JP5922156B2 - 分析フィルタリングおよび分離用ｄｃイオンガイド - Google Patents

Description

関連出願のクロスレファレンス
本願は、２０１１年３月１５日に出願された米国暫定出願第６１／４５２，７７６号および２０１１年３月７日に出願された英国特許出願第１１０３８５８．５号の優先権および利益を主張する。これらの出願の全内容は、参照により本明細書に援用される。

本発明は、質量分析計および質量分析法に関する。好ましい実施形態は、イオンガイドおよびイオン誘導法に関する。

ＲＦ閉じ込め型四重極電場イオンガイドは、多くの用途において非常に有効なツールであることが証明されている。ＲＦ四重極イオンガイドの利点は、該イオンガイドが質量フィルタまたは広質量電荷比範囲イオンガイドという２つの動作モード間で切り替わる必要のある多くの用途について、質量フィルタまたは広質量電荷比範囲イオンガイドのいずれかの役割を果たすという自身の能力と関連する。従来の設計によるＲＦ四重極イオンガイドでは、質量電荷比濾過能力（解像モード）は、イオンが受けるＲＦおよびＤＣ電場の四重極性に起因する。

大きい質量電荷比範囲を送出するのが望ましいとされるとき（すなわち、非解像動作モード）でさえ、質量電荷比依存型閉じ込めおよび送出を生じる擬ポテンシャル放射バリアが、このような設計にはつきものである。この結果は、低質量電荷比（または質量）カットオフとされるものであり、低質量電荷比カットオフは走査を必要とするため、広質量電荷比範囲実験の結果は、システムデューティサイクルの損失となる。それに加え、擬ポテンシャル井戸から排出されたイオンは比較的大きなエネルギー拡散を持つ傾向があるため、そのような素子を第２の分析器と結合しようとする際に問題が発生する。

したがって、改良型素子の提供が望まれる。

本発明の一局面によると、複数の電極と、使用時にイオンガイド内で第１（ｙ）方向にイオンを閉じ込める役割を果たす擬ポテンシャル井戸を形成する目的で、電極の少なくとも幾つかにＲＦ電圧を印加するために配置および適用される第１素子と、使用時にイオンガイド内で第２（ｚ）方向にイオンを閉じ込める役割を果たすＤＣポテンシャル井戸を形成する目的で、電極の少なくとも幾つかにＤＣ電圧を印加するために配置および適用される第２素子と、望ましいまたは望ましくない質量電荷比を持つイオンを、前記イオンガイドから前記第２（ｚ）方向に選択的に排出するよう配置および適用される第３素子とを備えるイオンガイドが提供される。

複数の電極が複数のセグメント型棒状電極を備えるのが好ましい。

好ましい実施形態によると、ＤＣポテンシャル井戸が二次のポテンシャル井戸を含むのが好ましい。しかしながら、別の実施形態によると、ＤＣポテンシャル井戸は非二次ポテンシャル井戸を含む。

一実施形態によると、ＤＣポテンシャル井戸が、第３（ｘ）方向に沿っておよび／または時間の関数として形態(form)および／または形状(shape)および／または振幅および／またはアキシアル位において変化してもよい。

イオンが第３（ｘ）方向に沿ってイオンガイドに入るよう配置されるのが好ましい。

第１（ｙ）方向および／または第２（ｚ）方向および／または第３（ｘ）方向が実質的に直交しているのが好ましい。

イオンガイドがイオンガイドとして動作するよう配置される第１動作モードと、イオンガイドが質量フィルタ、飛行時間分離器、イオン移動度分離器または微分イオン移動度分離器として動作するよう配置される第２動作モードとの間で切り替えられるように、イオンガイドが配置および適用されるのが好ましい。

一実施形態によると、第３素子が、第２（ｚ）方向にＡＣ励起場を印加することによる共鳴排出によって、イオンガイドから望ましいまたは望ましくない質量電荷比を持つイオンを排出するために配置および適用されてもよい。

一実施形態によると、第３素子が、第２（ｚ）方向にＡＣ励起場を印加することによる質量電荷比不安定性排出によって、イオンガイドから望ましいまたは望ましくない質量電荷比を持つイオンを排出するために配置および適用されてもよい。

一実施形態によると、第３素子が、第２（ｚ）方向にＡＣ励起場を印加することによるパラメトリック励振によって、イオンガイドから望ましいまたは望ましくない質量電荷比を持つイオンを排出するために配置および適用されてもよい。

一実施形態によると、第３素子が、第２（ｚ）方向に励起場を印加することによる非線形または非調和共鳴排出によって、イオンガイドから望ましいまたは望ましくない質量電荷比を持つイオンを排出するために配置および適用されてもよい。

