JP6214533B2 - 空間的に拡張されたイオントラップ領域を有するイオントラップ - Google Patents

Description

本発明は、質量または質量対電荷比の選択的なイオントラップに関する。好ましい実施形態は、イオンガイドシステムおよびイオントラッピングシステムならびに質量分析システムに使用する方法に関する。

関連出願の相互参照
本出願は、２０１１年８月３０日に出願された米国特許仮出願第６１／５２８，９５６号、および２０１１年８月２５日に出願された英国特許出願第１１１４７３４．５号の優先権および利益を主張する。これらの出願の全体は参照により本明細書に組み込まれる。

不均一なＡＣ電場に起因して荷電粒子またはイオンにかかる時間平均の力は、電場が荷電粒子またはイオンをより弱い領域に加速するようなものであることがよく知られている。電場における極小は、通称、疑似ポテンシャル井戸または谷と呼ばれる。これに対して、極大は、通称、疑似ポテンシャル丘または障壁と呼ばれる。

三次元イオントラップとしても知られるポールトラップは、イオントラップの中央に疑似ポテンシャル井戸を形成させることによってこの現象を利用するように設計される。疑似ポテンシャル井戸は、イオンの集団を閉じ込めるのに用いられる。その対称性に起因して、三次元イオントラップは、図１Ａに示すようにスペース内の単一の点にイオンを閉じ込めるように作用する。しかしながら、閉じ込められたイオンの運動エネルギーがゼロではないことに加えて、同一極性のイオン間の相互反発により、図１Ｂに示すようにイオンがイオントラップの中央で球状体積を占有することになる。

あらゆるイオン閉じ込め装置に関して有限の空間電荷容量が存在し、それを超えれば、その性能が低下し始め、最終的に装置はいかなるさらなる電荷も保持できなくなる。例えば、イオントラップの過飽和は、近傍に集束している多数の電荷の存在によって電場が歪んでいく結果として、質量分解能および質量精度の損失につながる。イオンの蓄積に関する空間電荷制限は、所与の質量分解能および質量精度を保ちつつ閉じ込めることができるイオンの最大数であるスペクトルまたは分析上の空間電荷制限よりも著しく大きいことは一般に事実である。

質量分析用途では、閉じ込められたイオンの質量電荷比（ｍ／ｚ）を検出する必要がある。例えば、イオンは、イオン検出器の方に質量選択的に放出されてもよい（しかし多くの他の検出方法が存在する）。この目的を達成するためにイオンを共振的または非共振的のいずれかで放出するいくつかの公知の方法が存在する。

イオントラップ装置にガスを導入することがしばしば必要である。ガスは、冷却する目的でまたは衝突誘起解離（Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎａｌ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｄｉｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ：「ＣＩＤ」）を介するイオンフラグメンテーションのために用いられる場合がある。ガスの静的体積またはガスの流れのいずれかでのイオン移動度分離（Ｉｏｎ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ：「ＩＭＳ」）も行われている。ガスをイオントラップに導入するためのパルスガス弁の使用も知られている。

最近では、閉じ込められたイオンが占有できる体積が大きいことから、二次元または線形イオントラップ（Ｌｉｎｅａｒ Ｉｏｎ Ｔｒａｐ：「ＬＩＴ」）に対する関心が増している。線形イオントラップは、より多数のイオン、またはより正確にはより多数の電荷が閉じ込められ、次いで検出されることを可能にする。こうしたイオントラップは、一般に、四重極、六重極、または八重極のような多重極ＲＦイオンガイドに基づいている。イオンがイオントラップ内に半径方向に閉じ込められるように、イオンガイドの中心軸の周りのロッドセットイオントラップ内に疑似ポテンシャル井戸が形成される。イオンは、普通はＤＣ電場を用いて軸方向に閉じ込められるが、軸方向にイオンを閉じ込めるのにＲＦ電場を用いる方法も知られている。

二次元イオントラップの半径方向の疑似ポテンシャルは、閉じ込められたイオンを、図１Ｃに示すようにイオントラップの中心軸を通るラインに集束させるように作用する。三次元イオントラップと同様に、二次元イオントラップ内に閉じ込められたイオンは、実際には空間的に分散されることになり、したがって図１Ｄに示すように細長い円筒形体積を占有する。

イオンの放出は、半径方向の閉じ込め疑似ポテンシャル内のイオンを共振励起することによって二次元イオントラップを用いて半径方向と軸方向との両方で実証されている。半径方向の放出は、イオンの半径方向の広がりが四重極電極に到達するまでイオンを共振させ、このときイオンが電極の中の細いスロットを通過することによって達成されている。軸方向の放出は、イオンを四重極の出口に存在する自然発生のフリンジ電界の中に共振励起し、このときイオンが閉じ込めＤＣ障壁を乗り越えるのに十分な軸方向運動エネルギーを得られることによって達成されている。これらの方法の両方は、本質的に非断熱的であり、高い放出エネルギーおよび高エネルギー拡散につながり、これはそれらを他の質量分析計のような他の装置と結合するのに一般に不適切なものにする。

二次元イオントラップからの別の形態の軸方向放出が知られており、これは、軸方向高調波（ｈａｒｍｏｎｉｃ）ＤＣポテンシャルをイオンガイドの半径方向の閉じ込めＲＦに重畳することを含む。こうした手法は、図２Ａ〜図２Ｃで概略的に表わされる。

図２Ａは、四重極ロッドセットを同軸に取り囲む一連の環状電極を備える二次元イオントラップを示す。イオンを半径方向に閉じ込めるためにロッドセット電極にＲＦ電圧が印加される。ロッドセット内に軸方向ＤＣポテンシャルを生じさせるために環状電極にＤＣ電圧が印加される。

図２Ｂは、軸方向ＤＣポテンシャルを提供するのに用いられる接地平面上に付加的なベーン電極が配置された状態のＲＦ四重極ロッドセットを備える二次元イオントラップを示す。

図２Ｃは、軸方向にセグメント化されたＲＦ四重極ロッドセットを備える二次元イオントラップを示す。軸方向ＤＣポテンシャルを提供するために各セグメントに異なるＤＣ電圧が印加される場合がある。

図２Ａ〜図２Ｃに示される二次元イオントラップに関して、軸（ｚ）方向に印加されるＤＣポテンシャルは式１で与えられる。

本発明の一態様によれば、
イオントラップ内でイオンを第１（ｙ）および第２（ｘ）の方向に閉じ込める作用をする、径方向に非対称な疑似ポテンシャル障壁または井戸を発生するように配置され適合された第１の装置と、
イオントラップ内でイオンを第３（ｚ）の方向に閉じ込める作用をする、実質的に直流電位井戸を発生するように配置され適合された第２の装置であって、実質的に四重極直流電位のプロファイルは、第２（ｘ）の方向に沿って次第に変化する、第２の装置と、
第２（ｘ）の方向および／または第３（ｚ）の方向に質量または質量対電荷比の選択的にイオンを放出するように、第３（ｚ）の方向にイオンを励起するように配置され適合された第３の装置とを備える、質量または質量対電荷比の選択的なイオントラップが提供される。

本発明の一態様によれば、
イオントラップ内でイオンを第１（ｙ）の方向に閉じ込める作用をする疑似ポテンシャル障壁または井戸、ならびにイオンを第２（ｘ）の方向に閉じ込める作用をする直流電位障壁または井戸を発生するように配置され適合された第１の装置と、
イオントラップ内でイオンを第３（ｚ）の方向に閉じ込める作用をする実質的に直流四重極電位井戸を発生するように配置され適合された第２の装置であって、実質的に四重極直流電位のプロファイルは、第２（ｘ）の方向に沿って次第に変化する、第２の装置と、
第２（ｘ）の方向および／または第３（ｚ）の方向に質量または質量対電荷比の選択的にイオンを放出するように、第３（ｚ）の方向にイオンを励起するように配置され適合された第３の装置とを備える、質量または質量対電荷比の選択的なイオントラップが提供される。

