JPH04229543A - イオン貯蔵デバイス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はイオン貯蔵装置（別の意
味でイオンバンチャー（イオン集群器）と称せられる）
に係り、特に専用ではないが、飛行時間型質量分析シス
テムにおいて使用されるに適したイオン貯蔵装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術、および発明が解決しようとする課題】飛
行時間形質量分析システムが容認し得る質量分解能を有
するためには、イオンは短期間の、典型的には１ないし
１０ナノ秒のイオンバースト中に分光器の飛行経路を入
れるべきである。屡々そのようであるように、もしもイ
オンが連続イオンビームから抽出されるならば、ビーム
内のイオンの全数量のごく小部分しか分析に使用され得
ないので、分光器の感度はむしろ低くなる傾向を有する
。質量分析システムが比較的小さな容積内でのみ利用可
能である（生物学的または生化学的試料のようなサンプ
ルを分析するのに使用されているならば、特にこのよう
なサンプルが液体クロマトグラフのような従来のインレ
ット（試料採入）システムを使用する比較的短い時間の
目盛にわたって（典型的には数秒のオーダの）このよう
なサンプルが送られる場合に、上記の事実は特に問題点
を含むものとなり得るものである。

【０００３】この問題点を和らげることを期待して、Ｒ
．Ｇｒｕｘ等が国際質量分析イオン誌９３巻（１９８９
年）、第３２３〜３３０頁に記載した技術は、電子衝撃
イオン源を用いて電子ボンバード（衝撃）によりイオン
を発生し、電位井戸により規定される閉じ込められた空
間内に実質的な周期の間イオンを貯蔵し、それから加速
電圧を印加することにより貯蔵されたイオンを抽出し、
それによって比較的短い期間のイオンのバースト（ｂｕ
ｒｓｔ）を形成する方法を含んでいるものである。この
ようにして、利用可能なイオンの全体の数量の比較的高
い割合を利用することが可能である。しかしながら、こ
の技術は幾つかの欠点を受けるものである。この技術の
必要とするのは電子衝撃（ｉｍｐａｃｔ）形イオン源で
あって、このイオン源は種々の用途には不適切となり得
るものである。イオンは閉じ込められた空間内で空間電
荷効果を受けて、これによって貯蔵され得るイオンの数
量が制限される。また、イオンは閉じ込められた空間内
で発振する傾向を有し、したがってイオンはそれぞれの
イオンバーストの最小継続期間を制限する有限の「反転
」（ｔｕｒｎ−ａｒｏｕｎｄ）時間を有する。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の特徴によ
れば、経路に沿って移動するイオンを貯蔵するイオン貯
蔵デバイスが付与され、該イオン貯蔵デバイスは、プリ
セット時間間隔の最初のみの部分の間、静電的逆（ｒｅ
ｔａｒｄｉｎｇ）電界（フィールド）をイオンに与える
ためのフィールド発生手段を具備し、該静電逆フィール
ドは、同じ質量対電荷比を有し、かつプリセット時間間
隔の上記最初の部分の間にイオン貯蔵デバイスに入るイ
オンがそのプリセット時間間隔の残余の部分の間に、す
べて時間焦点にもち込まれるような空間変動を有するも
のである。イオン貯蔵デバイスに入るイオンは静電的逆
フィールドにより漸次速度を低下され、一しょに集束す
るようにさせられる。このようにして、プリセット時間
間隔の上記最初の部分の間に、イオンはデバイス内に貯
蔵され、この貯蔵されたイオンはすべてその時間間隔の
残余の部分の間に該デバイスから出る。

【０００５】この手段により、連続ビームもしくは比較
的長い継続期間のパルス状ビームにおけるイオンの比較
的高い割合を抽出し利用することが可能となる。更に、
貯蔵されたイオンは同じ程度に空間電荷効果を受けない
し、また、「反転」時間の影響を受けない。静電的逆フ
ィールドの空間的変化とは、プリセット時間間隔の上記
最初の部分の間のイオン速度が、経路に沿ってそのイオ
ンが上記時間焦点にもち込まれる点からの分離に直線的
に関係する如きものである。

