KR20220117264A - 전하 측정 배열체를 구비한 질량 분석기 - Google Patents

전하 측정 배열체를 구비한 질량 분석기 Download PDF

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마틴 에프. 재롤드
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더 트러스티즈 오브 인디애나 유니버시티
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Abstract

질량 분석기는 샘플로부터 이온을 생성하도록 구성된 이온 발생기를 포함하는 이온 소스 영역, 이온을 검출하고 해당 이온 검출 신호를 생성하도록 구성된 이온 검출기, 상기 이온 소스 영역과 상기 이온 검출기 사이에 배치된 무전장 드리프트 영역 ― 상기 생성된 이온은 상기 무전장 드리프트 영역을 통해 상기 이온 검출기를 향해 축방향으로 드리프트함 ―, 상기 드리프트 영역 내에 배치되고, 상기 드리프트 영역을 통해 축방향으로 드리프트하는 이온이 통과하는 복수의 이격된 전하 검출 실린더, 및 상기 복수의 전하 검출 실린더 중 서로 다른 실린더에 각각 연결되고, 상기 복수의 전하 검출 실린더 중 각각의 실린더를 통과하는 하나 이상의 생성된 이온의 전하 크기에 대응하는 전하 검출 신호를 각각 생성하도록 구성된 복수의 전하 증폭기를 가질 수 있다.

Description

전하 측정 배열체를 구비한 질량 분석기
본 특허 출원은 2019년 12월 18일 출원된 미국 임시 특허 출원 번호 제62/949,554호의 이점 및 우선권을 주장하며, 이 미국 출원의 개시 내용은 그 전체가 본원에 참고로 명시적으로 포함된다.
본 개시 내용은 일반적으로 질량 분석 기기에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 이온 질량 대 전하 비율 및 이온 전하를 동시에 측정하도록 구성된 질량 분석 기기에 관한 것이다.
종래의 질량 분석기 및 질량 분석계는 물질에서 생성된 기상 이온의 질량 대 전하 비율을 측정하여 물질의 화학 성분을 식별한다. 종래의 질량 분석기 및 질량 분석계에 의해 생성된 스펙트럼 정보는 질량 대 전하 비율 정보로 제한되는데, 그 이유는 이들 기기가 입자 전하를 측정할 수 있는 능력이 없기 때문이다.
본 개시 내용은 첨부된 청구항에 열거되는 하나 이상의 특징, 및/또는 하기의 특징과 이들의 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 일 양태에서, 질량 분석기는 샘플로부터 이온을 생성하도록 구성된 이온 발생기를 포함하는 이온 소스 영역, 이온을 검출하고 해당 이온 검출 신호를 생성하도록 구성된 이온 검출기, 상기 이온 소스 영역과 상기 이온 검출기 사이에 배치된 무전장 드리프트 영역 ― 상기 생성된 이온은 상기 무전장 드리프트 영역을 통해 상기 이온 검출기를 향해 축방향으로 드리프트함 ―, 상기 드리프트 영역 내에 배치되고, 상기 드리프트 영역을 통해 축방향으로 드리프트하는 이온이 통과하는 복수의 이격된 전하 검출 실린더, 및 상기 복수의 전하 검출 실린더 중 서로 다른 실린더에 각각 연결되고, 상기 복수의 전하 검출 실린더 중 각각의 실린더를 통과하는 하나 이상의 생성된 이온의 전하 크기에 대응하는 전하 검출 신호를 각각 생성하도록 구성된 복수의 전하 증폭기를 포함할 수 있다.
도 1은, 질량 대 전하 비율의 함수로서 이온을 분리 및 측정하고, 이온이 분리될 때의 이온의 전하 크기 또는 전하 상태를 측정하도록 구성된 질량 분석기의 단순화된 다이어그램이다.
도 2는, 비행 시간(time-of-flight)(TOF) 질량 분석기의 실시예로서 도 1의 질량 분석기를 구성하기 위해, 이온 가속 영역의 형태로 구현된 도 1의 질량 분석기의 이온 처리 영역의 단순화된 다이어그램이다.
도 3은, 질량 대 전하 비율의 함수로서 이온을 해리 및 측정하고, 이온이 분리될 때의 이온의 전하 크기 또는 전하 상태를 측정하기 위해, 도 1 및 도 2의 TOF 질량 분석기를 작동시키는 단순화된 프로세스의 일 실시예를 예시하는 플로우차트이다.
도 4a는 무장 드리프트 영역에 축방향으로 배열된 3개의 전하 검출 실린더를 포함하는 도 1 및 도 2의 질량 분석기의 예시적인 예의 일부의 단순화된 다이어그램이며, 시간 T0<T1에서 질량 분석기의 가속 영역으로부터의 하전 입자의 가속 이후, 시간 T1에서 무장 드리프트 영역으로 진입하는 서로 다른 질량 대 전하 비율을 갖는 2개의 예시적인 하전 입자를 도시한 것이다.
도 4b는 시간 T2>T1에서 무장 드리프트 영역 내의 2개의 예시적인 하전 입자 각각의 위치를 도시하는 도 4a와 유사한 단순화된 다이어그램이다.
도 4c는 시간 T3>T2에서 무장 드리프트 영역 내의 2개의 예시적인 하전 입자 각각의 위치를 도시하는 도 4a 및 도 4b와 유사한 단순화된 다이어그램이다.
도 4d는 시간 T4>T3에서 무장 드리프트 영역 내의 2개의 예시적인 하전 입자 각각의 위치를 도시하는 도 4a 내지 도 4c와 유사한 단순화된 다이어그램이다.
도 4e는 시간 T5>T4에서 무장 드리프트 영역 내의 2개의 예시적인 하전 입자 각각의 위치를 도시하는 도 4a 내지 도 4d와 유사한 단순화된 다이어그램이다.
도 4f는 시간 T6>T5에서 무장 드리프트 영역 내의 2개의 예시적인 하전 입자 각각의 위치를 도시하는 도 4a 내지 도 4e와 유사한 단순화된 다이어그램이다.
도 4g는 시간 T7>T6에서 무장 드리프트 영역 내의 2개의 예시적인 하전 입자 각각의 위치를 도시하는 도 4a 내지 도 4f와 유사한 단순화된 다이어그램이다.
도 4h는 시간 T8>T7에서 무장 드리프트 영역 내의 2개의 예시적인 하전 입자 각각의 위치를 도시하는 도 4a 내지 도 4g와 유사한 단순화된 다이어그램이다.
도 4i는 시간 T9>T8에서 무장 드리프트 영역 내의 2개의 예시적인 하전 입자 각각의 위치를 도시하는 도 4a 내지 도 4h와 유사한 단순화된 다이어그램이다.
도 4j는 시간 T10>T9에서 무장 드리프트 영역 내의 2개의 예시적인 하전 입자 각각의 위치를 도시하는 도 4a 내지 도 4i와 유사한 단순화된 다이어그램이다.
도 4k는 시간 T11>T10에서 무장 드리프트 영역 내의 하전 입자 P2의 위치와, 검출기에 도달하는 하전 입자 P1을 도시하는, 도 4a 내지 도 4j와 유사한 단순화된 다이어그램이다.
도 4l은, 시간 T12>T11에서 무장 드리프트 영역 내의 하전 입자 P2의 위치를 도시하고, 후속적으로 T13>T12에서 검출기에 도달하는 하전 입자 P2를 추가로 도시하는, 도 4a 내지 도 4j와 유사한 단순화된 다이어그램이다.
도 5는 2개의 예시적인 하전 입자가 (T0에 대한) 시간 윈도우 T1 내지 T4 동안 도 4a 내지 도 4d에 도시된 바와 같이 가속 영역의 출구에 인접한 드리프트 영역 내에 배치된 제1 전하 검출 실린더를 통과할 때의 전하 증폭기(CA1)의 예시적인 출력을 나타내는 전하 크기 대 시간의 플롯이다.
도 6은 2개의 예시적인 하전 입자가 (T0에 대한) 시간 윈도우 T3 내지 T8 동안 도 4c 내지 도 4h에 도시된 바와 같이 제1 전하 검출 실린더와 제3 전하 검출 실린더 사이의 드리프트 영역 내에 배치된 제2 전하 검출 실린더를 통과할 때의 전하 증폭기(CA2)의 예시적인 출력을 나타내는 전하 크기 대 시간의 플롯이다.
도 7은 2개의 예시적인 하전 입자가 (T0에 대한) 시간 윈도우 T7 내지 T12 동안 도 4g 내지 도 4l에 도시된 바와 같이 제2 전하 검출 실린더에 인접하고 그리고 이온 검출기에 인접한 드리프트 영역 내에 배치된 제3 전하 검출 실린더를 통과할 때의 전하 증폭기(CA3)의 예시적인 출력을 나타내는 전하 크기 대 시간의 플롯이다.
도 8은 드리프트 영역을 통해 축방향으로 시간적으로 분리되는 이온의 전하 값을 결정하기 위해 도 3에 예시된 프로세스의 일부의 실시예를 예시하는 플로우차트이다.
도 9는 질량 대 전하 비율의 스캔 가능한 질량 분석기의 일 실시예로서 도 1의 질량 분석기를 구성하기 위해, 질량 대 전하 비율 필터의 형태로 그리고 선택적으로 이온 트랩의 형태로 구현된 도 1의 질량 분석기의 이온 처리 영역의 단순화된 다이어그램이다.
도 10은, 이온이 기기의 무장 드리프트 영역에서 분리될 때, 이온을 질량 대 전하 비율의 함수로서 측정하고, 이온의 전하를 측정하기 위해, 도 1 및 도 9의 질량 대 전하 비율의 스캔 가능한 질량 분석기를 작동시키기 위한 단순화된 프로세스의 일 실시예를 예시하는 플로우차트이다.
도 11은, 질량 대 전하 비율의 스캔 가능한 질량 분석기의 다른 실시예로서 도 1의 질량 분석기를 구성하기 위해, 이온 해리 영역에 의해 분리된 2개의 질량 대 전하 비율 필터의 형태로 구현된 도 1의 질량 분석기의 이온 처리 영역의 단순화된 다이어그램이다.
도 12는, 이온이 기기의 무장 드리프트 영역에서 분리될 때, 이온을 질량 대 전하 비율의 함수로서 측정하고, 이온의 전하를 측정하기 위해, 도 1 및 도 11의 질량 대 전하 비율의 스캔 가능한 질량 분석기를 작동시키기 위한 단순화된 프로세스의 일 실시예를 예시하는 플로우차트이다.
도 13은 하나의 표면 상에 형성된 복수의 이격된 전기 전도성 스트립을 갖는 기다란 전기 절연 시트 형태의 도 1의 무장 드리프트 영역의 일 실시예의 사시도이다.
도 14는 무장 드리프트 튜브 형태의 무장 드리프트 영역을 형성하기 위해 결합된 대향 측면들로 도시된 도 13의 시트의 사시도이다.
도 15는 도 14의 단면선 15-15를 따라 바라본 도 13 및 도 14의 무장 드리프트 튜브의 단면도이다
본 개시 내용의 원리에 대한 이해를 촉진하기 위한 목적으로, 이제 첨부된 도면에 도시된 다수의 예시적인 실시예를 참조할 것이며, 특정 언어는 이를 설명하기 위해 사용될 것이다.
본 개시 내용은, 하전 입자의 질량 대 전하 비율을 측정하고, 하전 입자가 드리프트 영역을 통해 이동할 때의 하전 입자의 전하 크기 또는 전하 상태를 또한 측정하고, 측정된 질량 대 전하 비율 및 측정된 전하 크기 또는 전하 상태의 함수로서 하전 입자의 질량을 결정하기 위한 장치 및 기법에 관한 것이다. 본 문서의 목적을 위해, "하전 입자" 및 "이온"이라는 용어는 상호교환적으로 사용될 수 있으며, 두 용어는 모두 순 양전하 또는 음전하를 갖는 임의의 입자를 지칭하는 것으로 의도된다.
이제 도 1을 참조하면, 하전 입자의 질량 대 전하 비율을 측정하고, 하전 입자의 전하 크기 또는 전하 상태도 또한 측정하도록 구성된 질량 분석기(10)의 다이어그램이 도시되어 있다. 도시된 실시예에서, 질량 분석기(10)는 이온 처리 영역(14)의 이온 입구(A1)에 결합된 이온 소스 영역(12)을 포함하고, 이온 처리 영역(14)의 이온 출구(A2)는 드리프트 영역(16)의 일 단부에 결합된다. 이온 검출기(18)는 드리프트 영역(16)의 반대쪽 단부에 배치된다. 일 실시예에서, 이온 검출기(18)는 드리프트 영역(16)에 대면하는 검출 표면(18A)을 갖는 종래의 마이크로채널 플레이트 검출기이지만, 다른 실시예에서 이온 검출기(18)는 드리프트 영역(16)을 통해 이동하는 이온의 검출에 응답하여 신호를 생성하도록 구성되고 동작가능한 임의의 종래의 검출기일 수 있다. 이온 검출기로 구현될 수 있는 다른 종래의 기기 및 장치의 예는 이온 대 광자 검출기(ion-to-photon detector), 패러데이 컵 검출기(Faraday cup detector), 전자 증배관 검출기(electron multiplier detector), 임의의 고체 상태 검출기, 고전압 충돌 다이노드를 구비한 임의의 검출기 등을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다.
도 1에 도시된 실시예에서, 드리프트 영역(16)은 기다란 드리프트 튜브(16A) 내에 정의된 선형 드리프트 영역이다. 드리프트 영역(16)은 이온 처리 영역(14)의 출구(A2)와 이온 검출기(18)의 이온 검출 표면(18A) 사이의 길이(DRL)를 갖고, 종축(34)은 드리프트 영역(16)을 중앙으로 관통해 연장되고 그리고 이온 처리 영역(14)의 제각기의 입구 및 출구(A1, A2) 각각을 중앙으로 관통해 연장된다. 드리프트 영역(16)이 도 1에서 선형 드리프트 영역의 형태로 도시되어 있지만, 드리프트 영역(16)은 대안적인 실시예에서 전체적으로 또는 부분적으로 비선형일 수 있다는 것으로 이해될 것이다. 하나의 비제한적인 예로서, 드리프트 영역(16)은 종래의 이온 입구(즉, 유입구) 및 이온 출구(즉, 배출구) 구조를 포함하는 원형 드리프트(circular drift) 영역의 형태로 제공될 수 있다. 본 기술 분야의 기술자에게는 적어도 부분적으로 비선형인 드리프트 영역의 다른 예가 고려될 것이고, 이러한 임의의 대안적인 구성은 본 개시 내용의 범위 내에 속하는 것으로 의도된다는 것이 이해될 것이다.
아래에서 더 자세히 설명되는 바와 같이, 이온 소스(12)는 예시적으로, 샘플(22)로부터 이온을 생성하기 위한 임의의 종래의 디바이스 또는 장치(20)를 포함하고, 하나 이상의 분자 특성에 따라 이온을 분리, 수집, 및/또는 필터링하고/하거나 이온을 해리하기 위한, 예컨대, 단편화하기 위한 하나 이상의 디바이스 및/또는 기기(241 - 24F)를 추가로 포함할 수 있다. 어떤 식으로든 제한되는 것으로 간주되어서는 안 되는 하나의 예시적인 예로서, 이온 발생기(20)는 종래의 전자분무 이온화(electrospray ionization)(ESI) 소스, 매트릭스 보조 레이저 탈착이온화(matrix-assisted laser desorption ionization)(MALDI) 소스, 또는 샘플(22)로부터 이온을 생성하도록 구성된 다른 종래의 이온 발생기를 포함할 수 있다. 이온이 생성되는 샘플(22)은 임의의 생물학적 또는 기타 재료일 수 있다.
