JP6423615B2 - 軸方向磁気イオン源及び関連するイオン化方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子ビームを利用するイオン源であって、質量分析法にて用いられる場合があるようなイオン源に関し、より詳細には、電子ビームと同軸のイオンビームを生成するイオン源に関する。

一般的に、質量分析（ＭＳ）システムは、対象となるサンプルの成分をイオン化するイオン源と、異なる質量電荷比（又はｍ／ｚ比、又はさらに簡単には「質量」）に基づいてイオンを分離する質量分析器と、分離されたイオンをカウントするイオン検出器と、必要に応じてイオン検出器からの出力信号を処理して、ユーザにより解釈可能な質量スペクトルを生成する電子回路とを有している。通常、質量スペクトルは、検出されたイオンの相対存在量をそのｍ／ｚ比の関数として示す一連のピークとなっている。この質量スペクトルを利用して、サンプルの成分の分子構造を特定することができ、これによって、サンプルが定性的及び定量的に特徴付けられることとなる。

イオン源の一例としては電子イオン化（ＥＩ）源がある。通常のＥＩ源では、サンプル材料が蒸気分子（molecular vapor、分子蒸気）の形態にてチャンバに導入される。さらに、加熱されたフィラメントを用いてエネルギー電子が放出され、これらの電子は、フィラメントと陽極との間に印加される電位差の影響下で、ビームとしてコリメートされ、加速されてチャンバに入る。サンプル材料は、電子ビームの経路と交差する経路に沿ってチャンバに導入される。サンプル材料のイオン化は、サンプル経路及び電子経路と交差する領域にて電子ビームがサンプル材料に衝撃を与える結果として生じるようになっている。イオン化プロセスの主な反応は、次の関係、すなわち、Ｍ＋ｅ⁻→Ｍ^＊＋＋２ｅ⁻の関係によって表すことができる。ただし、Ｍは被分析物分子を示し、ｅ⁻は電子を示し、Ｍ^＊＋は結果として生じる分子イオンを示すものとする。すなわち、静電斥力によって分子が電子を失うに従って、電子が分子の十分近くに接近し、その結果、一価の正のイオンが形成されることとなる。そして、電位差を用いて、チャンバ内に形成されたイオンが出口の開口部に向かって引き寄せられ、その後、結果として生じたイオンビームが、加速されて質量分析器等のような下流のデバイスに入るか、又は最初に、イオンガイド、質量フィルタ等のような介在構成要素に向かって加速されるようになっている。

広く用いられる交差ビーム、又はニーア型（Ｎｉｅｒ型）ＥＩ源では、イオンビームが電子ビームと直交する方向に生成される。この種の構造では、ＥＩ源におけるイオン化チャンバの内面との衝突時に、多数のイオンが、フィラメントに向かって引っ張られること、又は集束から外れ、かつ中和される（失われる）ことに起因して、イオンを失う傾向がある。多くの応用例においては、軸上電子ビーム、すなわち、結果として生成されるイオンビームと同軸である電子ビームであって、例えば、四重極質量フィルタ等のようにイオンを送り込む下流のデバイスと同軸である電子ビームを生成することがより有利となっている。ＥＩ源から下流のデバイスの中への移送を成功することに著しく高い見込みを有するイオンが軸方向電子ビームによって生成される可能性が著しく高まる場合がある。

そのため、イオンの損失を減らしながら、イオン化を誘発する電子ビームと同軸のイオンビームを生成するイオン源が必要とされている。

上述した問題に全体的に若しくは部分的に対処するために、及び／又は当業者により確認される可能性のある他の問題に対処するために、本開示内容は、後述する実施態様にて例として説明される方法、プロセス、システム、器具（装置）、機器、及び／又はデバイスを提供するものとなっている。

一実施形態によれば、イオン源が、
イオン化チャンバ、及び前記イオン化チャンバに繋がるサンプルの入口を有する本体であって、前記イオン化チャンバに第１の端部及び第２の端部を設けており、イオン源軸に沿って前記第１の端部から前記第２の端部までの長さを有する本体と、
前記本体を包囲し、かつ前記イオン化チャンバ内に軸方向磁界を生成するように構成される磁石アセンブリと、
前記第１の端部に位置決めされ、かつ熱イオン陰極及び電子反射体を有する電子源であって、電子ビームを、前記イオン化チャンバを通して前記イオン源軸に沿って加速させるように構成される電子源と、
前記第２の端部に位置決めされる抽出器、前記イオン化チャンバの外部に設けられ、かつ前記イオン源軸に沿って前記抽出器から離れて位置する第１のレンズ素子、並びに前記イオン源軸に沿って前記第１のレンズ素子から離れて位置する第２のレンズ素子を有するレンズアセンブリであって、前記抽出器が、前記イオン化チャンバから前記イオン源軸に沿ってイオンビームを外部に誘導するように構成され、前記第１のレンズ素子が、前記電子ビームを前記電子源に向かって反射させるように構成され、前記第２のレンズ素子が、低エネルギーのイオンを前記第１のレンズ素子に向かって反射しながら高エネルギーのイオンを送り出すように構成される、レンズアセンブリと
を備えている。

別の実施形態によれば、イオン処理システムが、レンズアセンブリと通信するイオン処理デバイスを含んでいる。

別の実施形態によれば、電子イオン化を実行する方法が、
電子を、電子ビームとして電子源から、前記電子源及び抽出器レンズアセンブリ間にイオン源軸に沿った長さを有するイオン化チャンバを通して誘導する誘導ステップと、
前記イオン化チャンバに軸方向磁界を負荷することによってイオン源軸に沿って前記電子ビームを集束させる集束ステップと、
前記電子源及び前記レンズアセンブリ間にて前記イオン源軸に沿って往復させるように前記電子を反射させる電子反射ステップと、
サンプル材料を前記電子ビームに向かって前記イオン化チャンバに送り込むことによってイオンを生成する生成ステップであって、前記イオンを前記イオン源軸に沿って集束してイオンビームとする生成ステップと、
前記レンズアセンブリを通して前記イオン源軸に沿って前記イオンを送り出すステップと、
前記レンズアセンブリ内に捕捉されたイオンを反射させるイオン反射ステップであって、捕捉されていないイオンを前記レンズアセンブリから送り出しながら、前記捕捉されたイオンが前記レンズアセンブリから出ることを防ぐようになっているイオン反射ステップと
を含んでいる。

本発明の他のデバイス、器具、システム、方法、特徴、及び利点は、以下の図及び詳細な説明を検討することによって当業者に明らかになるであろう。こうした全ての追加のシステム、方法、特徴、及び利点は、本説明に含まれ、本発明の技術的範囲内にあり、かつ添付の特許請求の範囲によって保護されるように意図されている。

本発明は、以下の図を参照することによって、より理解することができる。図面の構成要素は、必ずしも一定比例尺にはなっておらず、本発明の原理を例証することに重きを置くものとなっている。図面において、複数の図面を通じて同様となっている符号は対応する部分を示している。