【０００６】この条件を満足させる静電的逆フィールド
は静電的四重極フィールドであり、かつ好ましくは、該
四重極フィールドを発生するフィールド発生手段は該デ
バイスの長手方向軸の回りに回転対称を有する電極構造
を具備するものである。好適な実施例において、この電
極構造は、イオン貯蔵デバイスの長手方向軸に沿って間
隔をおいて距てられた複数の電極を具備し、複数のそれ
ぞれの電極は静電的四重極フィールドのそれぞれの等電
位面に実質的に一致するものであり、全体又はそれぞれ
の上記プリセット時間間隔の最初の部分の間にそれぞれ
の逆電圧に維持され、かつイオンをしてイオン貯蔵デバ
イスを通って進むことを可能にするそれぞれの開口を有
するものである。

【０００７】本発明の別の特徴によれば、飛行時間形質
量分析装置が付与され、該質量分析装置は、経路に沿っ
て移動するイオンを発生するイオン源と、本発明の上記
第１の特徴に係るイオン貯蔵デバイスと、該イオン貯蔵
デバイスの規定された領域を退去するイオンを検知する
手段とを具備するものである。

【０００８】

【実施例】本発明に係るイオン貯蔵デバイスは添付図面
を参照して実例によってのみこゝに説明することにする
。図１は、イオンビームを発生するイオン源１と、本発
明に係るイオン貯蔵デバイス２と、イオン貯蔵デバイス
から抜け出るイオンを検出する検出器３とを具備する飛
行時間形質量分析装置を図説的に図示するものである。 イオン貯蔵デバイス２は静電的フィールド発生器を具備
している。イオン源１から発生したイオンは適切な抽出
電極とイオン源光学系（図示してない）により、長手方
向Ｘ軸に沿って伸びている経路Ｐに沿って進むことを強
制され、静電的フィールド発生器は、経路の規定された
領域Ｒを占有するイオンをして静電的逆フィールドの影
響を受けるようにする。

【０００９】図２に概略的に示されるように、イオンは
経路上の位置Ｐ１における領域Ｒに入り、イオンは経路
に沿って距離ｘＴを進んだ位置Ｐ２においてこの領域を
退去する。動作時に、静電界発生器はプリセット時間間
隔の最初のみの部分の間（今後本明細書においては「イ
オン貯蔵」期間と称する）付勢されて、かつその時間間
隔の残余の部分の間（今後「聴き取り」期間と称する）
減勢される。静電界発生器は交互に付勢と減勢とを行い
得るもので、それぞれのイオン貯蔵期間の間に規定され
た領域Ｒに入るイオンはすべて瞬間的に継続する聴き取
り期間の間にその領域から退去する。

【００１０】領域Ｒに入来するイオンはその領域に益々
深く侵入するにつれ逆静電界により漸次速度を低下され
、したがってイオンはそれぞれのイオン貯蔵期間の間そ
の領域内に蓄積される。イオンに印加される逆静電界は
、それぞれのイオン貯蔵期間の間経路Ｐに沿って移動す
るイオンの速度ｖは、退却位置Ｐ２からのその分離距離
ｘに線型的に関係するようになっている。更に特定すれ
ば、その期間中のイオンの速度ｖは

【数２】 として表わし得るが、茲にｍはイオン質量、ｑはその電
荷、およびｋは定数である。

【００１１】したがって、例えば、イオンが初速度ｖ１
を以て領域Ｒに入来すれば、領域において中点（ｘ＝１
／２ｘＴ）におけるその速度は１／２ｖ１となり、位置
ｘ＝１／４ｘＴにおけるその速度は１／４ｖ１となるも
のと思われる。明らかに、イオンが規定の領域Ｒに一層
深く侵入するにつれて、その速度はイオンが進行した距
離に比例して減少される。イオン貯蔵期間中に領域Ｒに
入来するイオンは、フィールド発生器が減勢された後に
、引き続く聴き取り期間中に退去位置Ｐ２に向けて進行
し続ける。

【００１２】上記方程式（１）から明らかとなるように
、同じ質量対電荷比を有するイオンは、フィールド発生
器が減勢される瞬間に領域Ｒのそれぞれの位置にもかか
わらず、実質的に同時に退去位置Ｐ２にすべて到達する
であろう。例えば、中間位置におけるイオンの退去位置
Ｐ２からの距離は入来位置Ｐ１におけるイオンの退去位
置の半分である。しかしながら、後者の速度は前者の速
度の２倍である。したがって、同じ質量対電荷比をもつ
イオンは退去位置Ｐ２において集束するようにされ、相
異なる質量対電荷比をもつイオンは相異なるそれぞれの
時間において退去位置Ｐ２に到達し、そのようなイオン
をしてその相異なる質量対電荷比により識別されること
を可能とする。

