KR20210097731A - 정전 선형 이온 트랩을 이용하여 다수의 이온을 동시에 분석하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

전하 검출 질량 분광분석기는, 이온 소스, 한 쌍의 동축 정렬된 이온 미러들 사이에 배치된 전하 검출 실린더를 포함하는 정전 선형 이온 트랩(ELIT), ELIT 내에 포획된 이온들을 전하 검출 실린더를 통과할 때마다 이온 미러들 사이에서 앞뒤로 진동시키도록 구성된 전계를 이온 미러들 내에 선택적으로 확립하기 위한 수단, 및 ELIT에 진입하는 이온들의 빔의 궤적을 제어하여 후속 포획되는 이온들을 상기 종축 둘레로 서로 경사지게 오프셋된 상이한 평면형 이온 진동 궤적들로 진동시키고, 이때 각 궤적은 종축을 따라 연장되고 이온 미러의 각각에서 종축과 교차하며, 또는 상이한 원통형 이온 진동 궤적들이 종축 둘레로 서로 방사상 오프셋되어 종축을 따라 각각 연장되는 중첩된 원통형 궤적을 형성하기 위한 수단을 포함할 수 있다.

Description

정전 선형 이온 트랩을 이용하여 다수의 이온을 동시에 분석하기 위한 장치 및 방법

관련 출원에 대한 상호 참조

본원은, 전체 개시 내용이 본원에 참고로 원용되는 2018년 12월 3일에 출원된 미국 가특허출원 제62/774,703호의 우선권과 이점을 주장한다.

정부의 권리

본 발명은 국립 과학 재단이 수여하는 CHE1531823에 따라 정부의 지원을 받아 이루어졌다. 미국 정부는 본 발명에 대한 소정의 권리를 가지고 있다.

본 개시 내용은, 일반적으로 전하 검출 질량 분광분석 기기(charge detection mass spectrometry instrument)에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 정전 선형 이온 트랩(Electrostatic Linear Ion Trap; ELIT)을 이용하여 다수의 이온을 동시에 분석하기 위한 기기에 관한 것이다.

질량 분광분석은, 이온 질량 및 전하에 따라 물질의 기체 이온들을 분리함으로써 해당 물질의 화학 성분들을 식별한다. 이렇게 분리된 이온들의 질량을 측정하기 위해 다양한 기기가 개발되었으며, 이러한 기기들 중 하나가 전하 검출 질량 분광분석기(charge detection mass spectrometer; CDMS)이다. CDMS는, 종래에, 통상적으로 "m/z"라고 하는 측정된 이온 질량-대-전하 비 및 측정된 이온 전하의 함수로서 각 이온에 대하여 이온 질량이 개별적으로 결정되는 단일-입자 기기 및 기술이다. 이러한 CDMS 기기들 중 일부는, 전하 검출 실린더를 통해 이온이 앞뒤로 진동하는 정전 선형 이온 트랩(ELIT) 검출기를 사용한다. 이러한 전하 검출 실린더를 통해 이온을 여러 번 통과시킴으로써, 각 이온에 대해 다수의 측정을 행하며, 이어서 이러한 다수의 측정을 처리하여 이온 질량이 계산될 수 있는 이온 m/z 및 전하를 결정한다.

단일-입자 CDMS는, 통상적으로 질량 스펙트럼을 측정하고 취득하는 데 몇 시간이 걸리는 시간 소모적인 프로세스이다. 샘플 분석 기간을 줄이는 CDMS 기기 및 기술을 개발하는 것이 바람직하다.

본 개시 내용은, 첨부된 청구범위에 기재된 기능부들 중 하나 이상, 및/또는 다음에 따르는 기능부와 이들의 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 제1 양태에서, 다수의 이온을 동시에 측정하기 위한 전하 검출 질량 분광분석기(CDMS)는, 이온들의 빔을 생성 및 공급하도록 구성된 이온 소스, 한 쌍의 동축 정렬된 이온 미러들 및 이들 사이에 배치되며 이들과 동축으로 정렬되어 ELIT의 종축이 각각의 중심을 통과하도록 하는 세장형 전하 검출 실린더를 포함하는 정전 선형 이온 트랩(electrostatic linear ion trap; ELIT)으로서, 한 쌍의 이온 미러 중 제1 이온 미러는 공급된 이온 빔이 ELIT에 진입하는 종축을 중심으로 이온 입구 개구(aperture)를 한정하는, 정전 선형 이온 트랩, 한 쌍의 이온 미러들에 동작가능하게 결합되고, 진입하는 이온들의 빔의 복수의 이온을 ELIT 내에 포획(trap)하고, 포획된 복수의 이온이 전하 검출 실린더를 통과할 때마다 한 쌍의 이온 미러들 사이에서 앞뒤로 진동하게 하도록 구성된 전계를 내부에 선택적으로 확립하기 위한 전압을 생성하도록 구성된 적어도 하나의 전압 소스, 및 ELIT의 이온 입구 개구에 진입하는 이온들의 빔의 궤적을 제어하여, ELIT 내에 후속 포획되는 복수의 이온이 내부에서 진동하게 하며, 이때, 대응하는 복수의 상이한 평면형 이온 진동 궤적이 종축 둘레로 서로 경사지게 오프셋되고, 각 궤적은 종축을 따라 연장되고 한 쌍의 이온 미러의 각각에서 종축과 교차하고, 또는 대응하는 복수의 상이한 원통형 이온 진동 궤적이 종축 둘레로 서로 방사상 오프셋되어 종축을 따라 각각 연장되는 복수의 중첩된 원통형 궤적을 형성하는, 수단을 포함할 수 있다.

제2 양태에서, 다수의 이온을 동시에 측정하기 위한 전하 검출 질량 분광분석기(CDMS)는, 이온들의 빔을 생성 및 공급하도록 구성된 이온 소스, 한 쌍의 동축 정렬된 이온 미러들 및 이들 사이에 배치되며 이들과 동축으로 정렬되어 ELIT의 종축이 각각의 중심을 통과하도록 하는 세장형 전하 검출 실린더를 포함하는 정전 선형 이온 트랩(electrostatic linear ion trap; ELIT)으로서, 한 쌍의 이온 미러 중 제1 이온 미러는 공급된 이온 빔이 ELIT에 진입하는 종축을 중심으로 이온 입구 개구를 한정하는, 정전 선형 이온 트랩, 한 쌍의 이온 미러들에 동작가능하게 결합되고, 진입하는 이온들의 빔의 적어도 2개의 이온을 ELIT 내에 포획하고, 포획된 적어도 2개의 이온이 전하 검출 실린더를 통과할 때마다 한 쌍의 이온 미러들 사이에서 앞뒤로 진동하게 하도록 구성된 전계를 내부에 선택적으로 확립하기 위한 전압을 생성하도록 구성된 적어도 하나의 전압 소스, 및 ELIT의 이온 입구 개구에 진입하는 이온들의 빔의 궤적을 제어하여, ELIT 내에 후속 포획되는 적어도 2개의 이온이 내부에서 진동하게 하며, 이때, 적어도 2개의 상이한 평면형 이온 진동 궤적이 종축 둘레로 서로 경사지게 오프셋되고, 각 궤적은 종축을 따라 연장되고 한 쌍의 이온 미러의 각각에서의 종축과 교차하는, 수단을 포함할 수 있다.

제3 양태에서, 다수의 이온을 동시에 측정하기 위한 전하 검출 질량 분광분석기(CDMS)는, 이온들의 빔을 생성 및 공급하도록 구성된 이온 소스, 한 쌍의 동축 정렬된 이온 미러들 및 이들 사이에 배치되며 이들과 동축으로 정렬되어 ELIT의 종축이 각각의 중심을 통과하도록 하는 세장형 전하 검출 실린더를 포함하는 정전 선형 이온 트랩(electrostatic linear ion trap; ELIT)으로서, 한 쌍의 이온 미러 중 제1 이온 미러는 공급된 이온 빔이 ELIT에 진입하는 종축을 중심으로 이온 입구 개구를 한정하는, 정전 선형 이온 트랩, 한 쌍의 이온 미러들에 동작가능하게 결합되고, 진입하는 이온들의 빔 중의 적어도 2개의 이온을 ELIT 내에 포획하고 포획된 적어도 2개의 이온이 전하 검출 실린더를 통과할 때마다 한 쌍의 이온 미러들 사이에서 앞뒤로 진동하게 하도록 구성된 전계를 내부에 선택적으로 확립하기 위한 전압을 생성하도록 구성된 적어도 하나의 전압 소스, 및 ELIT의 이온 입구 개구에 진입하는 이온들의 빔의 궤적을 제어하여, ELIT 내에 후속 포획되는 적어도 2개의 이온이 내부에서 진동하게 하며 종축을 따라 각각 연장되는 적어도 2개의 중첩된 원통형 궤적을 형성하도록 적어도 2개의 상이한 원통형 이온 진동 궤적이 종축 둘레로 서로 방사상 오프셋되는, 수단을 포함할 수 있다.

제4 양태에서, 이온들을 분리하기 위한 시스템은, 제1 양태, 제2 양태, 또는 제3 양태 중 임의의 양태에 설명된 CDMS, 및 적어도 하나의 분자 특징의 함수로서 이온 소스에 의해 공급되는 생성된 이온들의 빔을 분리하도록 구성된 적어도 하나의 이온 분리 기기를 포함할 수 있고, ELIT에 진입하는 공급되는 이온들의 빔은 적어도 하나의 이온 분리 기기로부터 분리되어 빠져나오는 생성된 이온들의 빔이다.

제5 양태에서, 이온들을 분리하기 위한 시스템은, 샘플로부터 이온들을 생성하도록 구성된 이온 소스, 생성된 이온들을 질량-대-전하 비의 함수로서 분리하도록 구성된 제1 질량 분광분석기, 제1 질량 분광분석기를 빠져나오는 이온들을 수용하도록 위치결정되고 제1 질량 분광분석기를 빠져나오는 이온들을 해리하도록 구성된 이온 해리 스테이지, 이온 해리 스테이지를 빠져나오는 해리된 이온들을 질량-대-전하 비의 함수로서 분리하도록 구성된 제2 질량 분광분석기, 및 이온들의 빔을 생성 및 공급하는 이온 소스가 제1 질량 분광분석기와 제2 질량 분광분석기 중 하나 또는 모두를 포함하도록 이온 해리 스테이지에 병렬 결합된 제1 양태, 제2 양태, 또는 제3 양태 중 임의의 것의 전술된 전하 검출 질량 분광분석기(CDMS)를 포함할 수 있고, 제1 질량 분광분석기의 전구체 이온들의 질량은 CDMS를 사용하여 측정되고, 임계 질량 미만의 질량 값들을 갖는 전구체 이온들의 해리된 이온들의 질량-대-전하 비는 제2 질량 분광분석기를 사용하여 측정되고, 임계 질량 이상의 질량 값들을 갖는 전구체 이온들의 해리된 이온들의 질량-대-전하 비와 전하 값은 CDMS를 사용하여 측정된다.

제6 양태에서, 정전 선형 이온 트랩(ELIT)에 공급된 이온들의 빔의 적어도 2개의 이온을 동시에 측정하는 방법으로서, 상기 ELIT은 한 쌍의 동축 정렬된 이온 미러 및 이들 사이에 배치되며 이들과 동축으로 정렬되어 ELIT의 종축이 각각의 중심을 통과하도록 하는 세장형 전하 검출 실린더를 포함하고, 상기 한 쌍의 이온 미러들 중의 제1 이온 미러가 상기 종축 둘레의 이온 입구 개구를 정의하며, 이를 통하여 상기 공급된 이온들의 빔이 상기 ELIT에 진입한다. 이 방법은, 적어도 하나의 전압 소스를 제어하여 한 쌍의 이온 미러들에 전압을 인가하여 한 쌍의 이온 미러들의 각각을 통해 그리고 전하 검출 실린더를 통해 그리고 한 쌍의 이온 미러들 중의 제2 이온 미러에 의해 정의되는 이온 출구를 통해 ELIT의 이온 입구 개구에 공급되는 이온들의 빔을 투과시키는 이온 투과 전계를 내부에 확립하는 단계로서, 각 이온 투과 전계는 통과하는 이온들을 종축을 향하여 포커싱하도록 구성된, 단계, 적어도 하나의 전압 소스를 제어하여 한 쌍의 이온 미러들에 인가되는 전압들을 수정하여 ELIT의 이온 입구 개구에 공급되는 이온들의 빔의 적어도 2개의 이온을 ELIT 내에 포획하는 이온 반사 전계를 내부에 확립하는 단계로서, 각 이온 반사 전계는, 이온들을 종축을 향하여 또한 포커싱하는 동안 전하 검출 실린더로부터 한 쌍의 이온 미러들 각각에 진입하는 이온들을 정지시켜 전하 검출 실린더를 통해 이온 미러들 중의 나머지 이온 미러를 향하여 다시 반대 방향으로 가속하도록 구성된, 단계, 및 ELIT의 이온 입구 개구에 진입하는 이온들의 빔의 궤적을 제어하여, ELIT 내에 후속 포획되는 적어도 2개의 이온이 내부에서 진동하게 하며, 이때, 적어도 2개의 상이한 평면형 이온 진동 궤적이 종축 둘레로 서로 경사지게 오프셋되고, 각 궤적은 종축을 따라 연장되고 한 쌍의 이온 미러의 각각에서 종축과 교차하는, 단계를 포함할 수 있다.

제7 양태에서, 정전 선형 이온 트랩(ELIT)에 공급된 이온들의 빔의 적어도 2개의 이온을 동시에 측정하는 방법으로서, 상기 ELIT은 한 쌍의 동축 정렬된 이온 미러 및 이들 사이에 배치되며 이들과 동축으로 정렬되어 ELIT의 종축이 각각의 중심을 통과하도록 하는 세장형 전하 검출 실린더를 포함하고, 상기 한 쌍의 이온 미러들 중의 제1 이온 미러가 상기 종축 둘레의 이온 입구 개구를 정의하며, 이를 통하여 상기 공급된 이온들의 빔이 상기 ELIT에 진입한다. 이 방법은, 적어도 하나의 전압 소스를 제어하여 한 쌍의 이온 미러들에 전압을 인가하여 한 쌍의 이온 미러들의 각각을 통해 그리고 전하 검출 실린더를 통해 그리고 한 쌍의 이온 미러들 중의 제2 이온 미러에 의해 정의되는 이온 출구를 통해 ELIT의 이온 입구 개구에 공급되는 이온들의 빔을 투과시키는 이온 투과 전계를 내부에 확립하는 단계로서, 각 이온 투과 전계는 통과하는 이온들을 종축을 향하여 포커싱하도록 구성된, 단계, 적어도 하나의 전압 소스를 제어하여 한 쌍의 이온 미러들에 인가되는 전압들을 수정하여 ELIT의 이온 입구 개구에 공급되는 이온들의 빔의 적어도 2개의 이온을 ELIT 내에 포획하는 이온 반사 전계를 내부에 확립하는 단계로서, 각 이온 반사 전계는, 이온들을 종축을 향하여 또한 포커싱하는 동안 전하 검출 실린더로부터 한 쌍의 이온 미러들 각각에 진입하는 이온들을 정지시켜 전하 검출 실린더를 통해 이온 미러들 중의 나머지 이온 미러를 향하여 다시 반대 방향으로 가속하도록 구성된, 단계, 및 ELIT의 이온 입구 개구에 진입하는 이온들의 빔의 궤적을 제어하여, ELIT 내에 후속 포획되는 적어도 2개의 이온이 내부에서 진동하게 하며, 이때, 적어도 2개의 상이한 원통형 이온 진동 궤적이 서로 종축 둘레로 방사상 오프셋되어, 종축을 따라 각각 연장되는 적어도 2개의 중첩된 원통형 이온 진동 궤적을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

도 1은 제어 및 측정 구성요소가 결합된 정전 선형 이온 트랩(ELIT)의 일 실시예를 포함하는 CDMS 시스템의 단순화된 도면이다.
도 2a는, M1의 미러 전극들이 내부에 이온 투과 전계를 생성하도록 제어되는 도 1에 도시된 ELIT의 이온 미러(M1)의 확대도이다.
도 2b는, M2의 미러 전극들이 내부에 이온 반사 전계를 생성하도록 제어되는 도 1에 도시된 ELIT의 이온 미러(M2)의 확대도이다.
도 3은 도 1에 도시된 프로세서의 일 실시예의 단순화된 도면이다.
도 4a 내지 도 4c는, ELIT 내에서 하나 이상의 이온을 캡처(capture)하고 이온(들)이 이온 미러들 사이에서 그리고 전하 검출 실린더를 통해 앞뒤로 진동하게 하여 다수의 전하 검출 이벤트를 측정 및 기록하도록 이온 미러들의 순차적 제어 및 동작을 도시하는 도 1의 ELIT의 단순화된 도면이다.
도 5a는, ELIT의 이온 입구에 위치결정된 좌표계의 원점과 중첩된 3차원 데카르트 좌표계를 도시하는 도 1 내지 도 2b의 ELIT의 단순화된 사시 단면도이다.
도 5b는 도시된 좌표계의 Y-Z 평면을 따라 볼 때의 도 5a의 ELIT의 이온 입구의 일부의 확대도이다.
도 5c는 도시된 좌표계의 X-Y 평면을 따라 볼 때의 도 5a의 ELIT의 이온 입구의 일부의 확대도이다.
도 6은 도 5a 내지 도 5c에 도시된 3차원 좌표계에 대한 도 1 내지 도 2b 및 도 5a의 ELIT 내의 예시적인 평면형 이온 진동 궤적의 플롯이다.
도 7은 도 5a 내지 도 5c에 도시된 3차원 좌표계에 대한 도 1 내지 도 2b 및 도 5a의 ELIT 내의 예시적인 원통형 이온 진동 궤적의 플롯이다.
도 8은, 도 5a 내지 도 5c에 도시된 3차원 좌표계에 대한 도 1 내지 도 2b 및 도 5a의 ELIT 내에 동시에 포획된 2개의 이온의 예시적인 직교 평면형 진동 궤적을 도시하는 도 6과 유사한 플롯이다.
도 9는, 도 5a 내지 도 5c에 도시된 3차원 좌표계에 대한 도 1 내지 도 2b 및 도 5a의 ELIT 내에 동시에 포획된 2개의 이온의 예시적인 중첩된 원통형 진동 궤적을 도시하는 도 7과 유사한 플롯이다.
도 10은 단면 라인 10-10을 따라 불 때의 도 9의 2개의 중첩된 원통형 진동 궤적 플롯의 단면도이다.
도 11은, ELIT에 진입하는 이온들의 궤적을 선택적으로 제어하여 평면형 또는 원통형 진동 궤적의 분포를 갖는 다수의 이온의 동시 포획을 달성하기 위한 궤적 제어 장치를 포함하는 전하 검출 질량 분광분석기의 일 실시예의 단순화된 도면이다.
도 12는 도 11의 궤적 제어 장치를 동작시키기 위한 프로세스의 일 실시예를 도시하는 단순화된 흐름도이다.

본 개시 내용의 원리에 대한 이해를 촉진하기 위해, 이제 첨부 도면에 도시된 다수의 예시적인 실시예를 참조하며 이를 특정 언어를 사용하여 설명한다.

본 개시 내용은, ELIT 내에서 상이한 진동 궤적을 각각 갖는 다수의 이온의 포획과 개별 측정을 동시에 제공하는 방식으로 ELIT에 진입하는 이온의 궤적을 제어함으로써 전하 검출 질량 분광분석기(CDMS)의 정전 선형 이온 트랩(ELIT) 검출기를 이용하여 다수의 이온을 동시에 분석하기 위한 장치 및 기술에 관한 것이다. 일 실시예에서, 이온 입구 궤적은, 포획된 이온들이 서로 상호 작용할 가능성이 매우 낮은 ELIT 내의 평면형 진동 궤적 기하학적 구조를 선호하는 방식으로 제어될 수 있다. 다른 일 실시예에서, 이온 입구 궤적은, 포획된 이온들이 서로 크게 상호 작용하지 않는 ELIT 내의 원통형 진동 궤적 기하학적 구조를 선호하는 방식으로 제어될 수 있다. 어느 경우든, ELIT를 사용하는 다수의 이온의 이러한 동시 분석은, 종래의 단일-이온 포획 기술을 사용하여 달성할 수 있는 샘플 분석 시간보다 샘플 분석 시간을 상당히 줄일 수 있다.

ELIT의 동작과 관련하여 그리고 본 개시 내용의 목적을 위해, "전하 검출 이벤트"라는 문구는 ELIT의 전하 검출기를 통해 단일 횟수로 통과하는 이온에 연관된 전하의 검출로서 정의되고, "이온 측정 이벤트"라는 문구는 선택된 횟수만큼 또는 선택된 시간 동안 전하 검출기를 통한 이온의 앞뒤 진동으로 인해 발생하는 전하 검출 이벤트들의 모음으로서 정의된다. 전하 검출기를 통한 이온의 앞뒤로의 진동은, 아래에서 상세히 설명되는 바와 같이 ELIT 내의 이온 포획을 제어함으로 인해 발생하므로, "이온 측정 이벤트"라는 문구는 대안으로 본원에서 "이온 포획 이벤트" 또는 간단하게 "포획 이벤트"라고도 칭할 수 있으며, "이온 측정 이벤트", "이온 포획 이벤트", "포획 이벤트", 및 이들의 변형은 서로 동의어로 이해해야 한다.

도 1을 참조해 보면, 제어 및 측정 구성요소들이 결합된 정전 선형 이온 트랩(ELIT)(14)의 일 실시예를 포함하는 CDMS 시스템(10)이 도시되어 있다. 예시된 실시예에서, CDMS 시스템(10)은 ELIT(14)의 입구에 동작가능하게 결합된 이온 소스(12)를 포함한다. 이온 소스(12)는, 예시적으로, 샘플로부터 이온을 생성하기 위한 임의의 종래의 디바이스, 장치, 또는 기술, 예컨대, 전자분무 또는 기타 종래의 이온 생성 디바이스일 수 있으며, 또는 이러한 디바이스, 장치, 또는 기술을 포함할 수 있고, 예를 들어, 이온 질량, 이온 질량-대-전하 비, 이온 이동도 또는 기타 분자 특징에 기초하여 이온들을 분리하기 위한 하나 이상의 디바이스 및/또는 기기, 예컨대 이온 질량-대-전하 비, 이온 이동도 또는 기타 분자 특징에 기초하여 이온들을 필터링하기 위한 하나 이상의 디바이스 및/또는 기기, 예컨대 하나 이상의 이온 트랩과 같은, 이온들을 수집 및/또는 저장하기 위한 하나 이상의 디바이스 및/또는 기기, 이온들을 해리하기 위한 하나 이상의 디바이스 및/또는 기기, 하나 이상의 분자 특징에 따라 이온들의 전하 상태를 정규화하거나 시프트하기 위한 하나 이상의 디바이스 및/또는 기기, 및/또는 이온 흐름 방향에 대하여 임의의 순서로 배열된 이들의 임의의 조합을 추가로 포함할 수 있다.

