特許 5749276 質量分光計における多極に電力を提供するための装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5749276

(24)【登録日】2015年5月22日

(45)【発行日】2015年7月15日

(54)【発明の名称】質量分光計における多極に電力を提供するための装置

(51)【国際特許分類】

   H01J 49/42 20060101AFI20150625BHJP

   G01N 27/62 20060101ALI20150625BHJP

【ＦＩ】

   H01J49/42

   G01N27/62 B

【請求項の数】16

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2012-538160(P2012-538160)

(86)(22)【出願日】2010年11月15日

(65)【公表番号】特表2013-511114(P2013-511114A)

(43)【公表日】2013年3月28日

(86)【国際出願番号】CA2010001826

(87)【国際公開番号】WO2011057415

(87)【国際公開日】20110519

【審査請求日】2013年10月15日

(31)【優先権主張番号】61/261,407

(32)【優先日】2009年11月16日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】510075457

【氏名又は名称】ディーエイチ テクノロジーズ デベロップメント プライベート リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100078282

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 秀策

(74)【代理人】

【識別番号】100062409

【弁理士】

【氏名又は名称】安村 高明

(74)【代理人】

【識別番号】100113413

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 夏樹

(72)【発明者】

【氏名】バンダミー， ジョン

【審査官】 遠藤 直恵

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−１７５７７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２８１４６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００７／０９６９７０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平１０−１４５１６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表平０６−５０３６７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００５−５２８７５６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｊ ４９／４０−４９／４８

Ｇ０１Ｎ ２７／６２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

質量分析計における多極に電力を提供するための装置であって、
第１の共振ＬＣ回路と、
第２の共振ＬＣ回路を前記多極と共に形成するための少なくとも１つの誘導子であって、前記少なくとも１つの誘導子が、前記多極に接続された場合に、前記第２の共振ＬＣ回路は、前記第１の共振ＬＣ回路とカスケード接続される、誘導子と、
ＲＦ信号を提供するためのＲＦ電源と、
一次側の前記ＲＦ電源と、二次側の前記第１の共振ＬＣ回路とに並列に接続されている昇圧器と
を備え、
前記昇圧器は、前記ＲＦ信号に対する前記装置の電圧利得を提供し、それによって、前記共振ＬＣ回路の負荷Ｑを低下させる、装置。

【請求項2】

前記第１の共振ＬＣ回路と前記第２の共振ＬＣ回路との間の少なくとも１つのさらなる共振ＬＣ回路をさらに備え、前記少なくとも１つの誘導子が、前記多極に接続された場合に、前記第１の共振ＬＣ回路、前記少なくとも１つのさらなる共振ＬＣ回路、および前記第２の共振ＬＣ回路は、カスケード接続される、請求項１に記載の装置。

【請求項3】

前記少なくとも１つの誘導子が前記多極に接続された場合の前記第２の共振ＬＣ回路におけるキャパシタは、前記多極を備えている、請求項１に記載の装置。

【請求項4】

前記ＲＦ電源は、集積装置（ＩＣ）電源を備えている、請求項１に記載の装置。

【請求項5】

前記ＲＦ電源は、実質的に、５００ｋＨｚから５ＭＨｚの範囲内で動作可能である、請求項１に記載の装置。

【請求項6】

前記装置の前記電圧利得は、実質的に、５０から５００である、請求項１に記載の装置。

【請求項7】

前記負荷Ｑ＝（（Ｖｇ^１／ｎ）−１）^１／２であり、Ｖｇは、前記装置に対する電圧利得である、請求項１に記載の装置。

【請求項8】

前記多極は、四重極、六重極、および八重極のうちの少なくとも１つを備えている、請求項１に記載の装置。

【請求項9】

質量分析計における多極に電力を提供する方法であって、
ＲＦ信号を生成するための回路を制御することを含み、
前記回路は、
第１の共振ＬＣ回路と、
第２の共振ＬＣ回路を前記多極と共に形成するための少なくとも１つの誘導子であって、前記少なくとも１つの誘導子が、前記多極に接続された場合に、前記第２の共振ＬＣ回路は、前記第１の共振ＬＣ回路とカスケード接続される、誘導子と、
ＲＦ信号を提供するためのＲＦ電源と、
一次側の前記ＲＦ電源と、二次側の前記第１の共振ＬＣ回路とに並列接続されている昇圧器と
を備え、
前記昇圧器は、前記ＲＦ信号に対する前記回路の電圧利得を提供し、それによって、前記共振ＬＣ回路の負荷Ｑを低下させる、
方法。