【００１３】このようにして、同じ質量対電荷比を有す
るイオンはすべて退去位置Ｐ２において時間の焦点を合
わせられる。式（１）において明らかにされた条件は、
経路Ｐに沿っていかなる位置ｘにおいても逆電圧Ｖが

【
数３】 により与えられるならば、満足されることになり、こゝ
にＶ０は規定された領域Ｒの両端に印加される逆電圧で
ある。Ｖ０が加速電圧、即ちイオン源に印加された電圧
に等しければ、式（２）から点ｘにおけるイオンの運動
エネルギーは

【数４】 となることは式（２）から明らかとなり、上記式（１）
から要求されるようにイオンの速度ｖは

【数５】 となることは式（３）から知ることができる。

【００１４】これとは別に、加速電圧より少し大きい、
または少し小さい逆電圧（ｒｅｔａｒｄｉｎｇｖｏｌｔ
ａｇｅ）を使用することも可能と思われ、焦点合わせ効
果は余りよいとは思われないけれども、この効果はイオ
ンに関する時間の焦点をそれぞれ図２に示した位置Ｐ２
の上流または下流の位置に移転することである。イオン
貯蔵デバイス２にとって好適な逆静電界は静電的四重極
フィールドである。デカルト（直角）座標系を採用すれ
ば静電的四重極フィールドにおける静電電位Ｖ（ｘ，ｙ
，ｚ）の分布は一般に

【数６】 として表現され得るし、茲にｒ０は定数であり、Ｖ０は
印加電位である。

【００１５】四重極静電界の領域は長手方向Ｘ軸のまわ
りに回転対称を有する電極構造を用いて発生可能であり
、このような電極構造は、Ｙ−Ｚ平面におけるイオンに
焦点合わせ効果を有するので好ましいものである。この
ような回転対称性の電極構造はこのあと「３次元」電極
構造と称することとし、回転対称を有しない本文中の他
の電極構造は「２次元」電極構造と称することにする。

【００１６】「３次元」電極構造の実例は、その形状が
電位Ｖ０と接地電位にあるそれぞれの等電位面に一致す
る２個の電極より構成される。電位Ｖ０の電極は、Ｘ軸
の回りの双曲面２ｘ２−ｙ２＝ｒ０２（Ｘ−Ｙ平面にお
いて）を回転することにより発生される双曲面を有する
ものと考えられ、接地電極は、原点における頂点に対し
、Ｘ軸のまわりの線分

【数７】 を回転することにより発生される円錐状電極面を有する
ものと思われる。これら２個の電極面間の相異なる座標
位置における電位は上記式（４）を満足する。

【００１７】今度は、イオン貯蔵デバイスにおいて使用
される「３次元」電極構造を示す図３を参照すれば、２
個の電極上の電位は、該双曲面状電極（図３　　で参照
番号４をつけた）は接地電位にあり、円錐状電極（５）
は電位Ｖ０にあるように、実際上逆転される。イオンは
、双曲面電極４における入来開口６を通ってデバイスに
入来し、Ｘ軸に沿って進み、円錐状電極５における退去
用開口７を介して該デバイスを退去する。Ｘ軸上のイオ
ンの位置ｘが退去用開口７からのイオンの距離として規
定されるならば、また入来用および退去用開口６，７の
間の距離がｘＴであれば、イオン貯蔵デバイス内のＸ軸
上のいずれの点ｘの電位も上記式２を満足させ、また対
向する電極表面の間の電界領域内の等電位面が、Ｘ軸の
回りに回転対称性を有するそれぞれの双曲面上にあるこ
とが示され得る。

【００１８】入来用および退去用開口６，７は、図２の
Ｐ１とＰ２に対応するそれぞれの位置においてＸ軸上に
配置され、後者は該デバイスに導入されたイオンに対す
る時点焦点である。それぞれのイオン貯蔵期間の間に、
下流の電極５は上流の電極４に対して逆電圧Ｖ０に維持
されることになる。その目的のために、上流電極４は接
地電位に維持され得るし、逆電圧Ｖ０はそれぞれのイオ
ン貯蔵期間の間に下流電極５に印加されると考えらる。 しかしながら別のモードの動作において、下流電極は逆
電圧Ｖ０に維持可能となり、上流電極にかゝる電圧は、
それぞれの聴き取り期間の間の電極間の電界なしの領域
を作成するように電圧Ｖ０までパルス化されることにな
る。実際上、イオン貯蔵デバイスを通る飛行経路は０．
５ｍもしくはそれ以上の長さの筈であり、したがって２
個の電極４，５は極端に大きくする必要があるものと思
われる。