第２動作モードにおいて、イオンが、自身の飛行時間に基づく自身の質量電荷比にしたがって第３（ｘ）方向に分離されてもよい。

第２動作モードにおいて、イオンが、自身のイオン移動度にしたがって、または自身の微分イオン移動度に基づいて、第３（ｘ）方向に分離されてもよい。

イオンガイドから排出されたイオンおよび／またはイオンガイドを通じて送出されたイオンが、検出またはさらなる分析にかけられるために配置されてもよい。

イオンが第３（ｘ）方向に集められるように、ＤＣポテンシャル井戸の高さおよび／または深さおよび／または幅が、別のまたは第３（ｘ）方向に沿って変化、減少、漸減、増加、または漸増するために配置されてもよい。

イオンガイドが、気体セルまたは反応セルの役割を果たすための動作モードで配置および適用されてもよい。

イオンガイドが、別のまたは第３（ｘ）方向に沿って、イオンガイドに軸方向電場を印加する素子をさらに備えるのが好ましい。

イオンガイドが、１つもしくは複数の進行波または１つもしくは複数の過渡ＤＣ電圧を、別のまたは（ｘ）方向に沿ってイオンガイドに印加する装置をさらに備えるのが好ましい。

イオンガイドが、イオン貯蔵または集積素子の役割を果たす動作モードで配置および適用されるのが好ましい。

イオンガイド内で形成されたＤＣポテンシャル井戸の最小値が、別のまたは第３（ｘ）方向に直線状、曲線状または螺旋状の経路を形成してもよい。

１つまたは複数のＤＣポテンシャル井戸が、イオンがイオンガイドを通じて異なる経路間で切り替えられるように、イオンガイド内の異なる位置に形成され、および／または異なる時間に形成されてもよい。

一実施形態によると、イオンが、イオンガイド内の異なるＤＣポテンシャル井戸間で、質量選択的にまたは非質量選択的に伝達され前方に送出されてもよい。

本発明の別の局面によると、上記のイオンガイドを備える質量分析計が提供される。

イオンガイドが上流および／または下流の質量電荷比分析器または移動度分析器に結合されてもよい。

イオンガイドが下流の直交加速度飛行時間分析器に結合されてもよく、抽出前イオンビーム状態または位相空間を改善するために第２（ｚ）方向が直交加速度飛行時間分離軸に整合されてもよい。それにより、解像度および／または感度が改善される。

イオンガイドが、イオンを蓄積または前方に送出するために構成されてもよく、その場合そのイオンガイドは、第３（ｘ）方向または第２（ｚ）方向に分析的または非分析的に排出されるイオンを用いて他の分析素子用のソースの役割を果たすよう配置される。

本発明の他の局面によると、イオンを誘導する方法が提供され、その方法では、複数の電極を設け、イオンガイド内で第１（ｙ）方向にイオンを閉じ込める役割を果たす擬ポテンシャル井戸を形成する目的で、電極の少なくとも幾つかにＲＦ電圧を印加し、イオンガイド内の第２（ｚ）方向にイオンを閉じ込める役割を果たすＤＣポテンシャル井戸を形成する目的で、電極の少なくとも幾つかにＤＣ電圧を印加し、望ましいまたは望ましくない質量電荷比を持つイオンが選択的に第２（ｚ）方向にイオンガイドから排出された質量電荷比になるようにする。

好ましい実施形態によると、電極のプレーナアレイが、１軸に沿った実質的にＲＦ閉じ込めと第２の軸に沿った実質的に二次または非二次ＤＣ閉じ込めとをイオン誘導素子に提供するために配置されている。ＤＣ閉じ込めまたはＤＣポテンシャル井戸の特性は、質量電荷比ベースの分離を容易にするという点でも好ましい。

本発明の一局面によると、イオンビームに直交する１軸に沿って実質的に二次または非二次のＤＣポテンシャルを、またイオンビームとＤＣポテンシャルに直交する第２の軸に沿って実質的にＲＦ閉じ込め型ポテンシャルを付与するよう構成されている電極の３Ｄアレイで構成されたイオンガイドを備える質量分析計が提供されている。広質量電荷比送出範囲の動作モードと分析フィルタリング／分離の動作モードとの間でイオンガイドを切り替える手段が提供されるのが好ましい。分析フィルタリング／分離が、ｚ方向のＡＣ励起場の印加を介した単一または多数の質量電荷比範囲の二次ＤＣ方向の共鳴排出によるものであってもよい。