いくつかの実施形態に係るイオン源の一例を示す斜視図である。 図１に示されるイオン源の断面斜視図である。 イオンシミュレーションソフトウェアによって作成されたイオン源のモデルを示す図である。 図３と同じモデルであるが、イオン源軸に沿って制限されたイオンビームを含み、かつイオンの軌跡を示す図である。 レンズアセンブリの周囲の領域を示す拡大図である。 イオンシミュレーションソフトウェアによって作成されたイオン源の別のモデルを示す図である。 イオン源を設置可能とするハードウェアの一例を示す概略図である。 別の実施形態に係るイオン源であって、図１及び図２のイオン源の一部を示す概略図である。 本明細書にて開示されるようなイオン源を設置可能とする質量分析（ＭＳ）システムの一例を示す概略図である。

図１は、いくつかの実施形態に係るイオン源１００の一例を示す斜視図である。図２は、図１に示されるイオン源１００の断面斜視図である。例示される実施形態では、イオン源１００は、全体として、内部イオン化チャンバ又は容積２０８を画定する本体１０４と、磁石アセンブリ１１２と、電子源１１６と、レンズアセンブリ１２０とを有している。

イオン源１００は、イオン源軸１２４の周りに概ね配置される全体形状又は構成を有することができる。動作時に、イオン源１００は、イオン源軸１２４に沿って電子ビームを生成し、かつイオン化されることになるサンプル材料の流れをイオン源軸１２４に対して任意の方向に受け入れることができる。分析されるサンプル材料は、複合技法を含む任意の適切な手段によって、イオン源１００に導入することができ、その場合、サンプル材料は、例えば、ガスクロマトグラフィ（ＧＣ）機器等の分析分離機器の出力物となる。その後、イオン源１００は、イオンを生成し、イオンをイオン源軸１２４に沿って集束させて、イオンビームにする。そのイオンは、イオン源軸１２４に沿ってイオン源１００から出て、次のイオン処理デバイスに入る。そのイオン処理デバイスは、イオン源軸１２４に沿ったイオンの入口を有することができる。

イオン化チャンバ２０８は、イオン源軸１２４に沿って第１の端部から第２の端部までの長さを有している。サンプル源から、サンプル材料を電子ビームと相互作用させるイオン化チャンバ２０８の中に向けてサンプル材料を誘導する経路を設けることに適した任意の場所には、本体１０４を貫通するようにサンプルの入口２２８が形成されている。イオン化チャンバ２０８の軸方向長さは、所望の被分析物分子をイオン化するために利用可能な比較的長い実用的な電子ビーム領域を設けるように選択することができ、それによって、イオン源１００のイオン化効率を高め、その結果、全体としての機器の感度を高めることができる。

磁石アセンブリ１１２は、本体１０４を同軸上にて包囲している。磁石アセンブリ１１２は、イオン化チャンバ２０８内に均一な軸方向磁界を生成するように構成され、その磁界は、電子ビームと、結果として生成されたイオンビームとをイオン源軸１２４に沿って集束かつ圧縮する。磁気的に制限された電子ビーム及び比較的長いイオン化チャンバ２０８によって、イオン化チャンバ２０８から抽出し（放出し）、最終的に、例えば、質量分析器、又はイオンガイド、イオントラップ、質量フィルタ、衝突セル等の質量分析器に前置される別種類のデバイス等のような下流のイオン処理デバイスに受け入れることを改善するために十分に適したイオンビームが、生成可能となる。イオンビームは、ニーア型のイオン源にて生じることがわかっているイオン損失を被ることなく抽出することができる。なお、ニーア型のイオン源は、イオン化チャンバ２０８の内面との衝突時に多数のイオンがフィラメントに向かって引っ張られるか、又は集束から外れ、中和される（失われる）ものである。磁石アセンブリ１１２は、イオン源軸１２４の周りで円周方向にて互いに離れて位置する複数の磁石１３２を有することができる。例示される実施形態は、リング状のヨーク１３４に固定された４つの磁石１３２から成る対称的な配置関係を包含するものとなっている。磁石１３２は永久磁石又は電磁石とすることができる。サンプルの入口２２８と、電線管等の他の構成要素とは、隣接する磁石１３２における任意の対間の間隙に位置決めすることができる。磁石１３２は、間隙によって互いに離れて位置するが、イオン源軸１２４の周りに対称に配置されており、生成される軸方向磁界は均一となっている。

電子源１１６は、電子を生成し、イオン化チャンバ２０８を通して第１の端部から電子ビームを誘導するように構成される任意のデバイスとすることができる。例示される実施形態では、電子源１１６は１つ又は複数の陰極２３８を有している。陰極２３８は熱イオンを放出可能に構成されており、それゆえ、陰極２３８は、例えば、レニウム若しくはタングステン−レニウム合金等の熱イオン放出材料から構成される１つ若しくは複数のフィラメント（代替的には、コア上のコーティング）とすることができるか、又はそのようなフィラメントを有することができる。陰極２３８は、熱イオン放出を引き起こすのに十分な温度まで加熱されるようになっている。加熱は、通常、陰極２３８を通して電流を流すことによって行われる。その電流を調節することによって電子エネルギーを調節することができ、電子エネルギーは、通常、約７０ｅＶに設定されるが、それよりも低くても、高くてもよい。また、電子源１１６は、イオンリペラ２４０と、電子反射体２４４（プレート又は電極）とを有している。陰極２３８は、電子反射体２４４とイオンリペラ２４０との間に位置決めされ、その場所は、イオンリペラ２４０によってイオン化チャンバ２０８から分離された電子源領域と見なすことができる。イオンリペラ２４０（それは電子抽出器と見なすこともできる）は、イオン源軸１２４上に開口部を有する壁又はプレートとして構成することができる。電子エネルギーは、イオンリペラ２４０及び電子反射体２４４に印加される電圧によって設定される。電子反射体２４４に印加される電圧は、生成されたばかりの電子をレンズアセンブリ１２０に向かって加速させるようになっている。このために、電子反射体２４４と、後に説明されるレンズアセンブリ１２０の「抽出器」等のような陰極２３８の下流に位置する任意の適切な導電性素子（陽極）との間に、軸方向電圧勾配を掛けることができる。電子反射体２４４に印加される電圧は、通常では負値となっているが、より一般的には、リペラ２４０、及び後に説明されるレンズアセンブリ１２０の「第１のレンズ素子」までにおける他の下流光学系よりも低い正値となっている。電子反射体２４４及び陰極２３８が等電位にて動作可能に構成されているか、又は電子反射体２４４が、電子をイオン化チャンバ２０８の中に押し込むことを支援するために陰極２３８よりも高い負値とすることを可能とするように構成されている。