【００１９】イオン貯蔵デバイスの物理的寸法を減小す
る目的のために図３の電極構造において単一の双曲面電
極４は、図４の横軸断面図に示されるように、Ｘ軸に沿
って間隔を距てて複数のこのような電極４１，４２，…
４ｎにより置換される。それぞれの双曲面電極は各々の
等電位面（Ｑ１，Ｑ２…Ｑｎ）上にあり、かつそれぞれ
のイオン貯蔵期間の間その等電位面に対し逆電圧に維持
される。前と同様に下流電極５は逆電圧Ｖ０に維持され
る円錐状電極面を有し、かつそれぞれの電極はＸ軸上に
位置された各開口を有し、イオンの該デバイスを通って
進行することを可能にする。電極４１，４２，…４ｎ，
５は図４に示された破線により境界の限定された空間の
円柱状領域を占有するように寸法を有しており、イオン
貯蔵デバイスに横軸Ｙ−Ｚ平面上に一層コンパクトな構
造を与えている。

【００２０】「２次元」四重極静電界は、直角座標にお
いて方程式

【数８】 により規定され得る電位分布を有しており、Ｘ−軸に平
行に伸びている等電位面に一致する電極により発生され
得る。この形状の静電界はＺ−軸の回りに四重の対称を
有し、四重極電極構造（Ｚ軸の回りに全体で４個の象限
に電界を与える）もしくは象限の１つにのみ電界を与え
る）単極電極構造により発生され得る。単極電極構造は
ＸＹ平面における双曲面部分のロッド（電位Ｖ０におけ
る）と、ＸＹ平面におけるＶ形部分の接地電極とより構
成され得る。図５を参照し、また図３と図４に示した「
３次元」電極構造に直接類比すると、電極上の電圧は、
Ｖ部分電極が電位Ｖ０にあり、またロッドが接地される
ように実際上逆転される。イオンは双曲面ロッド（図２
のＰ１に対応する位置にある）の入来用開口を介してイ
オン貯蔵デバイスに入来し、またイオンは（図２のＰ２
に対応する位置にある）Ｖ形状の電極の退去用開口を介
してデバイスを退去する。再び、イオンの位置ｘが退去
用開口Ｐ２からのイオンの距離として規定され、また入
来用および退去用開口Ｐ１，Ｐ２間の距離がｘＴであれ
ば、Ｘ軸に沿ってのいかなる点ｘにおいても電位は上記
式（２）を満足することになる。

【００２１】図５を再び参照すれば、この電極構造は２
個の細長い電極１０，２０を具備し、これらの電極はＺ
軸方向に伸びており、長手方向Ｘ軸である経路Ｐに沿っ
てお互に距っている。電極は内側に対向する電極面をＸ
−Ｚ平面に対して対称に配置させ、かつこれらの電極面
は逆静電界が印加される電界領域Ｒを規定する。電極１
０は、双曲面の、もしくは別に円形横軸の断面を有する
ロッド形状にあり、之に反し電極２０は９０゜の角度の
範囲を定める実質的にＶ形状の横軸断面を有している。 各電極はそれぞれの開口１１，２１を、イオンがそれぞ
れ電界領域Ｒに入来し、退去し得る経路Ｐ上のＰ１とＰ
２に配置せしめる。おのおののイオン貯蔵期間の間に、
下流電極２０は適切な電圧源Ｓを用いて、上流電極１０
に対して静電的逆電圧Ｖ０に維持され、後者はこの例に
おいては接地電位に維持される。