【請求項10】

前記回路は、前記第１の共振ＬＣ回路と前記第２の共振ＬＣ回路との間の少なくとも１つのさらなる共振ＬＣ回路をさらに備え、前記少なくとも１つの誘導子が、前記多極に接続された場合に、前記第１の共振ＬＣ回路、前記少なくとも１つのさらなる共振ＬＣ回路、および前記第２の共振ＬＣ回路は、カスケード接続される、請求項９に記載の方法。

【請求項11】

前記少なくとも１つの誘導子が前記多極に接続された場合の前記第２の共振ＬＣ回路におけるキャパシタは、前記多極を備えている、請求項９に記載の方法。

【請求項12】

前記ＲＦ電源は、集積装置（ＩＣ）電源を備えている、請求項９に記載の方法。

【請求項13】

前記ＲＦ電源を、実質的に、５００ｋＨｚから５ＭＨｚの範囲内で動作させることをさらに含む、請求項９に記載の方法。

【請求項14】

前記回路の前記電圧利得は、実質的に、５０から５００である、請求項９に記載の方法。

【請求項15】

前記負荷Ｑ＝（（Ｖｇ^１／ｎ）−１）^１／２であり、Ｖｇは、前記回路に対する電圧利得である、請求項９に記載の方法。

【請求項16】

前記多極は、四重極、六重極、および八重極のうちの少なくとも１つを備えている、請求項９に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書は、概して、質量分析計に関し、具体的には、質量分光計における多極に電力を提供するための装置に関する。

【背景技術】

【0002】

質量分析計における多極（例えば、四重極質量フィルタ）に電力を提供する時、高速応答時間が、概して、望ましい。ほとんどの四重極電力供給装置は、共振ＬＣ回路によって、電力を提供する。従来技術によって、共振ＬＣ回路が、図２に描写されており、ＲＦ電源と、誘導子Ｌ１とを含み、四重極は、共振ＬＣ回路に対して、キャパシタンスＣ１を提供する。しかしながら、そのような単純回路は、四重極をフル電力状態にする際と、電力をオフにする際の両方において、比較的に低速応答を提供する。例えば、図４は、図２の回路の応答のモデルを描写する。図４から、図２の回路の場合、四重極をフル電力まで漸増させるための応答時間は、４０−５０μｓ程度である可能性があり、さらに、電力を漸減させるための応答時間は、４０μｓを上回ることを理解されたい。そのような長い応答時間は、漸増減の速度が、概して、四重極がイオンを放出および／または濾過可能な速度を決定するため、望ましくない。これはまた、イオンが高速で四重極から放出されるほど、質量分析計の分析構成要素、例えば、飛行時間（ＴｏＦ）検出器により高速で到達するため、質量分析計が、分析結果を提供する速度に影響を及ぼす可能性がある。加えて、漸増減速度は、概して、放出／濾過の正確性にも影響を及ぼす。さらに、四重極は、ｋＶ範囲（例えば、１−５ｋＶ電圧）内で動作されるため、ＲＦの速度を漸増させることは、困難となる。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0003】

本明細書の第１の側面は、質量分析計における四重極に電力を提供するための装置を提供する。装置は、第１の共振ＬＣ回路を備えている。装置はさらに、第２の共振ＬＣ回路を四重極と共に形成するための少なくとも１つの誘導子を備え、少なくとも１つの誘導子が四重極に接続された場合に、第２の共振ＬＣ回路は、第１の共振ＬＣ回路とカスケード接続される。装置はさらに、ＲＦ信号を提供するためのＲＦ電源を備えている。装置はさらに、一次側のＲＦ電源と、二次側の第１の共振ＬＣ回路とに並列に接続される昇圧器とを備え、昇圧器は、ＲＦ信号に対する電圧利得を提供し、それによって、共振ＬＣ回路の負荷Ｑを低下させる。