レンズアセンブリ１２０は、電子源１１６に対して軸方向の反対側に位置するイオン化チャンバ２０８の第２の端部に位置決めされている。レンズアセンブリ１２０は、数ある中でも、イオンビームをイオン化チャンバ２０８からイオン源軸１２４に沿って次のイオン処理デバイスの中に誘導するように構成されている。このために、レンズアセンブリ１２０は、電圧源によって独立して設定可能な複数のレンズ素子（又は電極）を有している。各レンズ素子はイオン源軸１２４上に開口部又はスロットを有することができる。例示される実施形態では、レンズアセンブリ１２０はイオン抽出レンズ（又はイオン抽出器）２４８と、イオン源軸１２４に沿って抽出器２４８から離れて位置する第１のレンズ素子（又は電子反射体）２５０と、イオン源軸１２４に沿って第１のレンズ素子２５０から離れて位置する第２のレンズ素子（又はイオン反射体）２５２と、イオン源軸１２４に沿って第２のレンズ素子２５２から離れて位置するイオン源出口レンズ素子（又はイオンビーム集束レンズ素子）２５６とを有している。イオン源出口レンズ素子２５６は、イオン処理デバイスへの入口レンズ素子として構成することができるか、又はその役割を果たすこともできる。レンズアセンブリ１２０は、第２のレンズ素子２５２とイオン源出口レンズ素子２５６との間に１つ又は複数のさらなるイオン集束レンズ素子２５４を有することもでき、イオンビームを集束するために利用することができる。イオンリペラ２４０及び抽出器２４８は、イオン化チャンバ２０８の軸方向におけるそれぞれ第１の端部及び第２の端部と見なすことができる。当業者に理解されるように、イオン化チャンバ２０８からイオンビームを引き出すことを支援するために、抽出器２４８に適切な大きさの電圧を印加することができる。

第１のレンズ素子２５０は、イオン化チャンバ２０８の直ぐ外側に位置決めされ、チャンバの下流側に位置する抽出器２４８に直接隣接している。電子ビームを反射してイオン化チャンバ２０８の中に戻すために、第１のレンズ素子２５０に適切な大きさの電圧を印加することができる。従って、陰極２３８（又は陰極２３８及び電子反射体２４４）及び第１のレンズ素子２５０は、イオン源軸１２４に沿って電子ビームを反射し、イオン化チャンバ２０８を通して往復させるように協調して働き、これによって、イオン化チャンバ２０８内で被分析物のＥＩイオン化のために利用可能な電子密度を高めることとなる。

電子を反射してイオン化チャンバ２０８の中に戻すために、第１のレンズ素子２５０に相対的に大きな電圧を印加することができる。この結果、一般的に第１のレンズ素子２５０と抽出器２４８との間における領域内でイオンを生成することができ、その領域はイオントラッピング領域と呼ばれる場合がある。イオン化チャンバ２０８と比べて、この領域内のエネルギーは低く、それゆえ、この領域内で生成されたイオンは望ましくないほど低いイオンエネルギーとなるおそれがある。結果として、これらのイオンは、この領域内に捕捉される傾向となる。これらのイオンは本明細書にて「低エネルギー」又は「より低いエネルギーの」又は「捕捉された」イオンと呼ばれる場合があり、そのイオンは、この文脈において、イオン源１００に対して意図された動作条件下で、トラッピング領域内に捕捉できるほど十分に低いエネルギーを有するイオンを指すものとする。これに対して、イオン化チャンバ２０８にて通常生成される「高エネルギー」又は「より高いエネルギーの」又は「捕捉されない」イオンは、レンズアセンブリ１２０を突き抜けて、下流のイオン処理デバイスに入ることができる。イオントラッピングは、望ましくない空間電荷を生じ、イオン電流を不安定にするおそれがあるので、結果として望ましくないような一定しない性能になる。

第２のレンズ素子２５２は、第２のレンズ素子２５２と抽出器２４８との間における領域内のイオントラッピングを実質的に低減するか、又は解消するために設けられている。第２のレンズ素子２５２上に設定された電圧は、第１のレンズ素子２５０上に設定された電圧よりも高い正値とすることができる。結果として、第２のレンズ素子２５２は、低エネルギーイオンを反射して第１のレンズ素子２５０に向かって戻し、これらのイオンはその後第１のレンズ素子２５０と衝突して中和されることとなる。さらに、第１のレンズ素子２５０は、トラッピング領域内のイオントラッピングを最小化するように、実行可能な限り抽出器２４８の近くに位置決めすることができる。

図３は、イオンシミュレーションソフトウェアによって作成されたイオン源３００のモデルを示している。このモデルは、イオン源３００の側断面図に対応するものである。イオン源３００は、上記で説明され、かつ図１及び図２にて示されるイオン源１００に概ね類似しており、従って、類似の構成要素は類似する符号によって示されている。このモデルは、出口レンズ素子２５６の直ぐ下流に位置し、かつイオン源３００との軸上に位置決めされる無線周波数（ＲＦ）四重極質量フィルタ３６０を有している。図３は、イオン源軸に沿って集中した強い電子ビーム３６２を示しており、電子は反射して陰極２３８と第１のレンズ素子２５０との間を往復するようになっている。このシミュレーションでは、磁界強度は７５０ガウスとなっている。実際には、それよりも強い磁界強度又は弱い磁界強度が用いられる場合もある。

また、図３は、イオン化チャンバ２０８の少なくとも一部３６４（本体１０４の１つ又は複数の内面によって画定される部分等）を、先細り形状又は円錐形状とし、かつレンズアセンブリ１２０の方向に発散する実施形態もまた示している。すなわち、イオン化チャンバ２０８の断面積は、レンズアセンブリ１２０の方向にて徐々に大きくなっている。この変化する形状は電界を僅かに減衰させ、これによって、イオンがレンズアセンブリ１２０及び後続のイオン処理デバイスの方向に優先的に進行可能となる。

図４は、図３と同じモデルを示すが、イオン源軸に沿って制限されたイオンビーム４６６を含むようなイオンの軌跡を示している。図５は、レンズアセンブリ１２０の周囲の領域を示す拡大図である。イオントラッピング領域が、円５６８によって示されている。低エネルギーイオン４７０が、図４及び図５に示されており、第２のレンズ素子２５２から反射されて、第１のレンズ素子２５０に衝突するようになっている。図４及び図５では、本明細書にて開示されるイオン源が、イオン源内のイオン容積内で生成された高いエネルギーのイオンを高い効率で送り出すことを維持しながら、イオントラッピングを著しく低減するか、又は解消することができることが実証されている。図３〜図５のイオン源３００は、円錐形のイオン容積形状を用いてモデル化されたが、他のモデルが図２に示されるような直線内腔（一定の内径）形状を用いてシミュレートされて、同様の結果が生成されたということに留意されたい。

別の実施形態では、軸方向磁界を変更して、電子ビームと、その後に生成されるイオンビームとを所望の形態に整形することができる。これは、例えば、磁石アセンブリの構成を変更することによって達成することができる。図６は、別の実施形態にて、軸方向電子ビーム６７２及び磁石アセンブリ６１２を示しながら、イオンシミュレーションソフトウェアによって作成されたイオン源６００の別のモデルを示している。イオン源軸に対して径方向に位置決めされた磁石（径方向磁石１３２）に加えて、磁石アセンブリ６１２は、後方又は軸上磁石６７４を有している。軸上磁石６７４は、イオン源軸上にて、電子反射体２４４から見てイオン化チャンバ２０８とは反対側に位置するイオン化チャンバ２０８の外部にて位置決めされる。この例では、軸上磁石６７４は円板形になっており、イオン源軸がその中心を通り抜けるようになっている。軸上磁石６７４を加えると、電子ビーム６７２は電子源にてさらに集束され、レンズアセンブリ１２０の方向にて徐々に広がるか、又は発散するようになっている。電子ビーム６７２の包絡線を広げることによって、より大きなイオン化領域が生成され、イオン化確率を改善することができる。このことは、イオン化プロセスに及ぼす空間電荷の悪影響に対処することに有用な場合がある。