【００２２】図６の図示するのは、静電的逆電界を発生
するのに適した単極電極構造の別の型式である。この装
置において、電極１０は、例えばガラス製の一対の電気
絶縁側壁１２，１３により置き換えられ、矩形の横軸断
面を有する閉じた構造を規定するように電極２０に関係
して接地されている。各側壁１２，１３の内面は高電気
抵抗率を有する材料の層１２′，１３′を備え、電極２
０は、側壁１２，１３の形成する頂上部において、再び
双曲面または円形横軸断面の電極１４に対し、上記逆電
圧Ｖ０に維持される。前と同様、図５と図６の上流電極
１０は、それぞれの聴き取り期間の間、電圧Ｖ０までパ
ルス化され得る。

【００２３】図５と図６に示された電極構造により作成
された四重極静電界は図７に図示の如く、横軸Ｘ−Ｙ平
面内の双曲面等電位線により規定され、等電位面はＺ軸
方向に平行に伸びているそれぞれの面上にある。電圧Ｖ
（ｘ，ｙ）は、図６に示した電気絶縁側壁１２，１３に
沿って、電極１４の電圧値（例えば、接地電位）から電
極２０の電圧値に直線的に変化し、この故に、側壁１２
，１３に付加された電気抵抗材料の層１２′，１３′は
理想的には一様な厚さを有すべきである。しかしながら
、このような層は実用上堆積することが困難であるべき
である。別の実施例において、層１２′，１３′は、静
電界における選択された等電位面との交差線に沿って側
壁上に設けられた分離した電極により置き換えられる。 それぞれのこのような電極は電極１４の電圧と電極２０
の電圧との中間のそれぞれの電圧に維持される。この電
圧はそれぞれの側壁１２，１３に沿って線型的に変化せ
ねばならないから、その上に設けられた分離した電極は
平行な、等しい距離の線上にあり、また等しい抵抗値を
もつ抵抗器により、分離した電極を電極１４と２０の間
に一緒に直列接続することにより所望の電圧が発生され
得る。この構造はまた端部壁を有することも可能で、そ
れぞれの双曲面等電位線に一致する分離した電極がこれ
等の壁上にまた設置することも可能である。

【００２４】図８は、図４を参照して説明された「３次
元」構造に類似する別の「２次元」単極電極構造による
横軸断面図を示している。この場合、分離した電極は該
構造の側面１５，１６を規定する平行平面内にあり、こ
の分離電極により横軸（Ｙ軸）方向の一層コンパクトな
構造が得られる。図７に略図で図示したように、静電電
位は該構造のそれぞれの側面１５，１６に沿って非線形
方式に変化し、したがって分離した電極は、電極１４に
近接する方向において一緒に漸次より接近し距てられて
いる。前のように、分離した電極はまた該構造の端部に
設置可能であり、それぞれのこのような電極は、図７に
示した形状を有するそれぞれの双曲面等電位線に一致す
ると思われる。

【００２５】図６と図８に示した実施例の場合、一連の
開口された電極板を使用することが可能と思われるが、
この電極板は各々双曲面の横軸断面を有し、電極構造の
側面に沿って配列された分離した電極の代りに、Ｚ軸方
向へ平行に伸びており、またこれらの構造の「３次元」
の変形も実現可能と思われる。イオンは聴き取り期間中
に何等の静電的減速をも受けないから、その期間中にイ
オンは規定された領域Ｒに入来してはいけない。したが
って、経路Ｐのいずれかの側に設けられた一対の電極板
４１，４１′を備えた静電形偏向装置４０が設置される
。電極板はそれぞれの聴き取り期間中に、経路Ｐからイ
オンを偏向させ、イオンが領域Ｒに入来するのを阻止す
るように付勢される。入来用開口１２における縁どり電
界の効果を減少するために、偏向装置４０は減速電界が
電極２０から取除かれる前の短い時間だけ付勢されるこ
とが好ましい。

【００２６】十分な数のイオンが領域Ｒに入来するため
には、それぞれのイオン貯蔵期間は、重要な最小の質量
対電荷比

【数９】 を有するイオンをして領域Ｒに最大距離ｄを進行させる
のを可能にするのに十分な継続時間を有することが望ま
しい。典型的な応用として距離ｄは約０．７ｘＴとする
ことが可能である。このようなイオンがイオン貯蔵期間
中に上記距離ｄ進行するのに必要な時間ｔｓ（逆静電電
界が印加されている場合）は式