分析フィルタリング／分離は、ｚ方向のＡＣ励起場の印加を介した二次ＤＣ方向の質量電荷比不安定性排出を介するものであってもよい。

分析フィルタリング／分離は、質量電荷比飛行時間分離を介するものであってもよい。

排出されたイオンまたは送出されたイオンが、検出またはさらなる分析にかけられてもよい。分析フィルタリング／分離が、イオン移動度または微分イオン移動度分離を介するものであってもよい。

ｚ方向の軸方向依存性ＤＣポテンシャル（例えばファンネル(funnel)）が提供されてもよい。

好ましい素子が、気体セルまたは反応セルの役割を果たしてもよい。

好ましい素子が、上流または下流の質量荷電比分析器またはイオン移動度分析器に結合されてもよい。

抽出前イオンビーム状況（位相空間）が改善され、結果的に解像度／感度特性が改善されるように、好ましい素子が下流の直交加速度飛行時間分析器に結合されてもよく、また、二次ＤＣ軸(ｚ軸)が直交加速度飛行時間分離軸に整合されてもよい。

好ましい素子が軸方向電場を含んでいてもよい。

好ましい素子が進行波を含んでいてもよく、その場合、イオンガイドの長さに沿ってイオンを刺激(urge)する目的で、１つまたは複数の過渡ＤＣ電圧がその好ましい素子の電極に印加される。

好ましい素子が、イオン貯蔵または蓄積素子の役割を果たしてもよい。

さほど好ましくない実施形態によると、ＤＣポテンシャルが二次的でなくてもよく、アキシアル位の関数または時間の関数として、形態または振幅が変化してもよい。

好ましい素子は、イオンを蓄積または前方に送出するよう構成された場合、軸方向またはＤＣポテンシャル（ｚ）方向のいずれかに分析的または非分析的に排出されるイオンをもって別の分析素子用ソースの役割も果たしてもよい。好ましい素子内の二次ＤＣポテンシャル井戸の最小値が、直線状、曲線状または蛇行経路をとってもよい。

１つまたは複数のＤＣ井戸を、好ましい素子内の異なる位置または時間に形成してもよい。そうすることにより、印加されたＤＣポテンシャルの構成次第で、イオンが好ましい素子内の異なる経路を通って進むことができる。