전압 소스(26)는 J개의 신호 경로를 통해 이온 소스 또는 소스 영역(12)에 전기적으로 연결되고, K개의 신호 경로를 통해 이온 처리 영역(14)에 전기적으로 연결되며, 여기서 J 및 K는 각각 임의의 양의 정수일 수 있다. 일부 실시예에서, 전압 소스(26)는 단일 전압 소스의 형태로 구현될 수 있고, 다른 실시예에서 전압 소스(26)는 임의의 개수의 개별 전압 소스를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 전압 소스(26)는 선택가능한 크기의 하나 이상의 시불변(즉, DC) 전압을 생성 및 공급하도록 구성되거나 제어될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 전압 소스(26)는 하나 이상의 스위칭가능한 시불변 전압, 즉 하나 이상의 스위칭가능한 DC 전압을 생성 및 공급하도록 구성되거나 제어될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 전압 소스(26)는 선택가능한 형상, 듀티 사이클, 피크 크기, 및/또는 주파수의 하나 이상의 시변 신호를 생성 및 공급하도록 구성되거나 제어될 수 있다. 어떤 식으로든 제한되는 것으로 간주되어서는 안 되는 후자의 실시예의 하나의 특정 예로서, 전압 소스(26)는 무선 주파수(RF) 범위 내에서 하나 이상의 사인파 형태(또는 다른 형상)의 하나 이상의 시변 전압을 생성 및 공급하도록 구성되거나 제어될 수 있다.
전압 소스(26)는 M개의 신호 경로에 의해 종래의 프로세서(28)에 전기적으로 연결된 것으로 예시적으로 도시되어 있으며, 여기서 M은 임의의 양의 정수일 수 있다. 이온 검출기(18)는 또한 적어도 하나의 신호 경로를 통해 프로세서(28)에 전기적으로 연결된다. 프로세서(28)는 예시적으로, 통상적인 것이고, 단일 처리 회로 또는 다수의 처리 회로를 포함할 수 있다. 프로세서(28)는 예시적으로, 인스트럭션을 저장한 메모리(30)를 포함하거나 이러한 메모리(30)에 연결되며, 이들 인스트럭션은, 프로세서(28)에 의해 실행될 때, 프로세서(28)로 하여금, 이온 소스 영역(12)의 동작을 선택적으로 제어하기 위한 하나 이상의 출력 전압과 이온 프로세서 영역(14)의 동작을 선택적으로 제어하기 위한 하나 이상의 출력 전압을 생성하도록 전압 소스(26)를 제어하게 한다. 메모리(30)에 저장된 인스트럭션은 예시적으로, 이온 검출기(18)에 의해 생성된 이온 검출 신호를 처리하여 종래의 방식으로 이온 질량 대 전하 비율 값을 결정하기 위한 인스트럭션을 더 포함한다. 일부 실시예에서, 프로세서(28)는 하나 이상의 종래의 마이크로프로세서 또는 컨트롤러의 형태로 구현될 수 있고, 이러한 실시예에서 메모리(30)는 하나 이상의 마이크로프로세서 실행가능 인스트럭션 또는 인스트럭션 세트의 형태로 인스트럭션을 내부에 저장한 하나 이상의 종래의 메모리 유닛의 형태로 구현될 수 있다. 다른 실시예에서, 프로세서(28)는 대안적으로 또는 추가적으로 필드 프로그래머블 게이트 어레이(field programmable gate array)(FPGA) 또는 유사한 회로부의 형태로 구현될 수 있고, 이러한 실시예에서 메모리(30)는, 인스트럭션이 프로그래밍되고 저장될 수 있는 FPGA의 내부 및/또는 외부에 포함되는 프로그래머블 로직 블록의 형태로 구현될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 프로세서(28) 및/또는 메모리(30)는 하나 이상의 주문형 집적 회로(ASIC)의 형태로 구현될 수 있다. 본 기술 분야의 기술자는 프로세서(28) 및/또는 메모리(30)가 구현될 수 있는 다른 형태를 인식할 것이며, 임의의 그러한 다른 형태의 구현예가 본 개시 내용에 의해 고려되고 본 개시 내용에 속하는 것으로 의도된다는 것이 이해될 것이다. 일부 대안적인 실시예에서, 전압 소스(26) 그 자체는 하나 이상의 일정한 및/또는 시변 출력 전압을 선택적으로 생성하도록 프로그래밍될 수 있다.
프로세서(28)는 예시적으로, P개의 신호 경로를 통해 하나 이상의 주변장치(peripheral device)(PD)(32)에 추가로 연결되며, 여기서 P는 임의의 양의 정수일 수 있다. 하나 이상의 주변장치(32)는 프로세서(28)에 신호 입력(들)을 제공하기 위한 하나 이상의 장치 및/또는 프로세서(28)가 신호 출력(들)을 제공하는 하나 이상의 장치를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 주변장치(32)는 종래의 디스플레이 모니터, 프린터, 및/또는 다른 출력 장치 중 적어도 하나를 포함하고, 이러한 실시예에서 메모리(30)는 인스트럭션을 저장하고 있고, 이들 인스트럭션은, 프로세서(28)에 의해 실행될 때, 프로세서(28)로 하여금, 하나 이상의 이러한 출력 주변장치(32)를 제어하게 하여, 저장되고 디지털화된 전하 검출 신호의 분석을 디스플레이 및/또는 레코딩하게 한다.
도시된 실시예에서, 이온 소스 또는 소스 영역(12)은 예시적으로, 전압 소스(26)에 연결된 적어도 하나의 이온 발생기(20)를 포함한다. 프로세서(28)는 예시적으로, 예컨대, 메모리(30)에 저장된 인스트럭션을 통해, 하나 이상의 전압을 생성하는 전압 소스(26)를 제어하여, 이온 발생기(20)가 샘플(22)로부터 이온을 생성하게 하도록 프로그래밍된다. 일부 실시예에서, 이온 발생기(20) 및 샘플(22)은 이온 소스 영역(12) 내에 배치되고, 다른 실시예에서 이온 발생기(20) 및 샘플(22)은 모두 이온 소스 영역(12)의 외부에 배치되고, 또 다른 실시예에서 샘플(22)은 이온 소스 영역(12)의 외부에 배치되고, 이온 발생기(20)는 이온 소스 영역(12) 내부에 배치되지만 도 1의 점선으로 도시된 바와 같은 샘플(22)에 유체적으로 연결되거나 또는 동작가능하게 연결된다. 일 실시예에서, 이온 발생기(20)는 샘플로부터 이온을 하전된 액적의 미세한 미스트 형태로 발생시키도록 구성된 종래의 전자분무 이온화(ESI) 소스이다. 대안적인 실시예에서, 이온 발생기(20)는 종래의 매트릭스 보조 레이저 탈착이온화(MALDI) 소스이거나 이를 포함할 수 있다. ESI 및 MALDI는 단지 2개의 종래의 이온 발생기를 나타내는 것에 불과하고, 이온 발생기(20)는 대안적으로 샘플로부터 이온을 발생시키기 위한 임의의 종래의 디바이스 또는 장치의 형태로 제공될 수 있는 것으로 이해될 것이다.
일부 실시예에서, 이온 소스 또는 소스 영역(12)은 하나 이상의 이온 처리 스테이지(들)(241 - 24F)를 더 포함할 수 있고, 여기서 F는 임의의 양의 정수일 수 있다. 이러한 실시예에서, 프로세서(28)는 예시적으로, 하나 이상의 전압을 생성하는 전압 소스(26)를 제어하여 하나 이상의 이온 처리 스테이지(들)(241 - 24F)의 동작을 제어하도록 프로그래밍된다. 이러한 이온 처리 스테이지(들)(241 - 24F)의 예는 하나 이상의 분자 특성에 따라 하전 입자를 분리, 수집, 및/또는 필터링하기 위한 하나 이상의 디바이스 및/또는 기기, 및/또는 하전 입자를 해리하기 위한, 예컨대, 단편화하기 위한 하나 이상의 디바이스 및/또는 기기를 임의의 순서 및/또는 조합으로 포함할 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다. 하나 이상의 분자 특성에 따라 하전 입자를 분리하기 위한 하나 이상의 디바이스 및/또는 기기의 예는 하나 이상의 질량 분석기 또는 질량 분석계, 하나 이상의 이온 이동도 분광기, 하나 이상의 기체 또는 액체 크로마토그래프 등을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다. 질량 분석기 또는 질량 분석계의 예는, 이들 중 하나 이상을 포함하는 이온 소스(12)의 실시예에서, 비행 시간(TOF) 질량 분석기, 리플렉트론(reflectron) 질량 분석기, 푸리에(Fourier) 변환 이온 사이클로트론 공명(Fourier transform ion cyclotron resonance)(FTICR) 질량 분석기, 사중극자 질량 분석기, 삼중 사중극자 질량 분석기, 자기 섹터 질량 분석기 등을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다. 이온 이동도 분광기의 예는, 이들 중 하나 이상을 포함하는 이온 소스(12)의 실시예에서, 단일관 선형 이온 이동도 분광기, 다중관 선형 이온 이동도 분광기, 원형관 이온 이동도 분광기 등을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다. 하전 입자를 수집하기 위한 하나 이상의 디바이스 및/또는 기기의 예는 사중극자 이온 트랩, 육중극자 이온 트랩 등을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다. 하전 입자를 필터링하기 위한 하나 이상의 디바이스 및/또는 기기의 예는 질량 대 전하 비율에 따라 하전 입자를 필터링하기 위한 하나 이상의 디바이스 또는 기기, 입자 이동도에 따라 하전 입자를 필터링하기 위한 하나 이상의 디바이스 또는 기기 등을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다. 하전 입자를 해리하기 위한 하나 이상의 디바이스 및/또는 기기의 예는 충돌 유도 해리(collision-induced dissociation)(CID), 표면 유도 해리(surface-induced dissociation)(SID), 전자 포획 해리(electron capture dissociation)(ECD), 및/또는 광유도 해리(photo-induced dissociation)(PID)에 의해 하전 입자를 해리하기 위한 하나 이상의 디바이스 또는 기기 등을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다. 이온 처리 스테이지(들)(241 - 24F)는 임의의 그러한 종래의 이온 분리 기기 및/또는 이온 처리 기기의 하나 또는 임의의 조합을 임의의 순서로 포함할 수 있고, 일부 실시예는 다수의 인접하거나 이격된 임의의 종래의 이온 분리 기기 및/또는 이온 처리 기기를 포함할 수 있는 것으로 이해될 것이다.
전하 검출기 어레이(40)는 예시적으로, 드리프트 영역(16) 내에 배치되거나 드리프트 영역(16)과 일체화된다. 도 1에 도시된 실시예에서, 전하 검출기 어레이(40)는 예시적으로, 복수의 N개의 이격된 캐스케이드형 전하 검출 실린더(401 - 40N)를 포함하고, 여기서 N은 2보다 큰 임의의 양의 정수일 수 있다. 어떤 방식으로든 제한되는 것으로 간주되어서는 안 되는 하나의 예시적인 실시예에서, N은 대략 100일 수 있지만, 다른 실시예에서 N은 100보다 작거나 100보다 클 수 있다. 어쨌든, 전하 검출 실린더(401 - 40N) 각각은 이온이 제각기의 실린더를 통과할 수 있도록 관통하는 보어를 정의하고, 도시된 실시예에서 전하 검출 실린더(401 - 40N)는 드리프트 영역(16)의 중심 종축(34)이 각각을 중앙으로 관통하도록 단대단(end-to-end)으로 배열된다. 도시된 실시예에서, 각 전하 검출 실린더(401 - 40N)는 자신의 이온 입구 단부와 이온 출구 단부 사이의 길이(CDL)를 정의하지만, 대안적인 실시예에서 하나 이상의 전하 검출 실린더(401 - 40N)는 길이(CDL)보다 크거나 작은 길이를 가질 수 있다. 최소 CDL은 예시적으로, 물리적으로 실현 가능하고, 이를 통과하는 하나 이상의 이온에 대한 전기적으로 검출 가능한 신호 응답을 생성할 것이다. 이론적으로는 CDL에 대한 상한이 존재하지 않지만, 이용 가능한 공간 및 기기 작동 조건과 같은 실제 고려 사항은 일반적으로 임의의 특정 애플리케이션에서 최대 유용한 CDL을 제한하게 될 것이다.
도시된 실시예에서, 복수의 접지 링(421 - 42N-1) 각각은 각각의 인접한 전하 검출 실린더(401 - 40N)의 쌍 사이에 정의된 공간 내에 배치되고, 그리고 또 다른 접지 링(42N)은 마지막 전하 검출 실린더(40N)의 이온 출구에 인접하게 배치된다. 각 접지 링(421 - 42N)은 예시적으로, 제각기의 접지 링을 관통하며, 종축(34)이 중앙으로 관통하는 링 개구(RA)를 정의하며, 여기서 RA는 예시적으로, 전하 검출 실린더(401 - 40N)의 내부 직경보다 작거나 같다. 도시된 실시예에서, 전하 검출 실린더(401 - 40N)는 서로로부터 축방향으로 공간 길이(SL)만큼 이격되어 있다. 도시된 실시예에서, 각각의 접지 링(421 - 42N-1)은 전하 검출 실린더(402 - 40N) 중 제각기의 인접한 실린더의 이온 입구와 이온 출구 사이의 공간(SL)을 방사상으로 양분하도록 배치되고, 그 결과 각 접지 링(421 - 42N)과 전하 검출 실린더(401 - 40N) 중 제각기의 인접한 실린더 사이의 거리는 SL/2이 되고, 접지 링(42N)은 전하 검출 실린더(40N)의 이온 출구와 이온 검출기(18)의 검출 표면(18A) 사이의 공간(SL)을 양분하도록 배치되며, 그 결과 접지 링(42N)으로부터 각각까지의 거리는 SL/2이 된다. 일부 실시예에서, 접지 링(421 - 42N) 중 하나 이상은 생략될 수 있다.
하나의 예시적인 실시예에서, 드리프트 튜브(16a)는 (도 1에 도시된 바와 같은) 접지 전위에 또는 다른 기준 전위에 예시적으로 결합되는 전기 전도성 실린더의 형태로 제공되며, 그 내부에는 복수의 전하 검출 실린더(401 - 40N)가 적합하게 장착되어 있다. 하나 이상의 접지 링(421 - 42N)을 포함하는 이러한 실시예에, 그러한 하나 이상의 접지 링은 전기 전도성 실린더의 내부 표면에 전기적으로 그리고 기계적으로 결합될 수 있거나, 전기 전도성 실린더와 일체형으로 형성될 수 있으며, 그 결과 전기 전도성 실린더와 하나 이상의 접지 링(421 - 42N)은 일체형 구조가 된다. 다른 예시적인 실시예에서, 드리프트 튜브(16A)는 교번하는 전기 전도성 또는 전기 절연성 스페이서와 복수의 접지 링(421 - 42N) 중 각각의 링의 상호 연결된 시리즈로 형성될 수 있고, 그리고 그 내부에는 복수의 전하 검출 실린더(401 - 40N)가 적합하게 장착될 수 있다. 또 다른 예시적인 실시예에서, 드리프트 튜브(16A)는, 복수의 이격되고 평행한 전기 전도성 스트립이 부착되거나, 복수의 이격되고 평행한 전기 전도성 스트립이 종래의 방식으로, 예컨대, 종래의 금속성 패턴 퇴적 기법을 사용하여 형성되는 가요성 또는 반가요성 전기 절연 재료의 롤러블 시트(rollable sheet), 예컨대, 가요성 회로 보드의 형태로 제공될 수 있다. 이 실시예의 비제한적인 예가 도 13 내지 도 15에 도시되어 있고, 아래에서 상세하게 설명될 것이다. 본 기술 분야의 기술자는 드리프트 튜브(16A) 및/또는 전하 검출 실린더(401 - 40N) 및/또는 하나 이상의 접지 링(421 - 42N)(이들을 포함하는 실시예에서)이 제공될 수 있는 다른 형태를 인식할 것이고, 임의의 그러한 다른 형태는 본 개시 내용의 범위 내에 속하는 것으로 의도된다는 것이 이해될 것이다.