第１（ｙ）の方向および／または第２（ｘ）の方向および／または第３（ｚ）の方向は、実質的に直交することが好ましい。

一実施形態によれば、質量または質量対電荷比の選択的なイオントラップは、複数の電極を含む。

複数の電極は、
（ｉ）複数のまたは少なくとも４、５、６、７、８、９、１０、１０〜２０、２０〜３０、３０〜４０、４０〜５０、５０〜６０、６０〜７０、７０〜８０、８０〜９０、９０〜１００もしくは１００を超えるロッドセットまたはセグメント化ロッドセットを含む、多極ロッドセットまたはセグメント化多極ロッドセット、ならびに／あるいは、
（ｉｉ）複数のまたは少なくとも４、５、６、７、８、９、１０、１０〜２０、２０〜３０、３０〜４０、４０〜５０、５０〜６０、６０〜７０、７０〜８０、８０〜９０、９０〜１００もしくは１００を超える環状、リング、または長円形の電極であって、使用時にそれを通ってイオンを透過する１つまたは複数の孔を有する、環状、リング、または長円形の電極を含む、イオントンネルまたはイオンファンネル、ならびに／あるいは、
（ｉｉｉ）複数のまたは少なくとも４、５、６、７、８、９、１０、１０〜２０、２０〜３０、３０〜４０、４０〜５０、５０〜６０、６０〜７０、７０〜８０、８０〜９０、９０〜１００もしくは１００を超える半環状、半リング、半長円形、またはＣ型の電極、ならびに／あるいは、
（ｉｖ）使用時にイオンが移動する平面に概ね配置される平面電極、平板電極またはメッシュ電極の積層またはアレイとを含むことが好ましい。

第１の装置は、少なくとも一部の電極に高周波電圧を印加するように配置され適合されることが好ましい。

イオントラップは、第３（ｚ）の方向にイオントラップの実線および／または直線の透視線があるように配置され適合されることが好ましい。

イオントラップは、第２（ｘ）の方向にイオントラップの実線および／または直線の透視線があるように配置され適合されることが好ましい。

第２の装置は、（ｉ）実質的に四重極直流電位井戸の極小は、イオントラップの中心軸に沿うように、または（ｉｉ）実質的に四重極直流電位井戸の極小は、イオントラップの中心軸からずれるように、実質的に四重極直流電位井戸を形成するように配置され適合されることが好ましい。

疑似ポテンシャル障壁または井戸は、非四重極疑似ポテンシャル障壁または井戸を含むことが好ましい。

第３の装置は、イオンを第３（ｚ）の方向に振動させるように配置され適合されることが好ましく、第３（ｚ）の方向へのイオンの振動の振幅は、イオンの質量または質量対電荷比に依存することが好ましい。

電界は、第２（ｘ）の方向に沿って維持されることが好ましい。

電界は、第２（ｘ）の方向に沿って次第に増加する、低減するまたは変化することが好ましい。

電界は、イオンをイオントラップのイオン放出領域に向かって推進させ、流し、または導くことが好ましい。イオンをイオン放出領域から第２（ｘ）の方向および／または第３（ｚ）の方向に質量または質量対電荷比の選択的に放出することが好ましい。

第２（ｘ）の方向への電界の大きさは、第３（ｚ）の方向での位置によって増加する、低減するまたは変化することが好ましい。

電界は、第３（ｚ）の方向のイオンの相対位置に依存して、イオンを第２（ｘ）の方向に実質的に異なる加速度場に直面させることが好ましい。

電界は、第３（ｚ）の方向に質量または質量対電荷比の選択的にイオンを放出する前に、特定の質量または質量対電荷比を有するイオン、または質量または質量対電荷比を第２（ｘ）の方向の特定の範囲内に有するイオンを推進させることが好ましい。

電界は、第２（ｘ）の方向および／または第３（ｚ）の方向に質量または質量対電荷比の選択的にイオンを放出する前に、第３（ｚ）の方向にイオンの振動の振幅に依存する力でイオンを第２（ｘ）の方向に推進させることが好ましい。

直流四重極電位井戸によりイオンを第３（ｚ）の方向に閉じ込めることが好ましく、第３（ｚ）の方向に振動の振幅を有するイオンが、第２（ｘ）の方向に放出領域から離間した領域内のイオントラップによって閉じ込められ、その一方で第３（ｚ）の方向に振動の同じ振幅を有する放出領域内のイオンが、直流電位井戸を超えることができ、イオントラップから放出されるように、井戸の少なくとも一方の側面の高さは、放出領域に向かって第２（ｘ）の方向での位置によって減少することが好ましい。

第２の装置は、第３（ｚ）の方向に配置された電極のすべてではないが一部を横切る、実質的に直流四重極電位井戸を維持するように配置され適合されることが好ましい。

第２の装置は、第３（ｚ）の方向にイオントラップの幅のｘ％を横切る実質的に直流四重極電位井戸を維持するように配置され適合されることが好ましい。但し、ｘは、（ｉ）１０未満、（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）９０〜９５、および（ｘｉ）９５〜９９からなる群から選択される。

第２の装置は、好ましくはイオントラップを横切る第３（ｚ）の方向に直流電位のプロファイルを維持するように配置され適合され、直流電位のプロファイルは第１の領域および１つまたは複数の第２の領域を含み、第１の領域内の直流電位のプロファイルは実質的に四重極であり、１つまたは複数の第２の領域内の直流電位のプロファイルは実質的に線形、一定、または非四重極である。

第２の装置は、好ましくはイオントラップの中心軸に対して非対称な、第３（ｚ）の方向に直流電位のプロファイルを維持するように配置され適合されることが好ましく、中心軸は好ましくは第２（ｘ）の方向にある。

第２の装置は、好ましくは第３（ｚ）の方向に直流電位のプロファイルを維持するように配置され適合され、その結果イオンは実質的に直流四重極井戸から一方向のみに放出される。

第３の装置は、イオンがイオントラップから（ｉ）第１の方向のみ、または（ｉｉ）第１の方向および第２の方向の両方のいずれかに質量または質量対電荷比の選択的に放出されるように配置され適合されることが好ましく、第２の方向は第１の方向と異なる、または第１の方向と反対である。

第３の装置は、第３（ｚ）の方向にイオンを共鳴的に励起するように配置され適合されることが好ましい。

第３の装置は、補助交流電圧または補助交流電位をωと等しい周波数σを有する少なくとも一部の電極に印加するように配置され適合されることが好ましく、ωはイオントラップから放出することが望ましいイオンの基本周波数または共鳴周波数である。

第３の装置は、第３（ｚ）の方向にイオンをパラメトリックに励起するように配置され適合されることが好ましい。

第３の装置は、補助交流電圧または補助交流電位を、２ω、０．６６７ω、０．５ω、０．４ω、０．３３ω、０．２８６ω、０．２５ωに等しい、または０．２５ω未満の周波数σを有する、少なくとも一部の電極に印加するように配置され適合されることが好ましく、ωはイオントラップから放出することが望ましいイオンの基本周波数または共鳴周波数である。

第３の装置は、補助交流電圧または補助交流電位の周波数σを走査する、変化させる、修正する、増加させる、次第に増加させる、低減させる、または次第に低減させるように配置され適合されることが好ましい。

第３の装置は、（ｉ）イオンの質量対電荷比の順にイオントラップからイオンを放出するための動作モードに、かつ／または（ｉｉ）イオンの質量対電荷比と逆の順にイオントラップからイオンを放出するための動作モードに配置され適合されることが好ましい。

第３の装置は、実質的に断熱手法でイオントラップからイオンを放出させるように配置され適合されることが好ましい。

第３の装置は、（ｉ）０．５ｅＶ未満、（ｉｉ）０．５〜１．０ｅＶ、（ｉｉｉ）１．０〜１．５ｅＶ、（ｉｖ）１．５〜２．０ｅＶ、（ｖ）２．０〜２．５ｅＶ、（ｖｉ）２．５〜３．０ｅＶ、（ｖｉｉ）３．０〜３．５ｅＶ、（ｖｉｉｉ）３．５〜４．０ｅＶ、（ｉｘ）４．０〜４．５ｅＶ、（ｘ）４．５〜５．０ｅＶ、および（ｘｉ）５．０ｅＶを超えるエネルギーからなる群から選択されるイオンエネルギーでイオントラップからイオンを放出させるように配置され適合されることが好ましい。

イオントラップは、イオントラップ内にＮ個のイオン電荷を含むように配置され適合されることが好ましく、Ｎは、（ｉ）５ｘ１０⁴未満、（ｉｉ）５ｘ１０⁴〜１ｘ１０⁵、（ｉｉｉ）１ｘ１０⁵〜２ｘ１０⁵、（ｉｖ）２ｘ１０⁵〜３ｘ１０⁵、（ｖ）３ｘ１０⁵〜４ｘ１０⁵、（ｖｉ）４ｘ１０⁵〜５ｘ１０⁵、（ｖｉｉ）５ｘ１０⁵〜６ｘ１０⁵、（ｖｉｉｉ）６ｘ１０⁵〜７ｘ１０⁵、（ｉｘ）７ｘ１０⁵〜８ｘ１０⁵、（ｘ）８ｘ１０⁵〜９ｘ１０⁵、（ｘｉ）９ｘ１０⁵〜１ｘ１０⁶および（ｘｉｉ）１ｘ１０⁶を超える数からなる群から選択される。