예시된 실시예에서, ELIT(14)는, 예시적으로 접지 챔버 또는 실린더(GC)에 의해 둘러싸인 전하 검출기(CD)를 포함하고, 자신의 대향 단부들에 각각 위치결정된 대향 이온 미러들(M1, M2)에 동작가능하게 결합된다. 이온 미러(M1)는 이온 소스(12)와 전하 검출기(CD)의 일 단부 사이에 동작가능하게 위치결정되고, 이온 미러(M2)는 전하 검출기(CD)의 반대측 단부에 동작가능하게 위치결정된다. 각각의 이온 미러(M1, M2)는 내부에 각각의 이온 미러 영역 또는 캐비티(R1, R2)를 정의한다. 이온 미러(M1, M2)의 영역(R1, R2), 전하 검출기(CD), 및 전하 검출기(CD)와 이온 미러들(M1, M2) 사이의 공간은, 이하에서 더욱 상세히 설명하는 바와 같이 이온 미러들(M1, M2) 사이에서 ELIT(14)를 통한 이상적인 이온 이동 경로를 예시적으로 나타내는 종축(22)을 중앙에서 함께 정의한다.

예시된 실시예에서, 전압 소스(V1, V2)는 이온 미러(M1, M2)에 전기적으로 각각 연결된다. 각각의 전압 소스(V1, V2)는, 다수(N)의 프로그래밍가능 또는 제어가능 전압을 선택적으로 생성하도록 제어되거나 프로그래밍될 수 있는 하나 이상의 스위칭가능 DC 전압 소스를 예시적으로 포함하며, 여기서 N은 임의의 양의 정수일 수 있다. 상세히 후술하는 바와 같이 각각의 이온 미러(M1, M2)의 2개의 상이한 동작 모드 중 하나를 확립하도록 이러한 전압의 예시적인 예를 도 2a 및 도 2b와 관련하여 이하에서 설명한다. 어느 경우든, 이온은, 전압 소스(V1, V2)에 의해 선택적으로 확립되는 전계의 영향 하에 전하 검출기(CD) 및 이온 미러(M1, M2)를 통해 중심으로 연장되는 종축(22)에 가깝게 ELIT(14) 내에서 이동한다.

전압 소스(V1, V2)는 다수(P)의 신호 경로에 의해 종래의 프로세서(16)에 전기적으로 연결된 것으로 예시적으로 도시되어 있으며, 이러한 프로세서는 명령어를 내부에 저장하는 메모리(18)를 포함하고, 이러한 명령어는, 프로세서(16)에 의해 실행될 때, 프로세서(16)로 하여금, 전압 소스(V1, V2)를 제어하여 각각의 이온 미러(M1, M2)의 영역(R1, R2) 내에서 각각 이온 투과 및 이온 반사 전계(TEF, REF)를 선택적으로 확립하기 위한 원하는 DC 출력 전압을 생성하게 한다. P는 임의의 양의 정수일 수 있다. 일부 대체 실시예에서, 전압 소스(V1, V2) 중 하나 또는 모두는 하나 이상의 일정한 출력 전압을 선택적으로 생성하도록 프로그래밍될 수 있다. 다른 대체 실시예에서, 전압 소스(V1, V2) 중 하나 또는 모두는 임의의 원하는 형상의 하나 이상의 시변 출력 전압을 생성하도록 구성될 수 있다. 대체 실시예들에서 더 많거나 더 적은 전압 소스들이 미러들(M1, M2)에 전기적으로 연결될 수 있다는 점을 이해할 것이다.

전하 검출기(CD)는 전하 감지 전치증폭기(CP)의 신호 입력에 전기적으로 연결된 도전성 전하 검출 실린더의 형태로 예시적으로 제공되며, 전하 감지 전치증폭기(CP)의 신호 출력은 프로세서(16)에 전기적으로 연결된다. 전압 소스(V1, V2)는, 이온 소스(12)로부터 ELIT(14) 내로 이온이 도입되게 하고 캡처된 이온이 전하 검출기(CD)를 반복적으로 통과하도록 이온을 선택적으로 캡처 및 구속하여 내부에서 진동시키는 방식으로 예시적으로 제어된다. 이온이 ELIT(14) 내에 포획, 즉 캡처되고 미러(M1, M2) 사이에서 앞뒤로 진동하면, 전하 전치증폭기(CP)는, 이온이 이온 미러(M1, M2) 사이의 전하 검출 실린더(CD)를 통과함에 따라 전하 검출 실린더(CD)에 유도된 전하(CH)를 검출하고 이에 대응하는 전하 검출 신호(CHD)를 생성하는 종래 방식으로 예시적으로 동작할 수 있다. 복수의 이온 전하 및 진동 주기 값은 내부에 캡처된 각 이온에 대해 전하 검출기(CD)에서 측정되며, 그 결과는 이하에서 더욱 상세히 설명되는 바와 같이 이온 전하 및 질량 값을 결정하도록 기록되고 처리된다.

프로세서(16)는, 또한, 프로세서(16)에 주변 디바이스 신호 입력(들)(PDS)을 제공하고/하거나 프로세서(16)가 신호 주변 디바이스 신호 출력(들)(PDS)을 제공하기 위한 하나 이상의 주변 디바이스(20)(PD)에 예시적으로 결합된다. 일부 실시예에서, 주변 디바이스(20)는 종래의 디스플레이 모니터, 프린터, 및/또는 다른 출력 디바이스 중 적어도 하나를 포함하고, 이러한 실시예에서, 메모리(18)에는 명령어가 내부에 저장되며, 이러한 명령어는, 프로세서(16)에 의해 실행될 때, 프로세서(16)가 하나 이상의 이러한 출력 주변 디바이스(20)를 제어하여 저장 및 디지털화된 전하 검출 신호의 분석을 표시 및/또는 기록하게 한다.

이제 도 2a와 도 2b를 참조해 보면, 도 1에 도시된 ELIT(14)의 이온 미러(M1, M2) 각각의 실시예가 도시되어 있다. 예시적으로, 이온 미러(M1, M2)는, 각 이온 미러가 4개의 이격된 도전성 미러 전극의 캐스케이드형 배열을 포함한다는 점에서 서로 동일하다. 이온 미러(M1, M2) 각각에 대해, 제1 미러 전극(30₁)은 두께(W1)를 갖고 중앙에 직경(P1)의 통로를 정의한다. 엔드캡(32)은, 제1 미러 전극(30₁)의 외면에 부착되거나 그렇지 않으면 결합되고, 각각 대응하는 이온 미러(M1, M2)로의 이온 입구 및/또는 이온 미러로부터의 이온 출구로서 기능하는 개구(A1)를 중앙에 정의한다. 이온 미러(M1)의 경우, 엔드캡(32)은 도 1에 도시된 이온 소스(12)의 이온 출구에 결합되거나 이러한 이온 출구의 일부이다. 각 엔드캡(32)에 대한 개구(A1)는 예시적으로 직경(P2)을 갖는다.

각 이온 미러(M1, M2)의 제2 미러 전극(30₂)은 폭(W2)을 갖는 간격만큼 제1 미러 전극(30₁)으로부터 이격된다. 제2 미러 전극(30₂)은, 제1 미러 전극(30₁)과 같이, 두께(W1)를 가지며, 중앙에 직경(P2)의 통로를 정의한다. 각각의 이온 미러(M1, M2)의 제3 미러 전극(30₃)도 마찬가지로 폭(W2)의 간격만큼 제2 미러 전극(30₂)으로부터 이격된다. 제3 미러 전극(30₃)은 두께(W1)를 가지며 중앙에 폭(P1)의 통로를 정의한다.

제4 미러 전극(30₄)은 폭(W2)의 간격만큼 제3 미러 전극(30₃)으로부터 이격된다. 제4 미러 전극(30₄)은, 예시적으로 W1의 두께를 가지며, 전하 검출기(CD) 주위에 배치된 접지 실린더(GC)의 각 단부에 의해 형성된다. 제4 미러 전극(30₄)은, 예시적으로 원추 형상이며 접지 실린더(GC)의 내면에서 정의된 직경(P3)으로부터 접지 실린더(GC)의 외면(각 이온 미러(M1, M2)의 내면이기도 함)에서의 직경(P1)까지 접지 실린더(GC)의 내면과 외면 사이에서 선형 증가하는 개구(A2)를 중앙에 정의한다.

미러 전극들(30₁ 내지 30₄) 사이에 정의된 공간은 일부 실시예에서 공극, 즉, 진공 갭일 수 있고, 다른 실시예에서 이러한 갭은 하나 이상의 비도전성, 예를 들어, 유전체 재료로 채워질 수 있다. 미러 전극(30₁ 내지 30₄) 및 엔드캡(32)은, 축 방향으로 정렬되며, 즉, 동일선 상에 있으며, 이때, 종축(22)이 각각의 정렬된 통로를 통해 중앙으로 통과하고 또한 개구(A1, A2)를 통해 중앙으로 통과한다. 미러 전극들(30₁ 내지 30₄) 사이의 공간이 하나 이상의 비도전성 재료를 포함하는 실시예에서, 이러한 재료는, 마찬가지로 미러 전극들(30₁ 내지 30₄)을 통해 정의되며 예시적으로 P2 이상의 직경을 갖는 통로와 축 방향으로 정렬된, 즉, 동일선 상에 있는, 각각의 통로를 정의한다. 예시적으로, P1>P3>P2이지만, 다른 실시예에서는 다른 상대적인 직경 배열이 가능하다.

영역(R1)은 이온 미러(M1)의 개구들(A1, A2) 사이에 정의되고, 다른 영역(R2)은 마찬가지로 이온 미러(M2)의 개구들(A1, A2) 사이에 정의된다. 영역들(R1, R2)은 예시적으로 형상 및 부피에 있어서 서로 동일하다.

전술한 바와 같이, 전하 검출기(CD)는, 예시적으로 폭(W3)의 간격만큼 이온 미러들(M1, M2) 중 대응하는 이온 미러들 사이에 위치결정되고 이격된 세장형 도전성 실린더의 형태로 제공된다. 일 실시예에서, W1>W3>W2 및 P1>P3>P2이지만, 대체 실시예에서는 다른 상대적인 폭 배열이 가능하다. 임의의 경우에, 종축(22)은 예시적으로 전하 검출 실린더(CD)를 통해 정의된 통로를 통해 중심으로 연장되며, 이때 종축(22)은 이온 미러(M1, M2)와 전하 검출 실린더(CD)의 조합을 통해 중심으로 연장된다. 동작시, 접지 실린더(GC)는 예시적으로 접지 전위로 제어되며, 이때 각각의 이온 미러(M1, M2)의 제4 미러 전극(30₄)이 항상 접지 전위에 있다. 일부 대체 실시예에서, 이온 미러들(M1, M2) 중 하나 또는 모두의 제4 미러 전극(30₄)은, 임의의 원하는 DC 기준 전위, 또는 스위칭가능 DC 또는 다른 시변 전압 소스로 설정될 수 있다.

도 2a 및 도 2b에 도시된 실시예에서, 전압 소스(V1, V2)는, 각각 4개의 DC 전압(D1 내지 D4)을 생성하고, 전압(D1 내지 D4)을 각각의 이온 미러(M1, M2)의 미러 전극들(30₁ 내지 30₄) 중 각각의 하나의 미러 전극에 공급하도록 구성된다. 미러 전극들(30₁ 내지 30₄) 중 하나 이상이 항상 접지 전위로 유지되는 일부 실시예에서, 하나 이상의 이러한 미러 전극들(30₁ 내지 30₄)은 대안으로 각각의 전압 공급 장치(V1, V2)의 접지 기준에 전기적으로 연결될 수 있고, 대응하는 하나 이상의 전압 출력(D1 내지 D4)은 생략될 수 있다. 대안으로 또는 추가로, 미러 전극들(30₁ 내지 30₄) 중 임의의 2개 이상이 0이 아닌 동일한 DC 값으로 제어되어야 하는 실시예에서, 임의의 이러한 2개 이상의 미러 전극(30₁ 내지 30₄)은 전압 출력들(D1 내지 D4) 중 단일 전압 출력에 전기적으로 연결될 수 있고, 전압 출력들(D1 내지 D4) 중 불필요한 출력 전압은 생략될 수 있다.

각 이온 미러(M1, M2)는, 예시적으로 각 전압 소스(V1, V2)에 의해 생성되는 전압(D1 내지 D4)이 해당하는 각 영역(R1, R2)에서 이온 투과 전계(TEF)를 확립하는 이온 투과 모드(도 2a)와, 각 전압 소스(V1, V2)에 의해 생성되는 전압(D1 내지 D4)이 해당하는 각 영역(R1, R2)에서 이온 반사 전계(REF)를 확립하는 이온 반사 모드(도 2b) 간에 전압(D1 내지 D4)의 선택적 인가에 의해 제어가능 및 전환가능하다. 도 2a의 예에 의해 도시된 바와 같이, 일단 이온 소스(12)로부터의 이온이 이온 미러(M1)의 입구 개구(A1)를 통해 이온 미러(M1)의 영역(R1)으로 날아가면, 이온은, V1의 전압(D1 내지 D4)의 선택적 제어를 통해 이온 미러(M1)의 영역(R1)에서 확립된 이온 투과 전계(TEF)에 의해 이온 트랩의 종축(22)을 향해 포커싱된다. 이온 궤적에 대한 이온 미러(M1)의 영역(R1)에서의 투과 전계의 포커싱 효과의 결과로, 이온 미러(M1)의 개구(A2)를 통해 이온 미러(M1)의 영역(R1)을 빠져나가는 이온은, 즉, 종축(22)에 가까운 전하 검출기(CD)를 통한 이온의 이동 경로를 유지하기 위해 전하 검출기(CD)를 통해 좁은 궤적을 얻게 된다. 전압 소스(V2)의 전압(D1 내지 D4)의 유사한 제어를 통해 이온 미러(M2)의 영역(R2) 내에 동일한 이온 투과 전계(TEF)가 선택적으로 확립될 수 있다. 이온 투과 모드에서, M2의 개구(A2)를 통해 전하 검출 실린더(CD)로부터 영역(R2)으로 진입하는 이온은, 이온 미러(M2)의 출구 개구(A1)를 통해 영역(R2) 내의 이온 투과 전계(TEF)에 의해 종축을 향해 포커싱된다.

도 2b의 예에 의해 도시된 바와 같이, V2의 전압(D1 내지 D4)의 선택적 제어를 통해 이온 미러(M2)의 영역(R2)에 확립된 이온 반사 전계(REF)는, M2의 이온 입구 개구(A2)를 통해 전하 검출 실린더(CD)로부터 이온 영역(R2)에 진입하는 이온을 감속 및 정지시키고, 이온 궤적(38)에 의해 도시된 바와 같이 M2의 개구(A2)를 통해 다시 반대 방향으로 M2에 인접한 전하 검출 실린더(CD)의 단부로 정지되어 있는 이온을 즉시 가속하고, 전하 검출기(CD)를 통해 좁은 이온 궤적을 유지하도록 이온 미러(M2)의 영역(R2) 내의 중심 종축(22)을 향하여 이온을 포커싱하는 역할을 한다. 전압 소스(V1)의 전압(D1 내지 D4)의 유사한 제어를 통해 이온 미러(M1)의 영역(R1) 내에 동일한 이온 반사 전계(REF)가 선택적으로 확립될 수 있다. 이온 반사 모드에서, 전하 검출 실린더(CD)로부터 M1의 개구(A2)를 통해 영역(R1)에 진입하는 이온은, 영역(R1) 내에 확립된 이온 반사 전계(REF)에 의해 감속되고 정지된 다음, 다시 반대 방향으로 M1의 개구(A2)를 통해 M1에 인접한 전하 검출 실린더(CD)의 단부로 가속되고, 전하 검출기(CD)를 통해 좁은 이온 궤적을 유지하도록 이온 미러(M1)의 영역(R1) 내에서 중심 종축(22)을 향하여 포커싱된다. 이온 트랩의 길이를 가로지르고 이온이 트랩의 길이를 따라 앞뒤로 계속 이동할 수 있는 방식으로 이온 영역(R1 및 R2)의 이온 반사 전계(REF)에 의해 반사되는 이온은 포획된 것으로 간주된다.

전술한 이온 투과 모드와 반사 모드 간에 그리고 각각의 이온 미러(M1, M2)를 제어하기 위해 전압 소스(V1, V2)에 의해 생성된 출력 전압(D1 내지 D4)의 예시적인 세트가 이하의 표 I에 도시되어 있다. 다음에 따르는 D1 내지 D4의 값들은 예로서만 제공된 것이며, D1 내지 D4 중 하나 이상의 다른 값이 대안으로 사용될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

이온 미러(M1, M2) 및 전하 검출 실린더(CD)가 도 1 내지 도 2b에서 원통형 통로를 정의하는 것으로서 도시되어 있지만, 대체 실시예에서, 이온 미러(M1, M2) 및/또는 전하 검출 실린더(CD) 중 하나 또는 모두가 비원통형 통로를 정의하여 종축(22)이 중심으로 통과하는 하나 이상의 통로(들)가 원형이 아닌 프로파일 및 단면적을 나타낸다는 점을 이해할 것이다. 다른 실시예에서는, 단면 프로파일의 형상에 관계없이, 이온 미러(M1)를 통해 정의된 통로의 단면적은 이온 미러(M2)를 통해 정의된 통로와 상이할 수 있다.

이제 도 3을 참조해 보면, 도 1에 도시된 프로세서(16)의 일 실시예가 도시되어 있다. 도시된 실시예에서, 프로세서(16)는, 전하 전치증폭기(CP)에 의해 생성된 전하 검출 신호(CHD)를 수신하는 입력 및 종래의 아날로그-대-디지털(A/D) 변환기(42)의 입력에 전기적으로 연결된 출력을 갖는 종래의 증폭기 회로(40)를 포함한다. A/D 변환기(42)의 출력은 제1 연산 디바이스 또는 회로(50(P1))에 전기적으로 연결된다. 증폭기(40)는 전하 전치증폭기(CP)에 의해 생성된 전하 검출 신호(CHD)를 증폭하도록 종래의 방식으로 동작가능하고, 이어서 A/D 변환기는 증폭된 전하 검출 신호를 디지털 전하 검출 신호(CDS)로 변환하도록 종래의 방식으로 동작가능하다. 연산 디바이스(50)는 예시적으로 하나 이상의 종래의 메모리 유닛을 포함하거나 이러한 메모리 유닛에 결합되고, 연산 디바이스(50)는, 예시적으로 프로세서 회로(50)의 메모리에 저장된 이온 측정 이벤트 기록이 다수의 전하 검출 이벤트 측정값을 포함하도록 이온 측정 이벤트에서 이온 측정 이벤트의 각 전하 검출 이벤트에 대한 전하 검출 신호(CDS)를 내부에 저장하도록 동작가능하다.

도 3에 도시된 프로세서(16)는, 전하 전치증폭기(CP)에 의해 생성된 전하 검출 신호(CHD)를 수신하는 제1 입력, 임계 전압 생성기(TG; 46)에 의해 생성된 임계 전압(CTH)을 수신하는 제2 입력, 및 연산 디바이스(50)에 전기적으로 연결된 출력을 갖는 종래의 비교기(44)를 추가로 포함한다. 비교기(44)는, 예시적으로 임계 전압(CTH)의 크기에 대한 전하 검출 신호(CDH)의 크기에 의존하는 자신의 출력에서 트리거 신호(TR)를 생성하도록 종래의 방식으로 동작할 수 있다. 일 실시예에서, 예를 들어, 비교기(44)는, CHD가 CTH보다 작은 한, 기준 전압, 예를 들어, 접지 전위에서 또는 그 근처에서 "비활성" 트리거 신호(TR)를 생성하도록 동작가능하고, CHD가 CTH에 있거나 이를 초과할 때 회로(40, 42, 44, 46, 50)의 공급 전압에서 또는 그 근처에서 "활성" TR 신호를 생성하도록 동작가능하다. 대체 실시예에서, 비교기(44)는, CHD가 CTH보다 작은 한, 공급 전압에서 또는 그 근처에서 "비활성" 트리거 신호(TR)를 생성하도록 동작할 수 있고, CHD가 CTH에 있거나 이를 초과할 때 기준 전위에서 또는 그 근처에서 "활성" 트리거 신호(TR)를 생성하도록 동작가능하다. 통상의 기술자는, 다른 상이한 트리거 신호 크기 및/또는 상이한 트리거 신호 극성이 연산 디바이스(50)에 의해 구별될 수 있는 한 이러한 상이한 트리거 신호 크기 및/또는 상이한 트리거 신호 극성이 트리거 신호(TR)의 "비활성" 및 "활성" 상태들을 확립하는 데 사용될 수 있음을 인식할 것이며, 이러한 임의의 다른 상이한 트리거 신호 크기 및/또는 상이한 트리거 신호 극성은 본 개시 내용의 범위 내에 속하도록 의도된다는 점을 이해할 것이다. 어느 경우든, 비교기(44)는, 기준 전압과 공급 전압 간의 출력의 신속한 스위칭을 방지하기 위해 원하는 양의 히스테리시스를 포함하도록 종래의 방식으로 추가로 설계될 수 있다.

도시된 실시예에서, 연산 디바이스(50)는, 임계 전압(CTH)을 생성하기 위해 임계 전압 생성기(46)를 제어하도록 동작가능하며, 즉, 프로그래밍된다. 일 실시예에서, 임계 전압 생성기(46)는, 디지털 임계 제어 신호(THC)에 의해 정의되는 극성과 크기를 갖는 아날로그 임계 전압(CTH)을 생성하도록, 디지털 임계 제어 신호(THC)에 응답하도록 구성된 종래의 제어가능한 DC 전압 소스의 형태로, 예를 들어, 단일 직렬 디지털 신호 또는 다중 병렬 디지털 신호의 형태로 예시적으로 구현된다. 대체 실시예에서, 임계 전압 생성기(46)는, 디지털 임계 제어 신호(THC)에 의해 정의되는 크기를 갖고 일부 실시예에서는 극성도 갖는 아날로그 임계 전압(CTH)을 생성하도록 직렬 또는 병렬 디지털 임계 전압(TCH)에 응답하는 종래의 디지털-대-아날로그(D/A) 변환기의 형태로 제공될 수 있다. 이러한 일부 실시예에서, D/A 변환기는 프로세서 회로(50)의 일부를 형성할 수 있다. 통상의 기술자는, 원하는 크기 및/또는 극성의 임계 전압(CTH)을 선택적으로 생성하기 위한 다른 종래의 회로 및 기술을 인식할 것이며, 이러한 다른 임의의 종래의 회로 및/또는 기술은 본 개시 내용의 범위 내에 속하도록 의도된 것임을 이해할 것이다.