각 전하 검출 실린더(401 - 40N)는 N개의 전하 감지 증폭기(CA1 내지 CAN) 중 대응하는 증폭기의 신호 입력에 전기적으로 연결되고, 각 전하 증폭기(CA1 내지 CAN)의 신호 출력은 프로세서(28)에 전기적으로 연결된다. 하전 입자가 이온 처리 영역(14)의 이온 출구(A2)로부터 드리프트 튜브(16A) 내로 진입함에 따라, 진입되는 하전 입자는 드리프트 영역(16)을 축방향으로 통과하여 이온 검출기(18)의 감지 면(18A)을 향하여 그리고 감지 면(18A) 내로 이동한다. 하전 입자가 드리프트 튜브(16A)를 축방향으로 통과하여 이동함에 따라, 이러한 각각의 하전 입자는 복수의 전하 검출 실린더(401 - 40N)를 순차적으로 통과한다. 이러한 각각의 하전 입자가 각각의 연속적인 전하 검출 실린더(401 - 40N)를 통과함에 따라, 하전 입자에 의해 해당 실린더 상에 전하가 유도되고, 여기서 유도된 전하는 해당 입자의 전하의 크기에 비례하는 크기를 갖는다. 전하 증폭기(CA1 내지 CAN)은 각각 예시적으로, 통상적인 것이고, 전하 검출기(401 - 40N) 각각에서 하전 입자에 의해 유도된 전하에 응답하여, 해당 출력에서 해당하는 각각의 전하 검출 신호를 생성한다. 전하 증폭기(CA1 내지 CAN)에 의해 생성된 전하 검출 신호는 프로세서(28)에 공급된다. 전하 증폭기(CA1 내지 CAN)에 의해 생성된 전하 검출 신호의 크기는, 임의의 시점에서, (i) 단일 하전 입자가 전하 검출 실린더(401 - 40N) 각각을 통과하는 경우, 해당 단일 하전 입자의 전하의 크기, 또는 (ii) 다수의 하전 입자가 동시에 전하 검출 실린더(401 - 40N) 각각을 통과하는 경우, 그러한 다수의 하전 입자의 결합된 전하의 크기에 비례한다. 프로세서(28)는 차례로, 예시적으로, 전하 증폭기(CA1 내지 CAN) 각각에 의해 생성된 전하 검출 신호를 수신 및 디지털화하고, 디지털화된 전하 검출 신호를 메모리(30)에 저장하거나, 또는 프로세서(28)에 연결되거나 프로세서(28)에 의해 액세스 가능한 하나 이상의 다른 메모리 유닛에 저장하도록 동작가능하다.
질량 분석기(10)의 드리프트 영역(16)은 무장 드리프트 영역(field-free drift region)(즉, 무전장(no electric field))이며, 초기 속도로 이온 처리 영역(14)의 이온 출구(A2)를 통해 드리프트 튜브(16A)에 진입하는 하전 입자 이온은 실질적으로 일정한 속도로 이온 검출기(18)의 검출 면(18A)을 향해 그리고 검출 면(18A) 내로 드리프트된다. 이와 관련하여, 이온 소스(12) 및/또는 이온 처리 영역(14)은 일반적으로 이온을 초기 속도로 드리프트 튜브(16A) 내로 통과시키기 위한 원동력을 제공할 것이다. 원동력은 임의의 하나의 형태 또는 여러 상이한 형태의 조합으로 예시적으로 제공될 수 있으며, 그 예는 하나 이상의 이온 가속 전장, 하나 이상의 자장, 외부 환경과 이온 소스(12) 간의 압력차, 및/또는 이온 소스(12)와 드리프트 튜브(16A) 간의 압력차 등을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다. 어떤 경우든, 하전 입자가 무장 드리프트 영역(16)을 통해 드리프트함에 따라, 하전 입자는 질량 대 전하 비율에 따라 시간이 지남에 따라 분리될 것이며, 보다 낮은 질량 대 전하 비율을 갖는 하전 입자는 보다 높은 질량 대 전하 비율을 갖는 하전 입자보다 이온 검출기(18)에 더 빨리 도달하게 될 것이다.
위에서 간략하게 설명된 바와 같이, 메모리(30)는 프로세서(28)에 의해 실행가능한 인스트럭션을 포함하고, 이러한 인스트럭션은 예시적으로, (a) 프로세서(28)로 하여금 전압 소스(26)를 종래의 방식으로 제어하게 하여, (i) 이온 발생기(20)가 하전 입자를 생성하게 하고, (ii) 이온 처리 영역(14)에서 드리프트 영역(16) 내로, 이들 하전 입자 중 하나를 통과시키거나, 하전 입자의 특정 그룹 또는 세트를 통과시키거나, 생성된 모든 하전 입자를 통과시키며 ― 이러한 드리프트 영역(16)을 통과하는 각각의 하전 입자(들)는 일정한 에너지로 이온 검출기(18)를 향해 그리고 이온 검출기(18) 내로 축방향으로 이동함 ―, 그리고 (b) 이온 검출기(18)에 의해 생성된 검출 신호를 종래의 방식으로 처리하여 검출기(18)에 도달하는 하전 입자의 질량 대 전하 비율을 결정하게 한다. 도 1에 도시된 질량 분석기(10)의 실시예에서, 메모리(30)는 프로세서(28)에 의해 실행가능한 인스트럭션을 추가로 포함하고, 이러한 인스트럭션은 예시적으로, 이온 검출기(18)에 의해 생성된 검출 신호, 및 전하 증폭기(CA1 내지 CAN)의 각각 또는 적어도 일부에 의해 생성된 검출 신호를 처리하여, 드리프트 영역(16)을 통과해 축방향으로 이동한 각각의 하전 입자의 전하 크기 및/또는 전하 상태를 결정하고, 그 후 측정된 입자 질량 대 전하 비율 및 측정된 입자 전하 크기 또는 전하 상태를 기반으로 입자 질량을 결정하게 한다. 일부 실시예에서, 예를 들어, 이온 소스(12) 및/또는 이온 처리 영역(14)이 이온 처리 영역(14)의 이온 출구(A2)로부터 드리프트 영역(16)으로 복수의 이온을 동시에 생성 및 공급하도록 구성되는 경우, 예를 들어, 도 1의 예에 의해 예시되는 바와 같이, 이온 처리 영역(14)의 이온 출구(A2)와 제1 전하 검출 실린더(161)의 이온 입구 단부 사이(또는 이온 출구(A2)와 제1 전하 검출 실린더(161)의 이온 입구 단부 앞에 배치될 수 있는 접지 링의 이온 입구 사이)에 길이(PRL)의 사전 배열 공간(pre-array space)을 포함하도록 드리프트 튜브(16A)를 구성하는 것이 바람직할 수 있다. 이것은, 전하 검출기 어레이(18)로 전하 측정을 수행하기 전에, 드리프트 영역(16)을 통과하여 축방향으로 이동하는 하전 입자가 시간에 따라 (무장 영역(16)에서 질량 대 전하 비율의 함수로서) 일정량의 축방향 분리를 겪을 수 있게 할 것이고, 이로써 전하 증폭기(CA1 내지 CAN) 중 제1의 하나 이상의 증폭기에 의해 생성된 전하 검출 신호의 품질 및 유용성을 증가시킬 수 있다. 사전 배열 공간(16B)의 길이(PRL)는 예시적으로, 애플리케이션에 기반하여 선택될 수 있고, 일부 실시예에서 사전 배열 공간(16B)은 그 전체가 생략될 수 있다.
이제 도 2를 참조하면, 이온 가속 영역(14')의 형태로 구현된 이온 처리 영역(14)의 실시예가 도시되어 있다. 도 2에 도시된 실시예에서, 이온 가속 영역(14')은 이온 입구(A1)를 정의하는 전기 전도성 게이트(36) 및 이온 출구(A2)를 정의하는 다른 전기 전도성 게이트(38)를 포함한다. 게이트(36, 38)는 축방향으로 서로 이격되어 있고, 게이트(36)는 이온 소스 영역(12)에 인접하게 배치되고, 게이트(38)는 드리프트 튜브(16A)의 입구 단부에 인접하게 배치된다. 일 실시예에서, 게이트(36, 38)는 예시적으로, 관통하는 제각기의 입구/출구(A1, A2)를 정의하는 전기 전도성 플레이트 또는 링의 형태로 각각 제공된다. 이러한 일부 실시예에서, 이온 가속 영역(14')은, 예컨대, 프로세서(28)에 의해 종래의 방식으로, 이온 출구(A2)를 통과하게 하전 입자를 지향시키도록 구성 및/또는 제어되는 하나 이상의 종래의 방사상 집속 구조 또는 디바이스를 포함할 수 있다. 일부 대안적인 실시예에서, 게이트(36, 38) 중 하나 또는 둘 모두는 전기 전도성 그리드 또는 다른 종래의 전기 전도성 게이트 구조의 형태로 제공될 수 있다. 어떤 경우든, 전압 소스(26)의 전압 출력(VS1)은 전기 전도성 게이트(36)에 전기적으로 연결되고, 전압 소스(26)의 다른 전압 출력(VS2)은 전기 전도성 게이트(38)에 전기적으로 연결된다.
이온 가속 영역(14')의 동작은 통상적인데, 그 이유는, 하나 이상의 생성된 이온이 이온 입구(A1)를 통해 이온 가속 영역(14')에 진입한 경우, 프로세서(28)가 전압 소스(26)를 제어하여, 이온 출구(A2)를 통해 그리고 드리프트 튜브(16A)의 입구 단부 내로 이온을 가속시키도록 배향되는 전기장(E)을 게이트(36, 38) 사이에 생성하도록 동작가능하기 때문이다. 양으로 대전된 입자의 경우, 전압(VS1 및 VS2)은 도 2에 도시된 방향으로의 전기장(E)을 게이트(36, 38) 사이에 생성하도록 선택되고, 음으로 대전된 입자의 경우, 전압(VS1 및 VS2)은 도 2에 도시된 것과 반대 방향으로의 전기장을 게이트(36, 38) 사이에 생성하도록 선택될 것이다. 어느 경우든, 생성된 전기장(E)은 이온 가속 영역(14')에 포함된 하나 이상의 생성된 이온을 드리프트 영역(16)으로 가속시키도록 동작하며, 이러한 드리프트 영역(16)을 통과하는 이온은 각각 일정한 에너지로 이온 검출기(18)를 향해 축방향으로 드리프트하게 된다. 이온 처리 영역(14)이 도 2의 예에 도시된 바와 같이 이온 가속 영역(14')으로서 구현됨에 따라, 질량 분석기(10)는 구조적으로는, 무장 드리프트 튜브(16A) 내에 축방향으로 배열되거나, 무장 드리프트 튜브(16A)의 일부로서 축방향으로 배열되거나, 또는 무장 드리프트 튜브(16A)를 정의하는 것으로 축방향으로 배열되는 전하 검출기 어레이(40)를 구비한 비행 시간(TOF) 질량 분석기이다.
이제 도 3을 참조하면, 이온 질량 대 전하 비율, 이온 전하(크기 및/또는 전하 상태) 및 이온 질량을 측정하기 위해 도 1 및 도 2의 TOF 질량 분석기(즉, 이온 처리 영역(14)으로서 구현되는 도 2의 이온 가속 영역(14')을 구비한 도 1의 질량 분석기(10))를 작동시키기 위한 예시적인 프로세스(100)를 도시하는 단순화된 플로우차트가 도시되어 있다. 프로세스(100)는 예시적으로, 입자 질량 대 전하 비율, 입자 전하, 및 입자 질량의 측정을 수행하기 위해 프로세서(28)에 의해 실행가능한 인스트럭션의 형태로 메모리(30)에 저장된다. 프로세스(100)는 예시적으로, 이온 발생기(20)에 의해 생성된 하나 이상의 하전 입자가 이온 가속 영역(14') 내에, 즉 게이트(36, 38) 사이에 상주하는 지점에서 시작한다. 프로세스(100) 이전에, 프로세서(28)는 종래의 방식으로 전압 소스(26)를 제어하여 이온 발생기(20)가 복수의 이온을 생성하게 할 것이다. 이온 소스(12)가 이온 처리 스테이지(241 - 24F)(도 1 참조) 중 어느 것도 포함하지 않는 실시예에서, 생성된 복수의 이온의 전부는 아니지만 대부분은 입구(A1)를 통과하고, 이온 가속 영역(14')에 상주할 것이고, 일부의 경우, 만약 존재한다면, 이온 발생기(20)에 인가된 전압에 대한 출력 전압(VS1, VS2)의 하나 또는 둘 모두를 제어하는 전압 소스(26)의 제어에 의해 지원을 받게 될 것이다.
이온 소스(12)가 이온 처리 스테이지(241 - 24F)(도 1 참조) 중 하나 이상을 포함하는 대안적인 실시예에서, 프로세서(28)는, 하나 이상의 이온 처리 스테이지(241 - 24F)를 제어하거나 동작시키는 전압 소스(26)를 종래의 방식으로 제어하여, 생성된 복수의 이온의 서브세트를 이온 가속 영역(14')에 공급하고/하거나 생성된 복수의 이온의 수정된 세트를 이온 가속 영역(14')에 공급하도록 동작가능하다. 어떤 식으로든 제한되는 것으로 간주되어서는 안 되는 예시적인 일 실시예에서, 하나 이상의 이온 처리 스테이지(241 - 24F)는, 예컨대, 사중극자 필터와 같은 종래의 질량 대 전하 비율 필터의 형태로 구현될 수 있고, 프로세서(28)는 이 예시적인 실시예에서 전압 소스(26)를 제어하여, 이온 가속 영역(14)으로, 임계 질량 대 전하 비율 값을 초과하거나 미만인 질량 대 전하 비율을 가지거나 지정된 범위의 질량 대 전하 비율 내의 질량 대 전하 비율을 갖는 생성된 복수의 이온의 서브세트를 통과시키도록 동작가능할 수 있다. 마찬가지로 어떤 식으로든 제한되는 것으로 간주되어서는 안 되는 다른 예시적인 실시예에서, 하나 이상의 이온 처리 스테이지(241 - 24F)는 대안적으로 또는 추가적으로, 생성된 복수의 이온 또는 이의 서브세트를 해리하기 위해, 예컨대, 단편화하기 위해 프로세서(28)에 의해 동작가능하거나 제어 가능한 해리 스테이지(dissociation stage)를 포함할 수 있으며, 이러한 경우 생성된 복수의 하전 입자의 수정된 세트는 이온 가속 영역(14')으로 통과된다. 어떤 식으로든 제한되는 것으로 간주되어서는 안 되는 또 다른 예시적인 실시예에서, 하나 이상의 이온 처리 스테이지(241 - 24F)는, 임계 이온 이동도 값을 초과하거나 미만인 이온 이동도 값을 가지거나 지정된 범위의 이온 이동도 값 내의 이온 이동도 값을 갖는 생성된 복수의 이온의 서브세트를 이온 가속도 영역(14')으로 통과시키도록 프로세서(28)에 의해 제어 가능한 이온 이동도 분광기를 포함할 수 있다. 본 기술 분야의 기술자는 하나 이상의 이온 처리 스테이지(241 - 24F)로서 구현될 수 있는 다른 기기 또는 스테이지, 및 기기 또는 스테이지의 조합을 인식할 것이고, 임의의 그러한 다른 기기 또는 스테이지 및/또는 기기 또는 스테이지의 조합은 본 개시 내용의 범위 내에 속하는 것으로 의도된다는 것이 이해될 것이다. 일반적으로, 하나 이상의 이온 처리 스테이지(241 - 24F)는, 하나 이상의 이온 처리 스테이지(241 - 24F)를 포함하는 이온 소스(12)의 실시예에서, 하나 이상의 분자 특성에 따라 이온을 분리, 수집, 및/또는 필터링하고/하거나 이온을 해리하도록, 예컨대, 단편화하도록 구성된 하나 이상의 기기 또는 스테이지 및/또는 이들의 다양한 조합의 형태로 구현될 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 프로세스(100)는 예시적으로, 단계 102에서 시작하며, 이 단계에서 프로세서(28)는 예시적으로, 드리프트 영역(16)의 치수 정보(dimensional information)(DI)의 적어도 일부를 메모리(30)에 저장하도록 동작가능하다. 일부 실시예에서, 단계 102는 프로세서(28)에 의해 부분적으로 실행되고, 그리고, 예컨대, 프로세서(28)에 연결된 주변장치(32)를 사용하여 치수 정보를 메모리(30)에 키잉함으로써 부분적으로 실행되고, 다른 실시예에서 프로세서(28)는, 예컨대, 메모리(30)에 저장된 또는 프로세서(28)에 연결된 주변장치(32)에 의해 판독 가능한 외부 메모리 디바이스에 저장된 파일로부터 DI를 판독함으로써 단계 102 전체를 실행할 수 있다. 일 실시예에서, DI는 예시적으로, 적어도 드리프트 영역(16)의 전체 길이(DRL), 즉 이온 가속 영역(14')의 이온 출구(A2)와 이온 검출기(18)의 이온 검출 면(18A) 사이의 전체 길이(DRL), 복수의 전하 검출 실린더(401 - 40N)의 길이(CDL), 인접한 전하 검출 실린더(401 - 40N) 사이의 공간 길이(SL), 전하 검출 실린더(401 - 40N)의 총 개수(N), 만약 존재하는 경우, 사전 배열 길이(PRL), 및 만약 SL과 다른 경우, 마지막 전하 검출 실린더(40N)의 이온 출구 단부와 이온 검출기의 이온 검출 면(18A) 사이의 거리를 포함한다. 치수 정보(DI)는 예시적으로, 드리프트 영역(16)을 통해 축방향으로 이동하는 각각의 하전 입자를, 해당 하전 입자가 전하 검출 실린더(401 - 40N)의 각각을 통해 또는 전하 검출 실린더(401 - 40N)의 적어도 서브세트를 통해 축방향으로 이동했던 해당 시간과 매칭시킬 목적으로 저장된다.