イオンが、好ましい素子内の異なるＤＣ井戸間で質量選択的にまたは非質量選択的に伝達され前方に送出されてもよい。

一実施形態によると、質量分析計がさらに、以下の要素を含んでいてもよい。すなわち、
（ａ）以下の群から選択されるイオン源、すなわち（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）脱離イオン化オンシリコン(desorption ionization on silicon)（「ＤＩＯＳ」）イオン源、（ｖｉｉｉ）電子衝撃（「ＥＩ」）イオン源、（ｉｘ）化学イオン化（「ＣＩ」）イオン源、（ｘ）フィールドイオン化（「ＦＩ」）イオン源、（ｘｉ）フィールド脱離（「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法（「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、（ｘｖｉ）放射性ニッケル−６３イオン源、（ｘｖｉｉ）大気圧マトリックス支援レーザ脱離イオン化イオン源、（ｘｖｉｉｉ）サーモスプレーイオン源、（ｘｉｘ）大気圧サンプリンググロー放電イオン化（「ＡＳＧＤＩ」）イオン源、および、（ｘｘ）グロー放電（「ＧＤ」）イオン源、ならびに／または、
（ｂ）１つもしくは複数の連続型もしくはパルス型イオン源、ならびに／または
（ｃ）１つもしくは複数のイオンガイド、ならびに／または
（ｄ）１つもしくは複数のイオン移動度分離素子および／もしくは１つもしくは複数のフィールド非対称イオン移動度分析計素子、ならびに／または
（ｅ）１つもしくは複数のイオントラップおよび／もしくは１つもしくは複数のイオントラッピング領域、ならびに／または
（ｆ）以下の群から選択される１つもしくは複数の衝突、フラグメンテーション、もしくは反応セルであり、すなわち、（ｉ）衝突誘導解離（「ＣＩＤ」）フラグメンテーション素子、（ｉｉ）表面誘導解離（「ＳＩＤ」）フラグメンテーション素子、（ｉｉｉ）電子移動解離（「ＥＴＤ」）フラグメンテーション素子、（ｉｖ）電子捕獲解離（「ＥＣＤ」）フラグメンテーション素子、（ｖ）電子衝突または衝撃解離フラグメンテーション素子、（ｖｉ）光誘導解離（「ＰＩＤ」）フラグメンテーション素子、（ｖｉｉ）レーザ誘導解離フラグメンテーション素子、（ｖｉｉｉ）赤外線誘導解離素子、（ｉｘ）紫外線誘導解離素子、（ｘ）ノズル−スキマーインターフェイスフラグメンテーション素子、（ｘｉ）インソースフラグメンテーション素子、（ｘｉｉ）インソース衝突誘導解離フラグメンテーション素子、（ｘｉｉｉ）熱源もしくは温源フラグメンテーション素子、（ｘｉｖ）電場誘起フラグメンテーション素子、（ｘｖ）磁場誘起フラグメンテーション素子、（ｘｖｉ）酵素消化または酵素分解フラグメンテーション素子、（ｘｖｉｉ）イオン−イオン反応フラグメンテーション素子、（ｘｖｉｉｉ）イオン−分子反応フラグメンテーション素子、（ｘｉｘ）イオン−原子反応フラグメンテーション素子、（ｘｘ）イオン−準安定イオン反応フラグメンテーション素子、（ｘｘｉ）イオン−準安定分子反応フラグメンテーション素子、（ｘｘｉｉ）イオン−準安定原子反応フラグメンテーション素子、（ｘｘｉｉｉ）イオンを反応させて付加もしくは生成物イオンを形成するイオン−イオン反応素子、（ｘｘｉｖ）イオンを反応させて付加もしくは生成物イオンを形成するイオン−分子反応素子、（ｘｘｖ）イオンを反応させて付加もしくは生成物イオンを形成するイオン−原子反応素子、（ｘｘｖｉ）イオンを反応させて付加もしくは生成物イオンを形成するイオン−準安定イオン反応素子、（ｘｘｖｉｉ）イオンを反応させて付加もしくは生成物イオンを形成するイオン−準安定分子反応素子、（ｘｘｖｉｉｉ）イオンを反応させて付加もしくは生成物イオンを形成するイオン−準安定原子反応素子、および、（ｘｘｉｘ）電子イオン化解離（「ＥＩＤ」）フラグメンテーション素子、ならびに／または
（ｇ）以下の群から選択される質量分析器であり、すなわち、（ｉ）四重極質量分析器、（ｉｉ）２Ｄまたは直線四重極質量分析器、（ｉｉｉ）ポール(Paul)もしくは３Ｄ四重極質量分析器、（ｉｖ）ペニングトラップ質量分析器、（ｖ）イオントラップ質量分析器、（ｖｉ）磁気セクター質量分析器、（ｖｉｉ）イオンサイクロトロン共鳴（「ＩＣＲ」）質量分析器、（ｖｉｉｉ）フーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴（「ＦＴＩＣＲ」）質量分析器、（ｉｘ）静電もしくはオービトラップ質量分析器、（ｘ）フーリエ変換静電またはオービトラップ質量分析器、（ｘｉ）フーリエ変換質量分析器、（ｘｉｉ）飛行時間質量分析器、（ｘｉｉｉ）直交加速度飛行時間質量分析器、および、（ｘｉｖ）直線加速度飛行時間質量分析器、ならびに／または
（ｈ）１つまたは複数のエネルギー分析器または静電エネルギー分析器、ならびに／または
（ｉ）１つもしくは複数のイオン検出器、ならびに／または
（ｊ）１つもしくは複数の質量フィルタであり、以下の群から選択される、すなわち、（ｉ）四重極質量フィルタ、（ｉｉ）２Ｄもしくは直線四重極イオントラップ、（ｉｉｉ）ポールもしくは３Ｄ四重極イオントラップ、（ｉｖ）ペニングイオントラップ、（ｖ）イオントラップ、（ｖｉ）磁気セクター質量フィルタ、（ｖｉｉ）飛行時間質量フィルタ、および、（ｖｉｉｉ）ウィーンフィルタ、ならびに／または
（ｋ）イオンをパルス化するための素子もしくはイオンゲート、ならびに／または
（ｌ）実質的に連続するイオンビームをパルスイオンビームに転換するための素子、である。

質量分析計は、さらに、以下の（ｉ）または（ｉｉ）を備えていてもよい。すなわち、
（ｉ）外部バレル形電極および共軸内部紡錘形電極を備えるＣ−トラップおよびオービトラップ（ＲＴＭ）質量分析器であり、そこでは、第１動作モードでイオンがＣ−トラップに送出された後にオービトラップ（ＲＴＭ）質量分析器に投入され、第２動作モードでイオンがＣ−トラップおよびその後衝突セルまたは電子移動解離素子に送出され、そこでは、少なくとも幾つかのイオンがフラグメント化されてフラグメントイオンとなり、フラグメントイオンがその後、オービトラップ（ＲＴＭ）質量分析器に投入される前にＣ−トラップに送出される、ならびに／または
（ｉｉ）複数の電極を備え、各電極がアパーチャを有し、使用時にイオンが該アパーチャを通って送出される積層型リングイオンガイドであり、そこでは、電極の間隔(spacing)がイオン経路の長さに沿って増加し、イオンガイドの上流セクションの電極のアパーチャが第１の直径を有し、イオンガイドの下流セクションの電極のアパーチャが第１の直径より小さい第２の直径を有し、使用時にＡＣまたはＲＦ電圧の逆の位相が次に続く電極に印加される。