【0004】

装置はさらに、第１の共振ＬＣ回路と第２の共振ＬＣ回路との間の少なくとも１つのさらなる共振ＬＣ回路を備え、少なくとも１つの誘導子が、四重極に接続された場合に、第１の共振ＬＣ回路、少なくとも１つのさらなる共振ＬＣ回路、および第２の共振ＬＣ回路は、カスケード接続され得る。

【0005】

少なくとも１つの誘導子が四重極に接続された場合の第２の共振ＬＣ回路におけるキャパシタは、四重極を備え得る。

【0006】

装置は、一次側で昇圧器への非接地入力に接続され、ＤＣオフセットをＲＦ信号に提供するＤＣ電源をさらに備え得る。

【0007】

ＲＦ電源は、集積装置（ＩＣ）電源を備え得る。

【0008】

ＲＦ電源は、実質的に、５００ｋＨｚから５ＭＨｚの範囲内で動作可能であり得る。

【0009】

装置の電圧利得は、実質的に、５０から５００であり得る。

【0010】

負荷Ｑ＝（（Ｖｇ^１／ｎ）−１）^１／２であり、Ｖｇは、装置に対する電圧利得である。

【0011】

多極は、四重極、六重極、および八重極のうちの少なくとも１つを備え得る。

【0012】

本明細書の第２の側面は、質量分析計における四重極に電力を提供する方法を提供する。方法は、ＲＦ信号を生成するための回路を制御することを含む。回路は、第１の共振ＬＣ回路と、四重極と第２の共振ＬＣ回路を形成するための少なくとも１つの誘導子であって、前記少なくとも１つの誘導子が、四重極に接続された場合に、第２の共振ＬＣ回路は、第１の共振ＬＣ回路とカスケード接続される、誘導子と、ＲＦ信号を提供するためのＲＦ電源と、一次側のＲＦ電源と、二次側の第１の共振ＬＣ回路とに並列接続される昇圧器とを備え、昇圧器は、ＲＦ信号に対する電圧利得を提供し、それによって、共振ＬＣ回路の負荷Ｑを低下させる。

【0013】

回路はさらに、第１の共振ＬＣ回路と第２の共振ＬＣ回路との間の少なくとも１つのさらなる共振ＬＣ回路を備え、少なくとも１つの誘導子が、四重極に接続された場合に、第１の共振ＬＣ回路、少なくとも１つのさらなる共振ＬＣ回路、および第２の共振ＬＣ回路は、カスケード接続され得る。