動作モードにおいて、イオントラップの少なくとも一領域または実質的に全体は、
（ｉ）イオンガイドとして、および／または、
（ｉｉ）衝突セルもしくはフラグメンテーションセルとして、および／または、
（ｉｉｉ）反応セルとして、および／または、
（ｉｉ）質量フィルタとして、および／または、
（ｉｉｉ）飛行時間型分離器として、および／または、
（ｉｖ）イオン移動度分離器として、および／または、
（ｖ）差動イオン移動度分離器として、作動するように配置され適合されることが好ましい。

動作モードにおいて、イオントラップは、（ｉ）１．０ｘ１０^-7ｍｂａｒ未満、（ｉｉ）１．０ｘ１０^-7〜１．０ｘ１０^-6ｍｂａｒ、（ｉｉｉ）１．０ｘ１０^-6〜１．０ｘ１０^-5ｍｂａｒ、（ｉｖ）１．０ｘ１０^-5〜１．０ｘ１０^-4ｍｂａｒ、（ｖ）１．０ｘ１０^-4〜１．０ｘ１０^-3ｍｂａｒ、（ｖｉ）０．００１〜０．０１ｍｂａｒ、（ｖｉｉ）０．０１〜０．１ｍｂａｒ、（ｖｉｉｉ）０．１〜１ｍｂａｒ、（ｉｘ）１〜１０ｍｂａｒ、（ｘ）１０〜１００ｍｂａｒ、および（ｘｉ）１００〜１０００ｍｂａｒからなる群から選択される圧力で維持するように配置され適合されることが好ましい。

本発明の一態様によれば、上述のように質量または質量対電荷比の選択的なイオントラップを含む質量分析器が提供される。

本発明の一態様によれば、
イオントラップ内で第１（ｙ）の方向および第２（ｘ）の方向にイオンを閉じ込める作用をする、径方向に非対称の疑似ポテンシャル障壁または井戸を発生することと、
イオントラップ内で第３（ｚ）の方向にイオンを閉じ込める作用をする、実質的に直流四重極電位井戸を発生することであって、実質的に四重極直流電位井戸のプロファイルは、第２（ｘ）の方向に沿って次第に変化する、発生することと、
第２（ｘ）の方向および／または第３（ｚ）の方向に質量または質量対電荷比の選択的にイオンを放出するように、第３（ｚ）の方向にイオンを励起することと含む、イオントラップから質量または質量対電荷比の選択的にイオンを放出する方法が提供される。

本発明の一態様によれば、
イオントラップ内で第１（ｙ）の方向にイオンを閉じ込める作用をする、疑似ポテンシャル障壁または井戸と、第２（ｘ）の方向にイオンを閉じ込める作用をする、直流電位の障壁または井戸を発生することと、
イオントラップ内で第３（ｚ）の方向にイオンを閉じ込める作用をする、実質的に直流四重極電位井戸を発生することであって、実質的に四重極直流電位井戸のプロファイルは、第２（ｘ）の方向に沿って次第に変化する、発生することと、
イオントラップから第２（ｘ）の方向および／または第３（ｚ）の方向に質量または質量対電荷比の選択的にイオンを放出するように、第３（ｚ）の方向にイオンを励起することと含む、イオントラップから質量または質量対電荷比の選択的にイオンを放出する方法が提供される。

本発明の一態様によれば、上述のような方法を含む質量分析の方法が提供される。

本発明の一態様によれば、イオンをイオントラップから放出する前に、二次元空間から選択された質量対電荷比のイオンが全体積からより小さい放出領域に移動する、二次元空間に空間的に拡大されたトラッピング体積をもつイオントラップが提供される。

三次元イオントラップより二次元イオントラップの容量がより大きいにもかかわらず、器具がより高感度になりイオン源がより明るくなるにつれて、イオントラップのイオン容量をより増加させる必要性が増す。

好ましい実施形態には、拡大したトラッピング容積または透過容積をもつイオントラップ装置またはイオン透過装置が含まれる。一実施形態によれば、イオントラップには、イオンを閉じ込め放出するように配置され、従来の三次元イオントラップおよび二次元イオントラップより大きいイオン電荷容量を有する一次元イオントラップが含まれる。

三次元イオントラップはイオンを基本的に１点に閉じ込め、二次元イオントラップは基本的にイオンを１線に閉じ込めるのと同様に、好ましい実施形態による一次元イオントラップは、図１Ｅに示したように基本的にイオンを１面に閉じ込める。しかし実際には、イオンによって占められる実際の体積は、図１Ｆに示したように二次元空間に細長い直方体を充填するように拡大させる。

本発明の好ましい実施形態によるイオントラップは、高周波電圧、交流電圧および直流電圧の様々な組合せを印加し得る、拡大された体積を画定する電極のアレイを含む。イオントラップは、イオン透過装置としてまたはイオントラップとして作用してもよい。イオントラップを使用して、イオンを保持する、積層する、保存する、処理する、隔離する、フラグメント化する、検出する、および放出してもよい。作動中、イオンの一部またはすべては、拡大されたトラップ領域内に分散され、続いて実質的にイオンが放出され得るイオントラップからイオントラップの特定の領域に向かって質量対電荷比に依存的に移動されてもよい。イオンの放出は、実質的に直流四重極電位内でイオンを励起することによって影響されることが好ましい。四重極電位の形が一部の領域ではより急勾配であり、他の領域ではより狭いように、四重極電位の形は装置の長さによって変化する。イオンを励起する作用により、イオンは、より急勾配の領域からイオンが最終的に放出されるより狭い領域に絞り出される。