단계 102에 후속하여, 프로세스(100)는 단계 104로 진행하며, 이 단계에서 프로세서(28)는 기준 시간(RT)에서 전압 소스(26)를 제어하여, 전압 소스(26)가 전압(VS1 및 VS2)을 생성하게 하거나 전압(VS1 및 VS2)을, 이온 가속 영역(14')에서 이온 가속 영역(14')에 상주하는 하전 입자를 그 이온 출구(A2)를 통해 드리프트 영역(16) 내로 가속시키도록 배향되는 이온 가속 전기장을 설정하는 값으로 스위칭하게 하도록 동작가능하며, 그 결과 하전 입자는 각각 일정한 속도로 드리프트 영역(16)을 통해 축방향으로 드리프트하게 된다. 프로세스(100)를 설명하기 위해, RT에서 M개의 하전 입자가 이온 가속 영역(14')으로부터 드리프트 영역(16) 내로 가속되는 것으로 가정될 것이며, 여기서 M은 임의의 양의 정수일 수 있다.
단계 104에 후속하여, 프로세스(100)는 단계 106으로 진행하며, 이 단계에서 프로세서(28)는, 드리프트 영역(16) 내로 가속된 M개의 하전 입자가 이온 검출기(18)를 향해 축방향으로 드리프트하게 됨에 따라, RT에 대해, 전하 증폭기(CA1 내지 CAN)의 각각, 또는 그의 적어도 서브세트에 의해 생성된 전하 검출 신호를 레코딩, 즉 저장하도록 동작가능하다. 일 실시예에서, 프로세서(28)는 단계 106에서 선택된 샘플 레이트에서 전하 증폭기(CA1 내지 CAN)에 의해 생성된 전하 검출 신호를 샘플링하도록 동작가능하다. 일부 실시예에서, 프로세서(28)는, 단계 104에서 드리프트 영역(16) 내로 가속된 모든 하전 입자가 각각의 전하 검출 실린더(401 - 40N)를 통과한 후에, 각각의 전하 검출 신호가 활동을 중단함에 따라, 각 전하 검출 신호 샘플링을 연속적으로 중단하도록 동작가능할 수 있다. 다른 실시예에서, 프로세서(28)는 이온 검출기(18)에서 하전 입자의 마지막 검출 후에 샘플링을 중단하도록 동작가능할 수 있다.
어쨌든, 프로세스는 단계 106에서 단계 108로 진행하며, 이 단계에서 프로세서(28)는, M개의 하전 입자 각각이 이온 검출기(18)의 검출 면(18A)에 도달하여 이러한 검출 면(18A)에 의해 검출됨에 따라, 기준 시간(RT)에 대한 검출 시간(DT1 - DTM)을 메모리(30)에 레코딩, 즉 저장하도록 동작가능하다. 그 후, 단계 110에서, 프로세서(28)는 기준 시간(RT) 및 저장된 각각의 검출 시간(DT1 - DTM)의 함수로서 M개의 하전 입자 각각의 비행 시간(TOF)을, 예컨대, TOF1-M = (DT1-M - RT)을 계산하고 메모리(30)에 저장하도록 동작가능하다. 따라서, 이온 검출기(18)에서 M번째 하전 입자를 검출한 후, 메모리(30)는 M개의 비행 시간 값, TOF1-M를 내부에 저장하였다.
단계 110에 후속하여, 프로세스(100)는 단계 112로 진행하며, 이 단계에서 프로세서(28)는 저장된 치수 정보(DI), 저장된 각각의 비행 시간(TOF1-M), 및 전하 증폭기(CA1 내지 CAN)의 전부 또는 적어도 서브세트에 의해 생성된 저장된 전하 검출 신호에 기반하여, 또는 이들의 함수로서, M개의 하전 입자의 전하 크기 또는 전하 상태(CH), 예컨대, CH1-M = F(DI, TOF1-M, CA1 내지 CAN)를 계산하여 메모리(30)에 저장하도록 동작가능하다.
단계 112에 후속하여, 프로세스(100)는 단계 114로 진행하며, 이 단계에서 프로세서(28)는, 각 비행 시간(TOF1-M), 드리프트 영역(16)의 길이(DRL), 및 하전 입자를 이온 가속 영역(14')으로부터 드리프트 영역(16) 내로 가속하기 위한 전압(VS1, VS2)의 크기(들)에 관련된 전위(U)의 공지된 함수로서, M개의 하전 입자의 질량 대 전하 비율(m/z), 예컨대, m/z1-M = F(TOF1-M, DRL, U)를 종래의 방식으로 계산하여 메모리(30)에 저장하도록 동작가능하다.
단계 114에 후속하여, 프로세스(100)는 단계 116으로 진행하며, 이 단계에서 프로세서(28)는, 예컨대, m/z와 CH의 곱으로서, M개의 하전 입자의 질량 값(m), 예컨대, m1-M = m/z1-M * CH1-M을 종래의 방식으로 계산하여 메모리(30)에 저장하도록 동작가능하다.
프로세스(100)는, 마지막 하전 입자(M)가 이온 검출기(18)에 도달한 후 임의의 시간에 하전 입자의 새로운 세트 또는 서브세트가 이온 가속 영역(14')에 상주한다고 가정하면서, 단계 104로 루프백할 수 있는 것으로 이해될 것이다. 이와 같이, 프로세스(100)는 도 3에서 점선 표현으로 도시된 바와 같은 단계 108 내지 단계 116 중 임의의 것에 후속하여 단계 104로 루프백할 수 있고, 루프를 따르는 나머지 단계 110 내지 단계 116은 질량 분석기(10)의 제어된 동작과는 별도로 실행될 수 있다.
프로세서(28)는 예시적으로, 다양한 상이한 프로세스 또는 알고리즘을 사용하여 프로세스(100)의 단계 112를 실행할 수 있다. 프로세스(100)의 단계 112를 실행하기 위한 하나의 그러한 프로세스(200)의 일 예가 도 8에 예시되어 있고, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나, 이 프로세스를 설명하기 전에, 3개의 축방향으로 배열된 전하 검출 실린더(401 - 403)를 포함하는 단순화된 드리프트 영역(16)을 통해 축방향으로 이동하는 서로 다른 질량 대 전하 비율의 2개의 하전 입자(P1 및 P2)의 단순화된 예가 도 4a 내지 도 7을 참조하여 설명될 것이며, 이 예는 도 8에 예시된 프로세스(200)의 동작을 설명하는 데 사용될 것이다.
이제 도 4a 내지 도 4l을 참조하면, 이온 가속 영역(14')의 게이트(38)의 이온 출구(A2)와 이온 검출기(18)의 이온 검출 면(18A) 사이의 드리프트 영역(16)에 축방향으로 배열된 3개의 전하 검출 실린더(401 - 403)를 포함하는 도 1 및 도 2의 TOF 질량 분석기(10)의 일부의 단순화된 예가 도시되어 있다. 이 단순화된 질량 분석기를 사용하여, 도 4a 내지 도 4l은, 드리프트 영역(16) 내로 가속되고 시간의 함수로서 3개의 전하 검출 실린더(401 - 403) 각각을 통해 연속적으로 드리프트되는 2개의 하전 입자(P1, P2)를 도시하며, 여기서 P1은 P2보다 더 낮은 질량 대 전하 비율을 갖는다. 도 5는 하전 입자가 통과할 때 제1 전하 증폭기(CA1)에 의해 생성되는 예시적인 전하 검출 신호를 도시한 것이고, 도 6 및 도 7은 제2 및 제3 전하 증폭기(CA2, CA3) 각각에 대해 동일한 것을 도시한 것이다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 하전 입자(P1, P2)는 기준 시간 T=T0에 이온 가속 영역(14')으로부터 드리프트 영역(16) 내로 가속된다. 이 예에서, 하전 입자(P1 및 P2)는 모두 T=T0에서 이온 가속 영역(14')의 이온 출구(A2)를 통과하고, T=T0에서 드리프트 영역을 통해 축방향으로의 드리프팅을 시작하는 것으로 이해된다. 프로세스(100)의 단계 104와 관련하여 위에서 설명된 바와 같이, 프로세서(28)는 기준 시간(RT)을 RT=T0로서 레코딩하도록 동작가능하다.
후속 시간 T1>T0에서, 제1 및 제2 대전 입자(P1, P2)는 모두 도 1에 또한 도시된 바와 같이, 제1 전하 검출 실린더(401)에 진입한다. 시간 T2>T1에서, 하전 입자(P1)는 도 4b에 도시된 바와 같이, 전하 검출 실린더(401)를 빠져나가며, 그리고 시간 T4>T2에서 하전 입자(P2)는 도 4d에 도시된 바와 같이, 전하 검출 실린더(401)를 빠져나간다. 하전 입자(P1, P2) 모두가 전하 검출 실린더(401)를 통해 이동 중에 있는 T1과 T2 사이에서, 하전 입자(P1 및 P2)는 함께, 도 5에 도시된 바와 같이, 크기 C1의 전하를 전하 검출 실린더(401) 상에 유도한다. 그 후, T2와 T4 사이에서, 입자(P2)만이 전하 검출 실린더(401)를 통해 계속 이동하며, 그리고 도 5에 또한 도시된 바와 같이, 크기 C2의 전하를 전하 검출 실린더(401) 상에 유도한다.
도 4c 내지 도 4h에 도시된 바와 같이, 하전 입자(P1, P2)는 제각기 시간 T3 및 T5에서 제2 전하 검출 실린더(402)로 진입하고, 여기서, T5>T4>T3이다. 시간 T6>T5에서, 하전 입자(P1)는 전하 검출 실린더(402)를 빠져나가며, 그리고 시간 T8>T6에서 하전 입자(P2)는 전하 검출 실린더(402)를 빠져나간다. 하전 입자(P1)만이 T3과 T5 사이에서 전하 검출 실린더(402)를 통해 이동 중에 있는 경우, 하전 입자(P1)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 크기 C3의 전하를 전하 검출 실린더(402) 상에 유도한다. 하전 입자(P1, P2) 모두가 전하 검출 실린더(402)를 통해 이동 중에 있는 T5와 T6 사이에서, 하전 입자(P1 및 P2)는 함께 크기 C4>C3의 전하를 전하 검출 실린더(402) 상에 유도하고, 그리고 하전 입자(P2)만이 전하 검출 실린더(402)를 통해 이동 중에 있는 T6과 T8 사이에서, 하전 입자(P2)는 도 6에 또한 도시된 바와 같이, C5<C3의 전하를 전하 검출 실린더(402) 상에 유도한다.
도 4g 내지 도 4l에 도시된 바와 같이, 하전 입자(P1, P2)는 시간 T7 및 T9에서 제3 전하 검출 실린더(403)로 진입하고, 여기서, T9>T8>T7이다. 시간 T10>T9에서, 하전 입자(P1)는 전하 검출 실린더(403)를 빠져나가며, 그리고 시간 T11>T10에서, 하전 입자(P1)는 이온 검출기(18)의 검출 표면(18A)과 접촉하게 된다. 프로세스(100)의 단계 108과 관련하여 위에서 설명된 바와 같이, 이온 검출기(18)는 T=T11에서 하전 입자(P1)의 검출 시에 검출 신호를 생성하고, 프로세서(28)는 하전 입자(P1)의 검출 시간(DTP1)을 DTP1 = T11로서 레코딩하도록 동작가능하다.
시간 T12>T11에서, 하전 입자(P2)는 전하 검출 실린더(403)를 빠져나가며, 그리고 시간 T13>T12에서, 하전 입자(P2)는 이온 검출기(18)의 검출 면(18A)과 접촉하게 된다. 프로세스(100)의 단계 108과 관련하여 위에서 설명된 바와 같이, 이온 검출기(18)는 T=T13에서 하전 입자(P2)의 검출 시에 검출 신호를 생성하고, 프로세서(28)는 하전 입자(P2)의 검출 시간(DTP2)을 DTP2 = T13로서 레코딩하도록 동작가능하다.
T7과 T9 사이에서, 하전 입자(P1)만이 전하 검출 실린더(403)를 통해 이동 중인 경우, 도 7에 도시된 바와 같이, 크기 C6의 전하가 전하 검출 실린더(403) 상에 유도된다. 하전 입자(P1, P2) 모두가 전하 검출 실린더(403)를 통해 이동 중에 있는 T9와 T10 사이에서, 하전 입자(P1 및 P2)는 함께 크기 C7>C6의 전하를 전하 검출 실린더(403) 상에 유도하고, 그리고 하전 입자(P2)만이 전하 검출 실린더(403)를 통해 이동 중에 있는 T10과 T12 사이에서, 하전 입자(P2)는 C8<C6의 전하를 전하 검출 실린더(403) 상에 유도한다.