【数１０】 により与えられることが示され得る。

【００２７】聴き取り期間はまた、重要な最大の質量対
電荷比

【数１１】 を有するイオンをして規定された領域Ｒを退去すること
を可能にするのに十分な継続時間を有するようにすべき
である。重イオンは電界発生器が減勢される瞬間に丁度
領域Ｒに入来するだけが可能であるので、聴き取り期間
はその重イオンをして領域Ｒを距離ｘＴだけ横断するこ
とを可能にするのに十分な長さを有すべきである。式（
１）を適用して、領域Ｒに入来する時の重イオンの速度
は

【数１２】 となり、したがって最小聴き取り期間ｔＬは

【数１３】 であることが必要と思われる。

【００２８】したがって、イオン貯蔵期間の聴き取り期
間に対する比は理想的には、

【数１４】 であるべきである。したがって、もしもｄが０．７ｘＴ
であるように選ばれ、最も重いイオン対最も軽いイオン
の質量比が１０であれば、デューテイサイクルは２７．
５％となるであろう。換言すれば、イオンビームにおけ
るイオンの全体の数の２７．５％がその後に継続する分
析用に利用可能となるものである。同様に、質量比が１
００であれば、デューテイサイクルは１０．７％となる
であろう。本発明のイオン貯蔵デバイスにより到達可能
なデューテイサイクルは、連続イオンビームを使用する
これまで知られたイオン貯蔵デバイスに対する顕著な改
良を表わし、このイオン貯蔵デバイスを内蔵する飛行時
間型質量分析システムは比較的高感度に達し得るもので
ある。

【００２９】所望されるならば、イオン貯蔵期間の継続
時間は、特定の質量対電荷比を有するイオンを検出する
ために識別するように設定され得る。例えば、より軽い
イオンに優先して、比較的重いイオンを検出することが
望まれるならば、イオン貯蔵期間は比較的長い継続時間
を有するものと思われる。これまでに説明したように、
関心のあるイオンは実際上、逆静電電界はそれぞれのイ
オン貯蔵期間の間印加されている間最大距離ｘＴを進む
必要がなく、かつ典型的には、このようなイオンは約０
．７ｘｒの距離だけ進めばよい。したがって、逆静電界
は規定された領域Ｒの対応する下流部分を越えて印加さ
れる必要はなく、したがって下流電極５と１個またはそ
れ以上の下流双曲面電極（例えば４ｎ，４ｎ−１）は図
４に示した電極構造からは除去され得る。

【００３０】イオン貯蔵デバイスに入来するイオンはや
はり経路Ｐの位置で時間焦点に合わせられることになる
が、これは図２の位置Ｐ２に対応して、電極５の退去用
開口により占有されていたと思われるものである。しか
しながらイオンは、電極構造の下流端における双曲面電
極における開口を介して時間焦点の上流の位置において
電極構造から退去するであろう。同様の方式で、Ｖ部分
の電極、および選択的には図６ないし図８を参照して説
明した「２次元」電極構造から、分離した下流電極の１
個またはそれ以上を除去することも可能と思われる。こ
の場合、該構造の端部電極はそれぞれの等電位面に対応
する双曲面断面の板となるであろう。上記の如く、イオ
ン貯蔵デバイスが特に有用である点は、貯蔵されたイオ
ンが比較的空間−電荷効果を受けることなく、また「反
転」時間による遅延を受けないことである。別の有利な
点は、ソース抽出や焦点合わせ光学系を用いてイオンが
時間調節をされないということに基づくものである。

【００３１】また、上記のイオン貯蔵デバイスは、高圧
ソースを含み、何等かの形式のイオンレンズとイオンソ
ースを使用し得る。しかしながら一定の質量対電荷比に
対して、規定された領域に入来するイオンは、（必ずし
も必要ではないが）すべて同じエネルギーを有すること
が好ましい。それ故に、関連するイオン源が比較的小さ
なエネルギーの拡がりを有するイオンを発生するならば
、イオン貯蔵デバイスはより高い質量分解能に達し得る
。エネルギー拡がりが通常全く小さい（ほゞ０．５ｅＶ
）であるイオン源は、通常液体およびガスクロマトグラ
フイ型質量分析法で使用される電子衝撃ソースと熱スプ
レーソースを備えている。更に、イオン貯蔵デバイスは
比較的高いデューテイサイクルを有するから、該デバイ
スは（例えば生物学や生化学のサンプルのような）微小
サンプル容積の分析にも十分適するものであり、このよ
うな微小サンプル容積は、例えば液体クロマトグラフの
ような従来のインレットシステムを使用する比較的短時
間目盛を越えて輸送され得るものである。