イオントラップを質量分析器として作動させてもよく、または質量分析器もしくは質量分析計内の他の装置と連動して使用してもよい。

一実施形態によれば、質量分析計は、
（ａ）（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）オンシリコン脱離イオン化（「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）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、（ｘｖｉ）ニッケル６３放射性イオン源、（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」）イオン源からなる群から選択されたイオン源と、ならびに／あるいは、
（ｂ）１つもしくは複数の連続イオン源またはパルスイオン源、ならびに／あるいは、
（ｃ）１つもしくは複数のイオンガイド、ならびに／あるいは、
（ｄ）１つもしくは複数のイオン移動度分離装置および／または１つもしくは複数の電界非対称イオン移動度分析装置、ならびに／あるいは、
（ｅ）１つもしくは複数のイオントラップまたは１つもしくは複数のトラッピング領域、ならびに／あるいは、
（ｆ）（ｉ）衝突誘起解離（「ＣＩＤ」）フラグメンテーション装置、（ｉｉ）表面誘起解離（「ＳＩＤ」）フラグメンテーション装置、（ｉｉｉ）電子移動解離（「ＥＴＤ」）フラグメンテーション装置、（ｉｖ）電子捕獲解離（「ＥＣＤ」）フラグメンテーション装置、（ｖ）電子衝突または衝撃解離フラグメンテーション装置、（ｖｉ）光誘起解離（「ＰＩＤ」）フラグメンテーション装置、（ｖｉｉ）レーザ誘起解離フラグメンテーション装置、（ｖｉｉｉ）赤外線誘起解離装置、（ｉｘ）紫外線誘起解離装置、（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装置、（ｘｉ）インソースフラグメンテーション装置、（ｘｉｉ）インソース衝突誘起解離フラグメンテーション装置、（ｘｉｉｉ）熱源または温度源フラグメンテーション装置、（ｘｉｖ）電界誘起フラグメンテーション装置、（ｘｖ）磁場誘起フラグメンテーション装置、（ｘｖｉ）酵素消化または酵素分解フラグメンテーション装置、（ｘｖｉｉ）イオン−イオン反応フラグメンテーション装置、（ｘｖｉｉｉ）イオン−分子反応フラグメンテーション装置、（ｘｉｘ）イオン−原子反応フラグメンテーション装置、（ｘｘ）イオン−準安定イオン反応フラグメンテーション装置、（ｘｘｉ）イオン−準安定原子反応フラグメンテーション装置、（ｘｘｉｉ）イオン−準安定原子反応フラグメンテーション装置、（ｘｘｉｉｉ）イオンの反応により付加イオンまたはプロダクトイオンを形成するイオン−イオン反応装置、（ｘｘｉｖ）イオンの反応により付加イオンまたはプロダクトイオンを形成するイオン−分子反応装置、（ｘｘｖ）イオンの反応により付加イオンまたはプロダクトイオンを形成するイオン−原子反応装置、（ｘｘｖｉ）イオンの反応により付加イオンまたはプロダクトイオンを形成するイオン−準安定イオン反応装置、（ｘｘｖｉｉ）イオンの反応により付加イオンまたはプロダクトイオンを形成するイオン−準安定分子反応装置、（ｘｘｖｉｉｉ）イオンの反応により付加イオンまたはプロダクトイオンを形成するイオン−準安定原子反応装置、および（ｘｘｉｘ）電子イオン化解離（「ＥＩＤ」）フラグメンテーション装置からなる群から選択された１つもしくは複数の衝突、フラグメンテーションまたは反応セル、ならびに／あるいは、
（ｇ）（ｉ）四重極質量分析器、（ｉｉ）二次元または線形四重極質量分析器、（ｉｉｉ）ポール型または三次元四重極質量分析器、（ｉｖ）ぺニングトラップ型質量分析器、（ｖ）イオントラップ型質量分析器、（ｖｉ）磁場セクタ型質量分析器、（ｖｉｉ）イオンサイクロトロン共鳴（「ＩＣＲ」）質量分析器、（ｖｉｉｉ）フーリエ交換イオンサイクロトロン共鳴（「ＦＴＩＣＲ」）質量分析器、（ｉｘ）静電またはオービトラップ型質量分析器、（ｘ）フーリエ交換静電またはオービトラップ型質量分析器、（ｘｉ）フーリエ交換質量分析器、（ｘｉｉ）飛行時間型質量分析器、（ｘｉｉｉ）直交加速飛行時間型質量分析器、および（ｘｉｖ）線形加速飛行時間型質量分析器からなる群から選択された質量分析器、ならびに／あるいは、
（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／あるいは、
（ｉ）１つまたは複数のイオン検出器、ならびに／あるいは、
（ｊ）（ｉ）四重極質量フィルタ、（ｉｉ）二次元または線形四重極イオントラップ、（ｉｉｉ）ポール型または三次元四重極イオントラップ、（ｉｖ）ぺニングイオントラップ、（ｖ）イオントラップ、（ｖｉ）磁場セクタ型質量フィルタ、（ｖｉｉ）飛行時間型質量フィルタ、および（ｖｉｉｉ）ウィーンフィルタからなる群から選択された１つまたは複数の質量フィルタ、ならびに／あるいは、
（ｋ）イオンをパルス状にする装置またはイオンゲート、ならびに／あるいは、
（ｌ）実質的に連続的なイオンビームをパルスイオンビームに変換する装置とをさらに備えてもよい。

質量分析計は、
（ｉ）Ｃ型トラップ、ならびに外側樽形電極および同軸の内側紡錘形電極を備えるオービトラップ型（ＲＴＭ）質量分析器であって、第１の動作モードでは、イオンはＣ型トラップに透過され、次いでオービトラップ型（ＲＴＭ）質量分析器に注入され、第２の動作モードでは、イオンはＣ型トラップに、次いで衝突セルまたは電子移動解離装置に透過され、少なくとも一部のイオンがフラグメントイオンにフラグメント化され、フラグメントイオンは、Ｃ型トラップに透過された後、オービトラップ型（ＲＴＭ）質量分析器に注入される、Ｃ型トラップならびにオービトラップ型（ＲＴＭ）質量分析器、ならびに／あるいは、
（ｉｉ）使用時にそれを通ってイオンを透過させる開口部をそれぞれが有する複数の電極を備える積層環状イオンガイドであって、電極の間隔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部に配置される電極の開口部は第１の直径を有し、イオンガイドの下流部に配置される電極の開口部は第１の直径より小さい第２の直径を有し、使用時に交流電圧または高周波電圧の逆位相は連続する電極に印加される、積層環状イオンガイドとのいずれかをさらに備えてもよい。

高周波電圧は、好ましいイオントラップの電極に印加されることが好ましく、（ｉ）５０Ｖピークトゥピーク未満、（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）１００Ｖピークトゥピークを超える振幅からなる群から選択される振幅を有することが好ましい。

高周波電圧は、（ｉ）１００ｋＨｚ未満、（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を超える周波数からなる群から選択される周波数を有することが好ましい。

イオントラップは、（ｉ）０．００１ｍｂａｒを超える、（ｉｉ）０．０１ｍｂａｒを超える、（ｉｉｉ）０．１ｍｂａｒを超える、（ｉｖ）１ｍｂａｒを超える、（ｖ）１０ｍｂａｒを超える、（ｖｉ）１００ｍｂａｒを超える、（ｖｉｉ）０．００１〜０．０１ｍｂａｒ、（ｖｉｉｉ）０．０１〜０．１ｍｂａｒ、（ｉｘ）０．１〜１ｍｂａｒ、（ｘ）１〜１０ｍｂａｒ、および（ｘｉ）１０〜１００ｍｂａｒからなる群から選択される圧力を維持することが好ましい。

三次元イオントラップにおいて理論的にイオンによって占められる体積を示す図である。 三次元イオントラップにおいて実際にイオンによって占められる体積を示す図である。 二次元イオントラップにおいて理論的にイオンによって占められる体積を示す図である。 二次元イオントラップにおいて実際にイオンによって占められる体積を示す図である。 本発明の一実施形態による、一次元イオントラップにおいて理論的にイオンによって占められる体積を示す図である。 本発明の一実施形態による、一次元イオントラップにおいて実際にイオンによって占められる体積を示す図である。 四重極ロッドセットを包囲する複数の環状電極を備える、公知の線形または二次元イオントラップを示す図である。 羽根電極をもつ四重極ロッドセットを備える、公知の線形または二次元イオントラップを示す図である。 セグメント化四重極ロッドセットを備える、公知の線形または二次元イオントラップを示す図である。 本発明の好ましい実施形態によるイオントラップを示す図である。 好ましいイオントラップの端面図である。 好ましいイオントラップの側面図である。 直流電圧を電極の両端部に印加することにより、好ましいイオントラップ内でｘ方向にイオンを閉じ込め得る方法を示す図である。 直流電圧を追加の端板電極に印加することにより、好ましいイオントラップ内でｘ方向にイオンを閉じ込め得る方法を示す図である。 高周波電圧を追加のロッド電極に印加することにより、好ましいイオントラップ内でｘ方向にイオンを閉じ込め得る方法を示す図である。 ３つの群の電極に印加した直流電位がｘ方向に沿って変化する好ましい実施形態による方法を示す図である。 直流電位がｚ方向に変化する方法を示す図である。 ｘｙ平面における直流電位の三次元表示を示す図である。 イオンチャネルが好ましいイオントラップ内に形成される動作モードを示す図である。 イオンは質量対電荷比の選択的にｘ方向に推進され、次いでイオントラップから質量対電荷比の選択的にｚ方向に放出される、本発明の好ましい実施形態を示す図である。 空間電荷効果が含まれなかった、好ましいイオントラップからのイオン放出をモデル化するＳＩＭＩＯＮ（ＲＴＭ）シミュレーションの結果を示す図である。 空間電荷効果が含まれた際の、ＳＩＭＩＯＮ（ＲＴＭ）シミュレーションの結果を示す図である。 好ましいイオントラップが積層環状イオンガイド（「ＳＲＩＧ」）衝突セルと一体化した、一実施形態を示す図である。 イオン源に続き、好ましいイオントラップ、四重極およびイオン検出器と続く一実施形態を示す図である。 イオン源に続き、四重極、衝突セル、好ましいイオントラップ、別の四重極およびイオン検出器と続く一実施形態を示す図である。 イオン源に続き、好ましいイオントラップ、四重極、衝突セル、別の四重極およびイオン検出器と続く一実施形態を示す図である。 イオン源に続き、好ましいイオントラップ、四重極、衝突セルおよび飛行時間型質量分析器と続く一実施形態を示す図である。

本発明の種々の実施形態を、単に例証する目的で与えられる他の配置と共に、添付図面を参照しながら単なる例としてここで説明する。

本発明の好ましい実施形態によるイオントラップを図３Ａに示す。イオントラップは、電極の拡大した三次元アレイ３０１からなる。一実施形態によれば、電極はセグメント化されたロッド電極を備える。