図７は、本明細書にて開示されるようなイオン源を設けることができるハードウェア又は電子機器７００の一例を示す概略図である。イオン源の種々の構成要素に印加される個々の電圧は、それぞれ符号の７７６〜７９２として表されている（それは本明細書にて総称的に電源又は電圧源と呼ばれる場合がある）。いくつかの実施形態では、１つ又は複数の電圧７８６が本体１０４の１つ又は複数の導電性素子に印加される場合がある。電圧源７７６〜７９２の内１つ又は複数の電圧源のパラメータをコントローラ７９４によって制御できることを示すために、電圧源７７６〜７９２はコントローラ７９４（例えば、電子プロセッサに基づくコントローラ又はコンピュータ）と信号通信するように示されている。パラメータは、例えば、電圧の大きさの設定及び調節；印加される電圧のオン／オフ状態、タイミング及び持続時間；電圧源７７６〜７９２の内２つ以上の電圧源に対する電圧印加の協調又は同期等を含むことができる。コントローラ７９４は、電圧源７７６〜７９２のプログラミングされた制御を実施するためにコンピュータ読み取り可能媒体又はソフトウェア７９６を含むことができる。いくつかの実施形態では、コントローラ７９４は、本明細書にて開示される方法の内１つ又は複数を、全体的に又は部分的に実施することができる（例えば、ファームウェア及び／又はソフトウェアを利用する）。

いくつかの実施形態では、電子放出を開始するときに、「初期」電子エネルギーは、熱イオン陰極２３８とイオンリペラ２４０との間における電位差として設定することができる。陰極２３８又はイオンリペラ２４０上の電圧が変化しても、他の構成要素上の電圧を調節することによって、この電位差を所望の固定値に維持することができる。例えば、電子反射体２４４上の電圧に追従するように陰極２３８上の電圧を調節することによって、適切な電子エネルギーのオフセット量を依然として維持しながら、イオンリペラ２４０をランプ制御し、最適化することができる。さらに、第１のレンズ素子２５０上の電圧は、陰極電圧に追従し、第１のレンズ素子２５０の電子反射機能を最適化することができる。追従機能は、例えば、図７にて概略的に示されるコントローラ７９４によって実施することができる。デフォルト動作として、コントローラ７９４は、陰極電圧を読み取って、同じ値を第１のレンズ素子２５０に印加することができる。第１のレンズ素子２５０の最適化をさらに改善できるようにするために、さらなる印加オフセット電圧をランプ制御し、デフォルト印加陰極整合電圧と加算することができる。すなわち、Ｖ_{ＦＩＲＳＴ ＬＥＮＳ ＥＬＥＭＥＮＴ}＝Ｖ_{ＣＡＴＨＯＤ}＋Ｖ_{ＯＦＦＳＥＴ}である。オフセット電圧を印加することによって、第１のレンズ素子２５０により強い電子反射をもたらし、第１のレンズ素子２５０と抽出器２４８との間におけるイオントラッピング領域への電子の流入を最小化することができ、これによって、より実用的な高エネルギーイオンの量をさらに増やし、望ましくない低エネルギーイオンの量をさらに減らすことができる。同様に、電子エネルギーのランプ制御が陰極電圧を変更し、第１のレンズ素子２５０に印加される電圧もランプ制御される陰極電圧に十分に追従することができる。

いくつかの応用形態では、イオン源にて生じる電子空間電荷の効果を低減するか、又は解消することが望ましい場合がある。例えば、空間電荷効果は、電子ビームを制御不可能に変調させ、これによって、イオンビームの安定性に悪影響を及ぼすほど著しい場合がある。これに対処するために、いくつかの実施形態では、電子源１１６、レンズアセンブリ１２０、及び／又は本体１０４の導電性素子の内１つ又は複数に周期的な電圧を印加することができる。周期的な電圧は周期的なＤＣパルス（実験的に最適化されたパルス幅、周期及び振幅を有する）、又は高周波（例えば、ＲＦ）電位とすることができる。周期的な電圧は、汚染物質のレベルが上昇することから生じる望ましくない任意の表面電荷蓄積を放電することができる。代替的には、例えば、適切な電子光学系を利用して、電子ビームをイオン源軸から離れるように周期的に偏向させること等によって、電子ビームをゲート制御して空間電荷蓄積を軽減することができる。いくつかの実施形態では、空間電荷効果は、米国特許第７，２９１，８４５号にて開示される技法を実施することによって対処することができ、その内容全体が引用することにより本明細書の一部を成すものとする。

図８は、別の実施形態について、図１及び図２に示されるイオン源１００の一部の概略図である。この実施形態では、陰極（フィラメント）２３８とイオンリペラ２４０との間にて、電子源１１６にさらなる電極（又は電子抽出器）８０２が追加されている。特に低い電子エネルギー（例えば、９ｅＶ〜２５ｅＶ）にて動作しているときに、電子抽出器８０２に適切な電圧を印加することによって、電子抽出器８０２を利用して電子源１１６内の電界条件を調節することができる。例えば、電子抽出器８０２は、電子を陰極２３８から引き離し、イオン化チャンバ２０８に向かって引き寄せ、イオン源の本体１０４とイオンリペラ２４０との間における電位差を低くしておくことを支援することができる。

図９は、本明細書にて開示されるようなイオン源１００を設けることができる質量分析（ＭＳ）システム９００の一例を示す概略図である。そのＭＳシステム９００は、全体として、サンプル源９０２と、イオン源１００と、質量分析計（ＭＳ）９０６と、イオン源１００及びＭＳ９０６の内部を制御された減圧レベルに保持する真空システムとを有している。真空システムは、イオン源１００及びＭＳ９０６からそれぞれ続く真空ライン９０８及び９１０によって概略的に示されている。真空ライン９０８，９１０は、当業者によって理解される１つ又は複数の真空生成ポンプ及び関連する配管系統及び他の構成要素を概略的に表している。イオン源１００とＭＳ９０６との間に１つ又は複数の他のタイプのイオン処理デバイス（図示せず）が設けられる場合があることも理解されるであろう。種々のタイプのサンプル源、分析計、及び関連する構成要素における構造及び動作は当業者によって一般的に理解されており、それゆえ、本明細書にて開示される主題を理解するために必要に応じて簡略的にのみ説明されている。実際には、イオン源１００はＭＳ９０６と一体に構成することができるか、そうでない場合には、ＭＳ９０６の前端又は入口と見なすことができ、それゆえ、実施形態によってはＭＳ９０６の構成要素と見なされる場合がある。

サンプル源９０２は、分析されるサンプルをイオン源１００に供給するための任意のデバイス又はシステムとすることができる。サンプルは、サンプル源９０２からイオン源１００に流れ込む気相又は蒸気の形で与えることができる。ガスクロマトグラフィ−質量分析（ＧＣ−ＭＳ）システム等の複合システムでは、サンプル源９０２はＧＣシステムとすることができ、その場合、ＧＣシステムの分析カラムが、適切なハードウェアを通して、イオン源１００とのインターフェースを構成することとなる。