【0014】

少なくとも１つの誘導子が四重極に接続された場合の第２の共振ＬＣ回路におけるキャパシタは、四重極を備え得る。

【0015】

方法はさらに、一次側で昇圧器への非接地入力に接続され、ＤＣオフセットをＲＦ信号に提供する、ＤＣ電源を制御することを備え得る。

【0016】

ＲＦ電源は、集積装置（ＩＣ）電源を備え得る。

【0017】

方法はさらに、ＲＦ電源を、実質的に、５００ｋＨｚから５ＭＨｚの範囲内で動作させることを備え得る。

【0018】

回路の電圧利得は、実質的に、５０から５００であり得る。

【0019】

負荷Ｑ＝（（Ｖｇ^１／ｎ）−１）^１／２であり、Ｖｇは、回路に対する電圧利得である。

【0020】

多極は、四重極、六重極、および八重極のうちの少なくとも１つを備え得る。
本明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
（項目１）
質量分析計における多極に電力を提供するための装置であって、
第１の共振ＬＣ回路と、
第２の共振ＬＣ回路を前記多極と共に形成するための少なくとも１つの誘導子であって、前記少なくとも１つの誘導子が、前記多極に接続された場合に、前記第２の共振ＬＣ回路は、前記第１の共振ＬＣ回路とカスケード接続される、誘導子と、
ＲＦ信号を提供するためのＲＦ電源と、
一次側の前記ＲＦ電源と、二次側の前記第１の共振ＬＣ回路とに並列に接続されている昇圧器と
を備え、
前記昇圧器は、前記ＲＦ信号に対する電圧利得を提供し、それによって、前記共振ＬＣ回路の負荷Ｑを低下させる、装置。
（項目２）
前記第１の共振ＬＣ回路と前記第２の共振ＬＣ回路との間の少なくとも１つのさらなる共振ＬＣ回路をさらに備え、前記少なくとも１つの誘導子が、前記多極に接続された場合に、前記第１の共振ＬＣ回路、前記少なくとも１つのさらなる共振ＬＣ回路、および前記第２の共振ＬＣ回路は、カスケード接続される、項目１に記載の装置。
（項目３）
前記少なくとも１つの誘導子が前記多極に接続された場合の前記第２の共振ＬＣ回路におけるキャパシタは、前記多極を備えている、項目１に記載の装置。
（項目４）
前記ＲＦ電源は、集積装置（ＩＣ）電源を備えている、項目１に記載の装置。
（項目５）
前記ＲＦ電源は、実質的に、５００ｋＨｚから５ＭＨｚの範囲内で動作可能である、項目１に記載の装置。
（項目６）
前記電圧利得は、実質的に、５０から５００である、項目１に記載の装置。
（項目７）
前記負荷Ｑ＝（（Ｖｇ^１／ｎ）−１）^１／２であり、Ｖｇは、前記装置に対する電圧利得である、項目１に記載の装置。
（項目８）
前記多極は、四重極、六重極、および八重極のうちの少なくとも１つを備えている、項目１に記載の装置。
（項目９）
質量分析計における多極に電力を提供する方法であって、
ＲＦ信号を生成するための回路を制御することを含み、
前記回路は、
第１の共振ＬＣ回路と、
第２の共振ＬＣ回路を前記多極と共に形成するための少なくとも１つの誘導子であって、前記少なくとも１つの誘導子が、前記多極に接続された場合に、前記第２の共振ＬＣ回路は、前記第１の共振ＬＣ回路とカスケード接続される、誘導子と、
ＲＦ信号を提供するためのＲＦ電源と、
一次側の前記ＲＦ電源と、二次側の前記第１の共振ＬＣ回路とに並列接続されている昇圧器と
を備え、
前記昇圧器は、前記ＲＦ信号に対する電圧利得を提供し、それによって、前記共振ＬＣ回路の負荷Ｑを低下させる、
方法。
（項目１０）
前記回路は、前記第１の共振ＬＣ回路と前記第２の共振ＬＣ回路との間の少なくとも１つのさらなる共振ＬＣ回路をさらに備え、前記少なくとも１つの誘導子が、前記多極に接続された場合に、前記第１の共振ＬＣ回路、前記少なくとも１つのさらなる共振ＬＣ回路、および前記第２の共振ＬＣ回路は、カスケード接続される、項目９に記載の方法。
（項目１１）
前記少なくとも１つの誘導子が前記多極に接続された場合の前記第２の共振ＬＣ回路におけるキャパシタは、前記多極を備えている、項目９に記載の方法。
（項目１２）
前記ＲＦ電源は、集積装置（ＩＣ）電源を備えている、項目９に記載の方法。
（項目１３）
前記ＲＦ電源を、実質的に、５００ｋＨｚから５ＭＨｚの範囲内で動作させることをさらに含む、項目９に記載の方法。
（項目１４）
前記電圧利得は、実質的に、５０から５００である、項目９に記載の方法。
（項目１５）
前記負荷Ｑ＝（（Ｖｇ^１／ｎ）−１）^１／２であり、Ｖｇは、前記装置に対する電圧利得である、項目９に記載の方法。
（項目１６）
前記多極は、四重極、六重極、および八重極のうちの少なくとも１つを備えている、項目９に記載の方法。