イオントラップは、電極の２つの水平層を備えるとみなすことができる。イオンは、高周波電圧を電極に印加することにより、垂直（ｙ）方向（すなわち、電極の２つの水平層の間）に閉じ込められる。イオンは、非四重極疑似ポテンシャルにより垂直（ｙ）方向に閉じ込められる。

図３Ｂは、セグメント化ロッド電極の端面図を示す。好ましい実施形態によれば、概念的にロッドを形成するすべてのセグメント化電極は、高周波電圧の同じ位相で維持されることが好ましい。水平方向に隣接するセグメント化ロッド電極は、反対側の高周波位相で維持されることが好ましい。上層内のセグメント化ロッド電極は、下層内の対応するセグメント化ロッド電極と同じ高周波位相で維持されることが好ましい。

図３Ｂを参照すると、ｘｚ平面におけるイオン閉じ込めは、ｘ方向の電極の列に隣接した高周波電圧３０３の反対側の位相に印加することによって達成されることが好ましい。

図３Ｃは、全体構造の可視化の働きをする電極位置の側面図を示す。

四重極直流電位は、四重極直流電位を電極にｚ方向に印加することにより、ｚ方向に維持されることが好ましい。結果として、イオンは、直方体として図３Ａに示されたイオン体積３０２内に閉じ込められることが好ましい。

イオンは、まずｚ方向にイオントラップに入り、次いで四重極直流電位を電極にｚ方向に印加してもよい。別法として、四重極直流電位を電極にｚ方向に印加してもよく、イオンはイオントラップにｘ方向に入ってもよい。

図４Ａ〜４Ｃを参照すると、多くの様々な技法を使用して、イオンをｘ方向にイオントラップ内に軸方向に閉じ込めでもよい。

図４Ａは、補助直流電位４０１をｙｚ平面における電極の両端部または両最外部に印加することにより、イオンをｘ方向にイオントラップ内に軸方向に閉じ込める、本発明の好ましい実施形態を示す。この実施形態によれば、イオンは、まずｘ方向またはｚ方向のいずれかにイオントラップに入ってもよい。

図４Ｂは、直流電位を追加端板電極４０２に印加してもよい、代替的実施形態を示す。この実施形態によれば、イオンは、まずｚ方向を経由してイオントラップに入る。一旦イオンがイオントラップに入ると、次いで四重極電位がｚ方向に維持されることが好ましい。

図４Ｃは、追加のセグメント化ロッド電極または非セグメント化ロッドセット電極４０３が提供される、別の代替的実施形態を示す。疑似ポテンシャル障壁または井戸により、イオントラップ内にｘ方向に軸方向にイオンを閉じ込めるように、セグメント化ロッドセット電極３０１に印加した高周波電圧も、追加電極４０３に印加されることが好ましい。この実施形態によれば、イオンは、まずｚ方向を経由してイオントラップに入る。一旦イオンがイオントラップに入ると、次いで四重極電位がｚ方向に維持されることが好ましい。

好ましい実施形態によれば、直流電位井戸が図３Ｃに示したようにｚ方向に形成されるように、直流四重極電位を、ｚ方向に電極に印加した高周波電圧に重ね合わせることが好ましい。イオンがイオントラップに入る前または後に、四重極電位井戸がｚ方向に維持されるように、直流電位を電極に印加してもよい。

ｚ方向に四重極電位または直流電位井戸の形は、イオントラップの長さによって、またはイオントラップの長さに沿って変化することが好ましい。

次に、四重極電位がイオントラップの長さによって、またはイオントラップの長さに沿って変化し得る方法の一例を、図５Ａ〜Ｃを参照により詳細に説明する。

図５Ａは、図３Ａにおいて３０４、３０５、３０６と付された電極の３線に沿って印加された電位のグラフを示し、電極の３線はｚ方向に異なる変化を有する。イオントラップの中心に向かって配置された電極３０４はｚ方向に低い電位勾配またはゼロ電位勾配を有する一方で、イオントラップの中心から最も遠くに配置された電極３０６は、高い電位勾配を有することが図５Ａから明らかである。この効果は、イオンをｚ方向にイオントラップの中心に向かって注ぎ込むまたは移動させ、またイオンをｘ方向にゼロ変位を有するイオントラップの一端に向かって移動させる電界を提供することである。ｘ方向への電界の大きさは、ｚ方向での位置によって変化することが好ましく、その結果、電界によってイオンが、ｚ方向へのイオンの相対位置に依存してｘ方向に実質的に異なる加速を受けることが好ましい。

図５Ｂは、図３Ａにおいて３０７、３０８、３０９と付された電極の３線に沿って印加された電位のグラフを示し、電極の３線３０７、３０８、３０９はｘ方向に異なる変位を有する。ｘ方向にゼロに最も近い変位を有する電極３０７は、ｚ方向に電極を横切って維持された狭い四重極電位を有する一方で、ｘ方向に最大変位を有して配置された電極３０９は、ｚ方向に電極を横切って維持された深い四重極電位を有する。

図５Ｃは、印加された電位の可視化の働きをする印加された電位の三次元グラフを示す。

本発明の実施形態は、イオンを好ましいイオントラップからｚ方向に１方向にみに質量または質量対電荷比の選択的に放出することが企図される。代替的実施形態では、イオンを好ましいイオントラップからｘ方向のみにまたはｘ方向とｚ方向の両方に質量または質量対電荷比の選択的に放出する。一実施形態によれば、ｚ方向に維持される四重極電位は、四重極電位が電極の大半を横切って維持されてもよいが、イオントラップの一方の側面上の電極の一部は、定電位で維持されてもよいという意味で非対称であってもよい。結果として、四重極電位が維持され、これは電位井戸の一方の側面をｚ方向に効果的に切り捨てられる。したがって、電位井戸の一方の側面上の最大電位は、電位井戸の他方の側面上の最大電位より大きくてもよいことが明らかになろう。

好ましい実施形態によるイオントラップは、いくつかの異なる動作モードに使用されてもよい。

ある動作モードでは、イオントラップは、イオン透過装置として、および／または衝突セルとして使用されてもよい。これは適切な直流電位を電極に印加することによって達成することができ、その結果、イオンが通過する１つまたは複数のイオン透過チャネルが存在する。図６Ａは、イオントラップがイオンガイドとして、および／または衝突セルとして動作する一実施形態を示す。

図６Ｂは、イオンをイオントラップからｚ方向に放出する、好ましい実施形態を示す。直流電位を電極にｚ方向に示されたような方法で、また図５に関連して上述のように印加することが好ましい。

イオントラップ内でイオンを共鳴的に励起するために、交流電圧または微弱な電圧（ｔｉｃｋｌｉｎｇ ｖｏｌｔａｇｅ）を電極に印加することが好ましい。交流電圧または微弱な電圧の印加によって、イオンをｚ方向に振動させることが好ましい。ｚ方向へのイオンの振動の振幅は、イオンの質量または質量対電荷比に依存することが好ましい。上に論じたように、電界はイオンを、ｚ方向へのイオンの相対位置に依存してｘ方向に実質的に異なる加速度場に直面させる。したがって、電界がイオンを、ｚ方向へのイオンの振動の振幅に依存した力でｘ方向に推進させ、次いでこれはイオンの質量または質量対電荷比に依存する。

したがって、電界と一緒に交流電圧または微弱な電圧を印加すると、イオンが大半のイオントラップ内からイオントラップの一領域に（すなわち、図６Ｂに示したようにイオントラップの左側面に向かってｘ方向に）向かって質量対電荷比に依存する方法で押圧されることが好ましい。イオントラップは、イオンが特定のイオン放出領域から以外のどこからも放出できないように配置されることが好ましい。イオンは、直流四重極電位井戸によりｚ方向に閉じ込められることが好ましく、井戸の少なくとも一面の高さは、ｚ方向への振動の振幅を有するイオンが、ｘ方向に放出領域から離間した領域にイオントラップによって閉じ込められるように、放出領域に向かってｘ方向での位置によって低減する。ｚ方向への振動の同じ振幅を有する放出領域におけるイオンは直流電位井戸を超えることができ、イオントラップから放出される。イオントラップから放出されたイオンは直接検出されてもよく、あるいはさらなる処理もしくは検出のために別の高周波装置および／または質量分析器に移されてもよい。