【００３２】上記イオン貯蔵デバイスは相異なる質量対
電荷比を有するイオンの貯蔵と空間的時間焦点合わせの
両方を必要とする応用に一般的に利用性を有することが
理解されるであろう。特定の応用において、イオン貯蔵
デバイスは飛行時間形質量分析装置の飛行経路で構成し
、規定された領域を退去する相異なる質量対電荷比を有
するイオンは適切な検出器を用いて、相異なる時間に個
別的に検知されるものである。

【００３３】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のイオン貯蔵デバイスを内蔵する飛行時
間型質量分析装置の概略構成図である。

【図２】図１のイオン貯蔵デバイスにおける規定された
領域を図示する説明図である。

【図３】イオン貯蔵デバイスにおいて使用される双曲面
状の「３次元」電極構造を示す構成図である。

【図４】複数の双曲面電極と下流円錐状電極を有する電
極構造の変形例を示す構成図である。

【図５】ロッド形双曲面電極とＶ形状横軸断面を有する
電極との組合せ構造を示す構成図である。

【図６】単極電極構造の変形例を示す構成図である。

【図７】四重極静電界を発生する電極構造における等電
位面を示す構造図である。

【図８】「２次元」単極電極構造による横軸断面図であ
る。

【符号の説明】

１…イオン源 ２…イオン貯蔵デバイス ３…検出器 ４…双曲面電極 ５…円錐状電極 ６…入来用開口 ７…退去用開口 １０…ロッド形状の上流電極 １１，２１…Ｐ１，Ｐ２の開口 ２０…下流電極 １２，１３…側面壁 １５，１６…側面 ４０…静電偏向装置 ４１，４１′…電極板 ４１，４１′…電極板

