別の実施形態によると、扇形電場のうちの１つ（この場合、第２の扇形電場８）に印加される電圧は、イオンが注目の扇形電場の外側電極に設置される穴あるいはイオン出口ポート１８を通って流れ出ることを可能にするようにＯＦＦに切り換えられ得る。次いで、イオンは、マイクロチャネルプレートイオン検出器１９などのイオン検出器によって検出され得る。やはり、異なる遅延時間後に複数のスペクトルが取得され得る。異なるスペクトル内のピークは、適切な較正アルゴリズムを使用して関連付けられ、かつ質量対電荷比が、ピークに割り当てられ得る。

さらにおよび／またはあるいは、イオンは、イオンが飛行して検出器プレートを通過する際に検出器プレート上に誘導される電荷によって生じる電圧信号を測定することによって検出され得る。一実施形態によると、第１の扇形電場５と第２の扇形電場８との間に生成される電圧差が使用され得る。高インピーダンス抵抗器１７を通って流れる電荷は、測定可能な電圧信号を提供する。次いで、電圧信号はフーリエ変換解析され、そして周波数スペクトルが生成され得る。

に比例する１周または１旋回当りの飛行時間が測定され得、次いで、質量スペクトルが生成され得る。

ここで、イオンを質量分析器に注入する別の方法を図２を参照して説明する。この実施形態によると、イオンビーム２０からのイオンは、好ましくはイオン注入デバイス２１を使用して上記好適な質量分析器の経路中へ直角に加速される。イオン注入デバイス２１は、好ましくは対応する加速光学系および集束光学系を有する一対の電極プレートを含む。電極プレートは、好ましくは質量分析器を通るイオン経路に直交する平面内に配置される。一旦イオンが質量分析器中に直角に注入されると、イオン注入デバイス２１に印加される電圧が次いで好ましくは接地に戻される。電極プレートおよび加速光学系は、好ましくはイオンビームが実質的に妨害されずにイオン注入デバイス２１を通ることが可能となるように１００％透過開口（グリッドではなく）を有する。

本発明の別の実施形態に係る質量分析器を図３に示す。この実施形態によると、質量分析器は、閉ループ形状ではなく、開ループ形状を有する。質量分析器は、好ましくは第１の細長い扇形電場３２および複数の他のより小さい扇形電場３３ａ〜３３ｅを含む。より小さい扇形電場３３ａ〜３３ｅは、好ましくは第１の細長い扇形電場３２に対して直交しかつ千鳥状に配置される。イオン検出器３４が、好ましくは扇形電場３２、３３ａ〜３３ｅの下流に設置される。イオン検出器３４は、好ましくはマイクロチャネルプレート検出器３４を含む。好ましくはＭＡＬＤＩイオン源３０を含むイオン源が好ましくは設けられる。好ましくは、イオン源３０は、好ましくはパルス化レーザビームを出力するレーザを含む。パルス化レーザビームは、好ましくはＭＡＬＤＩ試料または標的プレート３１を標的とする。イオンは、好ましくはＭＡＬＤＩ試料または標的プレート３１の表面から脱着され、そして好ましくは第１の細長い扇形電場３２へ向かって加速される。

イオンは、好ましくは第１の細長い扇形電場３２によって受け取られ、次いで好ましくは第１の細長い扇形電場３２の回りを通され、そして好ましくはｙ方向に集束される。次いで、イオンは、好ましくは第２の扇形電場３３ａへ移送される。

イオンは、好ましくは第２の扇形電場３３ａの回りを走行し、そして好ましくはｘ方向に集束される。次いで、イオンは、好ましくは第１の細長い扇形電場３２に戻るように移送される。イオンは、好ましくは第１の細長い扇形電場３２の回りを走行し、そして好ましくはｙ方向に集束される。次いで、イオンは、好ましくは第３の扇形電場３３ｂへ移送される。

イオンは、好ましくは第３の扇形電場３３ｂの回りを走行し、そして好ましくはｘ方向に集束される。次いで、イオンは、好ましくは第１の細長い扇形電場３２に戻るように移送される。イオンは、好ましくは第１の細長い扇形電場３２の回りを走行し、そして好ましくはｙ方向に集束される。次いで、イオンは、好ましくは第４の扇形電場３３ｃに移送される。