연산 디바이스(50)는, 이온 미러(M1, M2)의 영역(R1, R2) 내에서 이온 투과 전계 및 이온 반사 전계를 각각 선택적으로 확립하기 위해 도 2a 및 도 2b와 관련하여 전술한 바와 같이 전압 소스(V1, V2)를 제어하도록 동작가능하다. 일 실시예에서, 연산 디바이스(50)는, 전하 검출 이벤트 및 이온 측정 이벤트에 대한 전하 검출 신호(CDS)를 수집 및 저장하고, 임계 전압(CTH)의 크기 및/또는 극성이 결정되거나 유도되게 하는 임계 제어 신호(들)(THC)를 생성하고, 비교기(44)에 의해 생성되는 트리거 출력 신호(TR)를 모니터링함으로써 결정된 바와 같이 임계 전압(CTH)에 관한 전하 검출 신호(CHD)에 기초하여 전압 소스(V1, V2)를 제어하도록 방금 설명한 바와 같이 프로그래밍된 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA)의 형태로 예시적으로 제공된다. 본 실시예에서, 도 1과 관련하여 설명된 메모리(18)는 FPGA의 프로그래밍에 통합되고 이의 일부를 형성한다. 대체 실시예에서, 연산 디바이스(50)는, 하나 이상의 종래의 마이크로프로세서 또는 제어기 및 내부에 통합되거나 이에 결합되고 내부에 명령어가 저장된 하나 이상의 첨부 메모리 유닛을 포함할 수 있거나 이러한 예의 형태로 제공될 수 있으며, 명령어는, 하나 이상의 마이크로프로세서 또는 제어기에 의해 실행될 때, 이러한 하나 이상의 마이크로프로세서 또는 제어기가 방금 설명한 바와 같이 동작하게 한다. 다른 대체 실시예에서, 연산 디바이스(50)는, 순수하게 전술한 바와 같이 동작하기 위해 설계된 하나 이상의 종래의 또는 주문형 하드웨어 회로의 형태로 또는 전술한 바와 같이 동작하기 위해 하나 이상의 이러한 하드웨어 회로와 메모리에 저장된 명령어를 실행하도록 동작할 수 있는 적어도 하나의 마이크로프로세서 또는 제어기의 조합으로서 구현될 수 있다.

어느 경우든, 도 3에 도시된 프로세서(16)의 실시예는, 또한, 예시적으로 제1 연산 디바이스(50) 및 도 1에 도시된 하나 이상의 주변 디바이스(20)에 결합된 제2 연산 디바이스(52)를 포함한다. 일부 대체 실시예에서, 연산 디바이스(52)는 하나 이상의 주변 디바이스(20) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 어느 경우든, 연산 디바이스(52)는, 이온 질량 정보를 결정하기 위해 제1 연산 디바이스(50)에 의해 저장된 이온 측정 이벤트 정보를 처리하도록 예시적으로 동작할 수 있다. 연산 디바이스(52)는, 하나 이상의 종래의 마이크로프로세서 및/또는 제어기, 하나 이상의 프로그래머블 회로, 예를 들어, 하나 이상의 필드 프로그래머블 게이트 어레이, 및/또는 하나 이상의 주문형 집적 회로(ASIC)일 수 있거나 이러한 예를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 연산 디바이스(52)는, 이온 측정 이벤트 정보를 처리할 수 있는, 즉, 이온 질량 정보의 분석의 적어도 일부의 양을 결정, 표시, 저장, 및 수행하기 위한 충분한 연산력을 갖는 임의의 종래의 컴퓨터 또는 연산 디바이스의 형태로 제공될 수 있다. 일 실시예에서, 연산 디바이스(52)는 종래의 퍼스널 컴퓨터(PC)의 형태로 제공되거나 포함될 수 있지만, 다른 실시예에서는, 연산 디바이스(52)가, 크거나 작은 연산 파워를 갖는 하나 이상의 컴퓨터 또는 연산 디바이스일 수 있거나 이러한 예에 포함될 수 있다.

전압 소스(V1, V2)는, 이온 미러(M1)의 영역(R1)과 이온 미러(M2)의 영역(R2)에 이온 투과 전계 및 이온 반사 전계를 선택적으로 확립하여 이온이 이온 소스(12)로부터 ELIT(14) 내로 도입된 후, 도입된 이온이 ELIT(14) 내에서 진동하도록 선택적으로 캡처되고 구속되어 캡처된 이온이 M1과 M2 간에 전하 검출기(CD)를 반복적으로 통과하게 하는 방식으로 연산 디바이스(50)에 의해 예시적으로 제어된다. 도 4a 내지 도 4c를 참조해 보면, 도 1의 ELIT(14)의 단순화된 도면이 ELIT(14)의 이온 미러들(M1, M2)의 이러한 순차 제어 및 동작의 예를 도시하고 있다. 다음 예에서, 연산 디바이스(50)는 해당 프로그래밍에 따라 전압 소스(V1, V2)의 동작을 제어하는 것으로 설명되지만, 대체 실시예에서 전압 소스(V1)의 동작 및/또는 전압 소스(V2)의 동작이 해당 프로그래밍에 따라 연산 디바이스(52)에 의해 적어도 부분적으로 제어될 수 있다는 점을 이해할 것이다.

도 4a에 도시된 바와 같이, ELIT 제어 시퀀스는, 이온 미러(M1)의 영역(R1) 내에 이온 투과 전계를 확립함으로써 이온 미러(M1)를 이온 투과 동작 모드(T)로 제어하도록 전압 소스(V1)를 제어하고 또한 마찬가지로 이온 미러(M2)의 영역(R2) 내에 이온 투과 전계를 확립함으로써 이온 미러(M2)를 이온 투과 동작 모드(T)로 제어하도록 전압 소스(V2)를 제어하는 연산 디바이스(50)로 시작한다. 그 결과, 이온 소스(12)에 의해 생성된 이온은, 이온 미러(M1)로 끌려와 영역(R1)에 확립된 이온 투과 전계에 의해 M1을 통해 전하 검출 실린더(CD) 내로 통과, 즉, 즉 가속된다. 이어서, 이온은, 전하 검출 실린더(CD)를 통과하여 이온 미러(M2)로 이동하며, 여기서 M2의 영역(R2) 내에 확립된 이온 투과 전계가 도 4a에 도시된 이온 궤적(60)에 의해 도시된 바와 같이 M2의 출구 개구(A1)를 통해 이온을 통과, 즉, 가속한다.

이제 도 4b를 참조해 보면, 선택된 기간 동안 및/또는 예를 들어, 연산 디바이스(50)에 의해 캡처된 전하 검출 신호(CDS)를 모니터링함으로써 이온 미러를 통한 성공적인 이온 투과가 달성될 때까지 이온 미러(M1, M2) 모두가 이온 투과 동작 모드에서 동작해온 후에, 연산 디바이스(50)는, 도시된 바와 같이 이온 미러(M1)를 이온 투과 동작 모드(T)에서 유지하면서 이온 미러(M2)의 영역(R2) 내에 이온 반사 전계를 확립함으로써 이온 미러(M2)를 이온 반사 동작 모드(R)로 제어하기 위해 전압 소스(V2)를 제어하도록 예시적으로 동작할 수 있다. 그 결과, 이온 소스(12)에 의해 생성된 이온은, 도 4a에 대해 방금 설명한 바와 같이 이온 미러(M1)로 날아가고 영역(R1)에 확립된 이온 투과 전계에 의해 M1을 통해 전하 검출 실린더(CD) 내로 통과된다. 이어서, 이온은, 전하 검출 실린더(CD)를 통과하여 이온 미러(M2)로 이동하며, 여기서 M2의 영역(R2) 내에 확립된 이온 반사 전계는, 도 4b의 이온 궤적(62)에 의해 도시된 바와 같이 이온을 반사하여 이온이 반대 방향으로 이동하여 전하 검출 실린더(CD)로 되돌아가게 한다.

이제 도 4c를 참조해 보면, 이온 반사 전계가 이온 미러(M2)의 영역(R2)에 확립되었고 이온이 ELIT(14) 내에서 이동한 후, 프로세서 회로(50)는, 이온을 ELIT(14) 내에 포획하기 위해 이온 미러(M2)를 이온 반사 동작 모드(R)에서 유지하면서 이온 미러(M1)의 영역(R1) 내에 이온 반사 전계를 확립함으로써 이온 미러(M1)를 이온 반사 동작 모드(R)로 제어하기 위해 전압 소스(V1)를 제어하도록 동작할 수 있다. 일부 실시예에서, 연산 디바이스(50)는, 선택된 기간 동안, ELIT(14)가 도 4b에 도시된 상태에서 동작한 후에, 즉, M1이 이온 투과 모드(R)에 있고 M2가 이온 반사 모드에 있는 상태에서 동작한 후에, 연산 디바이스(50)가 이온 미러(M1)를 반사 동작 모드(R)로 제어하도록 동작할 수 있는 "랜덤 포획 모드" 또는 "연속 포획 모드"에서 ELIT(14)를 제어하도록 예시적으로 동작가능하며, 즉, 프로그래밍된다. 선택된 기간이 경과될 때까지, ELIT(14)는 도 4b에 도시된 상태에서 동작하도록 제어된다.

이온이 ELIT(14) 내에 포함되어 있다는 어떠한 확인도 없이 M1을 이온 반사 동작 모드로 시간 제어함으로 인해, 랜덤 포획 동작 모드를 사용하면 ELIT(14)에 이온을 포획할 확률이 상대적으로 낮다. 랜덤 포획 동작 모드 동안 ELIT(14) 내에 포획된 이온의 수는 푸아송 분포를 따르며, 이때 단일 이온 포획 이벤트의 수를 최대화하도록 이온 입구 신호 강도를 조정하면, 랜덤 포획 모드에서의 포획 이벤트의 약 37%만이 단일 이온을 포함할 수 있다는 점을 알 수 있다. 이온 입구 신호 강도가 너무 작으면 대부분의 포획 이벤트가 비게 되고, 너무 크면 대부분의 포획 이벤트가 다수의 이온을 포함하게 될 것이다.

다른 실시예에서, 연산 디바이스(50)는, 단일 이온을 내부에 포획할 상당히 큰 확률을 예시적으로 갖는 "트리거 포획 모드"에서 ELIT(14)를 제어하도록 동작가능하며, 즉, 프로그래밍된다. 트리거 포획 모드의 제1 버전에서, 연산 디바이스(50)는, 비교기(44)에 의해 생성된 트리거 신호(TR)를 모니터링하도록, 그리고 트리거 신호(TR)가 "비활성"을 "활성" 상태로 변경할 때/변경하면 전압 소스(V1)를 제어하여 이온 미러(M1)를 반사 동작 모드(R)로 제어하여 ELIT(14) 내에 이온을 포획하도록 동작할 수 있다. 일부 실시예에서, 프로세서 회로(50)는, 트리거 신호(TR)의 상태 변화의 검출 즉시 이온 미러(M1)를 반사 모드(R)로 제어하기 위해 전압 소스(V1)를 제어하도록 동작할 수 있고, 다른 실시예에서는, 프로세서 회로(50)는, 트리거 신호(TR)의 상태 변화의 검출 후에 미리 정의된 또는 선택가능한 지연 기간의 만료시 이온 미러(M1)를 반사 모드(R)로 제어하기 위해 전압 소스(V1)를 제어하도록 동작할 수 있다. 어느 경우든, 트리거 신호(TR)의 "비활성" 상태에서 "활성" 상태로의 상태 변화는, 전하 전치증폭기(CP)에 의해 생성된 전하 검출 신호(CHD)가 임계 전압(CTH)에 도달하거나 임계 전압을 초과함으로 인해 발생하므로, 내부에 포함된 이온에 의해 전하 검출 실린더(CD)에 유도된 전하의 검출에 해당한다. 따라서, 전하 검출 실린더(CD) 내에 이온이 포함된 상태에서, 이온 미러(M1)를 반사 동작 모드(R)로 제어하기 위해 전압 소스(V1)를 연산 디바이스(50)에 의해 제어함으로써, 랜덤 포획 모드에 비해 ELIT(14) 내에 단일 이온을 포획하는 확률을 상당히 개선한다. 따라서, 이온이 이온 미러(M1)를 통해 ELIT(14)에 진입하였고 처음으로 전하 검출 실린더(CD)를 통해 이온 미러(M2)를 향하여 통과하거나 도 4b에 도시된 바와 같이 이온 미러(M2)의 영역(R2) 내에 확립된 이온 반사 전계에 의해 반사된 후에 전하 검출 실린더(CD)를 통해 다시 통과하는 것으로 검출될 때, 이온 미러(M1)는, ELIT(14) 내에 이온을 포획하도록 도 4c에 도시된 바와 같이 반사 모드(R)로 제어된다. 랜덤 포획 동작 모드와 관련하여 간략히 전술한 바와 같이 트리거 포획을 사용하여 신호 강도를 최적화하는 것도 바람직하다. 예를 들어, 최적화된 이온 입구 신호 강도를 사용하는 트리거 포획 모드에서, 단일-이온 포획 이벤트와 획득된 모든 포획 이벤트 간의 비로서 정의되는 포획 효율은, 랜덤 포획의 37%에 비해 90%에 접근할 수 있음이 밝혀졌다. 그러나, 이온 입구 신호 강도가 너무 크면, 포획 효율이 90% 미만이 되며, 이온 입구 신호 강도를 줄여야 한다.

트리거 포획 모드의 제2 버전에서, 도 4b에 도시된 프로세스 또는 단계는 생략되거나 우회되며, ELIT(14)가 도 4a에 도시된 바와 같이 동작하는 상태에서, 연산 디바이스(50)는, 비교기(44)에 의해 생성된 트리거 신호(TR)를 모니터링하고 트리거 신호(TR)가 "비활성"을 "활성" 상태로 변경할 때/변경하면 양측 전압 소스(V1, V2)를 제어하여 각각의 이온 미러(M1, M2)를 반사 동작 모드(R)로 제어하여 ELIT(14) 내의 이온을 포획하거나 캡처하도록 동작가능하다. 따라서, 이온이 이온 미러(M1)를 통해 ELIT(14)에 진입하였고 도 4a에 도시된 바와 같이 전하 검출 실린더(CD)를 통해 이온 미러(M2)를 향하여 처음으로 통과하는 것으로 검출될 때, 이온 미러(M1, M2)는 모두 ELIT(14) 내에 이온을 포획하도록 도 4c에 도시된 바와 같이 반사 모드(R)로 제어된다.

어느 경우든, 이온 미러(M1, M2) 모두가 이온 반사 동작 모드(R)로 제어되어 ELIT(14) 내에 이온을 포획하는 경우, 이온은, 도 4c에 도시된 이온 궤적(64)에 의해 도시된 바와 같이 전하 검출 실린더(CD)를 통과할 때마다, 이온 미러들(M1, M2) 간에 앞뒤로 진동하도록 이온 미러들(M1, M2)의 영역들(R1, R2)에 각각 확립된 대향하는 이온 반사 전계들에 의해 야기된다. 일 실시예에서, 연산 디바이스(50)는, 포획된 이온이 선택한 횟수만큼 전하 검출 실린더(CD)를 통과할 때까지 도 4c에 도시된 동작 상태를 유지하도록 동작가능하다. 대체 실시예에서, 연산 디바이스(50)는, M1(및 일부 실시예에서는 M2)을 이온 반사 동작 모드(R)로 제어한 후 선택된 기간 동안 도 4c에 도시된 동작 상태를 유지하도록 동작 가능하다. 어느 실시예에서든, 전하 검출 실린더(CD)를 통한 이온의 각각의 통과로부터 발생하는 이온 검출 이벤트 정보는 연산 디바이스(50)에 또는 연산 디바이스에 의해 일시적으로 저장된다. 이온이 전하 검출 실린더(CD)를 선택된 횟수만큼 통과했거나 선택한 시간 동안 이온 미러들(M1, M2) 간에 앞뒤로 진동한 경우, 연산 디바이스(50)에 저장되거나 연산 디바이스에 의해 저장되는 이온 검출 이벤트의 총 수는 이온 측정 이벤트를 정의하고, 완료 시, 이온 측정 이벤트는 연산 디바이스(52)로 전달되거나 연산 디바이스에 의해 검색된다. 이어서, 도 4a 내지 도 4c에 도시된 시퀀스는 도 4a에 도시된 시퀀스로 복귀하며, 여기서, 전압 소스(V1, V2)는, 이온 미러(M1, M2)의 영역(R1, R2) 내에 이온 투과 전계를 각각 확립함으로써 이온 미러(M1, M2)를 이온 투과 동작 모드(T)로 각각 제어하도록 전술한 바와 같이 연산 디바이스(50)에 의해 제어된다. 이어서, 도시된 시퀀스가 원하는 만큼 반복된다.

일 실시예에서, 이온 측정 이벤트 데이터는, 예를 들어, 전하 검출 이벤트의 기록된 집합, 즉, 기록된 이온 측정 이벤트 데이터의 푸리에 변환을 연산 디바이스(52)에 의해 또는 연산 디바이스(50)로 연산함으로써 처리된다. 예시적으로, 연산 디바이스(52)는, 예를 들어, 종래의 고속 푸리에 변환(FFT) 알고리즘과 같은(이에 제한되지 않음) 임의의 종래의 디지털 푸리에 변환(DFT) 기술을 사용하여 이러한 푸리에 변환을 연산하도록 동작 가능하다. 어느 경우든, 연산 디바이스(52)는, 이어서 이온 질량-대-전하 비 값(m/z), 이온 전하 값(z), 및 이온 질량 값(m)을 각각 연산된 푸리에 변환의 함수로서 연산하도록 예시적으로 동작할 수 있다. 연산 디바이스(52)는, 연산된 결과를 메모리(18)에 저장하고/하거나 관찰 및/또는 추가 분석을 위한 결과를 표시하기 위해 주변 디바이스들(20) 중 하나 이상을 제어하도록 예시적으로 동작할 수 있다.

ELIT(14)의 대향하는 이온 미러들(M1, M2) 간에 앞뒤로 진동하는 이온(들)의 질량-대-전하 비(m/z)는 다음 등식에 따른 진동 이온(들)의 기본 주파수(ff)의 제곱에 반비례한다는 것을 일반적으로 이해할 수 있다.

여기서 C는 이온 에너지의 함수이고 또한 각 ELIT(14)의 차원의 함수인 상수이고, 기본 주파수(ff)는 종래의 방식으로 연산된 푸리에 변환으로부터 직접 결정된다. 이온 전하(z) 값은, 이온 진동 사이클의 수를 고려하여 FT 기본 주파수의 크기(FTMAG)에 비례한다. 일부 경우에, FFT의 고조파 주파수들 중 하나 이상의 크기(들)는 이온 전하(z)를 결정하기 위해 기본 주파수의 크기에 추가될 수 있다. 어느 경우든, 이온 질량(m)은 이어서 m/z와 z의 곱으로서 계산된다. 따라서, 프로세서 회로(52)는

,

,

를 연산하도록 동작가능하다.

이온 소스(12)에 의해 이온이 생성되는 임의의 특정 샘플에 대해, 예를 들어, 수백 또는 수천 이상의 다수의 이온 포획 이벤트가 통상적으로 수행되며, 이온 질량-대-전하 값, 이온 전하 값, 및 이온 질량 값은 이러한 각 이온 포획 이벤트에 대해 결정/연산된다. 이어서, 이러한 다수의 이온 포획 이벤트에 대한 이온 질량-대-전하 값, 이온 전하 값, 및 이온 질량 값은 결합되어 샘플과 관련된 스펙트럼 정보를 형성한다. 이러한 스펙트럼 정보는 예시적으로 다른 형태를 취할 수 있으며, 그 예로는, 이온 수 대 질량-대-전하 비, 이온 전하 대 이온 질량(예를 들어, 이온 전하/질량 산점도의 형태), 이온 수 대 이온 질량, 이온 수 대 이온 전하 등을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.

전하 검출 질량 분광분석(CDMS)은, 이온의 전하 및 질량-대-전하 비(m/z)를 측정하도록 이온이 이온 검출 또는 측정 스테이지로 향하고 이에 따라 이온의 질량을 결정하는 종래의 단일-이온 분석 기술이다. 이 프로세스는 분석되는 샘플의 질량 스펙트럼을 생성하기 위해 여러 번, 예를 들어 수백 또는 수천 번 반복된다. 이온 검출 또는 측정 스테이지는, 예를 들어, 오버트랩 질량 분석기, 정전 선형 이온 트랩(ELIT), 또는 기타 단일-이온 측정 스테이지 또는 기기를 포함하지만 이에 제한되지 않는 여러 상이한 형태들 중 임의의 형태를 취할 수 있다. 도 1 내지 도 4c에 도시되고 상세히 전술된 것을 포함하는 임의의 설계의 ELIT의 경우, ELIT에 진입하는 이온들은, 통상적으로 이온 입구 개구의 중심을 향해 단단히 포커싱되어 이들의 진입 궤적이 일반적으로 ELIT의 종축과 동일선 상에 있다. 종래의 ELIT 동작에서는, ELIT를 통해 앞뒤로 진동하는 2개 이상의 포획된 이온이 통상적으로 ELIT 내의 진동 궤적의 안정성에 악영향을 미치는 방식으로 서로 상호작용할 가능성이 허용할 수 없을 정도로 높고 이에 따라 m/z 및 전하 측정이 정확하지 않게 되기 때문에, 단일-이온 포획 이벤트만이 분석된다.

ELIT에서 이온의 m/z 및 전하를 정확하게 측정하기 위해서는, 길이방향 진동 주파수가 가능한 안정되어야 한다. 다수의 이온이 ELIT에 진입하여 포획되면, 포획된 이온들은, 이들 간의 거리에 비례하는 반발력을 서로에 대하여 가한다. 이 반발력은 ELIT 내의 이온 진동 궤적을 편향시키고, 이러한 상호작용의 결과로 이온들이 운동량을 교환함에 따라, 진동하는 이온들의 에너지도 변경된다. 포획 이벤트 동안의 이온 진동 궤적 및 에너지 변동은, 이온 진동 주파수를 결정할 수 있는 확실성을 감소시켜 m/z 측정의 정확도를 감소시키기 때문에 바람직하지 않다. 이온 진동 궤적 변동은, 또한, 이러한 변동이 이온 미러(M1, M2)의 영역(R1, R2) 내로의 이온 침투 거리에 영향을 미칠 수 있고 이에 따라 전하 검출 신호(CH)의 듀티 사이클을 변경하고(예를 들어, 도 4a 내지 도 4c 참조) 및 신호 고조파 분포의 확실성을 감소시키기 때문에, 이온 전하 결정의 확실성을 감소시킨다.