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　経路に沿って移動するイオンを貯蔵す
   るイオン貯蔵デバイスであって、該イオン貯蔵デバイス
   は、プリセット時間間隔の最初の部分のみの間イオンが
   逆静電界の影響を受けるように電界を発生する手段を具
   備し、逆静電界は、同じ質量対電荷比を有し、かつ該プ
   リセット時間間隔の上記最初の部分の間にイオン貯蔵デ
   バイスに入来するイオンは、その時間間隔の残余の部分
   の間にすべて時間の焦点に合わせられるような空間的変
   化を有することを特徴とするイオン貯蔵デバイス。
2. 【請求項２】　　逆静電界の空間的変化は、該プリセッ
   ト時間間隔の上記最初の部分の間のイオン速度が、イオ
   ンが時間焦点に合わせられる点からの経路に沿ってのイ
   オンの分離に線形状に関係しているようになっている、
   請求項１記載のイオン貯蔵デバイス。
3. 【請求項３】　　逆静電界が四重極静電界である、請求
   項１または請求項２記載のイオン貯蔵デバイス。
4. 【請求項４】　　電界発生手段が該イオン貯蔵デバイス
   の長手方向軸の回りに回転対称性を有する電極構造（４
   ，５；４１，４２　　…４ｎ，５）を具備する、請求項
   ３記載の質量分析システム。
5. 【請求項５】　　該電極構造は球面状又は、双曲面状電
   極面を有する第１の電極（４）と、該第１の電極（４）
   の電極面に対向する円錐形電極面を有する第２の電極（
   ５）とを具備し、該第２の電極（５）は、全体の、もし
   くはそれぞれのプリセット時間間隔の上記最初の部分の
   間の該第１の電極（４）に関して逆電圧（Ｖ０）に維持
   され、イオンが該イオン貯蔵デバイスを退去し得る退去
   用開口（７）を有し、かつ該第１の電極（４）は該イオ
   ンがイオン貯蔵デバイスに入来し得る入来用開口（６）
   を有することを特徴とする、請求項４記載の質量分析シ
   ステム。
6. 【請求項６】　　逆電圧（Ｖ０）は、イオンが第２の電
   極（５）の退去用開口（７）において上記時間焦点に合
   わせられるようになっている、請求項５記載の質量分析
   システム。
7. 【請求項７】　　該電極構造は該イオン貯蔵デバイスの
   長手方向軸に沿って間隔をもって距てられた複数の電極
   （４１，４２，…４ｎ）を具備し、それぞれの複数の電
   極（４１，４２，…４ｎ）は四重極静電界のそれぞれの
   等電位面（Ｑ１，Ｑ２，…Ｑｎ）に実質的に一致し、全
   体のもしくはそれぞれの上記プリセット時間間隔の最初
   の部分の間のそれぞれの相対的逆電圧に維持され、かつ
   該イオンをしてイオン貯蔵デバイスを通って進行するこ
   とを可能にするそれぞれの開口を有するものである、請
   求項４記載の質量分析システム。
8. 【請求項８】　　該電極構造は円錐形電極面をもつ別の
   電極（５）を具備し、該別の電極５は、イオンがイオン
   貯蔵デバイスを退去し得る退去用開口を有し、全体又は
   それぞれの上記プリセット時間間隔の最初の部分の間、
   相対的な逆電圧（Ｖ０）に維持されるようになっている
   、請求項７記載の質量分析システム。
9. 【請求項９】　　該電極におけるそれぞれの逆電圧は、
   イオンが該別の電極（５）の退去用開口において時間焦
   点に合わせられるようになっている、請求項８記載の質
   量分析システム。
10. 【請求項１０】　　該電界発生手段は単極電極構造を有
    し、該単極電極構造は、実質的にＶ字形の横軸断面の電
    極面を有する第１の電極（２０）と、該第１の電極（２
    ０）の電極面に対向する曲面で囲まれた横軸断面の電極
    面を有する第２の電極（１０）とを具備し、該第１の電
    極（２０）は動作時に該第２の電極（１０）に関する逆
    電圧に維持され、かつイオンが該デバイスを退去し得る
    開口（２１）を備え、また該第２の電極（１０）はイオ
    ンが該デバイスに入来し得る開口（１１）を備えている
    、請求項３記載のイオン貯蔵デバイス。
11. 【請求項１１】　　該電界発生手段は単極電極構造を有
    し、該単極電極構造は、実質的にＶ字形の横軸断面をも
    つ電気的導電性部材（２０）と、実質的にＶ字形の横軸
    断面をもつ電気的抵抗部材（１０）とを具備し、該電気
    的導電部材と電気的抵抗部材（１０，２０）は、規定さ
    れた領域（Ｒ）を境界づける閉構造を規定し、また該電
    気的導電部材（２０）は該電気的抵抗部材（１０）の頂
    点に対し動作時に逆電圧に維持され、該導電性および抵
    抗部材はイオンが該規定された領域に入来および領域か
    ら退去し得るそれぞれの開口（１１，２１）を有するも
    のである、請求項３記載のイオン貯蔵デバイス。
12. 【請求項１２】　　該単極電極構造体は該構造体の側面
    およびまたは端部に複数の付加的電極を設置せしめてお
    り、各付加的電極は四重極静電界における選択された等
    電位面とのそれぞれの交差線に沿って伸びており、それ
    ぞれの逆電圧に維持されるものである、請求項１０また
    は請求項１１記載のイオン貯蔵デバイス。
13. 【請求項１３】　　該側面は平行であることを特徴とす
    る、請求項１２記載のイオン貯蔵デバイス。
14. 【請求項１４】　　連続的な上記時間間隔の間にイオン
    は静電的逆電界を受けるようになっている先行する請求
    項１ないし１３項のいずれかに記載のイオン貯蔵デバイ
    ス。
15. 【請求項１５】　　全体またはそれぞれの上記プリセッ
    ト時間間隔の残余の部分の間、そのもしくはそれらの期
    間の間に該デバイスにイオンが入来するのを阻止する如
    く動作し得る手段を具備する、先行する；請求項１ない
    し１４項のいずれかに記載のイオン貯蔵デバイス。
16. 【請求項１６】　　該プリセット時間間隔の最初の部分
    の、該プリセット時間間隔の残余の部分に対する比が【
    数１】 に比例するものであり、茲にｒＳは検出されるべき最小
    の質量対電荷比であり、またｒＬは検出されるべき最大
    の質量対電荷比である、先行する請求項１から１５まで
    のいずれかに記載のイオン貯蔵デバイス。
17. 【請求項１７】　　経路に沿って移動するイオンを発生
    するイオンソースと、請求項１から１６までのいずれか
    の請求項に従うイオン貯蔵デバイスと、該イオン貯蔵デ
    バイスの規定された領域から退去するイオンを検知する
    手段、とを具備する飛行時間型質量分析装置。