イオンは、好ましくは第４の扇形電場３３ｃの回りを走行し、そして好ましくはｘ方向に集束される。次いで、イオンは、好ましくは第１の細長い扇形電場３２に戻るように移送される。イオンは、好ましくは第１の細長い扇形電場３２の回りを走行し、そして好ましくはｙ方向に集束される。次いで、イオンは、好ましくは第５の扇形電場３３ｄに移送される。

イオンは、好ましくは第５の扇形電場３３ｄの回りを走行し、そして好ましくはｘ方向に集束される。次いで、イオンは、好ましくは第１の細長い扇形電場３２に戻るように移送される。イオンは、好ましくは第１の細長い扇形電場３２の回りを走行し、そして好ましくはｙ方向に集束される。次いで、イオンは、好ましくは第６の扇形電場３３ｅに移送される。

イオンは、好ましくは第６の扇形電場３３ｅの回りを走行し、そして好ましくはｘ方向に集束される。次いで、イオンは、好ましくは第１の細長い扇形電場３２に戻るように移送される。イオンは、好ましくは第１の細長い扇形電場３２の回りを走行し、そして好ましくはｙ方向に集束される。次いで、イオンは、好ましくはイオン検出器３４に移送される。

第２、第３、第４、第５および第６の扇形電場３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ、３３ｅは、好ましくは第１の細長い扇形電場３２に対向してかつその長さに沿って千鳥状に配置される。第２、第３、第４、第５および第６の扇形電場３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ、３３ｅは、好ましくは第１の細長い扇形電場３２および他の扇形電場３３ａ〜３３ｅに沿ってかつそれらの間を前後するようにイオンを有効に通す。

ｘ平面および／またはｙ平面のいずれかにおいてイオンをより高次に集束させるためのさらなる集束手段（図示せず）が第１の扇形電場３２および／または他の扇形電場３３ａ〜３３ｅ中へまたはそれらからイオンが入射および出射する位置の直前および／または直後に適宜提供され得る。集束手段は、四重極ロッドセットまたはアインツェルレンズ構成体を含み得る。扇形電場３２、３３ａ〜３３ｅ、フィールドフリー領域および任意のさらなる集束要素に対する組み合わせ伝達行列は、完全集束条件を満足するように構成され得る。

一実施形態によると、図３に示すようなマルチパス飛行時間質量分析器の経路長は、１３ｍよりも長い場合がある。扇形電場３２、３３ａ〜３３ｅは、一実施形態によると、１８３ｍｍの半径を有し得る。質量分析器は、非常に長いイオン飛行経路を有し得るが、それにもかかわらず比較的コンパクトであるという利点がある。なぜなら、質量分析器は、折りたたみ形状を有し、かつ好ましくは占有体積が比較的小さいからである。

上記種々の実施形態によると、好ましくはイオン移送の損失を最小限に抑えた高質量分解能質量分析器が好ましくは提供される。質量分析器は、図１および図２に示すように閉ループ形状を有し得る。この場合、イオンが互いに追い抜き合うという問題は、質量分析器の１周または１旋回当りの飛行時間を決定すること、または異なる時刻に複数のデータセットを取得し、種々のデータが取得されたときの検出領域に存在するイオンの質量対電荷比を決定することのいずれかによって解決され得る。あるいは、質量分析器は、イオンが互いに追い抜き合うことのない図３に示すような開ループ形状を含み得る。上記実施形態のいくつかによると、イオンを検出するために比較的安価なＭＣＰイオン検出器が使用されるという利点があり得る。

図１〜図３に示す実施形態に関連して上記した１８０°扇形電場のうちの１つ以上が２つ以上のより小さな扇形電場区分に細分される（扇形電場区分の間には、比較的短いドリフト領域がある）さらなる実施形態が考えられる。

円筒形扇形電場を通るイオンは、半径方向（すなわち、イオンが偏向または分散される平面（例えば、ｙ）内）に集束作用を受ける。イオンは、偏向または分散される平面に垂直な方向（円筒形扇形電場の湾曲軸に平行な方向（例えば、ｚ））には集束作用を受けない。

円筒形扇形電場の扇形角度をΦ_eとすると、扇形電場のｙ方向における集束特性は、ニュートンの厚レンズ公式によって与えられる。

ここで、

式中、ｒ_eは、イオン軌道の曲率半径であり、ｌ_e’は、オブジェクト長（イオン源から扇形電場の入口までの距離）、およびｌ_e’’は、画像長さ（扇形電場の出口からイオン源の集束画像までの距離）である。