이제 도 5a 및 도 6과 도 7을 참조해 볼 때, 도 1 내지 도 2b 및 도 4a 내지 도 4c의 ELIT(14) 내의 상이한 이온 진동 궤적들은, 다중 포획된 이온들 사이의 쿨롱 반발이 최소화된 것으로 간주된다. 구체적으로 도 5a를 참조해 보면, 3차원 데카르트 좌표계가 중첩된 도 1 내지 도 2b 및 도 4a 내지 도 4c의 ELIT(14)의 사시 단면도가 도시되어 있다. 도시된 예에서, z-축은, 전하 검출 실린더(CD) 및 이온 미러(M1, M2)의 영역(R1, R2)을 통해 중심으로 각각 연장되고, 따라서 도 1 및 도 2a와 도 2b에 도시된 바와 같이 ELIT(14)의 중심 종축(22)과 동일선 상에 있다. 이러한 설명을 위해, ELIT(14)의 영역(R1, R2) 및 전하 검출 실린더(CD)는, 도 5a의 예로 도시된 바와 같이 z-축에 수직으로 이어지는 좌표계의 x-축이 영역(R1, R2)과 전하 검출 실린더(CD)를 양분하는 측면 또는 횡단면을 정의하도록 원통형 대칭되는 것으로 가정된다. 마찬가지로 z-축에 수직으로 이어지는 좌표계의 y-축은, 영역(R1, R2) 및 전하 검출 실린더(CD)를 양분하는 중앙(또는 수직 또는 길이방향) 평면을 정의한다. x-축, y-축, 및 z-축의 제로 교차점은, 도 5b에 가장 잘 도시된 바와 같이 엔드캡(32)의 내벽과 같은 높이에 있는 ELIT(14)의 이온 입구(A1)에 임의로 위치한다.

ELIT(14) 내의 단일-이온 진동 궤적의 두 가지 제한적인 형태가 식별되었으며, 여기서 다중 포획된 이온들 사이의 쿨롱 반발은 최소화된다. 이러한 단일-이온 진동 궤적 중 하나는 평면형 이온 진동 궤적(80)의 형태로 도 6의 예로 도시되어 있으며, 나머지 하나는 원통형 이온 진동 궤적(90)의 형태로 도 7의 예로 도시되어 있다.

평면형 이온 진동 궤적(80)은, ELIT(14)의 영역(R1, R2) 및 CD를 통해 앞뒤로 이동하는 이온 이동의 평면 궤적을 예시적으로 나타낸다. 도 6에 도시된 예에서, 평면형 이온 진동 궤적(80)은, 플레어형 베이스(flared base)를 갖는 평면 절두체(82), 반전되어 있지만 그 외에는 플레어형 베이스를 갖고서 동일한 평면 절두체(84), 및 절두체들(82, 84)을 연결하는 대략 직사각형의 평면(86)을 포함한다. 대향되는 평면 절두체들(82, 84)은 이온 미러(M1, M2)의 영역(R1, R2) 내의 플레어 원추형 이온 궤적을 각각 예시적으로 나타내고, 직사각형의 평면(86)은 전하 검출 실린더(CD)를 통한 평면형 이온 궤적을 예시적으로 나타낸다. 따라서, 도 6에 도시된 평면형 이온 진동 궤적(80)의 이온은, 길이방향 z-축(22)을 따라 연장되는 평면형 진동 궤적으로 ELIT(14)를 통해 앞뒤로 진동하며, 이때 진동 궤적은 z-축(22)을 따라 이동할 때 x-y 평면에서 단일 라인으로 크게 구속된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 평면형 이온 진동 궤적(80)은, 각 진동 동안 적어도 한 번 z-축(22)을 통과하고, (전하 검출 실린더(CD)의 길이방향 중심을 통과할 필요는 없지만) 영역(R1)에서 한 번 통과하고, 영역(R2)에서 한 번 통과한다.

도 7의 예에 의해 도시된 원통형 이온 진동 궤적(90)은, ELIT(14)의 영역(R1, R2, 및 CD)을 통해 앞뒤로 이동하는 대략 원통형의 이온 궤적을 나타낸다. 도시된 예에서, 원통형 이온 진동 궤적(90)은, 플레어형 베이스를 갖는 절두체(92), 반전되었지만 그 외에는 동일한 플레어형 베이스를 갖는 절두체(94), 및 절두체들(92, 94)을 연결하는 중앙 실린더(96)를 포함한다. 도 6에 도시된 평면 궤적(80)에서와 같이, 대향 절두체들(92, 94)은 이온 미러들(M1, M2)의 영역들(R1, R2) 내의 플레어 원추형 이온 궤적을 각각 예시적으로 나타내고, 중앙 실린더(96)는 전하 검출 실린더(CD)를 통한 원통형 이온 궤적을 예시적으로 나타낸다. 도 7에 도시된 원통형 이온 진동 궤적(90)의 이온은, 원통형 진동 궤적(90)이 z-축(22)을 따라 z-축 주위로 연장되도록 z-축(22)을 따라 ELIT(14)를 통해 앞뒤로 진동함에 따라 x-y 평면에서 궤도 운동을 예시적으로 겪는다. 이러한 궤도 운동의 결과로, 원통형 이온 진동 궤적(90)은, 도 7에 또한 도시된 바와 같이 영역(R1, R2) 또는 ELIT(14)의 다른 임의의 영역에서 z-축(22)을 통과하지 않는다.

도 6 및 도 7에 각각 도시된 평면형 및 원통형 이온 진동 궤적(80, 90)의 각각은 이온 진입 조건, 특히, 이온 진입 궤적에 크게 의존하는 것으로 결정되었다. 이와 같이, ELIT(14)의 영역(R1)의 개구(A1)에 진입하는 이온의 궤적은, 도 6에 도시된 유형의 평면형 이온 진동 궤적을 선호하는 방식 또는 도 7에 도시된 유형의 원통형 이온 진동 궤적을 선호하는 방식으로 제어될 수 있다. 특히, 이러한 이온 진입 궤적의 제어는, z-축(22)에 대한 진입 이온의 방사상 오프셋의 양 또는 크기의 제어 및 z-축(22)에 대한 이온 진입 각도의 제어 중 하나 또는 조합의 형태를 취할 수 있다. 대안으로 "z-축에 대한 이온 진입 각도"를 본원에서 "각도 발산"(angular divergence)이라고 칭할 수 있으며, 이들 두 용어는 상호 교환가능한 것으로 간주되어야 함을 이해할 것이다.

ELIT(14)에 진입하는 이온의 방사상 오프셋은 일반적으로 z-축(22)과 z-축(22)과 평행한 선 사이의 거리이다. 예를 들어, 도 5b를 참조해 보면, 점선(oz)은 z-축(22)에 평행하지만 z-축으로부터 오프셋되고, 따라서 oz는 하나의 예시적인 방사상 오프셋 조건을 나타낸다. 도 5b에 도시된 바와 같이, 방사상 오프셋 선(oz)을 따라 ELIT(14)의 영역(R1)의 개구(A1)로 이동하는 이온(70)은, 따라서 방사상 오프셋이 단지 "oz"인, 즉, 각도 발산이 거의 없거나 무시될 수 있는(역으로, 실질적으로 0°의 각도 발산을 갖는) 이온 진입 궤적(T1)을 나타낸다. 반면, ELIT(14)에 진입하는 이온의 각도 발산은, 일반적으로 z-축(22)에 대한 각도 또는 이온이 ELIT(14)에 진입하는 방사상 오프셋(존재하는 경우에 해당함)에 대한 각도이다. 도 5b에 또한 도시된 바와 같이, z-축(22)에 대해 각도(DA1)로 ELIT(14)의 영역(R1)의 개구(A1)로 이동하는 이온(72)은, 따라서 DA1의 발산 각도만을 갖는, 즉, z-축(22)에 대한 방사상 오프셋이 실질적으로 없거나 무시될 수 있는 이온 진입 궤적(T1)을 나타낸다. 마지막으로, 방사상 오프셋(oz)에 대한 각도(DA2)로 ELIT(14)의 영역(R1)의 개구(A1)로 이동할 때의 도 5b에 도시된 이온(74)은, z-축(22)에 대한 방사상 오프셋("oz") 및 방사상 오프셋(oz)에 대한 발산 각도(DA2) 모두를 갖는 이온 진입 궤적(T3)을 나타낸다. ELIT(14)에 진입하는 이온이 방사상 오프셋과 각도 발산을 갖는 경우, 이들 둘은 x-y 평면에서 동일한 방향을 따라 있을 수 있지만 반드시 그럴 필요는 없다는 점에 주목해야 한다.

예를 들어, 방사상 오프셋 및/또는 각도 발산과 관련하여 이온 진입 궤적은, ELIT(14)에 진입하는 이온이 ELIT(14) 내에서 평면형 또는 원통형 이온 진동 궤적을 따르는지를 결정한다. 예를 들어, 발산 각도가 있거나 없는 z-축(22)에서 이온 미러(M1)의 개구(A1)로 진입하는 이온은 도 6에 도시된 유형의 평면형 이온 진동 궤적을 따른다. z-축(22)에 대해 방사상 오프셋을 갖지만 발산 각도가 없는(또는 무시할 수 있는)，예컨대, 시준된 진입 궤적을 갖고서 이온 미러(M1)의 개구(A1)에 진입하는 이온은, 마찬가지로 평면형 이온 진동 궤적을 따른다. 반면, 오프셋 축 이외의 임의의 방향을 가리키는 발산 각도와 z-축(22)에 대한 방사상 오프셋 모두를 가지고 이온 미러(M1)의 개구(A1)에 진입하는 이온은 원통형 이온 진동 궤적을 따른다.

ELIT(14)는 전술한 바와 같이 원통형 대칭이라고 가정하기 때문에, 이온 미러(M1, M2)의 이온 반사 동작 모드 동안 영역(R1, R2) 내에서 유도되는 3차원 이온 반사 전계(REF)는, 도 5c의 예에 의해 도시된 바와 같이 x-y 평면을 따른 ELIT(14)의 이온 미러(M1)를 통해 임의의 위치에서 2차원 방사상 슬라이스에 대해 설명될 수 있다. 도 5c를 참조해 보면, 이온 미러(M1)의 영역(R1) 내의 이온(78)은 방사상 거리(r)만큼 z-축으로부터 방사상 오프셋된 것으로 도시된다. 영역(R1) 내에서 (또한 이온 미러(M2)의 영역(R2) 내에서)，이온 반사 전계(REF)는, 도 2b에 대하여 전술한 바와 같이 전하 검출 실린더(CD)로부터 R1에 진입하는 이온(78)을 다시 전하 검출 실린더(CD)를 향하여 이러한 전하 검출 실린더 내로 반사하도록 동작한다. 이온(78)을 전하 검출 실린더(CD)를 향하여 다시 반사하는 것에 추가하여, 이온 반사 전계(REF)는 또한 이온을 z-축을 향하게 한다. 이 힘은, 벡터(F)에 의해 도 5c의 x-y 평면에서 예시적으로 표현되며, 방금 설명한 바와 같이, 벡터(F)의 방향은 방금 설명한 바와 같이 항상 z-축을 가리킨다.

이온 미러(M1)의 영역(R1) 내에 위치하는 이온(78)의 속도는 벡터(V)에 의해 도 5c의 x-y 평면에 표현된다. 이온 속도 벡터(v)는 x-y 좌표계와의 각도(α_v)를 형성하고, 전계 힘 벡터(F)는 마찬가지로 x-y 좌표계와의 각도(α_F)를 형성한다. 힘 벡터 각도(α_F)와 속도 벡터 각도(α_v) 간의 차는 도 5c에 도시된 각도(β)이고, 여기서 β는 두 개의 벡터(F 및 v)의 공선성으로부터의 이온(78)의 편차를 나타낸다. 각도(β)가 0° 또는 180°이도록 속도 벡터(v)가 힘 벡터(F)와 정렬될 때, 이온(78)은 도 6에 도시된 유형의 평면형 이온 진동 궤적을 취한다. 반면, 힘과 속도 벡터(F 및 v) 간의 각도(β)가 각각 0° 또는 180°보다 크거나 작을 때, 이온(78)은 도 7에 도시된 유형의 원통형 이온 진동 궤적을 취한다. 진입 이온의 각도 발산 또는 방사형 오프셋이, 방사상 오프셋과 진입 이온의 각도 발산이 x-y 평면에서 동일한 방향에 있을 때 0이거나 방사상 충분히 작으면, 속도 벡터(v)는 z-방향을 가리키고, 이온 진동 궤적은 평면이 된다. 그러나, 각도 발산과 방사형 오프셋이 x-y 평면에서 상이한 각도에 있다면, 이온 진동 궤적은 원통형이 된다.

ELIT(14)에 진입하는 다수의 이온의 진입 궤적을 적절하게 제어함으로써, 상호작용 가능성이 있는 평면형 이온 진동 궤적의 분포를 선호할 수 있으며, 따라서 ELIT(14)를 통해 동시에 앞뒤로 진동하는 다수의 포획된 이온들 간의 쿨롱 반발이 수용될 수 있을 정도로 낮다. 예를 들어, 도 8을 참조해 보면, ELIT(14) 내에서 동시에 포획되고 앞뒤로 진동하는 다수의 이온의 평면 분포(100)를 나타내는 플롯이 도시된다. 도시된 예에서, 이온의 평면 분포(100)는 x-y 평면에서 2개의 평면형 이온 진동 궤적 사이의 각도(A_R)를 정의하는 이러한 2개의 평면형 이온 진동 궤적(80, 80')을 포함한다. 각각의 평면형 이온 진동 궤적(80, 80')은 ELIT(14) 내에서 포획되고 진동하는 단일 이온을 나타낸다. 도 8에 예시된 예에서, 따라서 ELIT(14) 내에서는 2개의 이온이 포획되어 앞뒤로 진동하며, 이때 각 이온은 고유한 α_F를 갖는 2개의 서로 다른 평면형 이온 진동 궤적(80, 80') 중 하나를 따르며, 여기서 하나의 이온의 α_F와 나머지 이온에 대한 α_F 간의 차가 각도(A_R)이다. 도시된 예에서, A_R은 2개의 평면(80, 80')이 직교하도록 대략 90°이지만, 대안으로 A_R이 90°보다 크거나 작을 수 있음을 이해할 것이다. 도 8에 또한 도시된 바와 같이, 2개의 이온은, 2개의 평면(80, 80')이 서로 교차하는 z-축을 따라서만 서로 잠재적으로 상호작용할 수 있으며, 따라서 일부 실시예에서 2개의 이온 간의 상호작용 가능성은 허용가능하게 낮을 수 있다. 도 8에 도시된 2개의 이온의 평면 이온 분포가 단지 예로서 제공된 것이며, 다른 구현예에서, 이온 진입 궤적은 인접하는 평면형 이온 진동 궤적으로부터 90° 미만의 각도(A_R)만큼 오프셋된 상이한 평면형 이온 진동 궤적을 각각 갖는 2개 이상의 이온을 포획하도록 제어될 수 있음을 이해할 것이다. 따라서, 상이한 평면형 이온 진동 궤적들을 갖는 2개 이상의 이온은 각 평면 각도(A_R)만큼 z-축(22) 주위에서 서로 각도 오프셋된다.

도 5b 및 도 5c와 관련하여 전술한 이온 진입 조건을 감안하면, ELIT(14) 내의 이온의 평면 분포를 선호하는 이온 진입 궤적은 여러 개의 상이한 방식으로 예시적으로 제어될 수 있다. 예로는, z-축(22)을 중심으로 하는 방사상 오프셋들의 분포를 생성하도록 빔의 중심에 있는 종축을 z-축(22) 상에서 중심에 있게 유지하고 전압 공급 장치(V1)의 전압(D1 내지 D4)을 접지된 상태로 유지하면서 이온의 방사상 큰 분포를 갖는 시준된 이온 빔을 이온 미러(M1)의 개구(A1) 내에 주입하고, 시준된 이온 빔을 이온 미러(M1)의 개구(A1) 내에 주입한 다음 V1의 전압(D1 내지 D4)을 조절함으로써 이온 미러(M1)의 이온 영역(R1)의 이온 투과 전계의 집속력을 가변하여 z-축(22)에 있는 초점을 향하는 이온 빔에 각도 수렴을 부여하는 것을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다. 이온 진입 궤적의 이러한 임의의 제어는 ELIT(14) 내의 2개 이상의 이온을 포획할 수 있게 하며, 이는 ELIT(14) 내의 대응하는 2개 이상의 평면형 이온 진동 궤적을 선호하며, 이러한 각각의 궤적은 z-축(22)을 따라 연장되는 인접하는 궤적들에 대하여 x-y 평면에서 각도(A_R)를 형성한다. 다양한 단일 또는 다수의 스테이지 기기는, ELIT(14) 내에서 앞뒤로 진동하는 이온의 평면 분포를 선호하는 방식으로 이온 진입 궤적을 적절하게 제어하도록, 도 1에 도시된 이온 소스(12)의 일부로서 구현될 수 있거나 이온 소스(12)와 ELIT(14) 사이에 배치될 수 있다. 이러한 기기의 예시적인 일 실시예가, 도 11에 도시되어 있으며, 이하에서 자세히 설명한다.

ELIT(14)에 진입하는 다수의 이온의 진입 궤적을 적절하게 제어함으로써, ELIT(14)를 통해 앞뒤로 동시에 진동하는 포획된 다수의 이온 간의 밀접한 상호작용 가능성 및 이에 따른 쿨롱 반발의 가능성이 최소화되는 원통형 이온 진동 궤적의 분포를 선호하는 것도 가능하다. 예로는, 시준된 이온 빔을 z-축(22)을 따라 한 지점으로 포커싱하고 z-축(22)에 대해 방사상 오프셋들의 라인을 따라 그 지점을 스위핑하고, 시준된 이온 빔을 이온 미러(M1)의 개구(A1)에서 평면에 포커싱하고 z-축(22)으로부터 오프셋하고, 시준되지 않은 이온 빔을 ELIT(14)에 주입하는 것을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다. 예를 들어, 도 9를 참조해 보면, ELIT(14) 내에서 동시에 포획되고 앞뒤로 진동하는 다수의 이온의 원통형 분포(110)를 나타내는 플롯이 도시되어 있다. 도시된 예에서, 이온의 원통형 분포(110)는, 원통형 이온 진동 궤적(90')이 원통형 이온 진동 궤적(90) 내에 완전히 중첩된 2개의 원통형 이온 진동 궤적(90, 90')을 포함한다. 각각의 원통형 이온 진동 궤적(90, 90')은 ELIT(14) 내에서 포획되고 진동하는 단일 이온을 나타낸다. 따라서, 도 9에 도시된 예에서, ELIT(14)에서는 내부에 2개의 이온이 포획되어 앞뒤로 진동하며, 각각의 이온은 2개의 상이한 원통형 이온 진동 궤적(90, 90') 중 하나를 따르고, 한 궤적(90')은 나머지 궤적(90) 내에 완전히 중첩된다. 이 구성에서, 궤적(90)을 따르는 이온은 따라서 궤적(90')을 따르는 이온과 크게 상호작용할 기회가 없으며, 그 반대의 경우도 마찬가지이다. 도 9에 도시된 2개의 이온의 원통형 이온 분포는 단지 예로서 제공된 것이며, 다른 구현예에서 이온 진입 궤적들은 연속적으로 중첩된 원통형 이온 진동 궤적들을 갖는 3개 이상의 이온을 포획하도록 제어될 수 있다는 점을 이해할 것이다.

이제 도 10을 참조해 보면, 외부 원통형 이온 진동 궤적(90)은, 도 9의 단면 라인(10-10)을 따라 내경(IR₁) 및 외경(OR₁)을 갖는 것으로서 도시되며, 여기서 IR₁과 OR₁ 사이의 반경 거리는 원통형 궤적(90)의 두께를 정의한다. 내부 원통형 이온 진동 궤적(90')은, 유사하게 도 9의 단면 라인(10-10)을 따라 내경(IR₂) 및 외경(OR₂)을 갖고, 여기서 IR₂와 OR₂ 사이의 반경 거리는 원통형 궤적(90')의 두께를 정의한다. 외부 원통형 이온 진동 궤적(90)의 내경(IR₁)과 내부 원통형 이온 진동 궤적(90')의 외경(OR₂) 사이의 반경 거리는 D_R이다.

원통형 이온 진동 궤적의 내경과 외경은 z-축(22)에 대한 이온 진입 궤적의 반경 오프셋의 크기를 제어함으로써 제어될 수 있다. 따라서, 방사상 분포를 갖는 이온 미러(M1)의 개구(A1)를 통해 다수의 이온이 ELIT(14)에 진입하면, 형성되는 ELIT(14) 내의 다수의 원통형 이온 진동 궤적은 각각 서로 다른 독립적인 반경을 갖게 되며, 이는 다수의 포획된 이온 간의 밀접한 상호작용의 가능성을 최소화하는 데 기여한다. 궤적의 평균 반경과 관련된 원통형 이온 진동 궤적의 두께는, z-축(22)과 평행한 방사상 오프셋 라인에 대한 이온 진입 궤적의 각도 발산의 크기를 제어함으로써 유사하게 제어될 수 있다. 예를 들어, 가장 얇은 원통형 이온 진동 궤적은, β가 90°에 접근할 때 생성된다. 얇은 원통형 이온 진동 궤적은, ELIT(14) 내에 많은 원통형 이온 진동 궤적을 중첩하거나 적층하는 것이 바람직한 실시예에서 바람직하다. 평면형 이온 진동 궤적과 비교해 볼 때, ELIT(14)는, 중첩된 원통형 이온 진동 궤적들과 함께 내부에서 앞뒤로 동시에 진동하는 상당히 더 많은 이온을 수용할 수 있으며, 그 이유는 이러한 중첩된 원통형 이온 진동 궤적 각각이 ELIT(14) 내의 고유한 영역, 즉, 다른 모든 원통형 이온 진동 궤적이 차지하는 것과는 별개이면서 구별되는 영역을 차지하기 때문이다.

도 5b 및 도 5c와 관련하여 전술한 이온 진입 조건이 주어진 경우, ELIT(14) 내의 이온의 원통형 분포를 선호하는 이온 진입 궤적은 여러 개의 다른 방식으로 예시적으로 제어될 수 있다. 예로는, 이온의 평면 분포와 관련하여 전술한 예시적인 기술들(다만 이를 시준되지 않은 이온 빔을 이용하여 실시함으로써 이온들이 방사상 오프셋의 분포를 가질 뿐만 아니라 발산 각도들의 분포도 갖도록 하는) 중 하나 이상을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다. 어느 경우든, 진입 이온의 방사상 오프셋이 ELIT(14)의 z-축(22)으로부터 방사상 거리에서 증가함에 따라, z-축(22)을 향하는 힘 벡터(F)(도 5c 참조)의 크기도 증가한다. 특정 속도 벡터(V)의 경우, 이에 따라 상대적으로 큰 방사상 오프셋을 갖고 ELIT(14)에 진입하는 이온으로 인해 발생하는 원통형 이온 진동 궤적의 내경은, 상대적으로 작은 방사상 오프셋을 갖고 ELIT(14)에 진입하는 이온으로 인해 발생하는 원통형 이온 진동 궤적의 내경보다 작으며, 그 이유는 전자에 작용하는 힘 벡터(F)의 크기가 후자에 작용하는 힘 벡터의 크기보다 작기 때문이다.