【図面の簡単な説明】

【0021】

実施形態が、以下の図を参照して説明される。

【図1】図１は、非限定的実施形態による、質量分析計を描写する。

【図2】図２は、従来技術による、質量分析計における四重極のための電源供給装置の回路を描写する。

【図3】図３は、従来技術による、図２の回路の帯域通過曲線を描写する。

【図4】図４は、従来技術による、図２の回路の応答曲線を描写する。

【図5】図５は、非限定的実施形態による、質量分析計における四重極に電力を提供するための装置の回路の概略図を描写する。

【図6】図６は、非限定的実施形態による、四重極のため回路内に導入されるキャパシタンスを含む、図５の装置の回路の概略図を描写する。

【図7】図７は、従来技術に従って、図５の回路の帯域通過曲線を描写する。

【図8】図８は、従来技術に従って、図５の回路の応答曲線を描写する。

【発明を実施するための形態】

【0022】

図１は、質量分析計を描写しており、質量分析計は、イオンガイド１３０と、四重極１４０と、衝突セル１５０（例えば、分裂モジュール）と、飛行時間（ＴｏＦ）検出器１６０とを備え、質量分析計１００は、イオン源１２０からＴｏＦ検出器１６０へとイオンビームを伝送するように有効化される。いくつかの実施形態では、質量分析計１００はさらに、イオン源１２０を制御して、イオン性材料をイオン化することを制御すること、および質量分析計１００のモジュール間のイオンの伝送を制御することを含むが、それらに限定されない、質量分析計１００の動作を制御するためのプロセッサ１８５を備え得る。動作時、イオン性材料は、イオン源１２０内に導入される。イオン源１２０は、概して、イオン性材料をイオン化し、イオンガイド１３０（また、Ｑ０として識別され、イオンガイド１３０が、質量分析に関与していないことを示す）に転送される、イオンビームの形態において、イオン１９０を生成する。イオン１９０は、イオンガイド１３０から、質量フィルタとして動作することができ、後述のように、イオン１９１を濾過および放出するように制御することができる、四重極１４０（また、Ｑ１として識別される）に転送される。次いで、放出されたイオン１９１は、分裂のために、衝突セル１５０（また、ｑ２として識別される）に転送することができる。衝突セル１５０は、四重極、六重極、および八重極を含むが、それらに限定されない、任意の好適な多極を備えていることができることを理解されたい。次いで、イオン１９１は、質量スペクトルの生成のために、ＴｏＦ検出器１６０に転送される。そうすることによって、イオン１９１は、ＴｏＦ検出器１６０を通して、経路１９７を辿り、好適な検出器表面１９８に衝突する。経路１９７を進行するのにかかる飛行時間は、イオンの質量対電荷比の平方根に比例する。いくつかの実施形態では、衝突セル１５０は、四重極１４０に類似する四重極を備え、イオン１９１を濾過および放出するように制御することができる。

【0023】

さらに、図示されていないが、質量分析計１００は、イオン源１２０、イオンガイド１３０、四重極質量フィルタ１４０、衝突セル１５０、および／またはＴｏＦ検出器１６０に好適な減圧を提供するために、任意の好適な数の減圧ポンプを備え得る。いくつかの実施形態では、減圧差が、質量分析計のある要素間に生成することができることを理解されたい。例えば、減圧差は、概して、イオン源１２０が、大気圧にあって、イオンガイド１３０が、減圧下にあるように、イオン源１２０とイオンガイド１３０との間に印加される。同じく図示されていないが、質量分析計１００は、任意の適切な数のコネクタと、電源と、ＲＦ（無線周波数）電源と、ＤＣ（直流）電源と、ガス源（例えば、イオン源１２０および／または衝突セル１５０用）と、質量分析計１００の動作を可能にするための任意の他の好適な構成要素とをさらに備え得る。

【0024】

特に、質量分析計は、質量分析計１００内の四重極、例えば、四重極１４０および衝突セル１５０のうちの少なくとも１つにＲＦ電力を提供するための装置１９９を備えている。装置１９９は、後述されるように、四重極１４０および衝突セル１５０のうちの少なくとも１つを、イオン１９１を濾過および放出するように制御させる。しかしながら、四重極１４０および／または衝突セル１５０は、単に例示であって、他の実施形態では、装置１９９は、装置１９９と接続される、２つのセットの相互接続された電極を特徴とする、任意の好適な質量分析計における多極（四重極、六重極、および八重極を含むが、それに限定されない）に電力を提供することができることを理解されたい。例えば、多極イオンガイドは、一般に、２つのセットの電極、例えば、「Ａ」セットおよび「Ｂ」セットを伴う、四重極と同様に、電力供給される。そのようなＡおよびＢセットにかかる電圧は、四重極内の交差接続された電極対にかかる電圧に類似する。例えば、多極が、六重極備えている、実施形態では、ＡおよびＢセットはそれぞれ、各セット内に３つの電極を備え、セットＡ内の各電極は、セットＢからの１つの電極と対合される。故に、四重極２０１は、単に、ある種類の多極の非限定的実施例であって、他の実施形態では、任意の好適な多極が、イオンを濾過および放出するために、装置１９９によって制御されることができることを理解されたい。