好ましいイオントラップは、イオン光学モデリングパッケージＳＩＭＩＯＮ（ＲＴＭ）を使用してモデル化されてきた。図７Ａは、４００、４５０および５００Ｄａの質量対電荷比を有するようにモデル化された３群に対して、好ましいイオントラップからのイオンの放出時間のグラフを示す。この例では空間電荷効果を無視した。まず４００の質量対電荷比を有するイオン、続いて４５０の質量対電荷比を有するイオン、続いて５００の質量対電荷比を有するイオンが放出されたことは明らかである。

また、イオントラップ内の非常に大きい空間電荷の効果を解明するために、約１ｘ１０⁶の電荷をイオントラップ内に含む、同一のシミュレーションも行った。比較として、イオントラップ内の電荷数がほぼ１ｘ１０³であるとき、従来の三次元イオントラップの性能は低下することが公知である。二次元または線形トラップに対する相当数は、ほぼ５ｘ１０⁴になるように事前に決定した。

図７Ｂは、空間電荷効果が含まれた際の、ＳＩＭＩＯＮ（ＲＴＭ）シミュレーションに対する放出時間を示す。ピーク放出時間もピーク幅も（故にイオントラップの分解能も）いずれも、このような大量の空間電荷の存在に起因して過度に影響を及ぼされることはなかった。

したがって、図７Ａと７Ｂの比較から明らかになるように、拡大されたイオン閉じ込め体積を有する好ましいイオントラップは、従来の二次元および三次元イオントラップに比べて特に有利である。

図８は、好ましいイオントラップが積層環状イオンガイド（「ＳＲＩＧ」）衝突セルと一体化した、本発明の別の実施形態を示す。積層環状イオンガイドは、良好なフラグメンテーション効率のためにアルゴンガスを含有することが好ましい一方で、好ましいイオントラップは、良好な放出効率のためにヘリウムガスを含有することが好ましい。衝突セルとイオントラップを単一のイオン透過および／または衝突セルとして連携して使用してもよい。

別法として、衝突セルとイオントラップを個別に使用してもよい、すなわち衝突セルはイオンをフラグメント化するかつ／または積層するために使用されてもよく、イオントラップは、積層環状イオンガイドに積層したイオンを保持し放出するために使用されてもよい。

図９Ａ〜Ｄは、本発明の様々な実施形態による機器の配置例を示す。これらの例を超えるより多くの構造の可能性があることは当業者には明らかになろう。

図９Ａは、イオン源に続き、好ましい実施形態によるイオントラップ、続いて四重極、続いてイオン検出器と続く一実施形態を示す。

図９Ｂは、イオン源に続き、四重極、続いて衝突セル、続いて好ましい実施形態によるイオントラップ、続いて第２の四重極およびイオン検出器を備える一実施形態を示す。

図９Ｃは、イオン源に続き、好ましい実施形態によるイオントラップ、続いて四重極、続いて衝突セル、続いて第２の四重極およびイオン検出器を備える一実施形態を示す。

図９Ｄは、イオン源に続き、好ましい実施形態によるイオントラップ、続いて四重極、続いて衝突セルおよび飛行時間型質量分析器を備える一実施形態を示す。

様々な修正が本発明の範囲から逸脱することなく、上に論じた特定の実施形態になされてもよいことが明らかになろう。

たとえば、実施形態は、イオントラップを備える電極が、ロッドの形状ではない電極を含んでもよいことが企図される。たとえば、電極は、複数の積層板電極、複数の積層環状電極、複数のＣ型電極の複数の積層半環状電極を備えてもよい。

あまり好ましくない実施形態によれば、印加した直流電位は非四重極であってもよい。

一実施形態によれば、直流電位井戸は、イオントラップの一方の側面がイオントラップの他方の側面より深くてもよい。結果として、イオンは２方向に放出されるより、むしろ１方向に放出される方が好ましい。

一実施形態によれば、イオントラップからイオンが出る方向を、イオンのすべてもしくは選択部分が好ましくは一方の方向から出る、またはイオンのすべてもしくは選択部分が好ましくは他方の方向から出るように、直流井戸の深さを適切に変化させることによって変えてもよい。

一実施形態によれば、隣接する質量分析器のｍ／ｚ走査と連結した直流井戸から質量対電荷比のイオンを放出する、動作に連結した走査モードでイオントラップを作動させてもよい。

一実施形態によれば、２つ以上の放出領域が存在してもよい。

一実施形態によれば、イオンは１つの場所から注入されてもよく、同じ場所から放出されてもよく、または別の空間的に異なる場所から放出されてもよい。

一実施形態によれば、２つ以上のイオン圧縮領域が提供されてもよい、すなわちイオンを羽根に保存し、次いで質量対電荷比法で放出領域の中心に移動してもよい。

本発明は好ましい実施形態を参照に記載されているが、形式および詳細の様々な変更が、添付の特許請求の範囲に説明したように、本発明の範囲から逸脱することなくなされ得ることが、当業者には理解されよう。

Claims (37)