또한, 진입하는 이온들의 방사상 오프셋이 증가함에 따라, 힘 벡터(F)로부터 멀어지는 속도 벡터(v)의 크기에 의해 표현되는 발산 각도도, 진입하는 이온이 원통형 이온 진동 궤적을 채택하도록 증가해야 한다. 이는, 속도 벡터(v)가 힘 벡터(F)와 동일한 평면을 따라 가리키고 있는 경우, 즉, β가 0° 또는 180°인 경우, 도 5c에 대해 전술한 바와 같이 이온 운동이 힘 벡터에 의해서만 영향을 받아, 진입하는 이온이 힘 벡터(F)와 동일한 평면에 놓인 진동 궤적을 채택하기 때문이다. 힘 벡터(F)와 동일 평면에 있지 않은, 즉, β가 0° 또는 180°보다 크거나 작은 각도인 임의의 이온 속도 벡터(v)의 성분은, 회전 방향으로 이온에 작용하는 힘이 없기 때문에 이온이 z-축(22)을 따라 앞뒤로 진동하면서 x-y 평면에서 회전하게 한다. ELIT(14)에 포획된 이온이 경험하는 z-축(22)을 향한 힘 벡터(F)의 크기는 이온의 방사상 오프셋에 정비례한다. 이온에 작용하는 힘 벡터(F)는 방사상 오프셋과 함께 증가하므로, z-축(22)으로부터 더욱 멀어지면서 진동하는 이온은 z-축(22)을 향해 더욱 큰 힘 벡터(F)를 받게 되며, 이로 인해 이온의 진동 궤적이 힘 벡터(F)에 의해 좌우되며 더욱 평면적으로 된다. 이 효과를 보상하고 ELIT(14)의 모든 방사상 오프셋에서 원통형 이온 진동 궤적의 형성을 유도하려면, 힘 벡터(F)의 크기가 증가함에 따라, 진입하는 이온이 원통형 진동 궤적을 채택하는 것을 보장하는 적절한 양만큼 속도 벡터(v)의 크기도 힘 벡터(F)에 대하여 수직인 방향으로 증가해야 한다. 다양한 단일 또는 다수의 스테이지 기기는, ELIT(14) 내에서 앞뒤로 진동하는 이온의 원통형 분포를 선호하는 방식으로 이온 진입 궤적을 적절하게 제어하기 위해, 도 1에 도시된 이온 소스(12)의 일부로서 구현될 수 있거나 이온 소스(12)와 ELIT(14) 사이에 배치될 수 있다. 이러한 한 기기의 예시적인 실시예가, 도 11에 도시되어 있으며, 이하에서 자세히 설명한다.

전술한 바에 기초하여, 도 9에 예로써 도시된 중첩된 원통형 이온 진동 궤적들은, ELIT(14) 내에 포획된 다수의 이온 간의 상호작용을 최소화하는 측면에서 도 8의 예에 의해 도시된 각도 분포된 평면형 이온 진동 궤적들보다 우수하다. 그러나, 각도 분포된 평면형 이온 진동 궤적들은 ELIT(14) 내의 이온 상호작용의 가능성을 완전히 제거하지는 못하지만, 이러한 이온 상호작용의 확률은 종래의 이온 진입 제어 기술에 비해 상당히 감소된다. 또한, 도 1 내지 도 2b에 도시되고 전술한 ELIT(14)의 설계에 기초하여, 중첩된 원통형 이온 진동 궤적들의 진동 주파수 안정성은 각도 분포된 평면형 이온 진동 궤적들의 진동 주파수 안정성보다 우수하다. 즉, ELIT(14) 내의 포획 이벤트 동안 이온 진동 주파수의 변동은 원통형 이온 진동 궤적보다 평면형 이온 진동 궤적에 대해 더 크다. ELIT(14) 내의 진동 주파수는 이온 질량-대-전하 비(m/z)를 결정하는 데 사용되므로, m/z 결정 불확실성은 평면형 이온 진동 궤적보다 원통형 이온 진동 궤적에 대해 더 작을 것으로 예상된다. 이것은 다른 ELIT 설계의 경우에는 해당되지 않을 수 있으며, 실제로, 첨부 도면에 도시되고 본원에 설명된 개념은 도 1 내지 도 2b에 도시되고 본원에 설명된 ELIT(14)로부터의 하나 이상의 양태에 있어서 상이한 ELIT 설계 및 구성으로 구현될 수 있음을 이해해야 한다. 또한, ELIT(14)의 설계가 수정될 수 있고/있거나 ELIT 또는 다른 이온 트랩이 진동 주파수의 이러한 변동을 감소시키는 방식으로 설계될 수 있다.

ELIT(14)의 전하 검출 실린더(CD)를 종축을 따라 2개의 절반으로 분할하고 도 3에 도시된 바와 같이 별도의 검출 회로를 각 전하 검출 실린더 절반에 연결하고 각 절반으로부터의 인입 신호를 독립적으로 분석하거나 차등 증폭기를 사용하여 2개의 전하 검출 실린더 절반 간의 차등 측정을 수행하는 것도 가능하다. 각 절반에 대해 별도의 회로를 사용하는 전자의 경우, 각 절반에 대한 디지털화된 신호는, 고속 푸리에 변환 및 포획 이벤트의 과정에 걸쳐 각 전하 검출 실린더 절반에 대한 이온의 평균 근접도와 관련된 기본 주파수 피크의 크기에 의해 분석될 수 있다. 즉, 도 10에서 90과 같은 외경(OR₁)을 갖는 원통형 이온 진동 궤적은, 2개의 전하 검출 실린더 절반으로부터의 특정한 평균 거리에서 진동한다. 푸리에 변환에서 기본 주파수 피크의 크기는, 이온이 전하 검출 실린더 절반들에 얼마나 가까운지에 의존한다. 이로부터, 원통형 이온 진동 궤적의 외경을 추론하고 사용하여, 이온 진동 궤적 분포로 인한 실제 이온 m/z로부터의 편차를 고려하여, 측정된 이온 m/z를 보정할 수 있다. 후자의 경우, 차등 증폭기를 사용하여 2개의 전하 검출 실린더 절반 간의 신호 차를 모니터링할 수 있다. z-축(22)에 매우 가까운, 즉, 외경이 작은 이온 진동 주파수는, 이온이 각 절반으로부터 유사한 거리에 있기 때문에 절반들 간의 신호에 작은 차를 생성한다. 그러나, 외경이 큰 이온 진동 궤적은 하나의 전하 검출 실린더 절반에 나머지 하나보다 훨씬 더 가깝기 때문에, 2개의 절반 간의 신호 차가 커진다. 고속 푸리에 변환을 사용하여, 이온 진동 궤적 외부 반경과 관련하여 디지털화된 차등 증폭기 신호로부터 기본 주파수 크기를 측정할 수 있어서, 이를 3차원 이온 진동 궤적을 확인하여 궤적 분포로부터 발생하는 이온의 측정된 m/z의 편차를 보정하는 방법으로서 부여하게 된다. 대안으로, 전하 검출 실린더(CD)를 전체적으로 남겨 둘 수 있고, 추가 전하 검출 실린더를, 진동 이온이 이온 진동 궤적을 나타내는 추가 실린더에 유도된 이미지 전하를 생성하는 트랩의 다른 임의의 영역에 위치시킬 수 있다.

전술한 바와 같이, ELIT(14) 내에서 평면형 또는 원통형 이온 진동 궤적들의 분포를 선호하는 방식으로 이온 진입 궤적, 즉, ELIT(14)에 진입하는 이온의 궤적을 조절할 수 있으며, 각 궤적을 선호하도록 이온 진입 궤적을 제어하기 위한 일부 예시적인 기술은 위에서 간략하게 설명하였다. 평면형 이온 진동 궤적의 분포를 선호하도록 이온 입구 궤적을 제어하는 이러한 예는, z-축(22)을 중심으로 하는 방사상 오프셋의 분포를 생성하도록 전력 공급 장치(V1)의 전압(D1 내지 D4)을 접지 상태로 유지하고 빔의 중심 종축을 z-축(22)의 중심에 두면서 이온들의 큰 방사상 분포를 갖는 시준된 이온 빔을 이온 미러(M1)의 개구(A1) 내에 주입하는 것, 및 시준된 이온 빔을 이온 미러(M1)의 개구(A1) 내에 주입한 후 V1의 전압(D1 내지 D4)을 조절하여 z-축(22) 상에 놓인 초점을 향하여 이온 빔에 각도 수렴을 부여함으로써 이온 미러(M1)의 이온 영역(R1)의 이온 투과 전계의 집속력을 가변하는 것을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다. 대안으로, 시준된 이온 빔을 z-축(22)을 따른 한 지점 내로 포커싱하고 z-축(22)에 대하여 방사상 오프셋들의 라인을 따라 그 지점을 스위핑하고, 시준된 이온 빔을 이온 미러(M1)의 개구(A1)에서 평면 내로 포커싱하고 그 평면을 z-축(22)으로부터 오프셋하고, 시준되지 않은, 즉, 방사상 오프셋들의 분포뿐만 아니라 각도 발산들의 분포도 포함하는 수렴 또는 발산되는 이온 빔을 이온 미러(M1)의 개구(A1) 내로 주입하는 것은, 원통형 이온 진동 궤적들의 분포를 선호하도록 이온 진입 궤적을 제어하기 위한 예시적인 기술들이다. 이온 진입 궤적의 이러한 임의의 제어는, 각각 평면형 또는 원통형 이온 진동 궤적들의 분포를 선호하는 ELIT(14) 내에 2개 이상의 이온을 포획할 수 있게 한다. 이와 관련하여, 전하 검출 질량 분광분석기(CDMS; 100)의 일 실시예가 도 11에 도시되며, 이러한 전하 검출 질량 분광분석기는, 도 1에 도시되고 전술한 이온 소스(12)를 포함하고, 도 1 내지 도 2b에 도시되고 전술한 ELIT(14)를 포함하고, ELIT(14) 내의 및 ELIT에 의한 다수의 이온의 동시 포획을 달성하며 ELIT(14) 내의 평면형 또는 원통형 이온 진동 궤적들의 분포를 선호하는 방식으로 이온 소스(12)로부터 나오며 ELIT(14)에 진입하는 이온의 궤적을 선택적으로 제어하기 위한 이온 궤적 제어 장치(101)의 예시적인 일 실시예를 포함한다.

이제 도 11을 참조해 보면, 이온 궤적 제어 장치(101)는, 이온 소스(12)와 ELIT(14) 사이에 배치되고 하나 이상의 전압 소스(108)에 및 신호 검출 회로(110)에 동작가능하게 결합된 다수-스테이지 이온 궤적 제어 기기(105)를 예시적으로 포함한다. 하나 이상의 전압 소스(108)는, 선택가능한 극성 및/또는 크기의 하나 이상의 일정한 또는 스위칭 DC 전압을 생성하도록 구성된 임의의 수의 종래의 전압 소스 및 선택가능한 주파수 및/또는 피크 크기의 하나 이상의 시변, 즉, AC 전압을 생성하도록 구성된 임의의 수의 종래의 전압 소스를 예시적으로 포함할 수 있다. 하나 이상의 전압 소스(108) 중의 하나 또는 임의의 조합은, 수동으로 제어될 수 있고/있거나 이러한 전압 소스의 프로세서 제어를 위한 종래의 프로세서(112)에 동작가능하게 결합될 수 있다. 하나 이상의 전압 소스(108)는, 또한, 이온 소스(12)의 하나 이상의 동작 특징을 제어하는 데 사용될 수 있고, 일부 실시예에서, 하나 이상의 전압 소스(108)는, 전술한 바와 같이 도 1에 도시된 전압 소스(V1 및 V2)를 포함할 수 있고 ELIT(14)의 동작을 제어하도록 동작가능하다.

신호 검출 회로(110)는, 이온 궤적 제어 기기(105)의 하나 이상의 동작 조건을 검출하기 위한 종래의 신호 검출 회로 및 하나 이상의 종래의 신호 센서를 예시적으로 포함한다. 일부 실시예에서, 신호 검출 회로(110)는, 도 1에 도시되고 전술한 바와 같이 ELIT(14)에 동작가능하게 결합된 전하 전치증폭기(CP)를 포함할 수 있다. 어느 경우든, 신호 검출 회로(110)는 프로세서(112)에 동작가능하게 결합되고, 따라서 회로(110)에 의해 검출되는 신호는 처리를 위해 프로세서(112)에 제공된다.

프로세서(112)는, 프로세서(114)에 대한 동작 명령어를 저장하고 프로세서(112)에 의해 수집 및/또는 처리된 데이터를 저장하기 위한 적어도 하나의 종래의 메모리 유닛(114)을 예시적으로 포함하거나 이러한 메모리 유닛에 동작가능하게 결합된다. 메모리 유닛은 이온 궤적 제어 기기(105)의 동작 및 제어에 관련되므로, 메모리 유닛(들)(114)은 명령어들의 하나 이상의 세트를 예시적으로 내부에 저장하며, 이러한 명령어들은, 프로세서(112)에 의해 실행될 때, 프로세서(112)가, ELIT(14) 내에서의 및 ELIT에 의한 다수의 이온의 동시 포획을 달성하도록 이온 소스(12)로부터 빠져나와 ELIT(14)에 진입하는 이온의 궤적을 선택적으로 제어하며 ELIT(14)에 진입하는 이온이 내부의 평면형 또는 원통형 이온 진동 궤적들의 분포를 채택하게 하는 방식으로 신호 검출 회로(110)에 의해 생성되는 하나 이상의 신호에 적어도 부분적으로 기초하여 하나 이상의 전압 소스(108)를 제어하게 한다. 프로세서(112)는, 하나 이상의 종래의 마이크로프로세서 및/또는 제어기, 하나 이상의 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA), 하나 이상의 주문형 집적 회로(ASIC), 하나 이상의 종래의 퍼스널 컴퓨터, 랩톱 컴퓨터, 데스크톱 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터 또는 기타 컴퓨터 등 중의 임의의 하나 또는 조합의 형태로 된 하나 이상의 종래의 연산 디바이스를 포함할 수 있다.

예시된 실시예에서, 이온 궤적 제어 기기(105)는 다수의 캐스케이드형 이온 궤적 제어 스테이지를 포함한다. 이러한 스테이지들은 단지 예로서 예시된 것이며 기기(105)의 대체 실시예는 더 많거나 더 적은 이온 궤적 제어 스테이지를 포함할 수 있다는 점을 이해할 것이다. 어느 경우든, 도 11에 도시된 기기(105)는, 일 단부에서 이온 소스(12)에 의해 생성되는 이온을 수용하도록 구성된 이온 입구 및 대향 단부에서 이온 포커싱 스테이지(106)의 이온 입구에 동작가능하게 결합된 이온 출구를 갖는 이온 편향기/오프셋 스테이지(104)의 이온 입구에 동작가능하게 결합된 이온 출구를 갖는 이미지 전하 검출 어레이 스테이지(102)를 예시적으로 포함한다. 이온 포커싱 스테이지(106)의 이온 출구는 ELIT(14)의 이온 미러(M1)의 이온 입구 개구(A1)에 동작가능하게 결합되며, 이때 이온 포커싱 스테이지(106)를 빠져나가는 이온들이 이온 미러(M1)의 개구(A1)를 통해 ELIT(14)에 진입한다.

이미지 전하 검출 어레이 스테이지(102)는 종래의 이미지 전하 검출기의 적어도 2개의 이격된 어레이(102A, 102B)를 예시적으로 포함한다. 이온이 빔의 형태로 이온 소스(12)를 빠져나와 이미지 전하 검출기 어레이(102A, 102B)를 순차적으로 통과함에 따라, 신호 검출 회로(110)의 일부로서 포함된 종래의 이미지 전하 검출 회로는 각각의 이미지 전하 검출 신호를 프로세서(112)에 제공하며, 프로세서(112)는 이러한 신호로부터 각각의 어레이(102A, 102B)를 통해 순차적으로 통과하는 이온의 위치를 결정하도록 동작할 수 있다. 이 정보로부터, 스테이지(102)를 빠져나가는 이온 빔의 궤적이 결정될 수 있다. 이미지 전하 검출 어레이 스테이지(102)가 도 11에 도시되고 본원에서 2개의 이격된 이미지 전하 검출기 어레이만을 포함하는 것으로 설명되고 있지만, 스테이지(102)의 대체 실시예는 더 많거나 더 적은 이격된 이미지 전하 검출기 어레이를 포함할 수 있다는 점을 이해할 것이다.

이온 편향기/오프셋 스테이지(104)는, 하나 이상의 종래의 이온 편향기 및/또는 하나 이상의 종래의 이온 오프셋 장치를 예시적으로 포함한다. 스테이지(102)를 빠져나가는 이온 빔의 연산된 궤적에 기초하여, 프로세서(112)는, 예를 들어, 상세히 전술한 바와 같이 ELIT(14) 내의 이온 진동 궤적들의 선택된 평면형 또는 원통형 분포를 선호하는 이온 진입 궤적을 달성하는 데 필요한 이온 빔 궤적에 대한 조절을 예를 들어 실시간으로 연산하도록 예시적으로 동작가능하다. 이러한 연산된 조절은, 제어 신호의 형태로 스테이지(104)에 있는 하나 이상의 이온 편향기 및/또는 하나 이상의 이온 오프셋 장치에 예시적으로 공급되고, 하나 이상의 이온 편향기 및/또는 하나 이상의 이온 오프셋 장치는, 이러한 제어 신호에 응답하여, 예를 들어, z-축(22)에 대한 이온 빔의 방사상 오프셋 및 z-축(22)에 대한 및/또는 ELIT(14)를 통과하고 z-축(22)과 평행한 축에 대한 이온 빔의 각도 중 하나 또는 모두를 제어함으로써 통과하는 이온 빔의 궤적을 선택적으로 변경한다.

이온 포커싱 스테이지(106)는 하나 이상의 종래의 이온 포커싱 요소를 예시적으로 포함한다. 이온 편향기/오프셋 스테이지(104)를 빠져나가는 조절된 이온 빔의 궤적은 하나 이상의 이온 포커싱 요소를 통과할 때 적절하게 포커싱되고, 이온 포커싱 스테이지(106)로부터 나오는 이온 빔은 전술한 바와 같이 이온 미러(M1)의 입구 개구(A1)를 통해 ELIT(14) 내로 전달된다.

도 11에 점선으로 나타낸 바와 같이, 이온 궤적 제어 기기(105)에 의해 생성되는 예시적인 한 이온 진입 궤적은, ELIT(14) 내에서 평면형 이온 진동 궤적의 분포를 선호하도록 ELIT(14)의 z-축(22)으로부터 방사상으로 오프셋되고 전술한 임의의 기술을 사용하여 적절하게 조작되는 시준된 이온 빔(120)일 수 있다. 도 11에 또한 점선으로 도시된 바와 같이, 이온 궤적 제어 기기(105)에 의해 생성되는 다른 예시적인 한 이온 진입 궤적은, ELIT(14)의 z-축(22)으로부터 방사상으로 오프셋되고 발산 각도들의 분포를 포함하며 ELIT(14) 내에서 원통형 이온 진동 궤적의 분포를 선호하도록 전술한 기술들 중 임의의 것을 사용하여 적절하게 조작되는 시준되지 않은 이온 빔(130)일 수 있다.

일부 대체 실시예에서, 이온 궤적 제어 기기(105)는, 이온을 내부에 수집하고, 수집된 이온을 이온 트랩을 통과하는 z-축(22)을 향해 포커싱하고, 이어서 수집된 이온을 선택적으로 방출하도록 종래 방식으로 프로세서(112)에 의해 제어되는 적어도 하나의 종래의 이온 트랩일 수 있거나 이러한 이온 트랩을 포함할 수 있다. 방출시, 방출되는 이온은, z-축(22)을 중심으로 방사상으로 확장되며, 그 후에 하나 이상의 포커싱 요소에 의해 ELIT(14) 내로 포커싱될 수 있다. 본 실시예에서, 이온 트랩을 빠져나가는 이온 빔은 z-축(22) 주위에 방사상으로 분포된 이온들의 각도 분포를 포함하며, 이러한 이온 진입 궤적은 따라서 원통형 이온 진동 궤도들의 분포를 선호한다.

이온 궤적 제어 기기(105)에 추가하여 또는 그 대신에, 하나 이상의 자기 및 전계 생성기가, ELIT(14)에 대해 적절하게 위치결정될 수 있고 ELIT(14) 내에서 이온 진동 궤적을 제어하거나 안내하는 방식으로 선택적으로 제어될 수 있다. 예를 들어, 생성된 자계 라인이 z-축(22)을 따라 연장되면, ELIT(14) 내에 포획된 이온이 ELIT(14)를 통해 앞뒤로 진동하면서 사이클로트론 운동을 겪게 된다. 또한, 시준된 이온 빔은 ELIT(14)의 z-축(22)과 정렬된 ELIT(14)와 이온 소스(12) 사이에 위치결정된 자기 렌즈에 주입될 수 있다. 렌즈는, 이온이 렌즈를 통해 이동할 때 원통형 이온 진동 궤적을 야기할 수 있는 방향으로 z-축(22)으로부터의 이온 거리에 비례하는 크기를 갖는 방사상 속도를 줄 수 있는 방사형 로렌츠 힘을 이온에 부여한다. 렌즈의 자계 세기는, 렌즈 코일의 전류를 가변하여 평면형 또는 원통형 이온 진동 궤적들의 형성을 선호하는 궤적으로 ELIT(14)에 이온을 진입시키도록 조절될 수 있다. 이러한 제어는 ELIT(14) 내의 원하는 이온 진동 궤적 또는 이온 진동 궤적들의 분포를 유도하거나 향상시킬 수 있다.

통상의 기술자는, 본원에 기술된 이온 입구 조건에 따라 이온 입구 궤적을 안내하고 제어하는 데 사용될 수 있으며 이에 따라 첨부 도면에 도시되고 본원에 설명된 ELIT(14)와 같은 정전 선형 이온 트랩을 갖는 이온 진동 궤적들의 평면형 또는 원통형 분포를 초래하는 다른 종래 기기 및 종래 기기들의 조합을 인식할 것이다. 이러한 다른 임의의 종래 기기들 및 이들의 조합이 본 개시 내용에 의해 고려되고 본 개시 내용의 범위 내에 속하도록 의도된다는 점을 이해할 것이다.

어느 경우든, 다수의 이온이 평면형 또는 원통형 이온 진동 궤적들의 분포를 갖는 ELIT(14)를 통해 앞뒤로 진동하면, ELIT(14)의 전하 검출 실린더(CD)를 통과하는 다수의 이온에 의해 이러한 실린더에 유도되는 전하들은 전하 전치증폭기(CP)에 의해 검출되고, 대응하는 전하 검출 신호(CHD)가 도 1 내지 도 4c와 관련하여 전술한 바와 같이 포획 이벤트의 지속 기간 동안 프로세서(16)에 전달된다. 전술한 바와 같이 포획 이벤트에 대해 저장된 전하 검출 신호들의 모음이 종래의 푸리에 변환 알고리즘을 사용하여 처리될 때, 다수의 포획된 이온 각각에 대응하는 다수의 기본 주파수 피크가 나타날 것이다. 이어서 각각의 이러한 기본 피크에 연관된 고조파 피크를 쉽게 식별할 수 있으며, 이어서 이온 전하, 질량-대-전하, 및 질량은 다수의 포획된 이온 각각에 대해 전술한 바와 같이 결정될 수 있다.