ＭＳ９０６は、全体として、ハウジング９１６内に封入される質量分析器９１２及びイオン検出器９１４を含むことができる。真空ライン９１０は質量分析器９１２の内部を非常に低い（真空）圧力に維持するようになっている。いくつかの実施形態では、質量分析器９１２の圧力は１０^−４Ｔｏｒｒ〜１０^−９Ｔｏｒｒに及ぶようになっている。真空ライン９１０は、ＭＳ９０６から任意の残留非分析中性分子を除去することもできる。質量分析器９１２は、それぞれのｍ／ｚ比に基づいて被分析物イオンを分離するか、選別するか、又はフィルタリングするように構成される任意のデバイスとすることができる。質量分析器の例は、限定はしないが、多重極電極構造（例えば、四重極質量フィルタ、イオントラップ等）、飛行時間（ＴＯＦ）分析器、イオンサイクロトロン共鳴（ＩＣＲ）トラップを含む。質量分析器９１２は、特にイオンフラグメンテーション分析が望まれるときに、２つ以上の質量分析器から成るシステムを含むことができる。例として、質量分析器９１２は、当業者によって理解されるような、タンデムＭＳ又はＭＳ^ｎシステムとすることができる。別の例として、質量分析器９１２は、質量フィルタと、それに続く衝突セルとを含むことができ、さらに、それに質量フィルタ（例えば、三重極又はＱＱＱシステム）又はＴＯＦデバイス（例えば、ｑＴＯＦシステム）が続く。イオン検出器９１４は、質量分析器９１２から出力された質量弁別後のイオンの流速（又は流れ）を収集し、測定するように構成される任意のデバイスとすることができる。イオン検出器９１４の例は、限定はしないが、電子増倍管、光電子増倍管、及びファラデーカップを含んでいる。

本明細書にて開示されるような軸方向ＥＩ源は、いくつかの実施形態では、高電子エネルギー又は低電子エネルギーのいずれかで動作することができる。電子ビームのエネルギーは、フィラメントに印加される電圧を調節し、それによって、フィラメントに流れる電流を調節することができる。いくつかの実施形態では、電子ビームは、９ｅＶ〜１５０ｅＶの範囲に渡って調節することができる。７０ｅＶ未満の電子エネルギー、例えば、９ｅＶ〜２５ｅＶの範囲内の電子エネルギーは、ソフトイオン化方式の範囲内にあると見なすことができる。本明細書にて開示されるような軸方向ＥＩ源は、これらの電子エネルギー範囲に渡ってＥＩを実効的に実施することができる。非常に低いエネルギーであっても、そのＥＩ源は、多くの実験にとって十分な強度及びイオン化収量を有する電子ビームを生成することができる。それゆえ、これらの軸方向ＥＩ源はハードイオン化又はソフトイオン化を実施することができ、所与の被分析物又は１組の被分析物のイオン化及び質量分析プロセスを最適化するために、所望により、又は必要に応じて、ハードイオン化とソフトイオン化とを切り替えることができる（同じ実験中を含む）。それゆえ、その軸方向ＥＩ源は、従来、化学イオン化（ＣＩ）等の従来のソフトイオン化を選択してＥＩが放棄される数多くの場合に利用することができる。従って、本明細書にて開示されるような軸方向ＥＩ源は、ＣＩ源及び従来のＥＩ源等の他のデバイスと比較して、より万能なイオン化デバイスとすることができる。例えば、軸方向ＥＩ源は、分子イオン又は他の高質量イオンの形成等の望ましいイオン化経路に好都合である低い電子エネルギーにおいて動作することができる。低い電子エネルギーにおける軸方向ＥＩ源の動作に関連する方法が、本願と同時に出願され、かつ「ELECTRON IONIZATION (EI) UTILIZING DIFFERENT EI ENERGIES」と題する米国特許出願（代理人整理番号第２０１２０３５２−０１号、米国特許出願番号１３／９２５，４７０）に開示されており、その内容全体が引用することにより本明細書の一部を成すものとする。

イオン源の例が、これまで主にＥＩと関連して説明されたが、それに加えて、又はその代わりに、本明細書にて教示されるイオン源が、同じく電子ビームを利用する既知の技法である化学イオン化（ＣＩ）用に構成できることは理解されよう。ＣＩの場合、そのイオン源はイオン化チャンバに反応性ガスを入れるための入口を含むことができる。

例示的な実施形態：
ここで開示されている主題により提供される例示的な実施形態は、以下を含むが、これらに限定されない。

実施形態１．イオン源が、
イオン化チャンバ、及びイオン化チャンバに繋がるサンプルの入口を有する本体であって、イオン化チャンバに第１の端部及び第２の端部を設けており、イオン源軸に沿って第１の端部から第２の端部までの長さを有する本体と、
本体を包囲し、かつイオン化チャンバ内に軸方向磁界を生成するように構成される磁石アセンブリと、
第１の端部に位置決めされ、かつ熱イオン陰極及び電子反射体を有する電子源であって、電子ビームを、イオン化チャンバを通してイオン源軸に沿って加速させるように構成される電子源と、
第２の端部に位置決めされる抽出器、イオン化チャンバの外部に設けられ、かつイオン源軸に沿って抽出器から離れて位置する第１のレンズ素子、及びイオン源軸に沿って第１のレンズ素子から離れて位置する第２のレンズ素子を有するレンズアセンブリであって、抽出器が、イオン化チャンバからイオン源軸に沿ってイオンビームを外部に誘導するように構成され、第１のレンズ素子が、電子ビームを電子源に向かって反射するように構成され、第２のレンズ素子が、低エネルギーのイオンを第１のレンズ素子に向かって反射しながら高エネルギーのイオンを送り出すように構成される、レンズアセンブリと
を備えている。

実施形態２．実施形態１に係るイオン源にて、イオン化チャンバは、長さに沿って一定である断面積を有するか、又は長さの少なくとも一部に沿って増加する断面積を有している。

実施形態３．実施形態１又は実施形態２に係るイオン源にて、磁石アセンブリは、イオン源軸の周りで円周方向にて互いに離れて位置する複数の磁石を備えている。

実施形態４．実施形態３のイオン源にて、サンプルの入口が２つの磁石の間に位置決めされている。

実施形態５．実施形態３又は実施形態４に係るイオン源にて、磁石アセンブリが、イオン化チャンバの外部のイオン源軸上に位置決めされる軸上磁石であって、電子ビームを抽出器に向かう方向に発散させるように方向磁界を変更する構成である軸上磁石を備えている。

実施形態６．実施形態１〜実施形態５のいずれか一つに係るイオン源が、第１の端部にて陰極と抽出器との間に位置決めされるイオンリペラを備えている。

実施形態７．実施形態１〜実施形態６のいずれか一つに係るイオン源にて、レンズアセンブリは、第２のレンズ素子から離れて位置する出口レンズであって、イオンビームをイオン源軸に沿ってイオン処理デバイスの中に誘導するように構成される出口レンズを備える。