1. イオントラップ内でイオンを第１（ｙ）の方向および第２（ｘ）の方向に閉じ込める作用をする、径方向に非対称の疑似ポテンシャル障壁または井戸を発生するように配置され適合された第１の装置と、
   前記イオントラップ内でイオンを第３（ｚ）の方向に閉じ込める作用をする、実質的に四重極直流電位井戸を発生するように配置され適合された第２の装置と、
   前記イオントラップのイオン放出領域から前記第２（ｘ）の方向および／または前記第３（ｚ）の方向に質量または質量対電荷比の選択的にイオンを放出するように、イオンを前記第３（ｚ）の方向に励起するように配置され適合された第３の装置とを備え、
   電界が前記第２（ｘ）の方向に沿って維持されるように、前記実質的に四重極直流電位井戸のプロファイルは、前記第２（ｘ）の方向に沿って次第に変化し、前記電界がイオンを前記イオン放出領域に向かって推進させ、流し、または導くように、前記第２（ｘ）の方向への前記電界の大きさは、前記第３（ｚ）の方向での位置によって変化し、前記電界は、前記第３（ｚ）の方向の前記イオンの相対位置に依存して、イオンを前記第２（ｘ）の方向に実質的に異なる加速度場に直面させる、質量または質量対電荷比の選択的なイオントラップ。
2. イオントラップ内で第１（ｙ）の方向にイオンを閉じ込める作用をする、疑似ポテンシャル障壁または井戸と、第２（ｘ）の方向にイオンを閉じ込める作用をする、直流電位の障壁または井戸を発生するように配置され適合された第１の装置と、
   前記イオントラップ内でイオンを第３（ｚ）の方向に閉じ込める作用をする、実質的に四重極直流電位井戸を発生するように配置され適合された第２の装置と、
   前記イオントラップのイオン放出領域から前記第２（ｘ）の方向および／または前記第３（ｚ）の方向に質量または質量対電荷比の選択的にイオンを放出するように、イオンを前記第３（ｚ）の方向に励起するように配置され適合された第３の装置とを備え、
   電界が前記第２（ｘ）の方向に沿って維持されるように、前記実質的に四重極直流電位井戸のプロファイルは、前記第２（ｘ）の方向に沿って次第に変化し、前記電界がイオンを前記イオン放出領域に向かって推進させ、流し、または導くように、前記第２（ｘ）の方向への前記電界の大きさは、前記第３（ｚ）の方向での位置によって変化し、前記電界は、前記第３（ｚ）の方向の前記イオンの相対位置に依存して、イオンを前記第２（ｘ）の方向に実質的に異なる加速度場に直面させる、質量または質量対電荷比の選択的なイオントラップ。
3. 前記第１（ｙ）の方向および／または前記第２（ｘ）の方向および／または前記第３（ｚ）の方向は、実質的に直交する、請求項１または２に記載の質量または質量対電荷比の選択的なイオントラップ。
4. 複数の電極をさらに含む、請求項１、２または３に記載の質量または質量対電荷比の選択的なイオントラップ。
5. 前記複数の電極は、
   （ｉ）複数のまたは少なくとも４、５、６、７、８、９、１０、１０〜２０、２０〜３０、３０〜４０、４０〜５０、５０〜６０、６０〜７０、７０〜８０、８０〜９０、９０〜１００もしくは１００を超えるロッドセットまたはセグメント化ロッドセットを含む、多極ロッドセットあるいはセグメント化多極ロッドセット、ならびに／あるいは、
   （ｉｉ）複数のまたは少なくとも４、５、６、７、８、９、１０、１０〜２０、２０〜３０、３０〜４０、４０〜５０、５０〜６０、６０〜７０、７０〜８０、８０〜９０、９０〜１００もしくは１００を超える環状、リング、または長円形の電極であって、使用時にそれを通ってイオンを透過する１つまたは複数の孔を有する、環状、リング、または長円形の電極を含む、イオントンネルあるいはイオンファンネル、ならびに／あるいは、
   （ｉｉｉ）複数のまたは少なくとも４、５、６、７、８、９、１０、１０〜２０、２０〜３０、３０〜４０、４０〜５０、５０〜６０、６０〜７０、７０〜８０、８０〜９０、９０〜１００もしくは１００を超える半環状、半リング、半長円形、またはＣ型の電極、ならびに／あるいは、
   （ｉｖ）使用時にイオンが移動する平面に概ね配置される平面電極、平板電極もしくはメッシュ電極の積層またはアレイとを含む、請求項４に記載の質量または質量対電荷比の選択的なイオントラップ。
6. 前記第１の装置は、少なくとも一部の前記電極に高周波電圧を印加するように配置され適合される、請求項４または５に記載の質量または質量対電荷比の選択的なイオントラップ。
7. 前記イオントラップは、前記第３（ｚ）の方向に前記イオントラップの実線および／または直線の透視線があるように配置され適合される、請求項１〜６のいずれか一項に記載の質量または質量対電荷比の選択的なイオントラップ。
8. 前記イオントラップは、前記第２（ｘ）の方向に前記イオントラップの実線および／または直線の透視線があるように配置され適合される、請求項１〜７のいずれか一項に記載の質量または質量対電荷比の選択的なイオントラップ。
9. 前記第２の装置は、（ｉ）前記実質的に四重極直流電位井戸の極小は、前記イオントラップの中心軸に沿うように、または（ｉｉ）前記実質的に四重極直流電位井戸の極小は、前記イオントラップの中心軸からずれるように、前記実質的に四重極直流電位井戸を形成するように配置され適合される、請求項１〜８のいずれか一項に記載の質量または質量対電荷比の選択的なイオントラップ。
10. 前記疑似ポテンシャル障壁または井戸は、非四重極疑似ポテンシャル障壁または井戸を含む、請求項１〜９のいずれか一項に記載の質量または質量対電荷比の選択的なイオントラップ。
11. 前記第３の装置は、イオンを前記第３（ｚ）の方向に振動させるように配置され適合され、前記第３（ｚ）の方向のへ前記イオンの振動の振幅は、前記イオンの質量または質量対電荷比に依存する、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の質量または質量対電荷比の選択的なイオントラップ。
12. 前記電界は、前記第２（ｘ）の方向および／または前記第３（ｚ）の方向に質量または質量対電荷比の選択的にイオンを放出する前に、前記第３（ｚ）の方向に前記イオンの振動の振幅に依存する力で前記イオンを前記第２（ｘ）の方向に推進させる、請求項１１に記載の質量または質量対電荷比の選択的なイオントラップ。
13. 前記電界は、前記第２（ｘ）の方向に沿って次第に増加する、または低減する、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の質量または質量対電荷比の選択的なイオントラップ。
14. 前記四重極直流電位井戸によりイオンを前記第３（ｚ）の方向に閉じ込め、前記第３（ｚ）の方向に振動の振幅を有するイオンが、前記第２（ｘ）の方向に前記放出領域から離間した領域内の前記イオントラップによって閉じ込められ、その一方で前記第３（ｚ）の方向に振動の同じ振幅を有する前記放出領域内のイオンが、前記直流電位井戸を超えることができ、前記イオントラップから放出されるように、前記井戸の少なくとも一方の側面の高さは、前記放出領域に向かって前記第２（ｘ）の方向での位置によって減少する、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の質量または質量対電荷比の選択的なイオントラップ。
15. 前記第２の装置は、前記第３（ｚ）の方向に配置された電極のすべてではないが一部を横切る、前記実質的に四重極直流電位井戸を維持するように配置され適合される、請求項４、５または６のいずれか一項に記載の質量または質量対電荷比の選択的なイオントラップ。
16. 前記第２の装置は、第３（ｚ）の方向に前記イオントラップの幅のｘ％を横切る実質的に四重極直流電位井戸を維持するように配置され適合される、但し、ｘは、（ｉ）１０未満、（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）９０〜９５、および（ｘｉ）９５〜９９からなる群から選択される、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の質量または質量対電荷比の選択的なイオントラップ。
17. 前記第２の装置は、前記イオントラップを横切る前記第３（ｚ）の方向に直流電位のプロファイルを維持するように配置され適合され、前記直流電位のプロファイルは第１の領域および１つまたは複数の第２の領域を含み、前記第１の領域内の直流電位のプロファイルは実質的に四重極であり、前記１つまたは複数の第２の領域内の直流電位のプロファイルは実質的に線形、一定、または非四重極である、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の質量または質量対電荷比の選択的なイオントラップ。
18. 前記第２の装置は、前記イオントラップの中心軸に対して非対称である、前記第３（ｚ）の方向に直流電位のプロファイルを維持するように配置され適合される、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の質量または質量対電荷比の選択的なイオントラップ。
19. 前記第２の装置は、前記第３（ｚ）の方向に直流電位のプロファイルを維持するように配置され適合され、その結果イオンは前記実質的に四重極直流井戸から一方向のみに放出される、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の質量または質量対電荷比の選択的なイオントラップ。
20. 前記第３の装置は、イオンが前記イオントラップから（ｉ）前記第３の方向または前記第２の方向のみ、または（ｉｉ）第３の方向および第２の方向の両方のいずれかに質量または質量対電荷比の選択的に放出されるように配置され適合される、請求項１〜１９のいずれか一項に記載の質量または質量対電荷比の選択的なイオントラップ。
21. 前記第３の装置は、前記第３（ｚ）の方向にイオンを共鳴的に励起するように配置され適合される、請求項４、５、６、１５のいずれか一項に記載の質量または質量対電荷比の選択的なイオントラップ。