【0025】

従来技術では、装置１９９は、図２に描写される回路２００によって置換され、ＲＦ（無線周波数）電源２１０は、抵抗器２２０と、誘導子２３０と、四重極１４０のキャパシタンスによって提供されるキャパシタンス２４０とを含む、共振ＬＣ回路を介して、四重極１４０に電力を提供して、電源２１０、抵抗器２２０、誘導子２３０、およびキャパシタンス２４０は、直列に接続される。そのような回路はさらに、抵抗器２２０と誘導子２３０との間にカスケード接続される、共振ＬＣ回路を含むことができる。ＬＣ回路の数が、ｎである場合、抵抗器、誘導子、およびキャパシタンスの値を決定可能な一式の式は、以下となることを理解されたい。

【0026】

Ｌ_ｎ＝１／（Ｃ_ｎ＊（２＊π＊Ｆ）^２） 式１
Ｃ_ｎ−１＝Ｖ_ｇ^２／ｎ＊Ｃ_ｎ 式２
Ｌ_ｎ−１＝Ｌ_ｎ／Ｖ_ｇ^２ｎ 式３
Ｑ＝（（Ｖ_ｇ^１／ｎ）^２−１）^１／２ 式４
Ｒ１＝２＊π＊Ｆ＊Ｌ_１／Ｑ 式５
式中、
Ｖｇは、回路の電圧利得であって、
Ｑは、回路の「負荷Ｑ」であって、
Ｆは、電源２１０等の回路に対するＲＦ信号を供給する、ＲＦ電源の中心周波数であって、
Ｃｎ＝四重極のキャパシタンスを含む、ｎ番目のキャパシタのキャパシタンス、
Ｌｎ＝番目の誘導子のインダクタンス
Ｒ１＝抵抗器２２０の抵抗である。

【0027】

一般に、ｎ＝１の値の回路２００は、故に、抵抗器２２０の抵抗、誘導子２３０のインピーダンス、および負荷Ｑは、キャパシタンス２４０（すなわち、四重極のキャパシタンス）、電源２１０の中心周波数、および所望の利得Ｖ_ｇが与えられると、式１から５および／または任意の好適な回路モデル化パッケージを使用して、計算することができることを理解されたい。

【0028】

さらに、回路２００の帯域通過曲線は、式１から５を使用して決定することができ、従来技術によって、図３に描写される。具体的には、図３から、回路２００は、ピーク周波数、本事例では、１ＭＨｚにおいて、最も効率的に四重極に電力を供給し、さらに、回路２００の帯域通過曲線は、狭い（例えば、−３ｄＢで約１０ｋＨｚ）ことを理解されたい。

【0029】

加えて、従来技術によって、図４に描写されるように、回路２００の応答曲線をモデル化することができる。図４から、回路２００の場合、四重極をフル電力まで漸増させるための応答時間は、４０−５０μｓ程度である可能性があって、さらに、電力を漸減させるための応答時間は、４０μｓを上回ることを理解されたい。概して、ＬＣ回路の応答時間は、負荷Ｑ／ＬＣ回路の共振周波数に比例することが知られているので、負荷Ｑを減少させることによって、応答時間も同様に、短縮することができる。

【0030】

次に、質量分析計１００等の質量分析計における四重極に電力を提供するための装置１９９内の回路５００の概略ブロック図を描写する図５を参照する。さらに、図６は、装置１９９内の回路５００の概略ブロック図を描写するが、しかしながら、四重極５００は、その同等キャパシタンス６０１によって置換されている。いくつかの実施形態では、四重極１４０は、四重極５０１を備えていることができる一方、他の実施形態では、衝突セル１５０が、四重極５０１を備え得る。