이제 도 12a를 참조해 보면, 본원에 예시되고 설명된 ELIT(14)를 포함할 수 있고, 본원에 예시되고 설명된 전하 검출 질량 분광분석기(100)를 포함할 수 있고, ELIT(14)의 상류에서 이온 소스(12)의 일부를 형성할 수 있는 이온 처리 기기의 임의의 수를 포함할 수 있고/있거나 ELIT(14)를 빠져나가는 이온(들)을 추가로 처리하도록 ELIT(14)의 하류에 배치될 수 있는 이온 처리 기기의 임의의 수를 포함할 수 있는, 이온 분리 기기(200)의 일 실시예의 단순화된 블록도가 도시되어 있다. 이와 관련하여, 이온 소스(12)는, 도 12a에서 이온 소스(12)의 일부이거나 그 일부를 형성할 수 있는 이온 소스 스테이지(IS₁ 내지 IS_Q)의 수(Q)를 포함하는 것으로서 도시되어 있으며, 여기서 Q는 임의의 양의 정수일 수 있다. 대안으로 또는 추가로, 이온 처리 기기(202)는, 도 12a에서 ELIT(14)의 이온 출구에 결합된 것으로서 도시되며, 이온 처리 기기(210)는 이온 처리 스테이지(OS₁ 내지 OS_R)의 임의의 수(R)를 포함할 수 있으며, 여기서 R은 임의의 양의 정수일 수 있다.

이제 이온 소스(12)를 살펴보면, ELIT에 진입하는 이온 소스(12)는, 전술한 바와 같이 하나 이상의 이온 소스 스테이지(IS₁ 내지 IS_Q)의 형태로, 하나 이상의 분자 특징에 따라(예를 들어, 이온 질량, 이온 질량-대-전하, 이온 이동도, 이온 보유 시간 등에 따라) 이온들을 분리하기 위한 하나 이상의 종래 기기, 및/또는 이온들을 수집 및/또는 저장하기 위한 하나 이상의 종래 기기(예를 들어, 하나 이상의 사중극자, 헥사폴, 및/또는 기타 이온 트랩), (예를 들어, 이온 질량, 이온 질량-대-전하, 이온 이동도, 이온 보유 시간 등의 하나 이상의 분자 특징에 따라) 이온들을 필터링하기 위한 하나 이상의 종래 기기, 이온들을 프래그먼트화하거나 그 외에는 해리하기 위한 하나 이상의 종래 기기, 이온 전하 상태를 정규화하거나 시프트 등의 경우를 행하기 위한 하나 이상의 종래의 이온 처리 기기일 수 있거나, 이들을 포함할 수 있다는 점을 이해할 것이다. 이온 소스(12)는, 이러한 임의의 종래의 이온 소스들, 이온 분리 기기들, 및/또는 이온 처리 기기들 중 하나 또는 임의의 조합을 임의의 순서로 포함할 수 있고, 일부 실시예는 이러한 임의의 종래의 이온 소스들, 이온 분리 기기들, 및/또는 이온 처리 기기들 중의 다수의 인접하거나 이격된 것들을 포함할 수 있음을 이해할 것이다.

이제 이온 처리 기기(202)를 살펴보면, 기기(202)는, 하나 이상의 이온 처리 스테이지(OS₁ 내지 OS_R)의 형태로 된, 하나 이상의 분자 특징에 따라(예를 들어, 이온 질량, 이온 질량-대-전하, 이온 이동도, 이온 보유 시간 등에 따라) 이온들을 분리하기 위한 하나 이상의 종래 기기, 이온들을 수집 및/또는 저장하기 위한 하나 이상의 종래 기기(예를 들어, 하나 이상의 사중극자, 헥사폴, 및/또는 기타 이온 트랩), (예를 들어, 이온 질량, 이온 질량-대-전하, 이온 이동도, 이온 보유 시간 등의 하나 이상의 분자 특징에 따라) 이온들을 필터링하기 위한 하나 이상의 종래 기기, 이온들을 프래그먼트화하거나 그 외에는 해리하기 위한 하나 이상의 종래 기기, 이온 전하 상태를 정규화하거나 시프트하기 위한 하나 이상의 종래 기기 등일 수 있거나 이들을 포함할 수 있다는 점을 이해할 것이다. 이온 처리 기기(202)는, 이러한 임의의 종래의 이온 분리 기기 및/또는 이온 처리 기기 중의 하나 또는 임의의 조합을 임의의 순서로 포함할 수 있으며, 일부 실시예는 이러한 임의의 종래의 이온 분리 기기 및/또는 이온 처리 기기 중 다수의 인접하거나 이격된 것들을 포함할 수 있다는 점을 이해할 것이다. 이온 소스(12) 및/또는 이온 처리 기기(202)가 하나 이상의 질량 분광분석기를 포함하는 임의의 구현예에서, 임의의 하나 이상의 이러한 질량 분광분석기는, 예를 들어, 비행시간(TOF) 질량 분광분석기, 리플렉트론(reflectron) 질량 분광분석기, 푸리에 변환 이온 사이클로트론 공명(FTICR) 질량 분광분석기, 사중극자 질량 분광분석기, 삼중 사중극자 질량 분광분석기, 자기 섹터 질량 분광분석기 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는 임의의 종래 설계로 된 것일 수 있다.

어떤 식으로든 제한적인 것으로서 간주하지 않아야 하는 도 12a에 도시된 이온 분리 기기(200)의 특정한 일 구현예로서, 이온 소스(12)는 3개의 스테이지를 예시적으로 포함하고, 이온 처리 기기(202)는 생략된다. 본 구현예에서, 이온 소스 스테이지(IS₁)는 종래의 이온 소스, 예를 들어, 일렉트로스프레이, MALDI 등이고, 이온 소스 스테이지(IS₂)는 종래의 이온 필터, 예를 들어, 사중극자 또는 헥사폴 이온 가이드이고, 이온 소스 스테이지(IS₃)는 전술한 유형들 중 임의의 유형의 질량 분광분석기이다. 본 실시예에서, 이온 소스 스테이지(IS₂)는, 하류 질량 분광분석기에 의한 분석을 위해 원하는 분자 특징을 갖는 이온을 미리 선택하고 이러한 미리 선택된 이온만을 질량 분광분석기에 전달하도록 종래 방식으로 제어되며, 여기서 ELIT(14)에 의해 동시에 분석되는 다수의 이온은 질량-대-전하 비에 따라 질량 분광분석기에 의해 분리된 미리 선택된 이온들이다. 이온 필터를 빠져나가는 미리 선택된 이온은, 예를 들어, 특정된 이온 질량 또는 질량-대-전하 비를 갖는 이온, 특정된 이온 질량 또는 이온 질량-대-전하 비 초과 및/또는 미만의 이온 질량 또는 이온 질량-대-전하 비를 갖는 이온, 이온 질량 또는 이온 질량-대-전하 비의 특정된 범위 내의 이온 질량 또는 이온 질량-대-전하 비를 갖는 이온 등일 수 있다. 이 예의 일부 대체 구현예에서, 이온 소스 스테이지(IS₂)는 질량 분광분석기일 수 있고, 이온 소스 스테이지(IS₃)는 이온 필터일 수 있으며, 이온 필터는, 그 외에는 하류 ELIT(14)에 의한 분석을 위해 원하는 분자 특성을 갖는 질량 분광분석기를 빠져나가는 이온을 미리 선택하도록 방금 설명한 바와 같이 동작가능할 수 있다. 이 예의 다른 대체 구현예에서, 이온 소스 스테이지(IS₂)는 이온 필터일 수 있고, 이온 소스 스테이지(IS₃)는 다른 이온 필터를 수반하는 질량 분광분석기를 포함할 수 있으며, 여기서 이온 필터 각각은 방금 설명된 바와 같이 동작한다.

어떤 식으로든 제한하는 것으로서 간주하지 않아야 하는 도 12a에 도시된 이온 분리 기기(200)의 또 다른 특정 구현예로서, 이온 소스(12)는 2개의 스테이지를 예시적으로 포함하고, 이온 처리 기기(202)는 다시 생략된다. 이 예시적인 구현예에서, 이온 소스 스테이지(IS₁)는 종래의 이온 소스, 예를 들어, 일렉트로스프레이, MALDI 등이고, 이온 소스 스테이지(IS₂)는 전술한 유형들 중 임의의 유형의 종래의 질량 분광분석기이다. 본 구현예에서, 기기(200)는, ELIT(14)가 질량 분광분석기를 빠져나가는 다수의 이온을 동시에 분석하도록 동작할 수 있는 전하 검출 질량 분광분석기(CDMS)(100)의 형태를 취한다.

어떤 식으로든 제한적인 것으로서 간주하지 않아야 하는 도 12a에 도시된 이온 분리 기기(200)의 또 다른 특정 구현예로서, 이온 소스(12)는 2개의 스테이지를 예시적으로 포함하고, 이온 처리 기기(202)는 생략된다. 이 예시적인 구현예에서, 이온 소스 스테이지(IS₁)는 종래의 이온 소스, 예를 들어, 일렉트로스프레이, MALDI 등이고, 이온 소스 스테이지(IS₂)는 종래의 단일 또는 다수-스테이지 이온 이동도 분광분석기이다. 이 구현예에서, 이온 이동도 분광분석기는 이온 이동도의 하나 이상의 기능에 따라 시간 경과에 따라 이온 소스 단계(IS₁)에 의해 생성되는 이온들을 분리하도록 동작할 수 있으며, ELIT(14)는 이온 이동도 분광분석기를 빠져나가는 다수의 이온을 동시에 분석하도록 동작할 수 있다. 이 예의 대체 구현예에서, 이온 처리 기기(202)는, 단일 스테이지(OS₁)로서(또는 다수-스테이지 기기의 스테이지(OS₁)로서) 종래의 단일 또는 다수-스테이지 이온 이동도 분광분석기를 포함할 수 있다. 이 대체 구현예에서, ELIT(14)는 이온 소스 스테이지(IS₁)에 의해 생성되는 다수의 이온을 동시에 분석하도록 동작할 수 있으며, 이온 이동도 분광분석기(OS₁)는 이온 이동도의 하나 이상의 기능에 따라 시간 경과에 따라 ELIT(14)로부터 빠져나오는 이온들을 분리하도록 동작할 수 있다. 이 예의 또 다른 대체 구현예로서, 단일 또는 다수-스테이지 이온 이동도 분광분석기는 이온 소스 스테이지(IS₁) 및 ELIT(14) 모두를 따를 수 있다. 이 대체 구현예에서, 이온 소스 스테이지(IS₁)를 따르는 이온 이동도 분광분석기는, 이온 이동도의 하나 이상의 기능에 따라 시간 경과에 따라 이온 소스 스테이지(IS₁)에 의해 생성되는 이온들을 분리하도록 동작할 수 있으며, ELIT(14)는 이온 소스 스테이지 이온 이동도 분광분석기를 빠져나오는 다수의 이온을 동시에 분석하도록 동작할 수 있고, ELIT(14)를 따르는 이온 처리 스테이지(OS₁)의 이온 이동도 분광분석기는 이온 이동도의 하나 이상의 기능에 따라 시간 경과에 따라 ELIT(14)로부터 빠져나오는 이온들을 분리하도록 동작할 수 있다. 이 단락에서 설명되는 실시예의 임의의 구현예에서, 추가 변형예는, 이온 소스(12) 및/또는 이온 처리 기기(202)에서 단일 또는 다수-스테이지 이온 이동도 분광분석기의 상류 및/또는 하류에 동작가능하게 위치결정된 질량 분광분석기를 포함할 수 있다.

어떤 식으로든 제한적인 것으로서 간주하지 않아야 하는 도 12a에 도시된 이온 분리 기기(200)의 또 다른 특정 구현예로서, 이온 소스(12)는 2개의 스테이지를 예시적으로 포함하고, 이온 처리 기기(202)는 생략된다. 이 예시적인 구현예에서, 이온 소스 스테이지(IS₁)는, 종래의 액체 크로마토그래피, 예를 들어, 분자 보유 시간에 따라 용액에서 분자를 분리하도록 구성된 HPLC 등이고, 이온 소스 스테이지(IS₂)는 기존의 이온 소스, 예를 들어, 일렉트로스프레이 등이다. 본 구현예에서, 액체 크로마토그래프는 용액에서 분자 성분을 분리하도록 동작할 수 있고, 이온 소스 스테이지(IS₂)는 액체 크로마토그래프를 빠져나가는 용액 흐름으로부터 이온을 생성하도록 동작할 수 있으며, ELIT(14)는 이온 소스 스테이지(IS₂)에 의해 생성되는 다수의 이온을 동시에 분석하도록 동작할 수 있다. 이 예의 대체 구현예에서, 이온 소스 스테이지(IS₁)는, 대신 용액에서 분자들을 크기별로 분리하도록 동작할 수 있는 종래의 크기-배제 크로마토그래프(SEC)일 수 있다. 다른 대체 구현예에서, 이온 소스 스테이지(IS₁)는 종래의 SEC를 수반하는 종래의 액체 크로마토그래프를 포함할 수 있거나 그 반대의 경우도 가능하다. 본 구현예에서, 이온들은, 두 번 분리된 용액으로부터 이온 소스 스테이지(IS₂)에 의해 생성되는데, 분자 보유 시간에 따라 1회, 그 다음 분자 크기에 따라 2회이며, 또는 그 반대의 경우도 가능하다. 동시에 포획된 다수의 이온을 포함하는 포획 이벤트를 분석하는 기능은, 질량 분광분석기가 크로마토그래피 기술과 결합된 실험에서 매우 중요하다. 크로마토그래프에서 분자들이 충분히 분리되면, 분자들은 크로마토그래프에서 각 버스트(burst)마다 몇 초 내지 몇 분의 지속 시간으로 크로마토그래피로부터 용출되며, 각 버스트는 크로마토그래프에 샘플을 주입할 때마다 각 분자에 대해 한 번만 발생한다. 용출 시간의 함수로서 크로마토그래프를 빠져나가는 이온의 양은 용출 프로파일로 간주될 수 있다. 이들 버스트가 질량 분광분석기에 도입되면, 이온 빔 강도가 크로마토그래피 용출 프로파일의 함수로 된다. 단일-이온 포획 이벤트만을 분석하고 질량 스펙트럼 생성을 위한 충분한 데이터를 수집하는 데 1시간 넘게 필요한 종래의 CDMS 구현예와는 달리, 다수의 이온을 동시에 포획하고 다수-이온 포획 이벤트를 후속 분석함으로써, 질량 스펙트럼을 수집하는 데 필요한 시간을 크게 줄일 수 있어서, 몇 분 안에 질량 스펙트럼을 획득할 수 있다. 이는, 또한, 크로마토그래프로부터 분리된 분자들의 용출과 일치하는 이온 빔 강도의 버스트가 용출 프로파일과 동일한 시간프레임에서 CDMS에 의해 특징화될 수 있음을 의미한다. 이 단락에 설명된 실시예의 임의의 구현예에서, 추가 변형예는 이온 소스 스테이지(IS₂)와 ELIT(14) 사이에 동작가능하게 위치결정된 질량 분광분석기를 포함할 수 있다.

이제 도 12b를 참조해 보면, 다수-스테이지 질량 분광분석 기기(220)를 예시적으로 포함하고 ELIT(14) 및 일부 실시예에서 전술한 바와 같은 이온 궤적 제어 장치(105)를 포함하는 CDMS(100)도 포함하는, 고-질량 이온 분석 구성요소로서 구현된 이온 분리 기기(210)의 다른 일 실시예의 단순화된 블록도가 도시되어 있다. 예시된 실시예에서, 다수-스테이지 질량 분광분석 기기(220)는, 본원에 예시되고 설명된 바와 같이, 이온 소스(IS)(12), 이에 후속하여 결합된 종래의 제1 질량 분 광분석기(MS1; 204), 이에 후속하여 결합되며 예를 들어 충돌-유도 해리(CID), 표면-유도 해리(SID), 전자 캡처 해리(ECD), 및/또는 광-유도 해리(PID) 등 중 하나 이상에 의해 질량 분광분석기(204)로부터 빠져나오는 이온들을 해리하도록 동작가능한 종래의 이온 해리 스테이지(ID; 206), 이에 후속하여 결합된 종래의 제2 질량 분광분석기(MS2; 208), 이에 후속하는 종래의 이온 검출기(D; 212), 예컨대, 마이크로채널 판 검출기 또는 기타 종래의 이온 검출기를 포함한다. CDMS(100)는, CDMS(100)가 질량 분광분석기(204) 및/또는 이온 해리 스테이지(206)로부터 이온을 선택적으로 수용할 수 있도록 이온 해리 스테이지(206)와 병렬로 결합된다.

예를 들어, 이온 분리 기기(220)만을 사용하는 MS/MS는, 특정 분자 중량의 전구체 이온이 해당 m/z 값을 기반으로 제1 질량 분석기(204; MS1)에 의해 선택되는 정착된 접근방식이다. 질량 선택된 전구체 이온은, 이온 해리 스테이지(206)에서, 예를 들어, 충돌-유도 해리, 표면-유도 해리, 전자 캡처 해리, 또는 광-유도 해리에 의해 프래그먼트화된다. 이어서, 프래그먼트 이온은 제2 질량 분석기(208; MS2)에 의해 분석된다. MS1 및 MS2 모두에서 전구체 및 단편 이온의 m/z 값만이 측정된다. 고 질량 이온의 경우, 전하 상태가 분해되지 않으므로, m/z 값에만 기초하여 특정 분자 중량을 가진 전구체 이온을 선택할 수 없다. 그러나, 도 12b에 도시된 바와 같이 기기(220)를 CDMS(100)에 결합함으로써, 좁은 범위의 m/z 값들을 선택한 다음 CDMS(100)를 사용하여 m/z 선택된 전구체 이온의 질량을 결정할 수 있다. 질량 분광분석기(204, 208)는, 예를 들어, 자기 섹터 질량 분광분석기, 비행 시간 질량 분광분석기, 또는 사중극자 질량 분광분석기 중의 하나 또는 임의의 조합일 수 있지만, 대체 실시예에서는 다른 질량 분광분석기 유형이 사용될 수 있다. 어느 경우든, MS1을 빠져나가는 알려진 질량을 가진 m/z 선택된 전구체 이온은 이온 해리 스테이지(206)에서 프래그먼트화될 수 있으며, 그 결과로 형성되는 프래그먼트 이온은 MS2(m/z 비만이 측정됨)에 의해 및/또는 CDMS 기기(100)(m/z 비 및 다수 이온의 전하가 동시에 측정됨)에 의해 분석될 수 있다. 따라서, 저 질량 프래그먼트, 즉, 임계 질량 값, 예를 들어, 10,000 Da(또는 기타 질량 값) 미만의 질량 값을 갖는 전구체 이온의 해리된 이온은 MS2를 사용하여 종래의 MS에 의해 분석될 수 있는 반면, 고 질량 프래그먼트(전하 상태가 분해되지 않음), 즉, 임계 질량 값 이상인 질량 값을 갖는 전구체 이온의 해리된 이온은 CDMS(100)에 의해 분석될 수 있다.

ELIT(14)의 다양한 구성요소의 치수 및 그 내부에 확립된 전계의 크기는, 첨부 도면에 도시되고 전술한 시스템들(10, 100, 200, 210) 중 임의의 시스템에서 구현되는 바와 같이, ELIT(14) 내에서의 이온 진동의 원하는 듀티 사이클을 확립하도록 예시적으로 선택될 수 있으며, 이러한 듀티 사이클은 하나의 완전한 진동 사이클 동안 전하 검출 실린더(CD)에서 이온(들)이 소비한 시간과 이온 미러(M1, M2)와 전하 검출 실린더(CD)의 조합을 횡단하는 이온(들)이 소비한 총 시간의 비에 대응한다는 점을 이해할 것이다. 예를 들어, 약 50%의 듀티 사이클은, 측정된 신호의 고조파 주파수 성분으로 인해 발생하는 기본 주파수의 크기 결정에 있어서 노이즈를 줄이기 위해 바람직할 수 있다. 예를 들어, 50%와 같은 원하는 듀티 사이클을 달성하기 위한 치수 및 동작 고려사항과 관련된 세부 사항은, 2018년 1월 12일에 출원된 공동 계류중인 미국 특허출원 제62/616,860호, 2018년 6월 4일에 출원된 공동 계류중인 미국 특허출원번호 제62/680,343호, 및 2019년 1월 11일에 출원된 공동 계류중인 국제특허출원번호 PCT/US2019/_____에 예시되고 설명되어 있으며, 이들 모두의 발명의 명칭은 ELECTROSTATIC LINEAR ION TRAP DESIGN FOR CHARGE DETECTION MASS SPECTROMETRY이고, 이들 모두의 전문은 참고로 본원에 명시적으로 원용된다.

또한, 예를 들어, 트리거 포획 또는 기타 전하 검출 이벤트를 위해, 하나 이상의 전하 검출 최적화 기술이 첨부 도면에 도시되고 본원에 설명된 임의의 시스템(10, 100, 200, 210)에서 ELIT(14)와 함께 사용될 수 있음을 추가로 이해할 것이다. 이러한 전하 검출 최적화 기술의 예는, 2018년 6월 4일에 출원된 공동 계류중인 미국 특허출원 제62/680,296호 및 2019년 1월 11일에 출원된 공동 계류중인 국제 특허출원 PCT/US2019/____에 예시되고 설명되어 있으며, 이들 모두의 발명의 명칭은 APPARATUS AND METHOD FOR CAPTURING IONS IN AN ELECTROSTATIC LINEAR ION TRAP이고, 이들 모두의 전문은 참고로 본원에 명시적으로 원용된다.

또한, 하나 이상의 전하 교정(calibration) 또는 재설정 장치가 첨부 도면에 도시되고 본원에 설명된 임의의 시스템(10, 100, 200, 210)에서 ELIT(14)의 전하 검출 실린더(CD)와 함께 사용될 수 있다는 점을 이해할 것이다. 이러한 전하 교정 또는 재설정 장치의 일례는, 2018년 6월 4일에 출원된 공동 계류중인 미국 특허출원 제62/680,272호 및 2019년 1월 11일에 출원된 공동 계류중인 국제 특허출원 PCT/US2019/____에 예시되고 설명되어 있으며, 이들 모두의 발명의 명칭은 APPARATUS AND METHOD FOR CALIBRATING OR RESETTING A CHARGE DETECTOR이고, 이들 모두의 전문은 참고로 본원에 명시적으로 원용된다.