이제 도 8을 참조하면, 도 3에 도시되고 위에서 설명된 프로세스(100)의 단계 112를 실행하기 위한 예시적인 프로세스(200)를 예시하는 단순화된 플로우차트가 도시되어 있다. 프로세스(200)는 예시적으로, 도 1 및 도 2에 도시된 비행 시간 질량 분석기(10)의 드리프트 영역(16)을 통해 이동하는 하전 입자의 전하 크기 또는 전하 상태의 측정을 수행하기 위해 프로세서(28)에 의해 실행가능한 인스트럭션의 형태로 메모리(30)에 저장된다. 프로세스(200)는 예시적으로, 단계 202에서 시작하며, 이 단계에서 프로세서(28)는 카운터 i를 1 또는 일부 다른 상수로 설정하도록 동작가능하다. 그 후, 단계 204에서, 프로세서(28)는 예시적으로, 치수 정보(DI)와 함께 프로세스(100)의 단계 110에서 결정된 (도 3에 예시된 프로세스(100)에 따라 드리프트 영역(16)을 통과한 총 M개의 하전 입자 중) i번째 하전 입자의 비행 시간 값(TOFi)을 처리하여, 프로세스(100)의 일부로서 i번째 하전 입자가 N개의 전하 검출 실린더(401 - 40N)를 통과하는 중이었던 시간 또는 시간 윈도우(TWi,1-N), 예컨대, TWi,1-N = F(DI, TOFi)를 결정하고 이를 메모리(30)에 저장하도록 동작가능하다.
일 실시예에서, 프로세서(28)는 관계 vi = DRL/TOFi에 따라 드리프트 영역(16)을 통과한 i번째 하전 입자의 (일정한) 속도 vi를 먼저 결정함으로써 단계 204를 실행하도록 동작가능하다. 현재 알려진 i번째 하전 입자의 vi의 경우, 프로세서(28)는 드리프트 영역 내의 알려진 위치에 대한 전하 검출 실린더(401 - 40N)의 이온 입구 및/또는 출구 단부 사이의 거리, i번째 하전 입자의 속도 vi, 및 i번째 하전 입자의 기준 시간(RT)과 검출 시간(DTi) 중 하나 또는 둘 모두에 기반하여 N개의 시간 윈도우(TWi,1-N)를 결정하도록 동작가능하다. 일 예로서, i번째 하전 입자가 제1 전하 검출 실린더(401)를 통과하는 중이었던 시간 윈도우에 해당하는 시간 윈도우(TWi,1)는 기준 시간(RT)에 대해 관계 TWi,1 = PRL/vi 내지 (PRL + CDL)/vi에 따라 프로세서(28)에 의해 결정될 수 있다. i번째 하전 입자가 제2 전하 검출 실린더(402)를 통과하는 중이었던 시간 윈도우에 해당하는 시간 윈도우(TWi,2)는 마찬가지로 기준 시간(RT)에 대해 관계 TWi,2 = (PRL + CDL + SL)/vi 내지 (PRL + 2CDL + SL)/vi 등에 따라 프로세서(28)에 의해 결정될 수 있다. 다른 예로서, 시간 윈도우(Twi,1)는 기준 시간(RT)에 대해 i번째 하전 입자(DTi)의 검출 시간을 사용하여 관계 TWi,1 = [DTi - N(CDL + Sl)/vi]i] 내지 {DTi - [(N-1)(CDL) + (N)(SL)]/vi} 등에 따라 프로세서(28)에 의해 결정될 수 있다. 다른 실시예에서, 프로세서(28)는 검출 시간(DTi)에 대해 또는 RT와 DTi 사이의 시간에 대해 시간 윈도우(TWi,1-N)를 계산하도록 동작가능할 수 있다. 어쨌든, RT, DTi, 또는 이들 사이의 어떤 기준 시간에 대해, i번째 하전 입자가 N개의 전하 검출 실린더(401 - 40N) 각각을 통과하는 중이었던 시간 윈도우에 해당하는 시간 윈도우(TWi,1-N) 각각이 단계 204에서 결정되면, 프로세스(200)는 단계 206 및 단계 208로 진행하여, 카운터 i를 1만큼 증가시키고, M개의 모든 하전 입자의 시간 윈도우(TW1-M,1-N)가 결정될 때까지 단계 204를 재실행한다. 단계 204 내지 단계 208의 완료 후, 메모리(30)는 M x N 행렬의 시간 윈도우(TW1-M,1-N)를 내부에 저장했고, M개의 행 각각은 M개의 하전 입자 각각에 대한 시간 윈도우 데이터를 포함하고, N개의 열 각각은 N개의 전하 검출 실린더(401 - 40N) 각각에 대한 시간 윈도우 데이터를 포함한다.
단계 206의 예 분기에 후속하여, 프로세서(28)는 예시적으로, 단계 210에서 카운터 i를 1 또는 어떤 다른 상수로 리셋하도록 동작가능하다. 그 후, 단계 212에서, 프로세서(28)는 예시적으로, 시간 윈도우 행렬의 i번째 열의 각 시간 윈도우 동안 i번째 전하 증폭기(CAi)에 의해 생성된 전하 검출 크기를 처리하여, i번째 전하 증폭기(CAi)에 의해 생성된 서로 다른 전하 크기를, 각각의 시간 윈도우 동안 M개의 하전 입자 중 대응하는 입자에 의해 해당 전하 크기에 기여한 기여물과 매칭시키도록 동작가능하다. 예를 들어, M개의 하전 입자 중 제1 하전 입자가 i번째 전하 검출 실린더(40i)를 통과하는 중이었던 시간 윈도우(TW1, i) 동안, 제1 하전 입자는 시간 윈도우(TW1, i) 동안 i번째 전하 증폭기(CAi)에 의해 생성된 전하 검출 신호에서 캡처된 전하를 i번째 전하 검출 실린더(40i) 상에 유도했다. 마찬가지로, M개의 하전 입자 중 제2 하전 입자가 i번째 전하 검출 실린더(40i)를 통과하는 중이었던 시간 윈도우(TW2, i) 동안, 제2 하전 입자는 이 시간 윈도우(TW2, i) 동안 i번째 전하 증폭기(CAi)에 의해 생성된 전하 검출 신호에서 캡처된 전하를 i번째 전하 검출 실린더(40i) 상에 유도했다. 더 나아가, M개의 하전 입자 중 제1 및 제2 하전 입자가 모두 i번째 전하 검출 실린더(40i)를 통과하는 중이었던 시간 윈도우(TW1, i 및 TW2, i) 사이의 임의의 중첩 동안, 제1 및 제2 하전 입자는 함께 이 시간 윈도우 중첩 동안 i번째 전하 증폭기(CAi) 상에 결합된 전하를 유도했다. 따라서 시간 윈도우 행렬의 i번째 열에 있는 시간 윈도우 동안 i번째 전하 증폭기(CAi)에 의해 생성된 전하 검출 신호를 처리하게 되면, M개의 하전 입자 각각 및/또는 이들의 다양한 조합을 대응하는 전하 크기 값과 매핑하는 방정식 세트를 생성하게 된다. 단계 212에 후속하여, 프로세스(200)는 단계 214 및 단계 216으로 진행하여 카운터 i를 1만큼 증가시키고, N개의 전하 증폭기(CA1 내지 CAN) 각각에 의해 생성된 전하 검출 신호의 크기가 M개의 하전 입자 중 대응하는 입자 및/또는 다양한 조합에 매핑될 때까지 단계 212를 재실행한다. 단계 212 내지 단계 216의 완료 후, 메모리(30)는 M개의 하전 입자 각각 및/또는 이들의 다양한 조합을 각각의 전하 크기 값에 관련시키는 방정식 체계를 내부에 저장하였다. 단계 216에 후속하여, 프로세서(28)는 단계 218로 진행하여 이 방정식 체계, 또는 적어도 그의 서브세트의 해를 구하여, M개의 하전 입자 각각의 전하 크기(CH1-M)를 결정하거나 M개의 하전 입자의 적어도 서브세트의 전하 크기를 결정한다. 일부 실시예에서, 프로세서(28)는 단계 218에서 결정된 전하 크기 값(CH1-M) 중 하나 이상을, 예컨대, 관계 CSi = CHi/e에 따라, 전하 상태 값(CS1-M)으로 변환하도록 추가로 동작가능할 수 있고, 여기서 e는 기본 전하(상수)이다.
다시 도 4a 내지 도 7에 도시된 단순화된 예를 참조하면, 프로세스(100 및 200)의 단계는 이제 이 예에 적용되어, 단순화된 하전 입자 세트 및 단순화된 질량 분석기 구성에 적용함으로써 각 프로세스의 동작을 추가로 설명할 것이다. 이 단순화된 예에서는, M = 2(2개의 하전 입자(P1 및 P2))이고, N = 3(3개의 전하 검출 실린더(401 - 403) 및 각각의 전하 증폭기(CA1 내지 CA3)이다. 다음 설명에서, 시간 윈도우는 예시적으로, 위에서 설명된 바와 같이 기준 시간(RT)에 대해 결정될 것이지만, 시간 윈도우는 질량 분석기(10)의 동작과 연관된 하나 이상의 다른 시간 이벤트에 대해 결정될 수 있는 것으로 이해될 것이며, 이들의 일부 비제한적인 예는 위에 설명되어 있다.
단계 104에서, 프로세서(28)는 전압 소스(26)를 제어하여, 기준 시간 RT = T0에서 P1 및 P2를 드리프트 영역(16) 내로 가속시키도록 동작가능하다. 그 후, 단계 106에서, 프로세서(28)는, 하전 입자(P1 및 P2)가 도 4a 내지 도 4l에 도시된 바와 같이 이온 검출기(18)를 향해 그리고 이온 검출기(18) 내로 드리프트됨에 따라, 3개의 전하 증폭기(CA1 내지 CA3) 각각에 의해 생성된 전하 검출 신호의 샘플을 메모리에 저장하도록 동작가능하다. 단계 108에서, 프로세서(28)는 이온 검출기(18)에 의한 하전 입자(P1)의 검출 시간(DTP1)을 DTP1 = T11(도 4k 참조)로서 메모리(30)에 저장하고, 그리고 이온 검출기(18)에 의한 하전 입자(P2)의 검출 시간(DTP2)을 DTP2 = T13(도 4l 참조)로서 메모리(30)에 저장하도록 동작가능하다. 그 후, 단계 110에서, 프로세서(28)는 제1 하전 입자(P1)의 비행 시간(TOFP1)을 TOFP1 = (DTP1 - RT)로서 계산하고, 그리고 제2 하전 입자(P2)의 비행 시간(TOFP2)을 TOFP2 = (DTP2 - RT)로서 계산하도록 동작가능하다. 그 후, 단계 112에서, 프로세스(200)는 프로세서(28)에 의해 실행된다.
프로세스(200)의 단계 204에서 i = 1인 경우, 프로세서(28)는 먼저 관계 v1 = DRL/TOFP1에 따라 드리프트 영역(16)을 통과하는 제1 하전 입자(P1)의 (일정한) 속도(v1)를 결정하도록 동작가능하다. 그 후, 프로세서(28)는 단계 204에서, TW1,1를 PRL/v1=T1 내지 (PRL + CDL)/v1=T2, 또는 T1 내지 T2로서, 또는 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이 속기 표기법 T1-T2를 사용하여 결정하도록 동작가능하다. 프로세서(28)는 그 후 단계 204에서, TW1,2를 도 4c 내지 도 4f에 도시된 바와 같이, (PRL + CDL + SL)/v1 = T3 내지 (PRL + 2CDL + SL)/v1 = T6, 또는 T3-T6으로서 결정하도록 동작가능하다. 마지막으로, 프로세서(28)는 단계 204에서, TW1,3를 도 4g 내지 도 4j에 도시된 바와 같이, (PRL + 2CDL + 2SL)/v1 = T7 내지 (PRL + 3CDL + 2SL)/v1 = T10, 또는 T7-T10으로서 결정하도록 동작가능하다. 그 후, 프로세스(200)는 단계 206을 반복하고, 단계 208에서 i를 i=2로 증가시키고 i=2에 대해 단계 204를 재실행한다. 관계 v2 = DRL/TOFP2에 따라 프로세서(28)에 의해 결정된 드리프트 영역(16)을 통과하는 제2 하전 입자(P2)의 (일정한) 속도(v2)의 경우, 프로세서(28)는 다음의 시간 윈도우(TW2,1 = T1-T4, TW2,2 = T5-T8 및 TW2,3 = T9-T12)를 도 4a-4d, 4e-4h 및 4i-4l에 각각 도시된 바와 같이 결정하도록 진행한다. i=2=M이 단계 206에서 충족되는 경우, 프로세스(200)는 다음의 2 x 3(즉, M x N) 시간 윈도우 행렬 TW를 갖는 단계 210 내지 단계 216으로 진행한다:
Figure pct00001
프로세스(200)의 단계 212에서 i=1인 경우, 프로세서(28)는 TW의 열 1의 시간 윈도우 동안 CA1을 처리하여, CA1의 크기(들)를, P1 및 P2에 의해 이들 크기에 대해 개별적으로 및/또는 집합적으로 기여한 기여물과 매칭시키거나 매핑하도록 동작가능하다. 도 5를 참조하면, 2개의 열 1의 시간 윈도우(TW1,1 = (T1-T2) 및 TW2,1 = (T1-T4))로부터, T1과 T2 사이의 전하 검출 신호 CA1의 크기 C1은 P1과 P2가 함께 전하 검출 실린더(401) 상에 결합된 전하를 유도한 결과이며, 이는 CHP1 + CHP2 = C1를 산출하며, 여기서 CHP1은 하전 입자(P1)의 전하 크기이고, CHP2는 하전 입자(P2)의 전하 크기라는 것이 분명하다. 시간 윈도우(TW1,1 및 TW2,1)로부터, T2와 T4 사이의 전하 검출 신호 CA1의 크기는 P2 단독으로 전하 검출 실린더(401) 상에 전하를 유도한 결과이며, 이는 CHP2 = C2를 산출한다는 것이 추가적으로 분명하다.
프로세스(200)는 단계 214 및 단계 216을 반복하여 카운터 i를 i=2로 증가시키고, 그 후 프로세서(28)는 단계 212에서 TW 행렬의 열 2의 시간 윈도우 동안 CA2를 처리하여, CA2의 크기(들)를, P1 및 P2에 의해 이들 크기에 대해 개별적으로 및/또는 집합적으로 기여한 기여물과 매칭시키거나 매핑하도록 동작가능하다. 도 6을 참조하면, 2개의 열 2의 시간 윈도우(TW1,2 = (T3-T6) 및 TW2,2 = (T5-T8))로부터, T3과 T5 사이의 전하 검출 신호 CA1의 크기 C3은 P1 단독으로 전하 검출 실린더(402) 상에 전하를 유도한 결과이며, 이는 CHP1 = C3을 산출한다는 것이 분명하다. TW1,2 및 TW2,2로부터, T5와 T6 사이의 전하 검출 신호 CA2의 크기 C4는 P1과 P2가 함께 전하 검출 실린더(402) 상에 결합된 전하를 유도한 결과이며, 이는 CHP1 + CHP2 = C4를 산출한다는 것이 추가적으로 분명하다. 마지막으로, TW1,2 및 TW2,2로부터, T6과 T8 사이의 전하 검출 신호 CA2의 크기 C5는 P2 단독으로 전하 검출 실린더(402) 상에 전하를 유도한 결과이며, 이는 CHP2 = C5를 산출한다는 것이 분명하다.