イオンビームの無収差集束のためには、イオンが２つの直交する扇形電場を何周するかに関係なく、２つの要件がある。第１に、２つの扇形電場を通る２つの１８０°円弧および２つの扇形電場間の４つのフィールドフリー領域（ｄ）を有する１周の完全な経路長が、（ｉ）その１周のある点でｙ方向の線上に形成されるイオンが、次の周の同じ点に到達した際にｙ方向の線上に再集束され、かつ（ｉｉ）その１周のある点でｘ方向の直線上に形成されるイオンが、次の周の同じ点に到達した際にｘ方向の線上に再集束される、距離に等しい距離に対応すればよい。第２に、各扇形電場の集束特性が、ｙ方向およびｘ方向の再集束される線がそれぞれ等倍率を有するようなものであればよい。

これらの要件の結果として、１つの扇形電場に対するオブジェクト距離ｌ_e’および画像距離ｌ_e’’の合計は、２つの扇形電場間の２つのフィールドフリー領域（ｄ）および他の扇形電場を通る１８０°円弧を含む経路長に等しければよい。さらに、各扇形電場に対して、オブジェクト長さｌ_e’は、画像距離ｌ_e’’に等しければよい。このように、各扇形電場に対して、以下のようになる。

Φｅ＝Πおよびｌ_e’=ｌ_e’’=ｌ_eを上記式６に代入すると、ｌ_e＝０．９２９ｒ_eとなる。したがって、式１０に対してｄが正の値となる完全な解は、存在しない。

上記好適な実施形態によると、２つの１８０°扇形電場は、それぞれ２つ以上の扇形電場区分に細分され得る（扇形電場区分間には間隔がある）。扇形電場区分の扇形角度の合計は、好ましくは１８０°である。この実施形態は、質量分析器のより大きな設計自由度を提供する。

図４および図５は、各扇形電場が３つのより小さい扇形電場区分４０ａ〜４０ｃに細分され、それぞれ４５°、９０°および４５°の扇形角度を有する一好適な実施形態を示す。より小さな扇形電場区分それぞれの間の間隔は、０．９ｒ_eであり、かつ２つの直交する扇形電場の間隔は、ｒ_eである。例えば、図４において、各扇形電場におけるイオン軌道の曲率半径ｒ_eは、１００ｍｍであり、より小さな扇形電場区分それぞれの間の間隔は、９０ｍｍであり、かつ２つの直交する扇形電場構成体の間隔は、１００ｍｍである。

この実施形態によると、扇形電場区分の２つの直交するセットは、イオンの質量分析器回りの各周回に対して等倍率の完全な無収差集束を提供する。

図４および図５を参照して上記した例は、各周回に対して等倍率の完全な無収差集束を提供する設計の一例に過ぎない。種々の別の設計および変形も可能である。

本発明を好適な実施形態を参照して説明してきたが、添付の特許請求の範囲に記載された発明の範囲を逸脱することなく種々の変更が形態および詳細においてなされ得ることが当業者に理解されるだろう。

図１は、本発明の一実施形態に係る閉ループ形状を有するマルチターン飛行時間質量分析器を示す。図２は、本発明の一実施形態に係るマルチターン飛行時間質量分析器であって、イオンが質量分析器中に直交加速されるマルチターン飛行時間質量分析器を示す。図３は、本発明のさらなる実施形態に係るマルチターン飛行時間質量分析器であって、開ループ形状を有するマルチターン飛行時間質量分析器を示す。図４は、１８０°扇形電場が２つの４５°扇形電場および１つの９０°扇形電場によって形成される実施形態を示す。図５は、３つの扇形電場区分がさらなる３つの扇形電場区分に直交するように配置される実施形態を示す。