好ましい実施形態によると、１つもしくは複数の過渡ＤＣ電圧もしくはポテンシャル、または１つもしくは複数のＤＣ電圧もしくはポテンシャル波形は、（ｉ）１つのポテンシャルヒルもしくはバリア、（ｉｉ）１つのポテンシャル井戸、（ｉｉｉ）多数のポテンシャルヒルもしくはバリア、（ｉｖ）多数のポテンシャル井戸、（ｖ）１つのポテンシャルヒルもしくはバリアと１つのポテンシャル井戸との組み合わせ、または、（ｖｉ）多数のポテンシャルヒルもしくはバリアと多数のポテンシャル井戸との組み合わせ、を生じる。

１つまたは複数の過渡ＤＣ電圧またはポテンシャル波形が繰り返し波形または方形波を備えるのが好ましい。

ＲＦ電圧は好ましい素子の電極に印加されるのが好ましく、以下の群から選択される振幅を有するのが好ましい。すなわち、（ｉ）＜５０Ｖピーク・トゥ・ピーク、（ｉｉ）５０〜１００Ｖピーク・トゥ・ピーク、（ｉｉｉ）１００〜１５０Ｖピーク・トゥ・ピーク、（ｉｖ）１５０〜２００Ｖピーク・トゥ・ピーク、（ｖ）２００〜２５０Ｖピーク・トゥ・ピーク、（ｖｉ）２５０〜３００Ｖピーク・トゥ・ピーク、（ｖｉｉ）３００〜３５０Ｖピーク・トゥ・ピーク、（ｖｉｉｉ）３５０〜４００Ｖピーク・トゥ・ピーク、（ｉｘ）４００〜４５０Ｖピーク・トゥ・ピーク、（ｘ）４５０〜５００Ｖピーク・トゥ・ピーク、（ｘｉ）５００〜５５０Ｖピーク・トゥ・ピーク、（ｘｘｉｉ）５５０〜６００Ｖピーク・トゥ・ピーク、（ｘｘｉｉｉ）６００〜６５０Ｖピーク・トゥ・ピーク、（ｘｘｉｖ）６５０〜７００Ｖピーク・トゥ・ピーク、（ｘｘｖ）７００〜７５０Ｖピーク・トゥ・ピーク、（ｘｘｖｉ）７５０〜８００Ｖピーク・トゥ・ピーク、（ｘｘｖｉｉ）８００〜８５０Ｖピーク・トゥ・ピーク、（ｘｘｖｉｉｉ）８５０〜９００Ｖピーク・トゥ・ピーク、（ｘｘｉｘ）９００〜９５０Ｖピーク・トゥ・ピーク、（ｘｘｘ）９５０〜１０００Ｖピーク・トゥ・ピーク、および、（ｘｘｘｉ）＞１０００Ｖピーク・トゥ・ピーク、である。

ＲＦ電圧は以下の群から選択される周波数を有するのが好ましい。すなわち、（ｉ）＜１００ｋＨｚ、（ｉｉ）１００〜２００ｋＨｚ、（ｉｉｉ）２００〜３００ｋＨｚ、（ｉｖ）３００〜４００ｋＨｚ、（ｖ）４００〜５００ｋＨｚ、（ｖｉ）０．５〜１．０ＭＨｚ、（ｖｉｉ）１．０〜１．５ＭＨｚ、（ｖｉｉｉ）１．５〜２．０ＭＨｚ、（ｉｘ）２．０〜２．５ＭＨｚ、（ｘ）２．５〜３．０ＭＨｚ、（ｘｉ）３．０〜３．５ＭＨｚ、（ｘｉｉ）３．５〜４．０ＭＨｚ、（ｘｉｉｉ）４．０〜４．５ＭＨｚ、（ｘｉｖ）４．５〜５．０ＭＨｚ、（ｘｖ）５．０〜５．５ＭＨｚ、（ｘｖｉ）５．５〜６．０ＭＨｚ、（ｘｖｉｉ）６．０〜６．５ＭＨｚ、（ｘｖｉｉｉ）６．５〜７．０ＭＨｚ、（ｘｉｘ）７．０〜７．５ＭＨｚ、（ｘｘ）７．５〜８．０ＭＨｚ、（ｘｘｉ）８．０〜８．５ＭＨｚ、（ｘｘｉｉ）８．５〜９．０ＭＨｚ、（ｘｘｉｉｉ）９．０〜９．５ＭＨｚ、（ｘｘｉｖ）９．５〜１０．０ＭＨｚ、および、（ｘｘｖ）＞１０．０ＭＨｚ、である。