프로세스(200)는 단계 214 및 단계 216을 반복하여 카운터 i를 i=3으로 증가시키고, 그 후 프로세서(28)는 단계 212에서 TW 행렬의 열 3의 시간 윈도우 동안 CA3을 처리하여, CA3의 크기(들)를, P1 및 P2에 의해 이들 크기에 대해 개별적으로 및/또는 집합적으로 기여한 기여물과 매칭시키거나 매핑하도록 동작가능하다. 도 7을 참조하면, CA2에 대한 단계 212의 동작과 유사한 방식으로, CA3의 3개의 크기(C6, C7, 및 C8)가 결과(CHP1=C6, CHP1+CHP2=C7, 및 CHP2=C8)를 산출한다는 것이 분명하다. 따라서, 단계 214의 예 분기에 후속하여, 프로세스(200)는 다음의 방정식 체계를 갖는 단계 218로 진행한다:
C1 = CHP1 + CHP2
C2 = CHP2
C3 = CHP1
C4 + CHP1 + CHP2
C5 = CHP2
C6 = CHP1
C7 = CHP1 + CHP2
C8 = CHP2
단계 218에서, 프로세서(28)는 CHP1 및 CHP2에 대한 전술한 방정식 체계의 해를 구하도록 동작가능하다. 프로세서(28)는 임의의 종래의 수학적 기법을 사용하여 전술한 방정식 체계의 해를 구하도록 프로그래밍될 수 있다. 일 예로서, 프로세서(28)는 도 4a 내지 도 7의 예에서 CHP1 및 CHP2 각각을 그의 개별 측정값의 대수적 평균으로서 계산하고, 그 후, 이들 값 중 하나 또는 둘 다를 수정하여 개별 측정값 뿐만 아니라 결합된 측정값을 충족시킴으로써 방정식 체계의 해를 구하도록 프로그래밍될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 프로세서(28)는 단계 218에서, 관계 CHP1 = (C3 + C6)/2 및 CHP2 = (C2, + C5 + C8)/3에 따른 예에서의 CHP1 및 CHP2를 결정하고, 그 후 CHP1 및/또는 CHP2를 수정하여, 이들 두 방정식 뿐만 아니라 방정식 CHP1 + CHP2 = (C1 + C4 +C7)/3을 충족시키도록 동작가능할 수 있다. 대안적인 실시예에서, 프로세서(28)는 종래의 수학 방정식 해법 중 임의의 하나 또는 조합을 사용하고/하거나 종래의 데이터 피팅 기법 중 임의의 하나 또는 조합을 사용하여 단계 210 내지 단계 216로부터 발생하는 방정식 체계의 해를 구함으로써 단계 218을 실행하도록 프로그래밍될 수 있는 것으로 이해될 것이고, 종래의 데이터 피팅 기법의 예는 최소 제곱 또는 기타 회귀 기법과 같은 하나 이상의 회귀 분석 기법, Runge-Kutta 또는 기타 반복 기법과 같은 하나 이상의 반복 기법 등을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다.
예를 완료하기 위해 도 3의 프로세스(100)로 다시 돌아가면, 프로세서(28)는 단계 114에서, 2개의 하전 입자(P1 및 P2)의 질량 대 전하 비율을, 드리프트 영역(16)의 길이(DRL)의 그리고 전압(VS1, VS2)의 크기(들)와 관련된 전위(U)의 그들 제각기의 측정된 비행 시간(TOFP1 및 TOFP2)의 종래의 함수로서 각각 계산하여, 가속 영역(14')으로부터 드리프트 영역(16) 내로 하전 입자를 가속시키도록 동작가능하고, 그에 따라 m/zP1 = F(TOFP1, DRL, U) 및 m/zP2 = F(TOFP2, DRL, U)가 된다. 그 후, 단계 16에서, 프로세서(28)는 하전 입자(P1 및 P2)의 질량(mP1 및 mP2)을 제각기 관계 mP1 = (m/zP1)(CHP1) 및 mP2 = (m/zP2)(CHP2)에 따라 계산하도록 동작가능하다.
도 4a 내지 도 7에 예시된 예는 도 1 및 도 2에 예시된 타입의 단순화된 비행 시간 질량 분석기의 예시적 동작을 설명하기 위한 목적으로만 제공되며, 어떠한 방식으로든 제한하려는 의도가 아님을 이해할 것이다. 본 기술 분야의 기술자는 전술한 프로세스 또는 그의 변형례가 질량 대 전하 비율, 전하 크기 및/또는 전하 상태, 및 많은 하전 입자, 예컨대, 수백 또는 수천 또는 그 이상의 하전 입자의 질량 값의 결정에 직접 적용될 수 있는 것으로 이해할 것이다. 대안적으로, 본 기술 분야의 기술자는 전하 증폭기(CA1 내지 CAN)에 의해 생성된 하나 이상의 전하 검출 신호에 기반하여 다수의 하전 입자의 크기 및/또는 전하 상태를 결정하기 위한 다른 기법을 인식할 것이며, 임의의 그러한 다른 기법은 본 개시 내용의 범위 내에 속하는 것으로 의도된다는 것이 이해될 것이다.
도 1에 도시된 질량 분석기(10)에서 모든 전하 검출 신호가 입자 전하 값을 결정하는 데 사용될 수 있는 것은 아니라는 것이 추가로 이해될 것이다. 하전 입자가 함께 다발로 이온 처리 영역(14)을 빠져나갈 수 있는 일부 실시예에서, 예를 들어, 제1의 하나 또는 여러 개의 전하 증폭기에 의해 생성된 전하 검출 신호는 프로세서(28)에 의해 무시될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 드리프트 튜브(16A)는 이러한 다발의 입자가 전술한 바와 같이 다수의 전하 검출 실린더(401 - 40N) 중 제1 전하 검출 실린더를 통과하기 전에 드리프트 영역(16)의 축방향으로 적어도 분리되기 시작하도록 하는 임의의 원하는 길이의 사전 배열 공간(16B)을 포함하도록 구성될 수 있다.
이제 도 9를 참조하면, 이온 처리 영역(14)의 다른 실시예(14'')가 종래의 질량 대 전하 비율 필터(m/z 필터)(60)에 이어 종래의 이온 트랩(62)의 형태로 구현된 것으로 도시되어 있다. 도 9에 도시된 실시예에서, 질량 대 전하 비율 필터(60)의 일 단부는 이온 처리 영역(14'')의 이온 입구(A1)를 정의하고, 이온 트랩(62)의 이온 출구 단부는 이온 처리 영역(14'')의 이온 출구(A2)를 정의한다. 질량 대 전하 비율(m/z) 필터(60)는 통상적인 것이고, 예시적으로, 전압 소스(26)에 동작가능하게 연결된 사중극자 또는 다른 기기의 형태로 구현될 수 있다. 도시된 실시예에서, 예를 들어, 전압 소스(26)의 출력 전압(VS1)은 K개의 신호 경로를 통해 m/z 필터(60)에 동작가능하게 연결되고, 여기서 K는 임의의 양의 정수일 수 있고, 전압 소스(26)의 다른 출력 전압(VS2)은 마찬가지로 L개의 신호 경로를 통해 m/z 필터(60)에 동작가능하게 연결되며, 여기서 L은 임의의 양의 정수일 수 있다. 일부 실시예에서, VS1은, 예컨대, 서로 180도의 위상차가 있는 한 쌍의 반대 위상 전압의 형태로 m/z 필터(60)에 공급되는 선택가능한 주파수 및 피크 크기의 시변 전압 신호이고, VS2는 선택가능한 크기의 일정한 전압, 예컨대, DC 전압이다. 이러한 실시예에서, 프로세서(28)는 예시적으로, 출력 전압(VS1 및 VS2)을 종래의 방식으로 제어하여, 선택된 질량 대 전하 비율 또는 선택된 범위의 질량 대 전하 비율 내의 질량 대 전하 비율을 갖는 이온만을 m/z 필터(60)를 통과시키도록 선택된 필드 조건(field condition)을 m/z 필터(60) 내에 생성하도록 프로그래밍되거나 프로그래밍될 수 있다. 일부 대안적인 실시예에서, VS1만이 m/z 필터(60)에 적용되고 프로세서(28)에 의해 제어되어, 임계 질량 대 전하 비율을 초과하는 질량 대 전하 비율을 갖는 이온만을 m/z 필터(60)를 통과시키도록 선택된 필드 조건을 m/z 필터(60) 내에 생성하게 된다.
도 9에 도시된 실시예에서, 이온 트랩(62)은 마찬가지로 통상적인 것이고, 그리고 예시적으로, 이온 트랩(62)의 이온 입구(A2')를 정의하는, 예컨대, 종래의 단부 캡 형태의 입구 게이트(64) 및 이온 처리 영역(14'')의 이온 출구(A2)를 정의하는, 예컨대, 다른 종래의 단부 캡의 형태의 출구 게이트(66)를 갖는 사중극자, 육중극자 또는 다른 기기의 형태로 구현될 수 있다. 도시된 실시예에서, 전압 소스(26)의 출력 전압(VS3)은 입구 단부 캡(64)에 동작가능하게 연결되고, 전압 소스(26)의 출력 전압(VS4)은 출구 단부 캡(66)에 동작가능하게 연결되고, 그리고 출력 전압(VS5)은 J개의 신호 경로를 통해 이온 트랩(62)의 본체에 동작가능하게 연결되고, 여기서 J는 임의의 양의 정수일 수 있다. 일부 실시예에서, VS3 및 VS4는 선택가능한 크기를 갖는 스위칭가능한 DC 전압이고, 그리고 VS5는, 예컨대, 서로 180도의 위상차가 있는 한 쌍의 반대 위상 전압의 형태로 이온 트랩(62)에 공급되는 선택가능한 주파수 및 피크 크기의 시변 전압 신호이다. 이러한 실시예에서, 프로세서(28)는 예시적으로, 출력 전압(VS3 내지 Vs5)을 종래의 방식으로 제어하여, 하전 입자를 이온 입구(A2')를 통해 이온 트랩(62) 내로 선택적으로 통과시켜, 하전 입자를 이온 트랩(62) 내에 가두고, 그리고 감금된 이온을 이온 트랩(62)으로부터 이온 출구(A2)를 통해 선택적으로 방출하도록 프로그래밍되거나 프로그래밍될 수 있다. 일부 대안적인 실시예에서, m/z 필터(60) 및 이온 트랩(62)은, 예컨대, 단부 캡을 갖는 종래의 사중극자 질량 대 전하 비율 필터의 형태로 단일 기기로 병합될 수 있다. 어떤 경우든, 결과적인 질량 분석기(10)는 예시적으로, 단일 질량 대 전하 비율 질량 분석기, 단일 범위의 질량 대 전하 비율 질량 분석기, 및/또는 질량 대 전하 비율의 스캔 질량 분석기로서 동작하도록 제어가능하다. 그러나, 임의의 동작 모드에서, 질량 분석기(10)는 입자 질량 대 전하 비율, 입자 전하 크기 또는 전하 상태, 및 입자 질량 값을 결정하도록 구성된다.
이제 도 10을 참조하면, 이온 질량 대 전하 비율, 이온 전하(크기 및/또는 전하 상태) 및 이온 질량을 측정하기 위해 도 1 및 도 9의 질량 분석기(즉, 이온 처리 영역(14)으로서 구현되는 도 9의 이온 처리 영역(14'')을 구비한 도 1의 질량 분석기(10))를 작동시키기 위한 예시적인 프로세스(300)를 도시하는 단순화된 플로우차트가 도시되어 있다. 프로세스(300)는 예시적으로, 입자 질량 대 전하 비율, 입자 전하, 및 입자 질량의 측정을 수행하기 위해 프로세서(28)에 의해 실행가능한 인스트럭션의 형태로 메모리(30)에 저장된다. 프로세스(300)는 예시적으로, 하나 이상의 하전 입자가 이온 발생기(20)에 의해 생성되고, 이온 소스 영역(12) 내에 설정되거나 이온 소스 영역(12)의 일부로서 설정된 이온 가속 구조 및/또는 압력차 조건을 통해 이온 처리 영역(14'')을 향해 그리고 이온 처리 영역(14'')을 통과하게 진행되는 지점에서 시작된다. 프로세스(300)는 예시적으로, 프로세스(100)의 많은 단계를 포함하고, 따라서 유사한 단계는 유사한 번호로 식별되고, 그리고 이러한 단계 동안 프로세서(28)의 동작은 도 3과 관련하여 위에서 설명된 바와 같을 것이다.
프로세스(300)는 예시적으로, 프로세스(100)의 단계 102를 시작하며, 이 단계에서 드리프트 영역 치수 정보(DI)는 메모리(30)에 저장된다. 그 후 단계 302에서, 프로세서(28)는 카운터 i를 1 또는 일부 다른 상수로 설정하도록 동작가능하다. 그 후, 단계 304에서, 프로세서(28)는 예시적으로, 전압 소스(26)를 제어하여, 제1 선택된 질량 대 전하 비율 m/zi를 갖는 또는 제1 선택된 범위(i)의 질량 대 전하 비율 내의 질량 대 전하 비율을 갖는 이온만을 통과시키는 m/z 필터(60)를 구성하도록 동작가능하다. 그 후, 단계 306에서, 프로세서(28)는 예시적으로, 전압 소스(26)를 제어하여, m/z 필터(60)를 빠져나가는 하전 입자를 수집 및 포획하는 이온 트랩(62)을 제어 또는 구성하도록 동작가능하다. 예시적으로, 프로세서(28)는 내부에 다수의 하전 입자를 수집하기 위해 미리 정의된 시간 기간 동안 이온 트랩(62)의 이러한 제어를 유지하도록 동작가능하다. 미리 정의된 기간은 애플리케이션마다 및/또는 샘플(22)마다 다를 수 있다. 여하튼, 프로세서(28)가 이러한 이온 트랩(62)의 제어를 유지하도록 동작가능한 미리 정의된 시간 기간의 만료 후에, 프로세스(300)는 단계 308로 진행하며, 이 단계에서 프로세서(28)는 전압 소스(26)를 제어하여 이온 트랩(62)에서 포획된 하전 입자를 가속시키도록 동작가능하다. 그러한 제어는 예시적으로, 게이트(64, 66) 중 하나 또는 둘 모두에 인가된 DC 전압(들)을 적절하게 스위칭함으로써 달성되며, 어떠한 경우에도 이온 트랩(62)으로부터 방출된 하전 입자가 질량 분석기(10)의 드리프트 영역(16)을 통해 드리프트하기 시작하는 기준 시간(RT)을 설정한다. 단계 308에 후속하여, 프로세서(28)는 예시적으로, 도 3에 예시된 프로세스(100)의 단계 106 내지 단계 116을 실행하여, 드리프트 영역(16)을 통해 드리프트하는 하전 입자의 질량 대 전하 비율, 전하 크기 또는 전하 상태, 및 질량 값을 결정하도록 동작가능하며, 이들 모두는 위에서 설명한 바와 같다.
선택된 질량 대 전하 비율의 하전 입자를 선택적으로 통과시키거나 매우 좁은 범위의 질량 대 전하 비율 값 내의 질량 대 전하 비율을 갖는 하전 입자를 통과시키도록 m/z 필터(60)를 제어하는 일부 실시예에서, 드리프트 영역(16)을 통해 드리프트하는 하전 입자의 질량 대 전하 비율은 공지될 것이고, 단계 114에서 계산될 필요가 없으므로 단계 114는 생략될 수 있다. 그러나, 그러한 일부 실시예에서, 단계 114는 추가의 질량 대 전하 비율 정보를 제공하기 위해, 예컨대, m/z 필터(60)를 교정하는 데 사용하기 위해 및/또는 개선된 질량 대 전하 비율 분해능을 제공하기 위해 포함될 수 있다. 어쨌든, 프로세스(300)는 단계 116에서 단계 310으로 진행하며, 이 단계에서 프로세서(28)는 카운터 i를 카운트 값 Q와 비교하도록 동작가능하다. i<Q인 경우, 프로세스(300)는 단계 312로 진행하여 카운터 i를 증가시키고, 그리고 단계 304로 루프백하여 전압 소스(26)를 제어하여, 제2 선택된 질량 대 전하 비율 m/zi를 갖는 또는 제2 지정 범위(i)의 질량 대 전하 비율 내의 질량 대 전하 비율을 갖는 이온만을 통과시키도록 m/z 필터(60)를 구성하며, 여기서 제2 선택된 질량 대 전하 비율 또는 제2 선택된 범위의 질량 대 전하 비율은 점진적으로 상이하며, 예컨대, 전술한 제1 선택된 질량 대 전하 비율 또는 제1 선택된 범위의 질량 대 전하 비율보다 크거나 작다. 단계 310에서 i = Q이면, 질량 대 전하 비율의 범위가 스캔되고 처리되며, 프로세스(300)는 완료된다. 선택된 질량 대 전하 비율 또는 선택된 범위의 질량 대 전하 비율에서 값 Q 및 증가 스텝 사이즈는 예시적으로, 임의의 원하는 범위의 질량 대 전하 비율 값을 스캔하도록 선택될 수 있다.
m/z 필터(60)와 이온 트랩(62)이 전술한 바와 같이 단일 기기로 결합되는 대안적인 실시예에서, 프로세스(300)는 그에 상응하게 단계 304 및 단계 306을 단일 단계로 결합하도록 수정될 수 있고, 이러한 단일 단계에서 프로세서(28)는 전압 소스(26)를 제어하여, m/zi의 이온만을 내부에 포획하도록 결합된 기기를 구성하도록 동작가능하며, 또는 단계 306 및 단계 308을 단일 단계로 결합하도록 수정될 수 있고, 이러한 단일 단계에서 프로세서(28)는 전압 소스(26)를 제어하여 결합된 기기로부터 m/zi의 이온만을 배출하도록 동작가능하다. 일부 대안적인 실시예에서, m/z 필터(60)를 빠져나가는 하전 입자가 드리프트 영역(16) 내로 직접 통과하도록 이온 트랩(62)이 생략될 수 있다. 그러나, 이러한 실시예에서 이온 가속 영역은 기준 시간(RT)을 설정하기 위해 이온 소스 영역(12)에 포함될 것이고, m/z 필터(60)가 그러한 실시예에서 드리프트 영역의 일부가 됨에 따라, 치수 정보(DI)는 적어도 축방향으로의 m/z 필터(60)의 치수 정보를 포함할 것이다.