Claims

第１の扇形電場であって、前記第１の扇形電場は、曲面を有する第１外側電極と曲面を有する第１内側電極とを反対極性の電位に維持することにより前記第１外側電極の前記曲面と前記第１内側電極の前記曲面との間の第１空間内に形成された電場であって、前記第１の扇形電場は、第１の方向に移送中のイオンを受け取り、前記第１空間内でイオンを移送し、かつ前記第１の方向とは反対の第２の方向にイオンを排出するように構成される、第１の扇形電場と、
第２の扇形電場であって、前記第２の扇形電場は、曲面を有する第２外側電極と曲面を有する第２内側電極とを反対極性の電位に維持することにより前記第２外側電極の前記曲面と前記第２内側電極の前記曲面との間の第２空間内に形成された電場であって、前記第２の扇形電場は、第３の方向に移送中のイオンを受け取り、前記第２空間内でイオンを移送し、かつ前記第３の方向とは反対の第４の方向にイオンを排出するように構成され、前記第２空間内でのイオンの移送軌道を含む第２平面が前記第１空間内でのイオンの移送軌道を含む第１平面と直交する、第２の扇形電場と
を含む質量分析器。
前記第１の扇形電場は、（ｉ）１つの１８０°扇形電場、または（ｉｉ）複数の第１の扇形電場区分であって、それぞれが扇形角度を有し、かつ前記複数の第１の扇形電場区分の扇形角度の合計は１８０°である、複数の第１の扇形電場区分、を含む、請求項１に記載の質量分析器。
前記質量分析器は、前記第１の扇形電場内に設けられるイオン入口ポートであって、使用時にイオン源からのイオンが前記イオン入口ポートを介して前記質量分析器中に導入される、イオン入口ポートをさらに含む、請求項１又は２に記載の質量分析器。
前記第２の扇形電場は、（ｉ）１つの１８０°扇形電場、または（ｉｉ）複数の第２の扇形電場区分であって、それぞれが扇形角度を有し、かつ前記複数の第２の扇形電場区分の扇形角度の合計は１８０°である、複数の第２の扇形電場区分、を含む、請求項１〜３のいずれかに記載の質量分析器。
前記質量分析器は、前記第２の扇形電場内に設けられるイオン出口ポートであって、使用時にイオンが前記イオン出口ポートを介して前記質量分析器から出射する、イオン出口ポートをさらに含む、請求項１〜４のいずれかに記載の質量分析器。
前記質量分析器は、１つ以上のさらなる扇形電場をさらに含み、前記１つ以上のさらなる扇形電場のそれぞれは、（ｉ）１つの１８０°扇形電場、または（ｉｉ）複数の扇形電場区分であって、それぞれが扇形角度を有し、かつ前記複数の扇形電場区分の扇形角度の合計は１８０°である、複数の扇形電場区分、を含む、請求項１〜５のいずれかに記載の質量分析器。
前記第１の扇形電場は、実質的に細長く、前記第２の扇形電場および前記１つ以上のさらなる扇形電場は千鳥状に配置される、請求項６に記載の質量分析器。
前記質量分析器は、イオン検出器と、イオンを前記イオン検出器上へ偏向するための１つ以上の偏向電極とをさらに含む、請求項１〜７のいずれかに記載の質量分析器。
イオンを質量分析する方法であって、
イオンを第１の扇形電場に渡す工程であって、前記第１の扇形電場は、曲面を有する第１外側電極と曲面を有する第１内側電極とを反対極性の電位に維持することにより前記第１外側電極の前記曲面と前記第１内側電極の前記曲面との間の第１空間内に形成された電場であって、前記第１の扇形電場は、第１の方向に移送中のイオンを受け取り、前記第１空間内でイオンを移送し、かつ前記第１の方向とは反対の第２の方向にイオンを排出するように構成される、第１の扇形電場である、工程と、
次いで、イオンを第２の扇形電場に渡す工程であって、前記第２の扇形電場は、曲面を有する第２外側電極と曲面を有する第２内側電極とを反対極性の電位に維持することにより前記第２外側電極の前記曲面と前記第２内側電極の前記曲面との間の第２空間内に形成された電場であって、前記第２の扇形電場は、第３の方向に移送中のイオンを受け取り、前記第２空間内でイオンを移送し、かつ前記第３の方向とは反対の第４の方向にイオンを排出するように構成され、前記第２空間内でのイオンの移送軌道を含む第２平面が前記第１空間内でのイオンの移送軌道を含む第１平面と直交する、第２の扇形電場である、工程と
を含む方法。
前記方法は、