또한, 첨부 도면에 도시되고 본원에 설명된 ELIT(14)는, 첨부 도면에 도시되고 본원에 설명된 시스템들(10, 100, 200, 210) 중 임의의 시스템의 일부로서, 2개 이상의 ELIT 또는 ELIT 영역들을 갖는 적어도 하나의 ELIT 어레이 및/또는 2개 이상의 ELIT 영역을 포함하는 임의의 하나의 ELIT의 형태로 대안으로 제공될 수 있으며, 본원에 설명된 개념은 하나 이상의 이러한 ELIT 및/또는 ELIT 어레이를 포함하는 시스템에 직접 적용될 수 있음을 이해할 것이다. 이러한 일부 ELIT 및/또는 ELIT 어레이의 예는, 2018년 6월 4일에 출원된 공동 계류중인 미국 특허출원 제62/680,315호 및 2019년 1월 11일에 출원된 공동 계류중인 국제 특허출원 PCT/US2019/____에 예시되고 설명되어 있으며, 이들 모두의 발명의 명칭은 ION TRAP ARRAY FOR HIGH THROUGHPUT CHARGE DETECTION MASS SPECTROMETRY이고, 이들 모두의 전문은 참고로 본원에 명시적으로 원용된다.

또한, 하나 이상의 이온 소스 최적화 장치 및/또는 기술은 첨부 도면에 도시되고 본원에 설명된 시스템들(10, 150, 180, 200, 220) 중 임의의 시스템의 일부로서 또는 이러한 일부와 조합하여 본원에 예시되고 설명된 이온 소스(12)의 하나 이상의 실시예와 함께 사용될 수 있음을 이해할 것이며, 이의 일부 예는, HYBRID ION FUNNEL-ION CARPET (FUNPET) ATMOSPHERIC PRESSURE INTERFACE FOR CHARGE DETECTION MASS SPECTROMETRY라는 명칭으로 2018년 6월 4일에 출원된 공동 계류중인 미국 특허출원 제62/680,223호 및 INTERFACE FOR TRANSPORTING IONS FROM AN ATMOSPHERIC PRESSURE ENVIRONMENT TO A LOW PRESSURE ENVIRONMENT라는 명칭으로 2019년 1월 11일에 출원된 공동 계류중인 국제 특허출원번호 PCT/US2019/____에 예시되고 설명되어 있으며, 이들 모두의 전문은 참고로 본원에 명시적으로 원용된다.

또한, 첨부 도면에 도시되고 본원에 설명된 시스템들(10, 100, 200, 210) 중 임의의 시스템은 실시간 분석 및/또는 실시간 제어 기술에 따라 동작하도록 구성된 시스템에서 또는 이러한 시스템의 일부로서 구현될 수 있음을 이해할 것이며, 이의 일부 예는, 2018년 6월 4일에 출원된 공동 계류중인 미국 특허출원 제62/680,245호 및 2019년 1월 11일에 출원된 공동 계류중인 국제 특허출원번호 PCT/US2019/____에 예시되고 설명되어 있으며, 이들 모두의 발명의 명칭은 CHARGE DETECTION MASS SPECTROMETRY WITH REAL TIME ANALYSIS AND SIGNAL OPTIMIZATION이고, 이들 모두의 전문은 참고로 본원에 명시적으로 원용된다.

본 개시 내용은 전술한 도면 및 설명에서 상세하게 예시되고 설명되었지만, 본 개시 내용은 예시적인 것이며 특징에 제한이 없는 것으로 간주되어야 하며, 이의 예시적인 실시예들만이 도시되고 설명되었으며, 본 개시 내용의 사상 내에 속하는 모든 변경과 수정을 보호하고자 한다는 점을 이해할 것이다. 예를 들어, 첨부 도면에 도시되고 본원에 설명된 ELIT(14)는 단지 예로서 제공되며, 전술한 개념, 구조, 및 기술은 다양한 대체 설계의 ELIT에서 직접 구현될 수 있음을 이해할 것이다. 이러한 임의의 대체 ELIT 설계는, 예를 들어, 2개 이상의 ELIT 영역, 더 많은 이온 미러 전극, 더 적은 이온 미러 전극, 및/또는 상이하게 성형된 이온 미러 전극들, 더 많거나 적은 전압 소스, 전압 소스들 중 하나 이상에 의해 생성되는 더 많거나 적은 DC 또는 시변 신호, 추가 전계 영역을 정의하는 하나 이상의 이온 미러 등의 경우 중 임의의 하나 또는 조합을 포함할 수 있다.

Claims (49)