イオンガイドは以下の群から選択される圧力で維持されるのが好ましい。すなわち、（ｉ）＞０．００１ｍｂａｒ、（ｉｉ）＞０．０１ｍｂａｒ、（ｉｉｉ）＞０．１ｍｂａｒ、（ｉｖ）＞１ｍｂａｒ、（ｖ）＞１０ｍｂａｒ、（ｖｉ）＞１００ｍｂａｒ、（ｖｉｉ）０．００１〜０．０１ｍｂａｒ、（ｖｉｉｉ）０．０１〜０．１ｍｂａｒ、（ｉｘ）０．１〜１ｍｂａｒ、（ｘ）１〜１０ｍｂａｒ、および、（ｘｉ）１０〜１００ｍｂａｒ、である。

ここで、本発明の様々な好適な実施形態を、単なる例示として添付の図面を参照しながら説明する。
図１Ａは本発明の一実施形態に係るイオンガイドを示し、図１Ｂは好ましいイオンガイドの端面図であり、図１Ｃは好ましいイオンガイドの側面図であり、図１Ｄはｚ方向に維持されている二次ＤＣポテンシャル分布を示す。 図２Ａは本発明の別の実施形態に係るイオンガイドを示し、図２Ｂはイオンガイドの端面図であり、図２Ｃはｚ方向に維持されている二次ＤＣポテンシャル分布を示す。

本発明の好ましい実施形態を以下に記載する。

図１Ａ〜図１Ｃは、本発明の好ましい実施形態の概略図である。好ましい実施形態によると、図１Ａに示すような電極の拡張三次元アレイ１０１を含むイオンガイドが提供される。イオンはｘ方向にイオンガイドに入り、長方形体積１０２として示されるようなイオンガイド内の体積を占める。

図１Ｂの端面図から明らかなように、ｘ方向に隣接する行(row)の電極にＲＦ電圧１０３の逆位相を印加することによって、イオンはｙ（垂直）方向に閉じ込められる。

図１Ｃは、電極位置の側面図である。

好ましい実施形態によると、ＤＣ二次ポテンシャルが電極の平面に印加されたＲＦ電圧に重畳されることにより、図１Ｄに示すように軸方向ＤＣポテンシャル井戸がｚ方向に形成される。

イオンの分散雲１０２が、ｘ方向のいずれかの開口端（ｙ−ｚ平面）を通じてイオンガイドの体積に入るのが好ましい。イオンは、ＤＣ電場の影響下でＤＣ最小ポテンシャルに向かって移動する。バックグラウンドガスをフラグメンテーション誘起および／またはイオン雲の衝突冷却（そうすることにより、またＲＦ電圧をｙ(垂直)方向に閉じ込めることによって、イオンがｚ方向にＤＣ最小ポテンシャルで閉じ込められる）目的で、ガイド体積に導入してもしなくてもよい。

ｚ方向閉じ込めにおけるイオンの閉じ込めは、二次ＤＣポテンシャルによるイオンの質量電荷比に依存しないという利点がある。一方で、ｙ（垂直）方向に閉じ込められた質量電荷比範囲は、標準的な四重極の場合と比べかなり大きい。その理由は、ｙ方向ＲＦ電場の高位非四重極性のおかげで、素子が全体として、従来の四重極イオンガイドよりも広い質量電荷比範囲のイオンを送出することが可能になるからである。

好ましい実施形態に係るイオンガイドは、したがって、従来の四重極イオンガイドと比較して特に好都合である。

動作モードでは、ｚ方向（ｘ−ｙ平面）に素子の開口端を通じて質量電荷比選択励起およびイオンビームの排出を生じるような方法で、軸方向ＤＣ二次ポテンシャルをｚ方向に変調してもよい。この方法によって、単一の質量電荷比範囲を排出してもよいし、あるいは多数の質量電荷比範囲を同時に排出してもよい。排出方向の二次ポテンシャルが独立した質量電荷比であるという事実は、多数の質量電荷比範囲が同時に排出される状況において、質量電荷比対解像度特性が二次擬ポテンシャル系排出と比較して改善されるであろうということを意味する。