前記第１の扇形電場と前記第２の扇形電場とを含む閉ループ質量分析器を準備する工程と、
イオンを前記質量分析器を１周または１旋回以上させる工程であって、前記質量分析器を１周する間にイオンは、
（ｉ）前記第２の扇形電場に前記第２の扇形電場の第１の位置で入射し、ｘ−ｚ平面において１８０°回転され、そして前記第２の扇形電場の第２の位置で出現し、
（ｉｉ）次いで、フィールドフリー領域を通り、
（ｉｉｉ）次いで、前記第１の扇形電場に前記第１の扇形電場の第１の位置で入射し、ｙ−ｚ平面において１８０°回転され、そして前記第１の扇形電場の第２の位置で出現し、
（ｉｖ）次いで、フィールドフリー領域を通り、
（ｖ）次いで、前記第２の扇形電場に前記第２の扇形電場の第３の位置で入射し、ｘ−ｚ平面において１８０°回転され、そして前記第２の扇形電場の第４の位置で出現し、
（ｖｉ）次いで、フィールドフリー領域を通り、
（ｖｉｉ）次いで、前記第１の扇形電場に前記第１の扇形電場の第３の位置で入射し、ｙ−ｚ平面において１８０°回転され、そして前記第１の扇形電場の第４の位置で出現し、
（ｖｉｉｉ）次いで、フィールドフリー領域を通り、
前記ｘ−ｚ平面は、前記ｙ−ｚ平面と直交する、工程と
を含む、請求項９に記載のイオンを質量分析する方法。
前記方法は、
前記第１の扇形電場と前記第２の扇形電場とを含む開ループ質量分析器を準備する工程であって、前記第１の扇形電場は細長い扇形電場であり、前記開ループ質量分析器は、第３の扇形電場であって、前記第３の扇形電場は、曲面を有する第３外側電極と曲面を有する第３内側電極とを反対極性の電位に維持することにより前記第３外側電極の前記曲面と前記第３内側電極の前記曲面との間の第３空間内に形成された電場であって、前記第３の扇形電場は、前記第３空間内でイオンを移送するように構成され、前記第３空間内でのイオンの移送軌道を含む第３平面が前記第１空間内でのイオンの移送軌道を含む第１平面と直交する、第３の扇形電場をさらに含む、工程と、
イオンが、
（ｉ）前記第１の扇形電場に前記第１の扇形電場の第１の位置で入射し、ｙ−ｚ平面において１８０°回転され、そして前記第１の扇形電場の第２の位置で出現し、
（ｉｉ）次いで、フィールドフリー領域を通り、
（ｉｉｉ）次いで、前記第２の扇形電場に前記第２の扇形電場の第１の位置で入射し、ｘ−ｚ平面において１８０°回転され、そして前記第２の扇形電場の第２の位置で出現し、
（ｉｖ）次いで、フィールドフリー領域を通り、
（ｖ）次いで、前記第１の扇形電場に前記第１の扇形電場の第３の位置で入射し、ｙ−ｚ平面において１８０°回転され、そして前記第１の扇形電場の第４の位置で出現し、
（ｖｉ）次いで、フィールドフリー領域を通り、
（ｖｉｉ）次いで、前記第３の扇形電場に前記第３の扇形電場の第１の位置で入射し、ｘ−ｚ平面において１８０°回転され、そして前記第３の扇形電場の第２の位置で出現し、
前記ｘ−ｚ平面は、前記ｙ−ｚ平面と直交する、
ようにさせる工程と
を含む、請求項９に記載のイオンを質量分析する方法。
第１の扇形電場であって、前記第１の扇形電場は、曲面を有する第１外側電極と曲面を有する第１内側電極とを反対極性の電位に維持することにより前記第１外側電極の前記曲面と前記第１内側電極の前記曲面との間の第１空間内に形成された電場であって、前記第１の扇形電場は、前記第１空間内でイオンを移送する、第１の扇形電場と、
第２の扇形電場であって、前記第２の扇形電場は、曲面を有する第２外側電極と曲面を有する第２内側電極とを反対極性の電位に維持することにより前記第２外側電極の前記曲面と前記第２内側電極の前記曲面との間の第２空間内に形成された電場であって、前記第２の扇形電場は、前記第２空間内でイオンを移送するように構成され、前記第２空間内でのイオンの移送軌道を含む第２平面が前記第１空間内でのイオンの移送軌道を含む第１平面と直交する、第２の扇形電場と、
イオンを第１の方向に集束させるための１つ以上の第１のイオン光学デバイスと、
イオンを前記第１の方向と直交する第２の方向に集束させるための１つ以上の第２のイオン光学デバイスと
を含む質量分析器。
前記１つ以上の第１および／または第２のイオン光学デバイスは、（ｉ）１つ以上の四重極ロッドセット、（ｉｉ）１つ以上の静電レンズ構成体、または（ｉｉｉ）１つ以上のアインツェルレンズ構成体を含む、請求項１２に記載の質量分析器。