1. 다수의 이온을 동시에 측정하기 위한 전하 검출 질량 분광분석기(charge detection mass spectrometer; CDMS)로서,
   이온들의 빔을 생성 및 공급하도록 구성된 이온 소스,
   한 쌍의 동축 정렬된 이온 미러들 및 이들 사이에 배치되며 이들과 동축으로 정렬되어 ELIT의 종축이 각각의 중심을 통과하도록 하는 세장형 전하 검출 실린더를 포함하는 정전 선형 이온 트랩(electrostatic linear ion trap; ELIT)으로서, 한 쌍의 이온 미러 중 제1 이온 미러는 공급된 이온 빔이 ELIT에 진입하는 종축을 중심으로 이온 입구 개구를 한정하는, 정전 선형 이온 트랩,
   상기 한 쌍의 이온 미러들에 동작가능하게 결합되고, 진입하는 상기 이온들의 빔의 복수의 이온을 상기 ELIT 내에 포획(trap)하고, 상기 포획된 복수의 이온이 상기 전하 검출 실린더를 통과할 때마다 상기 한 쌍의 이온 미러들 사이에서 앞뒤로 진동하게 하도록 구성된 전계를 내부에 선택적으로 확립하기 위한 전압을 생성하도록 구성된 적어도 하나의 전압 소스, 및
   상기 ELIT의 이온 입구 개구에 진입하는 상기 이온들의 빔의 궤적을 제어하여, 상기 ELIT 내에 후속 포획되는 상기 복수의 이온이 내부에서 진동하게 하며, 이때, 대응하는 복수의 상이한 평면형 이온 진동 궤적이 상기 종축 둘레로 서로 경사지게 오프셋되고, 각 궤적은 상기 종축을 따라 연장되고 상기 한 쌍의 이온 미러의 각각에서 종축과 교차하고, 또는 대응하는 복수의 상이한 원통형 이온 진동 궤적이 상기 종축 둘레로 서로 방사상 오프셋되어 상기 종축을 따라 각각 연장되는 복수의 중첩된 원통형 궤적을 형성하는, 수단을 포함하는, CDMS.
2. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 전압 소스에 전기적으로 결합된 프로세서; 및
   명령어가 내부에 저장된 메모리를 추가로 포함하고,
   상기 명령어는, 상기 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 프로세서로 하여금, 상기 적어도 하나의 전압 소스를 제어하여 상기 이온 미러 내에 전계를 선택적으로 확립하기 위한 전압을 생성하게 하는, CDMS.
3. 제2항에 있어서, 상기 메모리에 저장된 명령어는, 상기 프로세서에 의해 실행될 때 상기 프로세서로 하여금 상기 적어도 하나의 전압 소스를 제어하여 상기 한 쌍의 이온 미러들 중 하나 또는 모두에 이온 투과 전계 또는 이온 반사 전계를 선택적으로 확립하기 위한 전압을 생성하게 하는 명령어를 추가로 포함하고,
   상기 이온 투과 전계는 상기 종축을 향하여 상기 한 쌍의 이온 미러들의 각각 하나의 이온 미러를 통과하는 이온을 포커싱하도록 구성되고,
   상기 이온 반사 전계는, 상기 이온들을 또한 상기 종축을 향하여 포커싱하는 동안 상기 전하 검출 실린더로부터 상기 한 쌍의 이온 미러들 중의 각각 하나의 이온 미러에 진입하는 이온들을 정지시키고 상기 전하 검출 실린더를 통해 상기 한 쌍의 이온 미러들 중의 나머지 이온 미러를 향하여 다시 반대 방향으로 가속하도록 구성된, CDMS.
4. 제3항에 있어서, 상기 메모리에 저장된 명령어는, 상기 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 프로세서로 하여금 상기 적어도 하나의 전압 소스를 제어하여 상기 한 쌍의 이온 미러들의 각각에 이온 투과 전계를 확립하는 전압을 생성하게 하며, 이때 진입 이온들의 빔의 이온들이 상기 한 쌍의 이온 미러들과 상기 전하 검출 실린더를 통과하고 상기 ELIT를 빠져나오고, 후속하여 상기 적어도 하나의 전압 소스를 제어하여 상기 한 쌍의 이온 미러들의 각각에 이온 반사 전계를 확립하는 전압을 생성하게 하며 이에 따라 상기 ELIT에 상기 복수의 이온을 포획하고 상기 포획된 복수의 이온이 상기 전하 검출 실린더를 통과하여 대응하는 이온 전하를 유도할 때마다 상기 한 쌍의 이온 미러들 사이에서 앞뒤로 진동하게 하는 명령어를 추가로 포함하는, CDMS.
5. 제3항에 있어서, 상기 전하 검출 실린더에 동작가능하게 결합된 입력부 및 상기 프로세서에 동작가능하게 결합된 출력부를 갖는 전하 전치증폭기를 추가로 포함하고,
   상기 전하 전치증폭기는, 상기 전하 검출 실린더를 통과하는 이온들에 의해 상기 전하 검출 실린더에 유도되는 전하에 응답하여 대응하는 전하 검출 신호들을 생성하도록 구성되고,
   상기 메모리에 저장된 명령어는, 상기 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 프로세서로 하여금, 상기 전하 검출 실린더를 통한 상기 복수의 이온의 다수의 패스에 대한 전하 검출 신호를 상기 메모리에 기록하게 하고 상기 기록된 전하 검출 신호를 처리하여 상기 포획된 복수의 이온 각각에 대한 이온 전하 및 이온 질량-대-전하 비 또는 이온 질량을 결정하게 하는 명령어를 추가로 포함하는, CDMS.
6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 메모리에 저장된 명령어는, 상기 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 프로세서로 하여금, 상기 한 쌍의 이온 미러들 중의 제1 이온 미러에 이온 투과 전계를 유지하면서 상기 적어도 하나의 전압 소스를 제어하여 상기 한 쌍의 이온 미러들 중의 제2 이온 미러에 이온 반사 전계를 확립하는 전압을 생성하고, 상기 한 쌍의 이온 미러들 중의 제2 이온 미러에 상기 이온 반사 전계를 확립한 이후의 미리 정의된 시간 후에, 상기 적어도 하나의 전압 소스를 제어하여 상기 한 쌍의 이온 미러들 중의 제1 이온 미러에 이온 반사 전계를 확립하는 전압을 생성함으로써, 상기 적어도 하나의 전압 소스를 제어하여 상기 한 쌍의 이온 미러들의 각각에 이온 반사 전계를 확립하는 전압을 생성하게 하는 명령어를 추가로 포함하는, CDMS.
7. 제5항에 있어서, 상기 메모리에 저장된 명령어는, 상기 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 프로세서로 하여금, 상기 한 쌍의 이온 미러들 중의 제1 이온 미러에 이온 투과 전계를 유지하면서 상기 적어도 하나의 전압 소스를 제어하여 상기 한 쌍의 이온 미러들 중의 제2 이온 미러에 이온 반사 전계를 확립하는 전압을 생성하고, 이어서 상기 전하 검출 신호들 중의 하나의 전하 검출 신호를 상기 프로세서가 수신하면 상기 적어도 하나의 전압 소스를 제어하여 상기 한 쌍의 이온 미러들 중의 제1 이온 미러에 이온 반사 전계를 확립하는 전압을 생성함으로써, 상기 적어도 하나의 전압 소스를 제어하여 상기 한 쌍의 이온 미러들의 각각에 이온 반사 전계를 확립하는 전압을 생성하게 하는 명령어를 추가로 포함하는, CDMS.
8. 제5항에 있어서, 상기 메모리에 저장된 명령어는, 상기 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 프로세서로 하여금, 상기 전하 검출 신호들 중의 하나의 전하 검출 신호를 상기 프로세서가 수신하면 상기 적어도 하나의 전압 소스를 제어하여 상기 한 쌍의 이온 미러들의 각각에 이온 반사 전계를 동시에 확립하는 전압을 생성함으로써, 상기 적어도 하나의 전압 소스를 제어하여 상기 한 쌍의 이온 미러들의 각각에 이온 반사 전계를 확립하는 전압을 생성하게 하는 명령어를 추가로 포함하는, CDMS.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 ELIT의 이온 입구에 진입하는 이온들의 빔의 궤적을 제어하는 수단은, 상기 종축에 대한 상기 진입하는 이온들의 빔의 방사상 오프셋과 상기 종축에 대한 또는 상기 ELIT를 통과하며 상기 종축에 평행한 적어도 다른 하나의 축에 대한 상기 진입하는 이온들의 빔의 각도 중 적어도 하나를 제어하는 수단을 포함하는, CDMS.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 ELIT의 이온 입구에 진입하는 이온들의 빔의 궤적을 제어하는 수단은,
    상기 공급되는 이온들의 빔의 궤적을 결정하는 수단, 및
    수정된 궤적을 갖고서 상기 공급되는 이온들의 빔이 상기 ELIT의 이온 입구 개구에 진입하도록 상기 공급되는 이온들의 빔의 궤적을 수정하는 수단을 포함하는, CDMS.
11. 다수의 이온을 동시에 측정하기 위한 전하 검출 질량 분광분석기(CDMS)로서,
    이온들의 빔을 생성 및 공급하도록 구성된 이온 소스,
    한 쌍의 동축 정렬된 이온 미러들 및 이들 사이에 배치되며 이들과 동축으로 정렬되어 ELIT의 종축이 각각의 중심을 통과하도록 하는 세장형 전하 검출 실린더를 포함하는 정전 선형 이온 트랩(electrostatic linear ion trap; ELIT)으로서, 한 쌍의 이온 미러 중 제1 이온 미러는 공급된 이온 빔이 ELIT에 진입하는 종축을 중심으로 이온 입구 개구를 한정하는, 정전 선형 이온 트랩,
    상기 한 쌍의 이온 미러들에 동작가능하게 결합되고, 진입하는 상기 이온들의 빔의 적어도 2개의 이온을 상기 ELIT 내에 포획하고 상기 포획된 적어도 2개의 이온이 상기 전하 검출 실린더를 통과할 때마다 상기 한 쌍의 이온 미러들 사이에서 앞뒤로 진동하게 하도록 구성된 전계를 내부에 선택적으로 확립하기 위한 전압을 생성하도록 구성된 적어도 하나의 전압 소스, 및
    상기 ELIT의 이온 입구 개구에 진입하는 상기 이온들의 빔의 궤적을 제어하여, 상기 ELIT 내에 후속 포획되는 상기 적어도 2개의 이온이 내부에서 진동하게 하며, 이때, 적어도 2개의 상이한 평면형 이온 진동 궤적이 상기 종축 둘레로 서로 경사지게 오프셋되고, 각 궤적은 상기 종축을 따라 연장되고 상기 한 쌍의 이온 미러의 각각에서의 종축과 교차하는, 수단을 포함하는, CDMS.
12. 제11항에 있어서, 상기 적어도 하나의 전압 소스에 전기적으로 결합된 프로세서; 및
    명령어가 내부에 저장된 메모리를 추가로 포함하고,
    상기 명령어는, 상기 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 프로세서로 하여금, 상기 적어도 하나의 전압 소스를 제어하여 상기 이온 미러 내에 전계를 선택적으로 확립하기 위한 전압을 생성하게 하는, CDMS.
13. 제12항에 있어서, 상기 메모리에 저장된 명령어는, 상기 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 프로세서로 하여금, 상기 적어도 하나의 전압 소스를 제어하여 상기 한 쌍의 이온 미러들 중 하나 또는 모두에 이온 투과 전계 또는 이온 반사 전계를 선택적으로 확립하기 위한 전압을 생성하게 하는 명령어를 추가로 포함하고,
    상기 이온 투과 전계는 상기 종축을 향하여 상기 한 쌍의 이온 미러들의 각각 하나의 이온 미러를 통과하는 이온을 포커싱하도록 구성되고,
    상기 이온 반사 전계는, 상기 이온들을 또한 상기 종축을 향하여 포커싱하는 동안 상기 전하 검출 실린더로부터 상기 한 쌍의 이온 미러들 중의 각각 하나의 이온 미러에 진입하는 이온들을 정지시키고 상기 전하 검출 실린더를 통해 상기 한 쌍의 이온 미러들 중의 나머지 이온 미러를 향하여 다시 반대 방향으로 가속하도록 구성된, CDMS.
14. 제13항에 있어서, 상기 메모리에 저장된 명령어는, 상기 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 프로세서로 하여금 상기 적어도 하나의 전압 소스를 제어하여 상기 한 쌍의 이온 미러들의 각각에 이온 투과 전계를 확립하는 전압을 생성하게 하며, 이때 진입 이온들의 빔의 이온들이 상기 한 쌍의 이온 미러들과 상기 전하 검출 실린더를 통과하고 상기 ELIT를 빠져나오고, 후속하여 상기 적어도 하나의 전압 소스를 제어하여 상기 한 쌍의 이온 미러들의 각각에 이온 반사 전계를 확립하는 전압을 생성하게 하며 이에 따라 상기 ELIT에 상기 복수의 이온을 포획하고 상기 포획된 복수의 이온이 상기 전하 검출 실린더를 통과하여 대응하는 이온 전하를 유도할 때마다 상기 한 쌍의 이온 미러들 사이에서 앞뒤로 진동하게 하는 명령어를 추가로 포함하는, CDMS.
15. 제13항에 있어서, 상기 전하 검출 실린더에 동작가능하게 결합된 입력부 및 상기 프로세서에 동작가능하게 결합된 출력부를 갖는 전하 전치증폭기를 추가로 포함하고,
    상기 전하 전치증폭기는, 상기 전하 검출 실린더를 통과하는 이온들에 의해 상기 전하 검출 실린더에 유도되는 전하에 응답하여 대응하는 전하 검출 신호들을 생성하도록 구성되고,
    상기 메모리에 저장된 명령어는, 상기 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 프로세서로 하여금, 상기 전하 검출 실린더를 통한 상기 적어도 2개의 이온의 다수의 패스에 대한 전하 검출 신호를 상기 메모리에 기록하게 하고 상기 기록된 전하 검출 신호를 처리하여 상기 포획된 적어도 2개의 이온 각각에 대한 이온 전하 및 이온 질량-대-전하 비 또는 이온 질량을 결정하게 하는 명령어를 추가로 포함하는, CDMS.
16. 제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 메모리에 저장된 명령어는, 상기 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 프로세서로 하여금, 상기 한 쌍의 이온 미러들 중의 제1 이온 미러에 이온 투과 전계를 유지하면서 상기 적어도 하나의 전압 소스를 제어하여 상기 한 쌍의 이온 미러들 중의 제2 이온 미러에 이온 반사 전계를 확립하는 전압을 생성하고, 상기 한 쌍의 이온 미러들 중의 제2 이온 미러에 상기 이온 반사 전계를 확립한 이후의 미리 정의된 시간 후에, 상기 적어도 하나의 전압 소스를 제어하여 상기 한 쌍의 이온 미러들 중의 제1 이온 미러에 이온 반사 전계를 확립하는 전압을 생성함으로써, 상기 적어도 하나의 전압 소스를 제어하여 상기 한 쌍의 이온 미러들의 각각에 이온 반사 전계를 확립하는 전압을 생성하게 하는 명령어를 추가로 포함하는, CDMS.
17. 제15항에 있어서, 상기 메모리에 저장된 명령어는, 상기 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 프로세서로 하여금, 상기 한 쌍의 이온 미러들 중의 제1 이온 미러에 이온 투과 전계를 유지하면서 상기 적어도 하나의 전압 소스를 제어하여 상기 한 쌍의 이온 미러들 중의 제2 이온 미러에 이온 반사 전계를 확립하는 전압을 생성하고, 이어서 상기 전하 검출 신호들 중의 하나의 전하 검출 신호를 상기 프로세서가 수신하면 상기 적어도 하나의 전압 소스를 제어하여 상기 한 쌍의 이온 미러들 중의 제1 이온 미러에 이온 반사 전계를 확립하는 전압을 생성함으로써, 상기 적어도 하나의 전압 소스를 제어하여 상기 한 쌍의 이온 미러들의 각각에 이온 반사 전계를 확립하는 전압을 생성하게 하는 명령어를 추가로 포함하는, CDMS.
18. 제15항에 있어서, 상기 메모리에 저장된 명령어는, 상기 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 프로세서로 하여금, 상기 전하 검출 신호들 중의 하나의 전하 검출 신호를 상기 프로세서가 수신하면 상기 적어도 하나의 전압 소스를 제어하여 상기 한 쌍의 이온 미러들의 각각에 이온 반사 전계를 동시에 확립하는 전압을 생성함으로써, 상기 적어도 하나의 전압 소스를 제어하여 상기 한 쌍의 이온 미러들의 각각에 이온 반사 전계를 확립하는 전압을 생성하게 하는 명령어를 추가로 포함하는, CDMS.
19. 제11항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 ELIT의 이온 입구에 진입하는 이온들의 빔의 궤적을 제어하는 수단은, 상기 종축에 대한 상기 진입하는 이온들의 빔의 방사상 오프셋과 상기 종축에 대한 상기 진입하는 이온들의 빔의 각도 중 적어도 하나를 제어하는 수단을 포함하는, CDMS.
20. 제11항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 ELIT의 이온 입구에 진입하는 이온들의 빔의 궤적을 제어하는 수단은,
    상기 공급되는 이온들의 빔의 궤적을 결정하는 수단, 및
    수정된 궤적을 갖고서 상기 공급되는 이온들의 빔이 상기 ELIT의 이온 입구 개구에 진입하도록 상기 공급되는 이온들의 빔의 궤적을 수정하는 수단을 포함하는, CDMS.
21. 다수의 이온을 동시에 측정하기 위한 전하 검출 질량 분광분석기(CDMS)로서,
    이온들의 빔을 생성 및 공급하도록 구성된 이온 소스,
    한 쌍의 동축 정렬된 이온 미러들 및 이들 사이에 배치되며 이들과 동축으로 정렬되어 ELIT의 종축이 각각의 중심을 통과하도록 하는 세장형 전하 검출 실린더를 포함하는 정전 선형 이온 트랩(electrostatic linear ion trap; ELIT)으로서, 한 쌍의 이온 미러 중 제1 이온 미러는 공급된 이온 빔이 ELIT에 진입하는 종축을 중심으로 이온 입구 개구를 한정하는, 정전 선형 이온 트랩,
    상기 한 쌍의 이온 미러들에 동작가능하게 결합되고, 진입하는 상기 이온들의 빔 중의 적어도 2개의 이온을 상기 ELIT 내에 포획하고 상기 포획된 적어도 2개의 이온이 상기 전하 검출 실린더를 통과할 때마다 상기 한 쌍의 이온 미러들 사이에서 앞뒤로 진동하게 하도록 구성된 전계를 내부에 선택적으로 확립하기 위한 전압을 생성하도록 구성된 적어도 하나의 전압 소스, 및
    상기 ELIT의 이온 입구 개구에 진입하는 상기 이온들의 빔의 궤적을 제어하여, 상기 ELIT 내에 후속 포획되는 상기 적어도 2개의 이온이 내부에서 진동하게 하며 상기 종축을 따라 각각 연장되는 적어도 2개의 중첩된 원통형 궤적을 형성하게 하며, 이때, 적어도 2개의 상이한 원통형 이온 진동 궤적이 상기 종축 둘레로 서로 방사상 오프셋되는, 수단을 포함하는, CDMS.
22. 제21항에 있어서, 상기 적어도 하나의 전압 소스에 전기적으로 결합된 프로세서; 및
    명령어가 내부에 저장된 메모리를 추가로 포함하고,
    상기 명령어는, 상기 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 프로세서로 하여금, 상기 적어도 하나의 전압 소스를 제어하여 상기 이온 미러 내에 전계를 선택적으로 확립하기 위한 전압을 생성하게 하는, CDMS.
23. 제22항에 있어서, 상기 메모리에 저장된 명령어는, 상기 프로세서에 의해 실행될 때 상기 프로세서로 하여금 상기 적어도 하나의 전압 소스를 제어하여 상기 한 쌍의 이온 미러들 중 하나 또는 모두에 이온 투과 전계 또는 이온 반사 전계를 선택적으로 확립하기 위한 전압을 생성하게 하는 명령어를 추가로 포함하고,
    상기 이온 투과 전계는 상기 종축을 향하여 상기 한 쌍의 이온 미러들의 각각 하나의 이온 미러를 통과하는 이온을 포커싱하도록 구성되고,
    상기 이온 반사 전계는, 상기 이온들을 또한 상기 종축을 향하여 포커싱하는 동안 상기 전하 검출 실린더로부터 상기 한 쌍의 이온 미러들 중의 각각 하나의 이온 미러에 진입하는 이온들을 정지시키고 상기 전하 검출 실린더를 통해 상기 한 쌍의 이온 미러들 중의 나머지 이온 미러를 향하여 다시 반대 방향으로 가속하도록 구성된, CDMS.
24. 제23항에 있어서, 상기 메모리에 저장된 명령어는, 상기 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 프로세서로 하여금 상기 적어도 하나의 전압 소스를 제어하여 상기 한 쌍의 이온 미러들의 각각에 이온 투과 전계를 확립하는 전압을 생성하게 하며, 이때 진입 이온들의 빔의 이온들이 상기 한 쌍의 이온 미러들과 상기 전하 검출 실린더를 통과하고 상기 ELIT를 빠져나오고, 후속하여 상기 적어도 하나의 전압 소스를 제어하여 상기 한 쌍의 이온 미러들의 각각에 이온 반사 전계를 확립하는 전압을 생성하게 하며 이에 따라 상기 ELIT에 상기 복수의 이온을 포획하고 상기 포획된 복수의 이온이 상기 전하 검출 실린더를 통과하여 대응하는 이온 전하를 유도할 때마다 상기 한 쌍의 이온 미러들 사이에서 앞뒤로 진동하게 하는 명령어를 추가로 포함하는, CDMS.
25. 제23항에 있어서, 상기 전하 검출 실린더에 동작가능하게 결합된 입력부 및 상기 프로세서에 동작가능하게 결합된 출력부를 갖는 전하 전치증폭기를 추가로 포함하고,
    상기 전하 전치증폭기는, 상기 전하 검출 실린더를 통과하는 이온들에 의해 상기 전하 검출 실린더에 유도되는 전하에 응답하여 대응하는 전하 검출 신호들을 생성하도록 구성되고,
    상기 메모리에 저장된 명령어는, 상기 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 프로세서로 하여금, 상기 전하 검출 실린더를 통한 상기 적어도 2개의 이온의 다수의 패스에 대한 전하 검출 신호를 상기 메모리에 기록하게 하고 상기 기록된 전하 검출 신호를 처리하여 상기 포획된 적어도 2개의 이온 각각에 대한 이온 전하 및 이온 질량-대-전하 비 또는 이온 질량을 결정하게 하는 명령어를 추가로 포함하는, CDMS.
26. 제24항 또는 제25항에 있어서, 상기 메모리에 저장된 명령어는, 상기 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 프로세서로 하여금, 상기 한 쌍의 이온 미러들 중의 제1 이온 미러에 이온 투과 전계를 유지하면서 상기 적어도 하나의 전압 소스를 제어하여 상기 한 쌍의 이온 미러들 중의 제2 이온 미러에 이온 반사 전계를 확립하는 전압을 생성하고, 상기 한 쌍의 이온 미러들 중의 제2 이온 미러에 상기 이온 반사 전계를 확립한 이후의 미리 정의된 시간 후에, 상기 적어도 하나의 전압 소스를 제어하여 상기 한 쌍의 이온 미러들 중의 제1 이온 미러에 이온 반사 전계를 확립하는 전압을 생성함으로써, 상기 적어도 하나의 전압 소스를 제어하여 상기 한 쌍의 이온 미러들의 각각에 이온 반사 전계를 확립하는 전압을 생성하게 하는 명령어를 추가로 포함하는, CDMS.
27. 제25항에 있어서, 상기 메모리에 저장된 명령어는, 상기 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 프로세서로 하여금, 상기 한 쌍의 이온 미러들 중의 제1 이온 미러에 이온 투과 전계를 유지하면서 상기 적어도 하나의 전압 소스를 제어하여 상기 한 쌍의 이온 미러들 중의 제2 이온 미러에 이온 반사 전계를 확립하는 전압을 생성하고, 이어서 상기 전하 검출 신호들 중의 하나의 전하 검출 신호를 상기 프로세서가 수신하면 상기 적어도 하나의 전압 소스를 제어하여 상기 한 쌍의 이온 미러들 중의 제1 이온 미러에 이온 반사 전계를 확립하는 전압을 생성함으로써, 상기 적어도 하나의 전압 소스를 제어하여 상기 한 쌍의 이온 미러들의 각각에 이온 반사 전계를 확립하는 전압을 생성하게 하는 명령어를 추가로 포함하는, CDMS.
28. 제25항에 있어서, 상기 메모리에 저장된 명령어는, 상기 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 프로세서로 하여금, 상기 전하 검출 신호들 중의 하나의 전하 검출 신호를 상기 프로세서가 수신하면 상기 적어도 하나의 전압 소스를 제어하여 상기 한 쌍의 이온 미러들의 각각에 이온 반사 전계를 동시에 확립하는 전압을 생성함으로써, 상기 적어도 하나의 전압 소스를 제어하여 상기 한 쌍의 이온 미러들의 각각에 이온 반사 전계를 확립하는 전압을 생성하게 하는 명령어를 추가로 포함하는, CDMS.
29. 제18항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 ELIT의 이온 입구에 진입하는 이온들의 빔의 궤적을 제어하는 수단은, 상기 종축에 대한 상기 진입하는 이온들의 빔의 방사상 오프셋 및 상기 ELIT를 통과하며 상기 종축에 평행한 적어도 다른 하나의 축에 대한 상기 진입하는 이온들의 빔의 각도를 제어하는 수단을 포함하는, CDMS.
30. 제21항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 ELIT의 이온 입구에 진입하는 이온들의 빔의 궤적을 제어하는 수단은,
    상기 공급되는 이온들의 빔의 궤적을 결정하는 수단, 및
    수정된 궤적을 갖고서 상기 공급되는 이온들의 빔이 상기 ELIT의 이온 입구 개구에 진입하도록 상기 공급되는 이온들의 빔의 궤적을 수정하는 수단을 포함하는, CDMS.
31. 이온들을 분리하기 위한 시스템으로서,
    제1항 내지 제30항 중 어느 한 항의 CDMS, 및
    적어도 하나의 분자 특징의 함수로서 상기 이온 소스에 의해 공급되는 생성된 이온들의 빔을 분리하도록 구성된 적어도 하나의 이온 분리 기기를 포함하고,
    상기 ELIT에 진입하는 공급되는 상기 이온들의 빔은 상기 적어도 하나의 이온 분리 기기로부터 분리되어 빠져나오는 생성된 이온들의 빔인, 시스템.
32. 제31항에 있어서, 상기 적어도 하나의 이온 분리 기기는, 질량-대-전하 비의 함수로서 이온들을 분리하기 위한 적어도 하나의 기기, 이온 이동도의 함수로서 시간에 따라 이온들을 분리하기 위한 적어도 하나의 기기, 이온 보유 시간의 함수로서 이온들을 분리하기 위한 적어도 하나의 기기, 및 분자 크기의 함수로서 이온들을 분리하기 위한 적어도 하나의 기기 중의 하나 또는 임의의 조합을 포함하는, 시스템.
33. 제32항에 있어서, 상기 적어도 하나의 이온 분리 기기는 질량 분광분석기와 이온 이동도 분광분석기 중의 하나 또는 조합을 포함하는, 시스템.
34. 제31항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이온 소스와 상기 적어도 하나의 이온 분리 기기 사이에 위치결정된 적어도 하나의 이온 처리 기기를 추가로 포함하고, 상기 이온 소스와 상기 적어도 하나의 이온 분리 기기 사이에 위치결정된 상기 적어도 하나의 이온 처리 기기는, 이온들을 수집 또는 저장하기 위한 적어도 하나의 기기, 분자 특징에 따라 이온들을 필터링하기 위한 적어도 하나의 기기, 이온들을 해리하기 위한 적어도 하나의 기기, 및 이온 전하 상태를 정규화하거나 시프트하기 위한 적어도 하나의 기기 중의 하나 또는 임의의 조합을 포함하는, 시스템.
35. 제31항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 이온 분리 기기와 상기 ELIT 사이에 위치결정된 적어도 하나의 이온 처리 기기를 추가로 포함하고, 상기 적어도 하나의 이온 분리 기기와 상기 ELIT 사이에 위치결정된 상기 적어도 하나의 이온 처리 기기는, 이온들을 수집 또는 저장하기 위한 적어도 하나의 기기, 분자 특징에 따라 이온들을 필터링하기 위한 적어도 하나의 기기, 이온들을 해리하기 위한 적어도 하나의 기기, 및 이온 전하 상태를 정규화하거나 시프트하기 위한 적어도 하나의 기기 중의 하나 또는 임의의 조합을 포함하는, 시스템.
36. 제30항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시스템은, 상기 ELIT를 빠져나오는 이온들을 수용하고 상기 ELIT를 빠져나와 수용되는 이온들을 적어도 하나의 분자 특징의 함수로서 분리하도록 위치결정된 적어도 하나의 이온 분리 기기를 추가로 포함하는, 시스템.
37. 제36항에 있어서, 상기 ELIT와 상기 적어도 하나의 이온 분리 기기 사이에 위치결정된 적어도 하나의 이온 처리 기기를 추가로 포함하고, 상기 ELIT와 상기 적어도 하나의 이온 분리 기기 사이에 위치결정된 상기 적어도 하나의 이온 처리 기기는, 이온들을 수집 또는 저장하기 위한 적어도 하나의 기기, 분자 특징에 따라 이온들을 필터링하기 위한 적어도 하나의 기기, 이온들을 해리하기 위한 적어도 하나의 기기, 및 이온 전하 상태를 정규화하거나 시프트하기 위한 적어도 하나의 기기 중의 하나 또는 임의의 조합을 포함하는, 시스템.
38. 제36항에 있어서, 상기 ELIT를 빠져나오는 이온들을 수용하도록 그 자체로서 위치결정된 상기 적어도 하나의 이온 분리 기기를 빠져나오는 이온들을 수용하도록 위치결정된 적어도 하나의 이온 처리 기기를 추가로 포함하고,
    상기 ELIT를 빠져나오는 이온들을 수용하도록 위치결정된 상기 적어도 하나의 이온 분리 기기를 빠져나오는 이온들을 수용하도록 위치결정된 상기 적어도 하나의 이온 처리 기기는, 이온들을 수집 또는 저장하기 위한 적어도 하나의 기기, 분자 특징에 따라 이온들을 필터링하기 위한 적어도 하나의 기기, 이온들을 해리하기 위한 적어도 하나의 기기, 및 이온 전하 상태를 정규화하거나 시프트하기 위한 적어도 하나의 기기 중의 하나 또는 임의의 조합을 포함하는, 시스템.
39. 제30항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시스템은 상기 ELIT를 빠져나오는 이온들을 수용하도록 위치결정된 적어도 하나의 이온 처리 기기를 추가로 포함하고, 상기 ELIT를 빠져나오는 이온들을 수용하도록 위치결정된 상기 적어도 하나의 이온 처리 기기는, 이온들을 수집 또는 저장하기 위한 적어도 하나의 기기, 분자 특징에 따라 이온들을 필터링하기 위한 적어도 하나의 기기, 이온들을 해리하기 위한 적어도 하나의 기기, 및 이온 전하 상태를 정규화하거나 시프트하기 위한 적어도 하나의 기기 중의 하나 또는 임의의 조합을 포함하는, 시스템.
40. 이온들을 분리하기 위한 시스템으로서,
    샘플로부터 이온들을 생성하도록 구성된 이온 소스,
    상기 생성된 이온들을 질량-대-전하 비의 함수로서 분리하도록 구성된 제1 질량 분광분석기,
    상기 제1 질량 분광분석기를 빠져나오는 이온들을 수용하도록 위치결정되고, 상기 제1 질량 분광분석기를 빠져나오는 이온들을 해리하도록 구성된 이온 해리 스테이지,
    상기 이온 해리 스테이지를 빠져나오는 해리된 이온들을 질량-대-전하 비의 함수로서 분리하도록 구성된 제2 질량 분광분석기, 및
    상기 이온들의 빔을 생성 및 공급하는 상기 이온 소스가 상기 제1 질량 분광분석기와 상기 이온 해리 스테이지 중 하나 또는 모두를 포함하도록, 상기 이온 해리 스테이지에 병렬 결합된 제1항 내지 제30항 중 어느 한 항의 전하 검출 질량 분광분석기(CDMS)를 포함하고,
    상기 제1 질량 분광분석기를 빠져나오는 전구체 이온들의 질량은 상기 CDMS를 사용하여 측정되고, 임계 질량 미만의 질량 값들을 갖는 전구체 이온들의 해리된 이온들의 질량-대-전하 비는 상기 제2 질량 분광분석기를 사용하여 측정되고, 상기 임계 질량 이상의 질량 값들을 갖는 전구체 이온들의 해리된 이온들의 질량-대-전하 비와 전하 값은 상기 CDMS를 사용하여 측정되는, 시스템.
41. 정전 선형 이온 트랩(ELIT)에 공급된 이온들의 빔의 적어도 2개의 이온을 동시에 측정하는 방법으로서, 상기 ELIT은 한 쌍의 동축 정렬된 이온 미러 및 이들 사이에 배치되며 이들과 동축으로 정렬되어 ELIT의 종축이 각각의 중심을 통과하도록 하는 세장형 전하 검출 실린더를 포함하고, 상기 한 쌍의 이온 미러들 중의 제1 이온 미러가 상기 종축 둘레의 이온 입구 개구를 정의하며, 이를 통하여 상기 공급된 이온들의 빔이 상기 ELIT에 진입하고, 상기 방법은:
    적어도 하나의 전압 소스를 제어하여 상기 한 쌍의 이온 미러들에 전압을 인가하여 상기 한 쌍의 이온 미러들의 각각을 통해 그리고 상기 전하 검출 실린더를 통해 그리고 상기 한 쌍의 이온 미러들 중의 제2 이온 미러에 의해 정의되는 이온 출구를 통해 상기 ELIT의 이온 입구 개구에 공급되는 상기 이온들의 빔을 통과시키는 이온 투과 전계를 내부에 확립하는 단계로서, 각 이온 투과 전계는 통과하는 이온들을 상기 종축을 향하여 포커싱하도록 구성된, 단계,
    상기 적어도 하나의 전압 소스를 제어하여 상기 한 쌍의 이온 미러들에 인가되는 전압들을 수정하여 상기 ELIT의 이온 입구 개구에 공급되는 상기 이온들의 빔의 적어도 2개의 이온을 상기 ELIT 내에 포획하는 이온 반사 전계를 내부에 확립하는 단계로서, 각 이온 반사 전계는, 상기 이온들을 상기 종축을 향하여 또한 포커싱하는 동안 상기 전하 검출 실린더로부터 상기 한 쌍의 이온 미러들 각각에 진입하는 이온들을 정지시켜 상기 전하 검출 실린더를 통해 상기 한 쌍의 이온 미러들 중의 나머지 이온 미러를 향하여 다시 반대 방향으로 가속하도록 구성된, 단계, 및
    상기 ELIT의 이온 입구 개구에 진입하는 상기 이온들의 빔의 궤적을 제어하여, 상기 ELIT 내에 후속 포획되는 상기 적어도 2개의 이온이 내부에서 진동하게 하며, 이때, 적어도 2개의 상이한 평면형 이온 진동 궤적이 상기 종축 둘레로 서로 경사지게 오프셋되고, 각 궤적은 상기 종축을 따라 연장되고 상기 한 쌍의 이온 미러의 각각에서 종축과 교차하는, 단계를 포함하는, 방법.
42. 제41항에 있어서, 상기 이온들의 빔의 궤적을 제어하는 단계는, 상기 이온들의 빔을 이온들의 시준된 빔으로서 생성하는 단계, 및 상기 이온들의 시준된 빔을 제어하여 상기 종축 둘레로 방사상 오프셋들의 분포를 갖고서 상기 이온 입구 개구 내로 진입하게 하는 단계를 포함하는, 방법.
43. 제41항에 있어서, 상기 이온들의 빔의 궤적을 제어하는 단계는, 상기 이온들의 빔을 이온들의 시준된 빔으로서 생성하는 단계, 상기 이온들의 시준된 빔을 제어하여 상기 입구 개구에 진입하게 하는 단계, 및 이어서 상기 적어도 하나의 전압 소스를 제어하여 상기 한 쌍의 이온 미러들 중의 제1 이온 미러 내의 이온 투과 전계를 선택적으로 수정하여 상기 이온 투과 전계의 집속력을 가변하여 상기 ELIT 내에서 상기 종축에 놓인 초점을 향하여 진입하는 상기 이온들의 시준된 빔에 각도 수렴을 부여하는 단계를 포함하는, 방법.
44. 정전 선형 이온 트랩(ELIT)에 공급된 이온들의 빔의 적어도 2개의 이온을 동시에 측정하는 방법으로서, 상기 ELIT은 한 쌍의 동축 정렬된 이온 미러 및 이들 사이에 배치되며 이들과 동축으로 정렬되어 ELIT의 종축이 각각의 중심을 통과하도록 하는 세장형 전하 검출 실린더를 포함하고, 상기 한 쌍의 이온 미러들 중의 제1 이온 미러가 상기 종축 둘레의 이온 입구 개구를 정의하며, 이를 통하여 상기 공급된 이온들의 빔이 상기 ELIT에 진입하고, 상기 방법은:
    적어도 하나의 전압 소스를 제어하여 상기 한 쌍의 이온 미러들에 전압을 인가하여 상기 한 쌍의 이온 미러들의 각각을 통해 그리고 상기 전하 검출 실린더를 통해 그리고 상기 한 쌍의 이온 미러들 중의 제2 이온 미러에 의해 정의되는 이온 출구를 통해 상기 ELIT의 이온 입구 개구에 공급되는 상기 이온들의 빔을 통과시키는 이온 투과 전계를 내부에 확립하는 단계로서, 각 이온 투과 전계는 통과하는 이온들을 상기 종축을 향하여 포커싱하도록 구성된, 단계,
    상기 적어도 하나의 전압 소스를 제어하여 상기 한 쌍의 이온 미러들에 인가되는 전압들을 수정하여 상기 ELIT의 이온 입구 개구에 공급되는 상기 이온들의 빔의 적어도 2개의 이온을 상기 ELIT 내에 포획하는 이온 반사 전계를 내부에 확립하는 단계로서, 각 이온 반사 전계는, 상기 이온들을 상기 종축을 향하여 또한 포커싱하는 동안 상기 전하 검출 실린더로부터 상기 한 쌍의 이온 미러들 각각에 진입하는 이온들을 정지시켜 상기 전하 검출 실린더를 통해 상기 한 쌍의 이온 미러들 중의 나머지 이온 미러를 향하여 다시 반대 방향으로 가속하도록 구성된, 단계, 및
    상기 ELIT의 이온 입구 개구에 진입하는 상기 이온들의 빔의 궤적을 제어하여, 상기 ELIT 내에 후속 포획되는 상기 적어도 2개의 이온이 내부에서 진동하게 하며, 이때, 적어도 2개의 상이한 원통형 이온 진동 궤적이 상기 종축 둘레로 서로 방사상 오프셋되어, 상기 종축을 따라 각각 연장되는 적어도 2개의 중첩된 원통형 이온 진동 궤적을 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
45. 제44항에 있어서, 상기 이온들의 빔의 궤적을 제어하는 단계는, 상기 이온들의 빔을 이온들의 시준된 빔으로서 생성하는 단계, 상기 시준된 빔을 상기 이온 입구 개구에서 상기 종축을 따른 지점으로 포커싱하는 단계, 및 상기 이온들의 포커싱된 지점을 상기 종축에 대한 방사상 오프셋들의 라인을 따라 스위핑하는 단계를 포함하는, 방법.
46. 제44항에 있어서, 상기 이온들의 빔의 궤적을 제어하는 단계는, 상기 이온들의 빔을 이온들의 시준된 범으로서 생성하는 단계, 상기 시준된 빔을 상기 이온 입구 개구에서 평면으로 포커싱하는 단계, 및 상기 포커싱된 평면을 상기 종축에 대하여 오프셋하는 단계를 포함하는, 방법.
47. 제44항에 있어서, 상기 이온들의 빔의 궤적을 제어하는 단계는, 상기 이온들의 빔을, 상기 종축에 대한 방사상 오프셋들의 분포 및 상기 종축에 평행한 2개 이상의 방사상 오프셋 라인에 대한 발산 각도들의 분포를 포함하는 이온들의 시준되지 않은 빔으로서 생성하는 단계, 및 상기 이온들의 시준되지 않은 빔을 제어하여 상기 이온 입구 개구에 진입하게 하는 단계를 포함하는, 방법.
48. 제44항 내지 제47항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이온들의 빔의 궤적을 제어하는 단계는, 상기 진입하는 이온들의 빔의 방사상 오프셋들의 각각의 크기를 제어함으로써 상기 종축에 대한 적어도 2개의 원통형 이온 진동 궤적 중의 임의의 것의 내경과 외경을 제어하는 단계를 포함하는, 방법.
49. 제44항 내지 제48항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이온들의 빔의 궤적을 제어하는 단계는, 상기 진입하는 이온들의 빔의 발산 각도들의 각각의 크기를 제어함으로써 상기 적어도 2개의 원통형 이온 진동 궤적 중 임의의 것의 내경과 외경 간의 두께를 제어하는 단계를 포함하는, 방법.

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