変調周波数の二次ＤＣ振幅は、質量電荷比スペクトルを生成する目的で変化させることができる。ｚ方向に排出されるイオンもｘ方向に前方に送出されるイオンも、低エネルギー拡散故に容易にさらに分析することができる。

あるいは、ＤＣ二次ポテンシャルを、ｚ方向に静電ＤＣ二次ポテンシャルと組み合わせたときに質量電荷比依存不安定性を引き起こすような方法で、ｚ方向に変調してもよい。この不安定性は、イオンをｚ方向に質量電荷比依存方式で排出するのに使用できる。二次ＤＣ振幅および／または変調振幅を、質量電荷比スペクトルを生成するために変化させることができる。ｚ方向に排出されたイオンおよびｘ方向に前方送出されたイオンは、いずれもさらに分析可能である。

あるいは、イオンビームを素子中にパルシングしてもよく、ｘ方向の飛行時間を、イオンの質量電荷比を判断するのに用いてもよい。この場合、入ってくるイオンビームの角度を、飛行路を最大化し集束性を改善する目的でｚ方向に配向してもよい。

あるいは、高圧で動作する際に、イオンビームをイオンガイドに投入してもよく、その結果、イオン移動度に基づく分離または微分イオン移動度に基づく分離が生じる。

図２Ａは、本発明のさらなる実施形態を示すものであり、それによると、複数の棒状電極がｘ方向に対し平行に配置されている。その配置の端面図が図２Ｂに示されている。図２Ｃに示されるような二次ＤＣポテンシャル井戸がｚ方向に形成されるように、棒状電極を微分ＤＣポテンシャルで維持してもよい。この実施形態によると、棒状電極は軸方向にセグメント化されない。

本発明を好ましい実施形態を参照して説明してきたが、形態及び詳細において種々の変更が添付の特許請求の範囲に記載されるような発明の範囲から逸脱せずになされ得ることが当業者には理解される。

Claims (24)