実施形態８．実施形態１〜実施形態７のいずれか一つに係るイオン源が、電子源及びレンズアセンブリと信号通信する電圧源と、電圧源の動作を制御するように構成されるコントローラとを備え、
動作は、
陰極に印加される電圧を調節するプロセスと、
陰極に印加される電圧を調節しながら、陰極、並びに第１の端部にて陰極及び抽出器間に位置決めされたイオンリペラの間における一定の電位差を維持するプロセスと、
陰極に印加される電圧に対する調節に基づいて、第１のレンズ素子に印加される電圧を調節するプロセスと、
陰極及び第１のレンズ素子に印加される電圧を、陰極及び第１のレンズ素子間で電子ビームの反射を維持することに十分なそれぞれの値に設定するプロセスと、
陰極及び第１のレンズ素子に印加される電圧を、陰極及び第１のレンズ素子間で電子ビームの反射を維持することに十分なそれぞれの値に設定するとともに、第１のレンズ素子に陰極に対するオフセット電圧を加え、第１のレンズ素子からの電子ビームの反射を高めるプロセスと、
第２のレンズ素子に印加される電圧を、第２のレンズ素子及び抽出器間に捕捉されたイオンを第１のレンズ素子に向かって加速させることに十分な値に設定するプロセスと、
電子源の導電性素子にパルス電圧を印加するプロセスと、
レンズアセンブリの導電性素子にパルス電圧を印加するプロセスと、
本体にパルス電圧を印加するプロセスと、
電子ビームをゲート制御するプロセスと、
上記プロセスの内２つ以上のプロセスと
から成る群から選択されるものとなっている。

実施形態９．実施形態１〜実施形態８のいずれか一つに係るイオン源が、陰極及びイオン化チャンバ間におけるイオンリペラと、陰極及びイオンリペラ間における電子抽出器とを備えている。

実施形態１０．イオン処理システムが、実施形態１〜実施形態９のいずれか一つに係るイオン源と、レンズアセンブリと通信するイオン処理デバイスとを備えている。

実施形態１１．実施形態１０に係るイオン処理システムにて、イオン処理デバイスは、イオンガイド、イオントラップ、質量フィルタ、衝突セル、及び質量分析器から成る群から選択される。

実施形態１２．実施形態１０に係るイオン処理システムが、質量分析器を備え、質量分析器と通信するイオン検出器をさらに備えている。

実施形態１３．電子イオン化を実行する方法が、
電子を、電子ビームとして電子源から、電子源及びレンズアセンブリ間にイオン源軸に沿った長さを有するイオン化チャンバを通して誘導するステップと、
イオン化チャンバに軸方向磁界をかけることによってイオン源軸に沿って電子ビームを集束させるステップと、
電子源及びレンズアセンブリ間でイオン源軸に沿って往復させるように電子を反射させるステップと、
サンプル材料を電子ビームに向かってイオン化チャンバに送り込むことによってイオンを生成する生成ステップであって、イオンをイオン源軸に沿って集束してイオンビームとする生成ステップと、
レンズアセンブリを通してイオン源軸に沿ってイオンを送り出すステップと、
レンズアセンブリ内に捕捉されたイオンを反射させ、捕捉されていないイオンをレンズアセンブリから送り出しながら、捕捉されたイオンがレンズアセンブリから出ることを防ぐようになっているステップと
を含んでいる。

実施形態１４．実施形態１３に係る方法が、軸方向磁界をかける際に利用される２つの磁石間にサンプル材料を誘導するステップをさらに含んでいる。

実施形態１５．実施形態１３又は実施形態１４に係る方法にて、電子を集束させるステップが、イオン源軸の周りで円周方向にて互いに離れて位置する複数の磁石を利用するプロセスを含む。

実施形態１６．実施形態１３〜実施形態１５のいずれか一つに係る方法にて、電子を集束させるステップが、電子ビームが抽出器に向かう方向において発散するように行われる。

実施形態１７．実施形態１３〜実施形態１６のいずれか一つに係る方法にて、電子を集束させるステップが、イオン源軸の周りで円周方向にて互いに離れて位置する複数の磁石と、イオン化チャンバの外部のイオン源軸上に位置決めされた軸上磁石とを利用するプロセスを含んでいる。

実施形態１８．実施形態１３〜実施形態１７のいずれか一つに係る方法にて、電子を生成するステップは、陰極に電圧を印加することによって行われ、電子を生成するステップは、電圧を調節することによって電子のエネルギーを調節するプロセスをさらに含んでいる。

実施形態１９．実施形態１８に係る方法が、陰極上の電圧を調節しながら、陰極及びレンズアセンブリ間に位置決めされたイオンリペラ上の電圧を調節する調節ステップであって、陰極及びイオンリペラ間の一定の電位差を維持する調節ステップをさらに含んでいる。

実施形態２０．実施形態１８又は実施形態１９に係る方法が、レンズアセンブリのレンズ素子に電圧を印加する印加ステップであって、電子ビームを反射してイオン化チャンバの中に戻す印加ステップと、陰極上の電圧を調節しながら、レンズ素子上の電圧を同じ量だけ調節するステップとをさらに含んでいる。

実施形態２１．実施形態１８〜実施形態２０のいずれか一つに係る方法にて、電子を生成するステップは、陰極に電圧を印加することによって行われ、電子を生成するステップは、レンズアセンブリのレンズ素子に電圧を印加する印加プロセスであって、電子ビームを反射してイオン化チャンバの中に戻す印加プロセスをさらに含んでいる。

実施形態２２．実施形態２１に係る方法が、陰極及びレンズ素子に印加される電圧を、陰極及びレンズ素子間で電子の反射を維持することに十分なそれぞれの値に設定するステップをさらに含んでいる。

実施形態２３．実施形態２２に係る方法が、陰極及びレンズ素子に印加されるそれぞれの電圧を等しい値に設定するステップ、又は陰極に印加される電圧に対して所定のオフセット量分レンズ素子に印加される電圧を増加させて、レンズ素子における反射を増加させる増加ステップをさらに含む。

実施形態２４．実施形態１３〜実施形態２３に係るいずれか一つに係る方法が、レンズアセンブリの抽出器に電圧を印加して、イオンをイオン化チャンバからレンズアセンブリに送り込むステップを含む。

実施形態２５．実施形態２４に係る方法が、イオン化チャンバの外部に位置決めされたレンズアセンブリの第１のレンズ素子に電圧を印加して、抽出器を通して電子ビームをイオン化チャンバの中に反射させるステップをさらに含んでいる。

実施形態２６．実施形態２５に係る方法が、レンズアセンブリの第２のレンズ素子に電圧を印加して、捕捉されたイオンを反射させて、第１のレンズ素子に衝突させるステップをさらに含んでいる。

実施形態２７．実施形態１３〜実施形態２６のいずれか一つに係る方法が、レンズアセンブリのレンズ素子に電圧を印加して、捕捉されたイオンを反射させて、レンズアセンブリの別のレンズ素子に衝突させるステップをさらに含んでいる。

実施形態２８．実施形態１３〜実施形態２７のいずれか一つに係る方法が、電子源の導電性素子にパルス電圧を印加するプロセスと、レンズアセンブリの導電性素子にパルス電圧を印加するプロセスと、イオン化チャンバの少なくとも一部を画定する本体にパルス電圧を印加するプロセスと、電子ビームをゲート制御するプロセスと、上記プロセスの内２つ以上のプロセスとから成る群から選択されたパルス処理を実行するステップをさらに含んでいる。

実施形態２９．実施形態１３〜実施形態２８のいずれか一つに係る方法が、電子源の陰極から電子を放出するステップと、電子源の電子抽出器に電圧を印加することによって、放出された電子を陰極から引き離すステップとを含む。