이제 도 11을 참조하면, 이온 처리 영역(14)의 다른 실시예(14'')가 종래의 질량 대 전하 비율 필터(m/z 필터)(70, 74)와 그 사이에 배치된 해리 스테이지(72)의 형태로 구현된 것으로 도시되어 있다. 도 11에 도시된 실시예에서, 질량 대 전하 비율 필터(70)의 일 단부는 이온 처리 영역(14'')의 이온 입구(A1)를 정의하고 질량 대 전하 비율 필터(74)의 이온 출구 단부는 이온 처리 영역(14'')의 이온 출구(A2)를 정의한다. 질량 대 전하 비율(m/z) 필터(70, 74)는 통상적인 것이고, 각각은 예시적으로, 전압 소스(26)에 동작가능하게 연결된 사중극자 또는 다른 기기의 형태로 구현될 수 있고, 해리 스테이지(72)도 마찬가지로 통상적인 것이고, 도시된 실시예에서, 전압 소스(26)에 동작가능하게 연결된다.
도시된 실시예에서 전압 소스(26)의 출력 전압(VS1)은 H개의 신호 경로를 통해 m/z 필터(70)에 동작가능하게 연결되고, 여기서 H는 임의의 양의 정수일 수 있고, 전압 소스(26)의 다른 출력 전압(VS2)은 마찬가지로 I개의 신호 경로를 통해 m/z 필터(70)에 동작가능하게 연결되며, 여기서 I는 임의의 양의 정수일 수 있다. 전압 소스(26)의 다른 출력 전압(VS3)은 L개의 신호 경로를 통해 m/z 필터(74)에 동작가능하게 연결되고, 여기서 L은 임의의 양의 정수일 수 있고, 전압 소스(26)의 다른 출력 전압(VS4)은 마찬가지로 R개의 신호 경로를 통해 m/z 필터(74)에 동작가능하게 연결되며, 여기서 R은 임의의 양의 정수일 수 있다. 일부 실시예에서, VS1 및 VS3은, 예컨대, 서로 180도의 위상차가 있는 한 쌍의 반대 위상 전압의 형태로 m/z 필터(70 및 74)에 제각기 공급되는 선택가능한 주파수 및 피크 크기의 시변 전압 신호이고, VS2 및 VS4는 선택가능한 크기의 일정한 전압, 예컨대, DC 전압이다. 이러한 실시예에서, 프로세서(28)는 예시적으로, 출력 전압(VS1 내지 VS4)을 종래의 방식으로 제어하여, 선택된 질량 대 전하 비율 또는 선택된 범위의 질량 대 전하 비율 내의 질량 대 전하 비율을 갖는 이온만을 m/z 필터(70, 74)를 통과시키도록 선택된 필드 조건을 m/z 필터(70, 74) 내에 생성하도록 프로그래밍되거나 프로그래밍될 수 있다. 일부 대안적인 실시예에서, VS1만이 m/z 필터(70)에 적용되고 프로세서(28)에 의해 제어되어, 임계 질량 대 전하 비율을 초과하는 질량 대 전하 비율을 갖는 이온만을 m/z 필터(70)를 통과시키도록 선택된 필드 조건을 m/z 필터(70) 내에 생성하게 된다. 대안적으로 또는 추가적으로, VS3만이 m/z 필터(74)에 적용될 수 있고, 프로세서(28)에 의해 제어되어, 임계 질량 대 전하 비율을 초과하는 질량 대 전하 비율을 갖는 이온만을 m/z 필터(74)를 통과시키도록 선택된 필드 조건을 m/z 필터(74) 내에 생성할 수 있게 된다.
도 11에 도시된 실시예에서, 전압 소스(26)는 2개의 전압 출력(VS5 및 VS6)을 통해 해리 스테이지(72)에 동작가능하게 연결되는 것으로 도시되어 있다. 그러한 전압 소스 연결은 해리 스테이지(72)가 하전 입자를 해리하기 위해, 예컨대, 단편화하기 위해 하나 이상의 전압 신호에 의해 제어가능한 디바이스 또는 기기의 형태로 구현되는 실시예에만 포함된다는 것으로 이해될 것이다. 그러한 실시예에서, VS5는 선택가능한 주파수 및 피크 크기의 시변 전압 신호일 수 있고, VS6은 선택가능한 크기의 일정한 전압, 예컨대, DC 전압일 수 있다. 그러한 일부 실시예에서 전압 소스(26)는 VS5만을 생성할 수 있고, 다른 실시예에서 전압 소스(26)는 VS6만을 생성할 수 있다. 다른 실시예에서, 해리 스테이지(72)는 전압 소스(26)에는 전혀 연결되지 않을 수 있고, 대신에 하나 이상의 가스 소스(도시되지 않음)에만 연결될 수 있으며, 여기서 해리 스테이지(72)는 하나 이상의 가스 소스에 의해 제공되는 하나 이상의 가스와의 충돌을 통해 하전 입자를 해리하도록, 예컨대, 단편화하도록 동작가능하다. 어떤 경우든, 결과적인 질량 분석기(10)는 예시적으로, 단일의 질량 대 전하 비율 질량 분석기, 단일 범위의 질량 대 전하 비율 질량 분석기, 단일의 질량 대 전하 비율의 스캔 질량 분석기(예컨대, m/z 필터(70) 또는 m/z 필터(74)를 이용하여 일정 범위의 질량 대 전하 비율을 스캐닝함), 및/또는 이중의 질량 대 전하 비율의 스캔 질량 분석기(예컨대, m/z 필터(70) 및 m/z 필터(74) 둘 모두를 이용하여 질량 대 전하 비율 범위를 스캐닝함)로서 동작하도록 제어가능하다. 그러나, 임의의 동작 모드에서, 질량 분석기(10)는 입자 질량 대 전하 비율, 입자 전하 크기 또는 전하 상태, 및 입자 질량 값을 결정하도록 구성된다.
이제 도 12를 참조하면, 이온 질량 대 전하 비율, 이온 전하(크기 및/또는 전하 상태) 및 이온 질량을 측정하기 위해 도 1 및 도 11의 질량 분석기(즉, 이온 처리 영역(14)으로서 구현되는 도 11의 이온 처리 영역(14'')을 구비한 도 1의 질량 분석기(10))를 작동시키기 위한 예시적인 프로세스(400)를 도시하는 단순화된 플로우차트가 도시되어 있다. 프로세스(400)는 예시적으로, 입자 질량 대 전하 비율, 입자 전하, 및 입자 질량의 측정을 수행하기 위해 프로세서(28)에 의해 실행가능한 인스트럭션의 형태로 메모리(30)에 저장된다. 프로세스(300)와 유사하게, 프로세스(400)는 예시적으로, 하나 이상의 하전 입자가 이온 발생기(20)에 의해 생성되고, 이온 소스 영역(12) 내에 설정되거나 이온 소스 영역(12)의 일부로서 설정된 이온 가속 구조 및/또는 압력차 조건을 통해 이온 처리 영역(14'')을 향해 그리고 이온 처리 영역(14'')을 통과하게 진행되는 지점에서 시작된다. 프로세스(400)는 예시적으로, 프로세스(100)의 많은 단계를 포함하고, 따라서 유사한 단계는 유사한 번호로 식별되고, 그리고 이러한 단계 동안 프로세서(28)의 동작은 도 3과 관련하여 위에서 설명된 바와 같을 것이다.
프로세스(400)는 예시적으로, 프로세스(100)의 단계 102를 시작하며, 이 단계에서 드리프트 영역 치수 정보(DI)는 메모리(30)에 저장된다. 그 후, 단계 402에서, 프로세서(28)는 2개의 카운터를 i=1 및 j=1 또는 일부 다른 상수(들)로 설정하도록 동작가능하다. 그 후, 단계 404에서, 프로세서(28)는 예시적으로, 전압 소스(26)를 제어하여, 제1 선택된 질량 대 전하 비율 m/zi를 갖는 또는 제1 선택된 범위의 질량 대 전하 비율 내의 질량 대 전하 비율을 갖는 이온만을 통과시키는 m/z 필터(70)를 구성하도록 동작가능하다. 그 후, 단계 406에서, 프로세서(28)는 예시적으로, 전압 소스(26)를 제어하여, m/z 필터(70)를 빠져나가는 하전 입자를 해리하는, 예컨대, 단편화하는 해리 스테이지(72)를 구성하도록 동작가능하다. 전압 소스(26)가 해리 스테이지(72)를 제어하는 것이 동작가능하지 않는 실시예에서, 단계 406은 생략되거나 해리 영역(72)의 가스 흐름 또는 다른 제어 특징을 제어하기 위한 적절한 제어 단계로 대체될 수 있다. 그 후, 단계 408에서, 프로세서(28)는 예시적으로, 전압 소스(26)를 제어하여, 해리 스테이지를 빠져나가는 해리된 이온 중 제1 선택된 질량 대 전하 비율 m/zj 를 갖는 또는 제1 선택된 범위(j)의 질량 대 전하 비율 내의 질량 대 전하 비율을 갖는 이온만을 통과시키는 m/z 필터(74)를 구성하도록 동작가능하다.
일부 실시예에서, m/z 필터(74)는 도 9의 m/z 필터(60)와 관련하여 위에서 설명된 바와 같은 이온 포획 특징을 포함하도록 종래의 방식으로 구성될 수 있고, 이러한 실시예에서 프로세서(28)는 추가로, 단계 408에서 전압 소스(26)를 제어하여, 일정 기간 동안 m/z 필터(74) 내에 하전 입자를 수집 및 포획하고, 그 후 전압 소스(26)를 제어하여, m/z 필터(74)로부터 포획된 하전 입자를 가속시키도록 동작가능하며, m/z 필터(74)는 m/z 필터(74)로부터 방출된 하전 입자가 질량 분석기(10)의 드리프트 영역(16)을 통해 드리프트를 시작하는 기준 시간(RT)을 설정한다. 이러한 이온 포획 특징을 포함하지 않는 m/z 필터(74)의 실시예에서, 이온 가속 영역은 기준 시간(RT)을 설정하기 위해 이온 소스 영역(12)에 포함될 것이고, 이러한 실시예에서 m/z 필터(70, 74) 및 해리 스테이지(72)가 드리프트 영역(16)의 일부가 됨에 따라, 치수 정보(DI)는 적어도 축방향으로의 m/z 필터(70, 74) 및 해리 스테이지(72)의 치수 정보를 포함할 것이다. 다른 그러한 실시예에서, 예컨대, 종래의 이온 트랩 또는 다른 이온 가속 스테이지의 형태의 이온 가속 스테이지는 해리 스테이지(72)의 일부로서 포함될 수 있거나 해리 스테이지(72)와 m/z 필터(74) 사이의 질량 분석기(10) 내에 삽입되어, 다수의 하전 입자를 수집하고 기준 시간(RT)을 설정할 수 있다. 또 다른 그러한 실시예에서, 종래의 이온 트랩 또는 다른 이온 가속 스테이지가 m/z 필터(74)와 드리프트 영역(16) 사이의 질량 분석기(10) 내로 삽입될 수 있으며, 이는 다수의 하전 입자를 수집하고 기준 시간(RT)을 설정하기 위해 도 9에 도시된 이온 처리 영역(14')의 실시예에서 예시된다.
단계 408에 후속하여, 프로세서(28)는 예시적으로, 도 3에 예시된 프로세스(100)의 단계 106 내지 단계 116을 실행하여, 드리프트 영역(16)을 통해 드리프트하는 하전 입자의 질량 대 전하 비율, 전하 크기 또는 전하 상태, 및 질량 값을 결정하도록 동작가능하며, 이들 모두는 위에서 설명한 바와 같다. 선택된 질량 대 전하 비율의 하전 입자를 선택적으로 통과시키거나 매우 좁은 범위의 질량 대 전하 비율 값 내의 질량 대 전하 비율을 갖는 하전 입자를 통과시키도록 m/z 필터(74)를 제어하는 일부 실시예에서, 드리프트 영역(16)을 통해 드리프트하는 하전 입자의 질량 대 전하 비율은 공지될 것이고, 단계 114에서 계산될 필요가 없으므로 단계 114는 생략될 수 있다. 그러나, 그러한 일부 실시예에서, 단계 114는 추가의 질량 대 전하 비율 정보를 제공하기 위해, 예컨대, m/z 필터(74)를 교정하는 데 사용하기 위해 및/또는 개선된 질량 대 전하 비율 분해능을 제공하기 위해 포함될 수 있다. 어쨌든, 프로세스(400)는 단계 116에서 단계 410으로 진행하며, 이 단계에서 프로세서(28)는 카운터 j를 카운트 값 R과 비교하도록 동작가능하다. j<R인 경우, 프로세스(400)는 단계 412로 진행하여 카운터 j를 증가시키고, 그리고 단계 408로 루프백하여 전압 소스(26)를 제어하여, 제2 선택된 질량 대 전하 비율 m/zj를 갖는 또는 제2 지정 범위(j)의 질량 대 전하 비율 내의 질량 대 전하 비율을 갖는 이온만을 통과시키도록 m/z 필터(74)를 구성하며, 여기서 제2 선택된 질량 대 전하 비율 또는 제2 선택된 범위의 질량 대 전하 비율은 점진적으로 상이하며, 예컨대, 전술한 제1 선택된 질량 대 전하 비율 또는 제1 선택된 범위의 질량 대 전하 비율보다 크거나 작다.