1. イオンガイドであって、
   電極のプラーナアレイを含む複数の電極と、
   使用時に前記イオンガイド内で第１（ｙ）方向にイオンを閉じ込める役割を果たす擬ポテンシャル井戸を形成する目的で、前記電極の少なくとも幾つかにＲＦ電圧を印加するために配置および適用される第１素子と、
   使用時に前記イオンガイド内で第２（ｚ）方向にイオンを閉じ込める役割を果たすＤＣポテンシャル井戸を形成する目的で、前記電極の少なくとも幾つかにＤＣ電圧を印加するために配置および適用される第２素子と、
   望ましいまたは望ましくない質量電荷比を持つイオンを、前記イオンガイドから前記第２（ｚ）方向に選択的に排出するよう配置および適用される第３素子とを備え、
   イオンが第３（ｘ）方向に沿って前記イオンガイドに入るよう配置され、
   前記ＤＣポテンシャル井戸が二次のポテンシャル井戸を含むイオンガイド。
2. 前記ＤＣポテンシャル井戸が、第３（ｘ）方向に沿っておよび／または時間の関数として形態(form)および／または形状(shape)および／または振幅および／またはアキシアル位において変化する、請求項１に記載のイオンガイド。
3. 前記第１（ｙ）方向および／または前記第２（ｚ）方向および／または前記第３（ｘ）方向が実質的に直交している、請求項１または２に記載のイオンガイド。
4. 前記イオンガイドがイオンガイドとして動作するよう配置される第１動作モードと、前記イオンガイドが質量フィルタ、飛行時間分離器、イオン移動度分離器または微分イオン移動度分離器として動作するよう配置される第２動作モードとの間で切り替えられるように前記イオンガイドが配置および適用される、請求項１、２または３に記載のイオンガイド。
5. 前記第３素子が、前記第２（ｚ）方向にＡＣ励起場を印加することによる共鳴排出によって、望ましいまたは望ましくない質量電荷比を持つイオンを排出するために配置および適用される、請求項１〜４のいずれかに記載のイオンガイド。
6. 前記第３素子が、前記第２（ｚ）方向にＡＣ励起場を印加することによる質量電荷比不安定性排出によって、前記イオンガイドから望ましいまたは望ましくない質量電荷比を持つイオンを排出するために配置および適用される、請求項１〜５のいずれかに記載のイオンガイド。
7. 前記第３素子が、前記第２（ｚ）方向にＡＣ励起場を印加することによるパラメトリック励振によって、前記イオンガイドから望ましいまたは望ましくない質量電荷比を持つイオンを排出するために配置および適用される、請求項１〜６のいずれかに記載のイオンガイド。
8. 前記第３素子が、前記第２（ｚ）方向に励起場を印加することによる非線形または非調和共鳴排出によって、前記イオンガイドから望ましいまたは望ましくない質量電荷比を持つイオンを排出するために配置および適用される、請求項１〜７のいずれかに記載のイオンガイド。
9. 前記第２動作モードにおいて、イオンが、自身の飛行時間に基づく自身の質量電荷比にしたがって前記第３（ｘ）方向に分離される、請求項４に記載のイオンガイド。
10. 前記第２動作モードにおいて、イオンが、自身のイオン移動度にしたがって、または自身の微分イオン移動度に基づいて、前記第３（ｘ）方向に分離される、請求項４に記載のイオンガイド。
11. 前記イオンガイドから排出されるイオンおよび／または前記イオンガイドを通じて送出されるイオンが、検出またはさらなる分析にかけられるために配置される、請求項１〜１０のいずれかに記載のイオンガイド。
12. イオンが前記第３（ｘ）方向に集まるように、前記ＤＣポテンシャル井戸の高さおよび／または深さおよび／または幅が、前記第３（ｘ）方向に沿って変化、減少、漸減、増加、または漸増するよう設定される、請求項１〜１１のいずれかに記載のイオンガイド。
13. 前記イオンガイドが、気体セルまたは反応セルの役割を果たすための動作モードで配置および適用される、請求項１〜１２のいずれかに記載のイオンガイド。
14. 前記第３（ｘ）方向に沿って、前記イオンガイドに軸方向電場を印加する素子をさらに備える、請求項１〜１３のいずれかに記載のイオンガイド。
15. １つもしくは複数の進行波または１つもしくは複数の過渡ＤＣ電圧を、前記（ｘ）方向に沿って前記イオンガイドに印加する装置をさらに備える、請求項１〜１４のいずれかに記載のイオンガイド。
16. 前記イオンガイドが、イオン貯蔵または集積素子の役割を果たすための動作モードで配置および適用される、請求項１〜１５のいずれかに記載のイオンガイド。
17. イオンガイド内で形成されたＤＣポテンシャル井戸の最小値が、前記第３（ｘ）方向に直線状、曲線状または螺旋状の経路を形成する、請求項１〜１６のいずれかに記載のイオンガイド。
18. １つまたは複数のＤＣポテンシャル井戸が、イオンが前記イオンガイドを通じて異なる経路間で切り替えられるように、前記イオンガイド内の異なる位置に形成される、および／または異なる時間に形成される、請求項１〜１７のいずれかに記載のイオンガイド。
19. イオンが、前記イオンガイド内の異なるＤＣポテンシャル井戸間で、質量選択的にまたは非質量選択的に伝達され前方に送出される、請求項１〜１８のいずれかに記載のイオンガイド。
20. 請求項１〜１９のいずれかに記載のイオンガイドを備える質量分析計。
21. 前記イオンガイドが上流および／または下流の質量電荷比分析器またはイオン移動度分析器に結合される、請求項２０に記載の質量分析計。
22. イオンガイドが下流の直交加速度飛行時間分析器に結合され、抽出前イオンビーム状態または位相空間を改善するために第２（ｚ）方向が直交加速度飛行時間分離軸に整合されることにより、解像度および／または感度が改善される、請求項２０または２１に記載の質量分析計。
23. 前記イオンガイドがイオンを蓄積または前方に送出するために構成され、前記イオンガイドが、前記第３（ｘ）方向または前記第２（ｙ）方向に分析的または非分析的に排出されるイオンを用いて他の分析素子用のソースの役割を果たすよう配置される、請求項２０、２１または２２に記載の質量分析計。
24. イオンを誘導する方法であって、
    電極のプラーナアレイを含む複数の電極を設け、
    前記イオンガイド内で第１（ｙ）方向にイオンを閉じ込める役割を果たす擬ポテンシャル井戸を形成する目的で、前記電極の少なくとも幾つかにＲＦ電圧を印加し、
    前記イオンガイド内の第２（ｚ）方向にイオンを閉じ込める役割を果たすＤＣポテンシャル井戸を形成する目的で、前記電極の少なくとも幾つかにＤＣ電圧を印加し、前記ＤＣポテンシャル井戸は二次ポテンシャル井戸を含み、
    イオンが第３（ｘ）方向に沿って前記イオンガイドに入るようにし、
    望ましいまたは望ましくない質量電荷比を持つイオンを、前記イオンガイドから前記第２（ｚ）方向に選択的に排出する方法。

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