【0031】

一般に、回路５００は、四重極５０１にＲＦ信号を提供するためのＲＦ電源５３０と、ＲＦ電源５３０からのＲＦ信号に対して電圧利得を提供するために、誘導子５３５およびキャパシタ５４０によって形成される第１の共振ＬＣ回路とを備えている。回路５００はさらに、四重極５０１と第２の共振ＬＣ回路を形成するための少なくとも１つの誘導子５４５を備え、少なくとも１つの誘導子５４５が、四重極５０１に接続された場合に、第２の共振ＬＣ回路は、第１の共振ＬＣ回路とカスケード接続される。具体的には、装置１９９が、四重極５０１に接続された場合に、第２の共振ＬＣ回路は、誘導子５４５およびキャパシタンス６０１（図６参照）から形成される。一般に、第２の共振ＬＣ回路はさらに、図５および６に描写されるように、抵抗５４６を備え、抵抗５４６は、誘導子５４５の抵抗である。抵抗５４６は、装置１９９の駆動電力および効率を最適化するように選択することができる。

【0032】

回路５００はさらに、一次側のＲＦ電源５３０と、二次側の第１の共振ＬＣ回路とに並列に接続されている昇圧器５５０を備えている。昇圧器は、ＲＦ信号に対する電圧利得Ｖ_ｇを提供し、それによって、共振ＬＣ回路の負荷Ｑを減少させ、ここで、Ｑ＝（（Ｖｇ^１／ｎ）−１）^１／２であり、Ｖｇは、装置１９９および／または回路５００に対する電圧利得である。従って、応答時間が、負荷Ｑに比例するので、応答時間は、短縮されるであろう（例えば、以下の図８参照）。いくつかの実施形態では、回路５００はさらに、電源５３０の出力抵抗である、抵抗５４７を備えている。

【0033】

いくつかの実施形態では、装置１９９は、四重極５０１に接続するために、任意の好適な数のコネクタ５６０を備え得る。四重極５０１内の各対向する対の極性は、それぞれのコネクタ５６０に接続されることを理解されたい。描写される実施形態では、装置１９９は、２つのコネクタ５６０を備えているが、代替実施形態では、装置５６０は、四重極５０１内の各極性に対して１つずつ、４つのコネクタを備えていることができ、四重極５０１内の対向する対の極性に類似したＲＦ電力信号を出すために、装置１９９内に好適な内部配線を伴う。

【0034】

いくつかの実施形態では、ＲＦ電源５３０は、１−５ＭＨｚの範囲内で動作するが、約５００ｋＨｚ程度で動作することができる。しかしながら、一般に、ＲＦ電源５３０は、任意の好適な周波数、振幅、および位相で動作し、四重極５０１に電力を提供し、イオンを放出および濾過することができることを理解されたい。いくつかの実施形態では、ＲＦ電源５３０は、集積装置（ＩＣ）電源を備えている。

【0035】

いくつかの実施形態では、装置１９９はさらに、電源５３０からＲＦ信号のさらなる制御を提供するための回路５７０を備えている。回路５７０は、パルス発生器５７５およびバッテリ５７６のうちの少なくとも１つを備え得る。パルス発生器５７５は、ミキサ５７７を介して、ＲＦの振幅を制御することができる一方、バッテリ５７５は、一定のオフセットをＲＦ信号に追加することができる。

【0036】

一般に、回路５００は、ｎ＝２の値であって、任意の好適な回路モデル化パッケージを使用して、モデル化することができることを理解されたい。昇圧器５５０の存在を考慮して、例えば、好適な回路モデル化パッケージ内において、式１から５をさらに使用して、回路５００をモデル化することができることを理解されたい。さらに、いくつかの実施形態では、抵抗５４６および５４７は、０．１から数オームの範囲内の値を有することができ、誘導子５３５は、数μＨの範囲内の値を有することができる一方、誘導子５４５は、数百μＨの範囲内の値を有することができ、キャパシタンス５４０は、数ｎＦの範囲内の値を有することができる。これらの実施形態では、四重極５０１のキャパシタンス（例えば、図６のキャパシタンス６０１）は、１０から１００ｐＦの範囲である。さらに、変圧器５５０は、抵抗およびインダクタンスの範囲の任意の好適な組み合わせを有することができ、非限定的実施形態では、一次側および二次側のそれぞれのインダクタンスは、１，０００μＨの範囲内である。しかしながら、装置１９９の要素の例示的範囲は、過度の限定と見なされず、実際、抵抗、インダクタンス、およびキャパシタンスの範囲の任意の好適な組み合わせは、本実施形態の範囲内である。