단계 410에서 j=R이면, 질량 대 전하 비율의 범위가 m/z 필터(74)에 의해 스캔되고 처리되며, 프로세스(400)는 단계 414로 진행하며, 여기서 프로세서(28)는 카운터 i를 카운트 값 Q와 비교하도록 동작가능하다. i<Q인 경우, 프로세스(400)는 단계 416로 진행하여 카운터 i를 증가시키고, 그리고 단계 404로 루프백하여 전압 소스(26)를 제어하여, 제2 선택된 질량 대 전하 비율 m/zi를 갖는 또는 제2 지정 범위(i)의 질량 대 전하 비율 내의 질량 대 전하 비율을 갖는 이온만을 통과시키도록 m/z 필터(74)를 구성하며, 여기서 제2 선택된 질량 대 전하 비율 또는 제2 선택된 범위의 질량 대 전하 비율은 점진적으로 상이하며, 예컨대, 전술한 제1 선택된 질량 대 전하 비율 또는 제1 선택된 범위의 질량 대 전하 비율보다 크거나 작다. 단계 414에서 i=Q이면, 질량 대 전하 비율의 범위가 m/z 필터(70)에 의해 스캔되고 처리되며, 프로세스(400)는 완료된다. 선택된 질량 대 전하 비율 또는 선택된 범위의 질량 대 전하 비율에서 값 R 및 Q 및 증가 스텝 사이즈는 예시적으로, 임의의 원하는 범위의 질량 대 전하 비율 값을 스캔하도록 선택될 수 있다.
이제 도 13 내지 도 15를 참조하면, 전술한 질량 분석기의 임의의 형태로 구현될 수 있는 질량 분석기(10)의 드리프트 영역(16)의 실시예가 도시된다. 도시된 실시예에서, 드리프트 튜브(16A)는, 복수의 이격되고 평행한 전기 전도성 스트립이 부착되거나, 복수의 이격되고 평행한 전기 전도성 스트립이 종래의 방식으로, 예컨대, 종래의 금속성 패턴 퇴적 기법을 사용하여 형성되는 가요성 또는 반가요성 전기 절연 재료의 기다란 시트, 예컨대, 가요성 회로 보드 재료의 형태로 제공된다. 이 실시예에서, 전기 전도성 스트립은 예시적으로, 가요성 또는 반가요성 시트의 대향하는 측면이 함께 합쳐져, 예컨대, 도 14에 도시된 바와 같이, 긴 실린더를 형성할 경우, 복수의 이격되고 평행한 전기 전도성 스트립이 복수의 전하 검출 실린더(401 - 40N) 및 하나 이상의 접지 링(421 - 42N)을 형성하도록, 배향된다. 일부 대안의 실시예에서, 접지 링(421 - 42N) 중 하나 이상, 또는 모두는 생략될 수 있다. 본 기술 분야의 기술자는 드리프트 튜브(16A) 및/또는 전하 검출 실린더(401 - 40N) 및/또는 하나 이상의 접지 링(421 - 42N)(이들을 포함하는 실시예에서)이 제공될 수 있는 다른 형태를 인식할 것이고, 임의의 그러한 다른 형태는 본 개시 내용의 범위 내에 속하는 것으로 의도된다는 것이 이해될 것이다.
본 개시 내용은 전술한 도면 및 설명에서 상세하게 예시되고 설명되었지만, 이는 그 특성이 제한적이 아닌 예시적인 것으로 간주되어야 하며, 그의 예시적인 실시예만이 도시 및 설명되었으며, 본 개시 내용의 사상 내에 속하는 모든 변경례 및 수정례가 보호되기를 원하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 여러 구조가 첨부된 도면에 예시되어 있고, 본원에서 하전 입자를 가속 및/또는 동작시키도록 구성되고 배향되는 하나 이상의 전기장을 설정하도록 제어가능하고/하거나 구성가능한 것으로 설명되어 있지만, 본 기술 분야의 기술자는 하전 입자의 가속 및/또는 다른 동작이, 일부의 경우에, 하나 이상의 자기장을 통해 대안적으로 또는 추가적으로 달성될 수 있음을 인식할 것이다. 따라서, 본원에 설명된 하나 이상의 전기장을 하나 이상의 적합한 자기장으로 대체하거나 향상시키기 위한 임의의 종래의 구조 및/또는 메커니즘이 본 개시 내용의 범위 내에 속하는 것으로 의도된다는 것이 이해될 것이다. 다른 예로서, 드리프트 튜브(16A)의 다양한 실시예가 첨부된 도면에 예시되고, 일반적으로 선형 구조, 즉 선형 드리프트 튜브인 것으로 본원에서 설명되지만, 본원에 설명된 개념은 다른 형상 및 구성의 드리프트 튜브에 직접 적용가능하다는 것으로 이해될 것이고, 그 예는 리플렉트론 비행 시간 질량 분석기에서 통상적으로 구현되는 V 형상의 드리프트 튜브, 멀티리플렉트론 비행 시간 질량 분석기에서 통상적으로 구현되는 W 형상의 드리프트 튜브, L 형상의 드리프트 튜브 등을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다. 드리프트 튜브(16A)의 형상과 관련하여 어떠한 제한도 의도되지 않으며 어느 것도 유추되어서는 안 된다.

Claims (19)

  1. 질량 분석기로서,
    샘플로부터 이온을 생성하도록 구성된 이온 발생기를 포함하는 이온 소스 영역,
    이온을 검출하고 해당 이온 검출 신호를 생성하도록 구성된 이온 검출기,
    상기 이온 소스 영역과 상기 이온 검출기 사이에 배치된 무전장 드리프트 영역 ― 상기 생성된 이온은 상기 무전장 드리프트 영역을 통해 상기 이온 검출기를 향해 축방향으로 드리프트함 ―,
    상기 드리프트 영역 내에 배치되고, 상기 드리프트 영역을 통해 축방향으로 드리프트하는 이온이 통과하는 복수의 이격된 전하 검출 실린더, 및
    상기 복수의 전하 검출 실린더 중 서로 다른 실린더에 각각 연결되고, 상기 복수의 전하 검출 실린더 중 각각의 실린더를 통과하는 하나 이상의 생성된 이온의 전하 크기에 대응하는 전하 검출 신호를 각각 생성하도록 구성된 복수의 전하 증폭기
    를 포함하는, 질량 분석기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이온 소스 영역과 상기 드리프트 영역 사이에 배치된 이온 영역 또는 기기, 및
    상기 이온 영역 또는 기기에 전기적으로 연결되고, 적어도 하나의 전압을 선택적으로 생성하여, 상기 생성된 이온을 상기 드리프트 영역 내로 가속시키도록 배향된 전기장을 상기 이온 영역 또는 기기 내에 설정하도록 구성된 적어도 하나의 전압 소스
    를 더 포함하는, 질량 분석기.
  3. 제2항에 있어서,
    적어도 하나의 프로세서, 및
    인스트럭션을 내부에 저장한 적어도 하나의 메모리 ― 상기 인스트럭션은 상기 적어도 하나의 전압을 생성하는 상기 적어도 하나의 전압 소스를 제어하여 상기 이온 영역 또는 기기 내에 상기 전기장을 설정하도록 상기 프로세서에 의해 실행가능함 ―
    를 더 포함하는, 질량 분석기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 메모리에 저장된 인스트럭션은,
    (a) 상기 적어도 하나의 전압을 생성하는 상기 적어도 하나의 전압 소스를 제어하여 기준 시간(RT)에 상기 이온 가속 영역 내에 상기 전기장을 설정하게 하고,
    (b) 가속된 이온이 상기 무전장 드리프트 영역을 통과하여 상기 이온 검출기를 향해 축방향으로 드리프트함에 따라, 상기 복수의 전하 증폭기 각각에 의해 생성된 전하 검출 신호의 샘플을 상기 적어도 하나의 메모리에 저장하게 하고,
    (c) 상기 이온 검출기를 모니터링하여, 상기 이온 검출기로 하여금 상기 가속된 이온의 적어도 서브세트 각각의 검출 시간(DT)을 저장하게 하고,
    (d) RT에 대한 상기 검출 시간(DT) 각각에 기반하여 상기 드리프트 영역을 통과하는 상기 가속된 이온의 적어도 서브세트의 비행 시간(TOF)을 결정하게 하며,
    (e) 상기 가속된 이온의 적어도 서브세트 각각의 전하 크기 또는 전하 상태를, 그 서브세트 각각의 TOF에 기반하여, 상기 복수의 전하 증폭기에 의해 생성된 전하 검출 신호의 저장된 샘플의 크기에 기반하여, 그리고 상기 드리프트 영역, 상기 복수의 전하 검출 실린더 각각, 및 각각의 실린더 간의 공간의 축방향 길이에 기반하여 결정하게 하도록
    상기 프로세서에 의해 실행가능한 인스트럭션을 더 포함하는 것인, 질량 분석기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 메모리에 저장된 인스트럭션은, 상기 가속된 이온의 적어도 서브세트 각각의 전하 크기 또는 전하 상태를 결정하게 하도록 상기 프로세서에 의해 실행가능한 인스트럭션을 더 포함하되, 상기 전하 크기 또는 전하 상태를 결정하게 하게 하는 것은,
    (i) 상기 가속된 이온의 적어도 서브세트 각각의 속도를, 그 서브세트 각각의 TOF 및 상기 드리프트 영역의 축방향 길이에 기반하여 결정하는 단계,
    (ii) 상기 가속된 이온의 적어도 서브세트 각각에 대해, 상기 결정된 이온의 속도 및 상기 축방향 길이에 기반하여 복수의 시간 윈도우를 결정하는 단계 ― 상기 복수의 시간 윈도우 각각은 상기 이온의 RT 또는 DT에 대해, 상기 이온이 상기 복수의 전하 검출 실린더 중 서로 다른 각각의 실린더를 통과하는 중이었던 시간 윈도우에 대응함 ―,
    (iii) 상기 복수의 전하 증폭기 각각에 대해, 상기 가속된 이온의 적어도 서브세트 각각에 대한 제각기의 시간 윈도우 동안 상기 전하 증폭기에 의해 생성된 전하 검출 신호의 샘플을 처리하여, 상기 전하 검출 신호의 크기를 상기 가속된 이온의 적어도 서브세트의 크기와 관련시키는 방정식 세트를 결정하는 단계, 및
    (iv) 복수의 방정식 세트의 해를 구하여, 상기 가속된 이온의 적어도 서브세트 각각의 전하 크기 또는 전하 상태를 결정하는 단계
    에 의해 수행되는 것인, 질량 분석기.
  6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이온 영역 또는 기기는 이격된 제1 게이트 및 제2 게이트를 갖는 이온 가속 영역을 포함하고, 상기 제1 게이트는 상기 이온 소스 영역에 인접하고, 상기 제2 게이트는 상기 무전장 드리프트 영역에 인접하며,
    상기 적어도 하나의 전압 소스는 상기 제1 게이트 및 상기 제2 게이트에 전기적으로 연결되고, 이에 의해 상기 제1 게이트와 상기 제2 게이트 중 적어도 하나에 인가되는 전압을 선택적으로 제어하여, 상기 전기장을 상기 이온 가속 영역 내에 설정하도록 구성되는 것인, 질량 분석기.
  7. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이온 영역 또는 기기는 이온 트랩을 포함하고,
    상기 적어도 하나의 전압 소스는 상기 이온 트랩에 전기적으로 연결되고, 상기 이온 트랩에 인가되는 전압을 선택적으로 제어하여, 상기 전기장을 상기 이온 트랩 내에 설정하도록 구성되는 것인, 질량 분석기.
  8. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이온 영역 또는 기기는 질량 대 전하 비율 필터를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 전압 소스는 상기 질량 대 전하 비율 필터에 전기적으로 연결되고, 상기 질량 대 전하 비율 필터에 인가되는 전압을 선택적으로 제어하여, 상기 전기장을 상기 질량 대 전하 비율 필터 내에 설정하도록 구성되는 것인, 질량 분석기.
  9. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이온 소스와 상기 이온 영역 또는 기기 사이에 배치되는 질량 대 전하 비율 필터를 더 포함하고,
    상기 이온 영역 또는 기기는 이온 트랩을 포함하며,
    적어도 하나의 전압 소스는 상기 질량 대 전하 비율 필터 및 상기 이온 트랩에 전기적으로 연결되고, 상기 적어도 하나의 전압 소스는 적어도 제1 전압을 선택적으로 생성하여, 선택된 질량 대 전하 비율을 갖거나 선택된 범위의 질량 대 전하 비율 내의 질량 대 전하 비율을 갖는 이온만을 통과시키도록 상기 질량 대 전하 비율 필터를 구성하고, 그리고 적어도 제2 전압을 생성하여, 상기 전기장을 상기 이온 트랩 내에 선택적으로 설정하도록 구성되는 것인, 질량 분석기.
  10. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이온 소스와 상기 이온 영역 또는 기기 사이에 배치되는 제1 질량 대 전하 비율 필터,
    상기 제1 질량 대 전하 비율 필터와 상기 이온 영역 또는 기기 사이에 배치되어, 이를 통과하는 이온을 해리하도록 구성되는 해리 스테이지, 및
    상기 이온 소스와 상기 이온 영역 또는 기기 사이에 배치되는 제2 질량 대 전하 비율 필터
    를 더 포함하고,
    상기 적어도 하나의 전압 소스는 상기 제1 질량 대 전하 비율 필터 및 상기 제2 질량 대 전하 비율 필터 각각에 전기적으로 연결되고, 상기 적어도 하나의 전압 소스는 적어도 제1 전압을 선택적으로 생성하여, 제1 선택된 질량 대 전하 비율을 갖거나 제1 선택된 범위의 질량 대 전하 비율 내의 질량 대 전하 비율을 갖는 이온만을 통과시키도록 상기 제1 질량 대 전하 비율 필터를 구성하고, 그리고 적어도 제2 전압을 생성하여, 제2 선택된 질량 대 전하 비율을 갖거나 제2 선택된 범위의 질량 대 전하 비율 내의 질량 대 전하 비율을 갖는 이온만을 통과시키도록 상기 제2 질량 대 전하 비율 필터를 구성하도록 구성되어 있는 것인, 질량 분석기.
  11. 제4항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 메모리에 저장된 인스트럭션은, 상기 가속된 이온의 적어도 서브세트의 질량 대 전하 비율 각각을 그 서브세트 각각의 TOF 및 상기 드리프트 영역의 축방향 길이에 기반하여 결정하게 하도록 상기 프로세서에 의해 실행가능한 인스트럭션을 더 포함하는 것인, 질량 분석기.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 메모리에 저장된 인스트럭션은, 상기 가속된 이온의 적어도 서브세트의 질량 값 각각을, 그 서브세트 각각의 결정된 질량 대 전하 비율 및 그 서브세트 각각의 결정된 전하 크기 또는 전하 상태에 기반하여 결정하게 하도록 상기 프로세서에 의해 실행가능한 인스트럭션을 더 포함하는 것인, 질량 분석기.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이온 검출기는 마이크로채널 플레이트 검출기를 포함하는 것인, 질량 분석기.
  14. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이온 검출기는 이온 대 광자 검출기를 포함하는 것인, 질량 분석기.
  15. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이온 검출기는 패러데이 컵 검출기를 포함하는 것인, 질량 분석기.
  16. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이온 검출기는 전자 증배관 검출기를 포함하는 것인, 질량 분석기.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 이온 검출기 및 상기 복수의 전하 증폭기 각각에 동작가능하게 연결된 적어도 하나의 프로세서, 및
    상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행가능한 인스트럭션을 내부에 저장한 적어도 하나의 메모리 ― 상기 인스트럭션은 상기 적어도 하나의 프로세서로 하여금, 상기 이온 검출 신호에 기반하여 상기 드리프트 영역을 통해 드리프트하는 이온의 질량 대 전하 비율을 결정하게 하고, 상기 복수의 전하 증폭기 중 하나 이상에 의해 생성된 전하 검출 신호에 기반하여 상기 이온의 해당 전하를 결정하게 함 ―
    를 더 포함하는, 질량 분석기.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이온 발생기 및 상기 샘플은 모두 상기 이온 소스 영역 내에 배치되는 것인, 질량 분석기.
  19. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이온 발생기 및 상기 샘플은 상기 이온 소스 영역의 외부에 배치되고,
    상기 이온 발생기는 상기 샘플로부터 이온을 생성하고, 생성된 이온을 상기 이온 소스 영역에 공급하도록 구성되는 것인, 질량 분석기.
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