実施形態３０．実施形態２９に係る方法にて、電子源及びイオン化チャンバ間に位置決めされるイオンリペラに電圧を印加することによってイオンを電子源から押し返すステップをさらに含んでいる。

実施形態３１．実施形態１３〜実施形態３０のいずれか一つに係る方法が、レンズアセンブリを通して、イオン源軸上に入口を備えるイオン処理デバイスの中にイオンを送り込むことを含む。

実施形態３２．実施形態１３〜実施形態３１のいずれか一つに係る方法が、イオン化チャンバの中にサンプル材料を誘導する前に、ガスクロマトグラフからサンプル材料を出力するステップをさらに含んでいる。

図７に概略的に示されるシステムコントローラ７９４は、イオン源の種々の機能的な態様を制御し、監視し、タイミングを取り、同期させ、及び／又は調節するように構成される１つ又は複数のモジュールを表すことができることは理解されるであろう。また、システムコントローラ７９４は、例えば、イオン測定信号を受信すること、及び必要に応じてデータ収集及び信号解析に関連する他のタスクを実行し、解析中のサンプルを特徴付ける質量スペクトルを生成することを含め、関連する質量分析システムの機能又は構成要素を制御するように構成される１つ又は複数のモジュールを表す場合もある。

全てのそのような目的のために、コントローラ７９４は、本明細書にて開示される方法のいずれかを実行する命令を含むコンピュータ読み取り可能媒体を含むことができる。コントローラ７９４は、有線又は無線通信リンクを介してイオン源の様々な構成要素と信号通信するように概略的に示されている。また、これらの目的のために、コントローラ７９４は、１つ又は複数の種類のハードウェア、ファームウェア、及び／又はソフトウェアと、１つ又は複数のメモリ及びデータベースとを含む場合がある。コントローラ７９４は、通常、全体的な制御を与える主電子プロセッサを含み、専用制御動作又は特定の信号処理タスクのために構成される１つ又は複数の電子プロセッサを含む場合がある。また、システムコントローラ７９４は、種々の構成要素に電圧を印加するために、必要に応じて、具体的には示されない全ての電圧源と、タイミングコントローラ、クロック、周波数／波形発生器とを概略的に表す場合もある。コントローラ７９４は、ユーザ入力デバイス（例えば、キーパッド、タッチスクリーン、マウス等）、ユーザ出力デバイス（例えば、ディスプレイ画面、プリンタ、可視指示体又は警告、可聴指示体又は警告等）、ソフトウェアによって制御されるグラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）、電子プロセッサによって読み出し可能な媒体（例えば、ソフトウェアにて具現される論理命令、データ等）をロードするデバイス等のような１つ又は複数のタイプのユーザインターフェースデバイスを表す場合もある。コントローラ７９４は、コントローラ７９４の種々の機能を制御し、管理するオペレーティングシステム（例えば、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）ソフトウェア）を含む場合もある。

本明細書にて用いられる場合に、「信号通信する」という用語は、２つ以上のシステム、デバイス、構成要素、モジュール、又はサブモジュールが、所定のタイプの信号経路を通って進行する信号を介して互いに通信することができることを意味することは理解されるであろう。それらの信号は、第１のシステム、デバイス、構成要素、モジュール又はサブモジュールと第２のシステム、デバイス、構成要素、モジュール又はサブモジュールとの間の信号経路に沿って第１のシステム、デバイス、構成要素、モジュール又はサブモジュールから第２のシステム、デバイス、構成要素、モジュール、又はサブモジュールに情報、電力、又はエネルギーを伝達可能とする通信信号、電力信号、データ信号、又はエネルギー信号とすることができる。信号経路は、物理的接続、電気的接続、磁気的接続、電磁的接続、電気化学的接続、光学的接続、有線接続、又は無線接続を含むことができる。また、信号経路は、第１のシステム、デバイス、構成要素、モジュール、又はサブモジュールと、第２のシステム、デバイス、構成要素、モジュール、又はサブモジュールとの間におけるさらなるシステム、デバイス、構成要素、モジュール、又はサブモジュールを含む場合もある。

概して、「連通する（通信する）（communicate）」及び「連通している（in...communication with）」（例えば、第１の構成要素が第２の構成要素と「連通する」又は「連通している）等の用語を、本明細書では、２つ以上の構成要素又は要素間の構造的、機能的、機械的、電気的、信号、光、磁気、電磁気、イオン、又は流体関係を示すように用いている。従って、１つの構成要素が第２の構成要素と連通すると言われることは、第１の構成要素と第２の構成要素との間に追加の構成要素が存在し、及び／又はそれらに動作的に関連するか若しくは関与する可能性を排除するようには意図されていない。

本発明の様々な態様又は詳細を、本発明の範囲から逸脱することなく変更することができることが理解されるであろう。さらに、上記説明は、単に例示の目的のものであって限定の目的のものではなく、本発明は特許請求の範囲によって規定されるものとなっている。

Claims (10)