22. 前記第３の装置は、補助交流電圧または補助交流電位をωと等しい周波数σを有する少なくとも一部の前記電極に印加するように配置され適合され、ωは前記イオントラップから放出することが望ましいイオンの基本周波数または共鳴周波数である、請求項２１に記載の質量または質量対電荷比の選択的なイオントラップ。
23. 前記第３の装置は、前記第３（ｚ）の方向にイオンをパラメトリックに励起するように配置され適合される、請求項４、５、６、１５のいずれか一項に記載の質量または質量対電荷比の選択的なイオントラップ。
24. 前記第３の装置は、補助交流電圧または補助交流電位を、２ω、０．６６７ω、０．５ω、０．４ω、０．３３ω、０．２８６ω、０．２５ωに等しい、または０．２５ω未満の周波数σを有する、少なくとも一部の前記電極に印加するように配置され適合され、ωは前記イオントラップから放出することが望ましいイオンの基本周波数または共鳴周波数 である、請求項２３に記載の質量または質量対電荷比の選択的なイオントラップ。
25. 前記第３の装置は、前記補助交流電圧または前記補助交流電位の周波数σを走査する、変化させる、修正する、増加させる、次第に増加させる、低減させる、または次第に低減させるように配置され適合される、請求項２２または２４に記載の質量または質量対電荷比の選択的なイオントラップ。
26. 前記第３の装置は、（ｉ）イオンの質量対電荷比の順に前記イオントラップからイオンを放出するための動作モードに、かつ／または（ｉｉ）イオンの質量対電荷比と逆の順に前記イオントラップからイオンを放出するための動作モードに配置され適合される、請求項１〜２５のいずれか一項に記載の質量または質量対電荷比の選択的なイオントラップ。
27. 前記第３の装置は、実質的に断熱手法で前記イオントラップからイオンを放出させるように配置され適合される、請求項１〜２６のいずれか一項に記載の質量または質量対電荷比の選択的なイオントラップ。
28. 前記第３の装置は、（ｉ）０．５ｅＶ未満、（ｉｉ）０．５〜１．０ｅＶ、（ｉｉｉ）１．０〜１．５ｅＶ、（ｉｖ）１．５〜２．０ｅＶ、（ｖ）２．０〜２．５ｅＶ、（ｖｉ）２．５〜３．０ｅＶ、（ｖｉｉ）３．０〜３．５ｅＶ、（ｖｉｉｉ）３．５〜４．０ｅＶ、（ｉｘ）４．０〜４．５ｅＶ、（ｘ）４．５〜５．０ｅＶ、および（ｘｉ）５．０ｅＶを超えるエネルギーからなる群から選択されるイオンエネルギーで前記イオントラップからイオンを放出させるように配置され適合される、請求項１〜２７のいずれか一項に記載の質量または質量対電荷比の選択的なイオントラップ。
29. 前記イオントラップは、前記イオントラップ内にＮ個のイオン電荷を含むように配置され適合され、Ｎは、（ｉ）５ｘ１０⁴未満、（ｉｉ）５ｘ１０⁴〜１ｘ１０⁵、（ｉｉｉ）１ｘ１０⁵〜２ｘ１０⁵、（ｉｖ）２ｘ１０⁵〜３ｘ１０⁵、（ｖ）３ｘ１０⁵〜４ｘ１０⁵、（ｖｉ）４ｘ１０⁵〜５ｘ１０⁵、（ｖｉｉ）５ｘ１０⁵〜６ｘ１０⁵、（ｖｉｉｉ）６ｘ１０⁵〜７ｘ１０⁵、（ｉｘ）７ｘ１０⁵〜８ｘ１０⁵、（ｘ）８ｘ１０⁵〜９ｘ１０⁵、（ｘｉ）９ｘ１０⁵〜１ｘ１０⁶および（ｘｉｉ）１ｘ１０⁶を超える数からなる群から選択される、請求項１〜２８のいずれか一項に記載の質量または質量対電荷比の選択的なイオントラップ。
30. 動作モードにおいて、前記イオントラップの少なくとも一領域または実質的に全体は、
    （ｉ）イオンガイドとして、および／または、
    （ｉｉ）衝突セルもしくはフラグメンテーションセルとして、および／または、
    （ｉｉｉ）反応セルとして、および／または、
    （ｉｉ）質量フィルタとして、および／または、
    （ｉｉｉ）飛行時間型分離器として、および／または、
    （ｉｖ）イオン移動度分離器として、および／または、
    （ｖ）差動イオン移動度分離器として、作動するように配置され適合される、請求項１〜２９のいずれか一項に記載の質量または質量対電荷比の選択的なイオントラップ。
31. 動作モードにおいて、前記イオントラップは、（ｉ）１．０ｘ１０^-7ｍｂａｒ未満、（ｉｉ）１．０ｘ１０^-7〜１．０ｘ１０^-6ｍｂａｒ、（ｉｉｉ）１．０ｘ１０^-6〜１．０ｘ１０^-5ｍｂａｒ、（ｉｖ）１．０ｘ１０^-5〜１．０ｘ１０^-4ｍｂａｒ、（ｖ）１．０ｘ１０^-4〜１．０ｘ１０^-3ｍｂａｒ、（ｖｉ）０．００１〜０．０１ｍｂａｒ、（ｖｉｉ）０．０１〜０．１ｍｂａｒ、（ｖｉｉｉ）０．１〜１ｍｂａｒ、（ｉｘ）１〜１０ｍｂａｒ、（ｘ）１０〜１００ｍｂａｒ、および（ｘｉ）１００〜１０００ｍｂａｒからなる群から選択される圧力で維持するように配置され適合される、請求項１〜３０のいずれか一項に記載の質量または質量対電荷比の選択的なイオントラップ。
32. 請求項１〜３１のいずれか一項に記載の質量または質量対電荷比の選択的なイオントラップを備える質量分析計。
33. イオントラップ内で第１（ｙ）の方向および第２（ｘ）の方向にイオンを閉じ込める作用をする、径方向に非対称の疑似ポテンシャル障壁または井戸を発生することと、
    前記イオントラップ内で第３（ｚ）の方向にイオンを閉じ込める作用をする、実質的に四重極直流電位井戸を発生することであって、電界が前記第２（ｘ）の方向に沿って維持されるように、前記実質的に四重極直流電位井戸のプロファイルは、前記第２（ｘ）の方向に沿って次第に変化し、前記電界がイオンを前記イオントラップのイオン放出領域に向かって推進させ、流し、または導くように、前記第２（ｘ）の方向への前記電界の大きさは、前記第３（ｚ）の方向での位置によって変化し、前記電界は、前記第３（ｚ）の方向の前記イオンの相対位置に依存して、イオンを前記第２（ｘ）の方向に実質的に異なる加速度場に直面させる、発生することと、
    前記第２（ｘ）の方向および／または前記第３（ｚ）の方向に質量または質量対電荷比の選択的にイオンを放出するように、前記第３（ｚ）の方向にイオンを励起することと含む、イオントラップから質量または質量対電荷比の選択的にイオンを放出する方法。
34. イオントラップ内で第１（ｙ）の方向にイオンを閉じ込める作用をする、疑似ポテンシャル障壁または井戸と、第２（ｘ）の方向にイオンを閉じ込める作用をする、直流電位の障壁または井戸を発生することと、
    前記イオントラップ内で第３（ｚ）の方向にイオンを閉じ込める作用をする、実質的に四重極直流電位井戸を発生することであって、電界が前記第２（ｘ）の方向に沿って維持されるように、前記実質的に四重極直流電位井戸のプロファイルは、前記第２（ｘ）の方向に沿って次第に変化し、前記電界がイオンを前記イオントラップのイオン放出領域に向かって推進させ、流し、または導くように、前記第２（ｘ）の方向への前記電界の大きさは、前記第３（ｚ）の方向での位置によって変化し、前記電界は、前記第３（ｚ）の方向の前記イオンの相対位置に依存して、イオンを前記第２（ｘ）の方向に実質的に異なる加速度場に直面させる、発生することと、
    前記第２（ｘ）の方向および／または前記第３（ｚ）の方向に質量または質量対電荷比の選択的にイオンを放出するように、前記第３（ｚ）の方向にイオンを励起することと含む、イオントラップから質量または質量対電荷比の選択的にイオンを放出する方法。
35. 請求項３３または３４に記載の方法を含む質量分析の方法。
36. イオントラップ内でイオンを第１（ｙ）の方向および第２（ｘ）の方向に閉じ込める作用をする、径方向に非対称の疑似ポテンシャル障壁または井戸を発生するように配置され適合された第１の装置と、
    前記イオントラップ内でイオンを第３（ｚ）の方向に閉じ込める作用をする、実質的に四重極直流電位井戸を発生するように配置され適合された第２の装置と、
    イオンを前記第３（ｚ）の方向に振動させるように配置され適合された第３の装置であって、前記第３（ｚ）の方向への前記イオンの振動の振幅は、前記イオンの質量または質量対電荷比に依存する、第３の装置とを備え、
    電界が前記第２（ｘ）の方向に沿って維持されるように、前記実質的に四重極直流電位のプロファイルは、前記第２（ｘ）の方向に沿って次第に変化し、イオン放出領域から前記第２（ｘ）の方向および／または前記第３（ｚ）の方向に質量または質量対電荷比の選択的に前記イオンを放出する前に、前記電界が前記第３（ｚ）の方向に前記イオンの振動の振幅に依存する力で前記イオントラップの前記イオン放出領域に向かって、前記第２（ｘ）の方向にイオンを推進させるように、前記第２（ｘ）の方向への前記電界の大きさは、前記第３（ｚ）の方向での位置によって変化する、質量または質量対電荷比の選択的なイオントラップ。
37. イオントラップ内でイオンを第１（ｙ）の方向に閉じ込める作用をする疑似ポテンシャル障壁または井戸と、第２（ｘ）の方向に閉じ込める作用をする直流電位障壁または井戸を発生するように配置され適合された第１の装置と、
    前記イオントラップ内でイオンを第３（ｚ）の方向に閉じ込める作用をする、実質的に直流四重極電位井戸を発生するように配置され適合された第２の装置と、
    イオンを前記第３（ｚ）の方向に振動させるように配置され適合された第３の装置であって、前記第３（ｚ）の方向への前記イオンの振動の振幅は、前記イオンの質量または質量対電荷比に依存する、第３の装置とを備え、
    電界が前記第２（ｘ）の方向に沿って維持されるように、前記実質的に四重極直流電位のプロファイルは、前記第２（ｘ）の方向に沿って次第に変化し、イオン放出領域から前記第２（ｘ）の方向および／または前記第３（ｚ）の方向に質量または質量対電荷比の選択的に前記イオンを放出する前に、前記電界が前記第３（ｚ）の方向に前記イオンの振動の振幅に依存する力で前記イオントラップの前記イオン放出領域に向かって、前記第２（ｘ）の方向にイオンを推進させるように、前記第２（ｘ）の方向への前記電界の大きさは、前記第３（ｚ）の方向での位置によって変化する、質量または質量対電荷比の選択的なイオントラップ。
    

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