イオンを質量分析する方法であって、
イオンを第１の扇形電場に渡す工程であって、前記第１の扇形電場は、曲面を有する第１外側電極と曲面を有する第１内側電極とを反対極性の電位に維持することにより前記第１外側電極の前記曲面と前記第１内側電極の前記曲面との間の第１空間内に形成された電場であって、前記第１の扇形電場は、前記第１空間内でイオンを移送する、工程と、
次いで、イオンを第２の扇形電場に渡す工程であって、前記第２の扇形電場は、曲面を有する第２外側電極と曲面を有する第２内側電極とを反対極性の電位に維持することにより前記第２外側電極の前記曲面と前記第２内側電極の前記曲面との間の第２空間内に形成された電場であって、前記第２の扇形電場は、前記第２空間内でイオンを移送するように構成され、前記第２空間内でのイオンの移送軌道を含む第２平面が前記第１空間内でのイオンの移送軌道を含む第１平面と直交する、工程と
を含み、前記方法は、さらに、
イオンを１つ以上の第１のイオン光学デバイスを用いて第１の方向に集束させる工程と、
イオンを１つ以上の第２のイオン光学デバイスを用いて前記第１の方向と直交する第２の方向に集束させる工程と
を含む方法。
マルチターン飛行時間質量分析器であって、
第１の扇形電場であって、前記第１の扇形電場は、曲面を有する第１外側電極と曲面を有する第１内側電極とを反対極性の電位に維持することにより前記第１外側電極の前記曲面と前記第１内側電極の前記曲面との間の第１空間内に形成された電場であって、前記第１の扇形電場は、前記第１空間内でイオンを移送する、第１の扇形電場と、
第２の扇形電場であって、前記第２の扇形電場は、曲面を有する第２外側電極と曲面を有する第２内側電極とを反対極性の電位に維持することにより前記第２外側電極の前記曲面と前記第２内側電極の前記曲面との間の第２空間内に形成された電場であって、前記第２の扇形電場は、前記第２空間内でイオンを移送するように構成され、前記第２空間内でのイオンの移送軌道を含む第２平面が前記第１空間内でのイオンの移送軌道を含む第１平面と直交する、第２の扇形電場と、
１つ以上の検出器プレートであって、前記１つ以上の検出器プレートを通るイオンが前記１つ以上の検出器プレート上へ電荷が誘導されるようにする１つ以上の検出器プレートと、
前記質量分析器の１周または１旋回当りのイオンの飛行時間を決定するためのフーリエ変換解析手段と
を含む、マルチターン飛行時間質量分析器。
イオンを分析する方法であって、
第１の扇形電場であって、前記第１の扇形電場は、曲面を有する第１外側電極と曲面を有する第１内側電極とを反対極性の電位に維持することにより前記第１外側電極の前記曲面と前記第１内側電極の前記曲面との間の第１空間内に形成された電場であって、前記第１の扇形電場は、前記第１空間内でイオンを移送する、第１の扇形電場と、
第２の扇形電場であって、前記第２の扇形電場は、曲面を有する第２外側電極と曲面を有する第２内側電極とを反対極性の電位に維持することにより前記第２外側電極の前記曲面と前記第２内側電極の前記曲面との間の第２空間内に形成された電場であって、前記第２の扇形電場は、前記第２空間内でイオンを移送するように構成され、前記第２空間内でのイオンの移送軌道を含む第２平面が前記第１空間内でのイオンの移送軌道を含む第１平面と直交する、第２扇形電場とを含むマルチターン飛行時間質量分析器を準備する工程と、
１つ以上の検出器プレートであって、前記１つ以上の検出器プレートを通るイオンが前記１つ以上の検出器プレート上へ電荷が誘導されるようにする１つ以上の検出器プレートを提供することによってイオンを検出する工程と、
前記質量分析器の１周または１旋回当りのイオンの飛行時間を決定するためのフーリエ変換解析手段を用いる工程と
を含む方法。
使用時に、イオンが第１の平面に含まれる円弧および前記第１の平面と直交する第２の平面に含まれる円弧に沿って移送される、閉ループ飛行時間またはフーリエ変換質量分析器。
イオンを分析する方法であって、
閉ループ飛行時間またはフーリエ変換質量分析器を準備する工程と、
イオンを第１の平面に含まれる円弧および前記第１の平面と直交する第２の平面に含まれる円弧に沿って移送する工程と
を含む方法。