1. イオン化チャンバ、及び前記イオン化チャンバに繋がるサンプルの入口を有する本体であって、前記イオン化チャンバに第１の端部及び第２の端部を設けており、イオン源軸に沿って前記第１の端部から前記第２の端部までの長さを有する本体と、
   前記本体を包囲し、かつ前記イオン化チャンバ内に軸方向磁界を生成するように構成される磁石アセンブリと、
   前記第１の端部に位置決めされ、かつ熱イオン陰極及び電子反射体を有する電子源であって、電子ビームを、前記イオン化チャンバを通して前記イオン源軸に沿って加速させるように構成される電子源と、
   前記第２の端部に位置決めされる抽出器、前記イオン化チャンバの外部に設けられ、かつ前記イオン源軸に沿って前記抽出器から離れて位置する第１のレンズ素子、並びに前記イオン源軸に沿って前記第１のレンズ素子から離れて位置する第２のレンズ素子を有するレンズアセンブリであって、前記抽出器が、前記イオン化チャンバから前記イオン源軸に沿ってイオンビームを外部に誘導するように構成され、前記第１のレンズ素子が、前記電子ビームを前記電子源に向かって反射させるように構成され、前記第２のレンズ素子が、低エネルギーのイオンを前記第１のレンズ素子に向かって反射しながら高エネルギーのイオンを送り出すように構成される、レンズアセンブリと
   を備えているイオン源。
2. 前記イオン化チャンバが、前記長さに沿って一定である断面積を有しているか、又は前記長さの少なくとも一部に沿って増加する断面積を有している、請求項１に記載のイオン源。
3. 前記磁石アセンブリが、
   前記イオン源軸の周りにて周方向に互いに離れて位置する複数の磁石と、
   前記イオン化チャンバの外部における前記イオン源軸上に位置決めされる軸上磁石であって、前記電子ビームを前記抽出器に向かう方向に発散させるように前記軸方向磁界を変更する構成である軸上磁石と
   のうち少なくとも一方を有している、請求項１又は２に記載のイオン源。
4. 前記第１の端部にて前記陰極及び前記抽出器間に位置決めされるイオンリペラをさらに備えている請求項１〜３のいずれか一項に記載のイオン源。
5. 前記電子源及び前記レンズアセンブリと信号通信する電圧源と、
   前記電圧源の動作を制御するように構成されるコントローラと
   をさらに備え、
   前記動作は、
   前記陰極に印加される電圧を調節するプロセスと、
   前記陰極に印加される電圧を調節しながら、前記陰極、並びに前記第１の端部にて前記陰極及び前記抽出器間に位置決めされたイオンリペラの間における一定の電位差を維持するプロセスと、
   前記陰極に印加された電圧に対する調節に基づいて、前記第１のレンズ素子に印加された電圧を調節するプロセスと、
   前記陰極及び前記第１のレンズ素子に印加される電圧を、前記陰極及び前記第１のレンズ素子間で前記電子ビームの反射を維持するのに十分なそれぞれの値に設定するプロセスと、
   前記陰極及び前記第１のレンズ素子に印加される電圧を、前記陰極及び前記第１のレンズ素子間で前記電子ビームの反射を維持するのに十分なそれぞれの値に設定すると共に、前記第１のレンズ素子に前記陰極に対するオフセット電圧を加え、前記第１のレンズ素子からの前記電子ビームの反射を高めるプロセスと、
   前記第２のレンズ素子に印加される電圧を、前記第２のレンズ素子及び前記抽出器間に捕捉されたイオンを前記第１のレンズ素子に向かって加速させるのに十分な値に設定するプロセスと、
   前記電子源の導電性素子にパルス電圧を印加するプロセスと、
   前記レンズアセンブリの導電性素子にパルス電圧を印加するプロセスと、
   前記本体にパルス電圧を印加するプロセスと、
   前記電子ビームをゲート制御するプロセスと、
   前記複数のプロセスの内２つ以上のプロセスと
   から成る群から選択されたものとなっている、請求項１〜４のいずれか一項に記載のイオン源。
6. 電子を、電子ビームとして電子源から、前記電子源及びレンズアセンブリ間にてイオン源軸に沿った長さを有するイオン化チャンバを通して誘導する誘導ステップと、
   前記イオン化チャンバに軸方向磁界を負荷することによってイオン源軸に沿って前記電子ビームを集束させる集束ステップと、
   前記電子源及び前記レンズアセンブリ間にて前記イオン源軸に沿って往復させるように前記電子を反射させる電子反射ステップと、
   サンプル材料を前記電子ビームに向かって前記イオン化チャンバに送り込むことによってイオンを生成する生成ステップであって、前記イオンを前記イオン源軸に沿って集束させてイオンビームとする生成ステップと、
   前記レンズアセンブリを通して前記イオン源軸に沿って前記イオンを送り出すイオン送出ステップと、
   前記レンズアセンブリ内に捕捉されたイオンを反射させるイオン反射ステップであって、捕捉されていないイオンを前記レンズアセンブリから送り出しながら、前記捕捉されたイオンが前記レンズアセンブリから出ることを防ぐようにするイオン反射ステップと
   を含む電子イオン化を実行する方法。
7. 前記集束ステップは、前記電子ビームを、前記イオン化チャンバから前記イオン源軸に沿ってイオンビームを外部に誘導するように構成される前記レンズアセンブリの抽出器に向かう方向にて発散させるように行われる、請求項６に記載の方法。
8. 前記集束ステップは、前記イオン源軸の周りにて周方向に互いに離れて位置する複数の磁石と、前記イオン化チャンバの外部の前記イオン源軸上に位置決めされた軸上磁石とを利用するプロセスを含む、請求項６又は７に記載の方法。
9. 前記生成ステップは、陰極に電圧を印加することによって行われ、
   前記生成ステップは、
   前記電圧を調節することによって前記電子のエネルギーを調節するプロセスと、
   前記電圧を調節することによって前記電子のエネルギーを調節するプロセスであって、前記陰極の電圧を調節しながら、前記陰極と、前記陰極及び前記レンズアセンブリ間に位置決めされたイオンリペラとの間における一定の電位差を維持するように、前記イオンリペラの電圧を調節するプロセスと、
   前記電圧を調節することによって前記電子のエネルギーを調節し、かつ前記電子ビームを反射させて前記イオン化チャンバの中に戻すように、前記レンズアセンブリのレンズ素子に電圧を印加するプロセスであって、前記陰極の電圧を調節しながら、前記レンズ素子の電圧を同じ量だけ調節するプロセスと、
   前記電子ビームを反射させて前記イオン化チャンバの中に戻すように、前記レンズアセンブリのレンズ素子に電圧を印加するプロセスと、
   前記電子ビームを反射させて前記イオン化チャンバの中に戻すように、前記レンズアセンブリのレンズ素子に電圧を印加するプロセスであって、前記陰極及び前記レンズ素子に印加される電圧を、前記陰極及び前記レンズ素子間にて前記電子の反射を維持するのに十分なそれぞれの値に設定するプロセスと、
   前記電子ビームを反射させて前記イオン化チャンバの中に戻すように、前記レンズアセンブリのレンズ素子に電圧を印加し、かつ前記陰極及び前記レンズ素子に印加される電圧を、前記陰極及び前記レンズ素子間にて前記電子の反射を維持するのに十分なそれぞれの値に設定するプロセスであって、前記陰極及び前記レンズ素子に印加される前記それぞれの電圧を等しい値に設定するか、又は前記レンズ素子における反射を増加させるように、前記陰極に印加される前記電圧に対して所定のオフセット量分前記レンズ素子に印加される前記電圧を増加させるプロセスと
   のうち少なくとも１つを含む請求項６〜８のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記イオンを前記イオン化チャンバから前記レンズアセンブリに送り込むように、前記レンズアセンブリの抽出器に電圧を印加する印加ステップと、
    前記イオンを前記イオン化チャンバから前記レンズアセンブリに送り込むように、前記レンズアセンブリの抽出器に電圧を印加する印加ステップであって、前記抽出器を通して前記電子ビームを前記イオン化チャンバの中に反射させるように、前記イオン化チャンバの外部に位置決めされた前記レンズアセンブリの第１のレンズ素子に電圧を印加する印加ステップと、
    前記イオンを前記イオン化チャンバから前記レンズアセンブリに送り込むように、前記レンズアセンブリの抽出器に電圧を印加する印加ステップであって、前記抽出器を通して前記電子ビームを前記イオン化チャンバの中に反射させるように、前記イオン化チャンバの外部に位置決めされた前記レンズアセンブリの第１のレンズ素子に電圧を印加し、かつ前記捕捉されたイオンを反射させて前記第１のレンズ素子に衝突させるように、前記レンズアセンブリの第２のレンズ素子に電圧を印加する印加ステップと、
    前記捕捉されたイオンを反射させて前記レンズアセンブリの別のレンズ素子に衝突させるように、前記レンズアセンブリのレンズ素子に電圧を印加する印加ステップと、
    前記電子源の導電性素子にパルス電圧を印加するプロセスと、前記レンズアセンブリの導電性素子にパルス電圧を印加するプロセスと、前記イオン化チャンバの少なくとも一部を画定する本体にパルス電圧を印加するプロセスと、前記電子ビームをゲート制御するプロセスと、前記複数のプロセスの内２つ以上のプロセスとから成る群から選択されたパルス処理を実行する実行ステップと
    のうち少なくとも１つをさらに含む請求項６〜９のいずれか一項に記載の方法。

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