【0037】

いずれの場合も、回路５００の帯域通過曲線は、ｎ＝２によって、式１から５、ならびに種々の抵抗、インダクタンス、およびキャパシタの値から決定することができ、従来技術によって、図７に描写される。図３と図７との比較から、回路２００と比較して、回路５００は、広い帯域通過曲線を有することを理解されたい（例えば、−３ｄＢで約４００ｋＨｚ）。事実上、回路５００は、回路２００に類似するが、しかしながら、昇圧器５５０と、１つのさらなるＬＣ共振回路（すなわち、ｎ＝２）とを含む。そのような追加は、約２オーダーの帯域通過曲線の広範化をもたらす。さらに、抵抗５４７は、図７の帯域通過曲線の平坦性を決定することができ、抵抗５４７のより大きな値は、帯域通過曲線をより丸みを帯びたものにさせることを理解されたい。

【0038】

さらに、非限定的実施形態による、図８に描写される、回路５００の応答曲線をモデル化することができる。図８から、回路２００の場合の４０−５０μｓと比較して、四重極をフル電力まで漸増させるための回路５００の応答時間は、約５μｓであり、電力を漸減させるための類似応答時間は、約５μｓである。故に、負荷Ｑを減少させることによって、順に、応答時間が短縮される。

【0039】

一般に、種々の好適な構成要素、例えば、昇圧器５５０、抵抗器５４５、５４７、誘導子５３５、５４５、およびキャパシタ５４０の選択を通して、装置１９９の電圧利得は、実質的に、５０から５００であり得ることを理解されたい。故に、ＲＦ電源５３０が、１０Ｖの最大出力を有する場合、装置１９９の最大出力は、５ｋＶ程度である可能性があって、高速漸増速度は、５μｓである。これは、概して、昇圧器５５０を使用して、回路５００の利得の実質的部分を提供することにより、共振ＬＣ回路の負荷Ｑを減少させることによって達成される。

【0040】

いくつかの実施形態では、回路５００は、第１の共振ＬＣ回路と第２の共振ＬＣ回路との間の少なくとも１つのさらなる共振ＬＣ回路をさらに備えていることができ、誘導子５４５が、四重極５０１に接続された場合に、第１の共振ＬＣ回路、少なくとも１つのさらなる共振ＬＣ回路、および第２の共振ＬＣ回路は、カスケード接続される。言い換えると、いくつかの実施形態では、ｎ≧２である。

【0041】

さらに、回路５００は、四重極に電力を提供する方法において、例えば、プロセッサ１８５および／または内蔵プロセッサ（図示せず）を介して、四重極５０１に電力を提供するように制御することができることを理解されたい。

【0042】

当業者であれば、いくつかの実施形態において、質量分析計１００の機能性は、予めプログラムされたハードウェアもしくはファームウェア要素（例えば、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、電気的消去可能プログラマブル読取専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）等）、または他の関連する構成要素を使用して実装できることを理解するであろう。他の実施形態において、質量分析計１００および装置１９９の機能性は、計算装置の動作のためのコンピュータ可読プログラムコードを記憶する、コードメモリ（図示せず）へのアクセスを有する計算装置を使用して達成することができる。コンピュータ可読プログラムコードは、固定され、有形であり、かつこれらの構成要素によって直接的に読み取り可能である、コンピュータ可読記憶媒体に記憶することができる（例えば、可撤性ディスケット、ＣＤ−ＲＯＭ、ＲＯＭ、固定ディスク、ＵＳＢドライブ）。代替として、コンピュータ可読プログラムコードは、遠隔で記憶することができるが、伝送媒体上でネットワーク（インターネットが挙げられるが、これに限定されない）に接続されたモデムまたは他のインターフェースデバイスを介して、これらの構成要素に伝送可能であり得る。伝送媒体は、非無線媒体（例えば、光、および／またはデジタル、および／またはアナログ通信線）もしくは無線媒体（例えば、マイクロ波、赤外線、自由空間光学、または他の伝送スキーム）、またはそれらの組み合わせであり得る。

【0043】

当業者であれば、実施形態を実装するためのさらに多くの代替実装例および修正例があること、ならびに前述の実装例および実施例は、１つ以上の実施形態の例証に過ぎないことを理解するであろう。したがって、範囲は、本明細書に添付される特許請求の範囲によってのみ限定される。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】