特許 5918384 静電イオントラップの同調方法および装置

(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】5918384

(24)【登録日】2016年4月15日

(45)【発行日】2016年5月18日

(54)【発明の名称】静電イオントラップの同調方法および装置

(51)【国際特許分類】

   H01J 49/28 20060101AFI20160428BHJP

   G01N 27/62 20060101ALI20160428BHJP

【ＦＩ】

   H01J49/28

   G01N27/62 G

   G01N27/62 E

【請求項の数】42

【全頁数】48

(21)【出願番号】特願2014-539139(P2014-539139)

(86)(22)【出願日】2012年10月30日

(65)【公表番号】特表2015-501520(P2015-501520A)

(43)【公表日】2015年1月15日

(86)【国際出願番号】US2012062599

(87)【国際公開番号】WO2013066881

(87)【国際公開日】20130510

【審査請求日】2015年9月2日

(31)【優先権主張番号】61/553,779

(32)【優先日】2011年10月31日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】61/719,668

(32)【優先日】2012年10月29日

(33)【優先権主張国】US

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】592053963

【氏名又は名称】エム ケー エス インストルメンツ インコーポレーテッド

【氏名又は名称原語表記】ＭＫＳ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ

(74)【代理人】

【識別番号】100087941

【弁理士】

【氏名又は名称】杉本 修司

(74)【代理人】

【識別番号】100086793

【弁理士】

【氏名又は名称】野田 雅士

(74)【代理人】

【識別番号】100112829

【弁理士】

【氏名又は名称】堤 健郎

(74)【代理人】

【識別番号】100144082

【弁理士】

【氏名又は名称】林田 久美子

(74)【代理人】

【識別番号】100154771

【弁理士】

【氏名又は名称】中田 健一

(74)【代理人】

【識別番号】100155963

【弁理士】

【氏名又は名称】金子 大輔

(72)【発明者】

【氏名】ブラッカー・ジェラルド・エー

(72)【発明者】

【氏名】ラスボーン・ジー・ジェフリー

(72)【発明者】

【氏名】ホーヴァス・ブライアン・ジェイ

(72)【発明者】

【氏名】スウィニー・ティモシー・シー

(72)【発明者】

【氏名】ブラウチ・スティーブン・シー

(72)【発明者】

【氏名】マッカーシー・ジェフリー・ジー

(72)【発明者】

【氏名】ピウォンカ−コルレ・ティモシー・アール

【審査官】 小野 健二

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１０／１２９６９０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開昭６２−１６１０４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１９２８４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００９−５０５３７５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｊ ４９／００−４９／４８

Ｇ０１Ｎ ２７／６２−２７／７０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

静電イオントラップの同調方法であって、
ｉ）前記イオントラップのパラメータを測定すること、および
ｉｉ）その測定したパラメータに基づいてイオントラップの設定を調節すること
を備え、
前記イオントラップのパラメータを測定することが、特定の圧力のテストガスについて前記トラップ内のイオン初期ポテンシャルエネルギー分布（ＩＰＥＤ）を測定することを含む方法。

【請求項2】

自動電子制御のもと、さらに、調節した前記イオントラップの設定を用いて、特定の圧力のテストガスからテストスペクトルを生成することを備える請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記トラップがイオン源を含み、そのイオン源が電子源を含む請求項１または２に記載の方法。

【請求項4】

イオントラップの設定を調節することが、電子源の設定を調節することを含む請求項３に記載の方法。

【請求項5】

前記イオントラップのパラメータを測定することが、さらに、電子と特定の圧力のテストガスとの衝突によって形成されるイオンの量を電子源リペラバイアスの関数として測定することを含む請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。

【請求項6】

イオントラップの設定を調節することが、さらに、電子源フィラメント電流で形成される前記イオンの量を増大させることを含む請求項５に記載の方法。

【請求項7】

前記電子源リペラポテンシャルバイアスを、電子源フィラメント電流で最大の基準線イオン電流をもたらす設定にすることをさらに備える請求項５に記載の方法。

【請求項8】

形成される前記イオンの量を増大させることが、電子源フィラメント電流で形成される前記イオンの量を最大限まで増大させることを含む請求項６に記載の方法。

【請求項9】

前記ＩＰＥＤを測定することが、ＩＰＥＤオンセット値を測定することを含む請求項１に記載の方法。

【請求項10】

前記トラップが、さらに、イオン出口ゲートポテンシャルバイアスを有するイオン出口ゲートを含み、イオントラップの設定を調節することが、さらに、前記イオン初期ポテンシャルエネルギー分布（ＩＰＥＤ）と前記イオン出口ゲートポテンシャルバイアスとの間で相互の調節を行うことを含む請求項１に記載の方法。

【請求項11】

前記ＩＰＥＤと前記イオン出口ゲートポテンシャルバイアスとの間で相互の調節を行うことが、ＩＰＥＤオンセット値に基づいて前記イオン出口ゲートポテンシャルバイアスを設定することを含む請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

前記ＩＰＥＤオンセット値と前記イオン出口ゲートポテンシャルバイアスとの間で相互の調節を行うことが、さらに、前記ＩＰＥＤオンセット値に基づいて電子増倍管シールドポテンシャルバイアスを設定することを含む請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

前記ＩＰＥＤと前記イオン出口ゲートポテンシャルバイアスとの間で相互の調節を行うことが、電子源リペラポテンシャルバイアスおよび電子源フィラメントバイアスを調節して特定のＩＰＥＤオンセット値をもたらすことを含む請求項１０に記載の方法。

【請求項14】

前記イオントラップのパラメータを測定することが、特定のイオン質量のイオン信号を検出するのに必要な印加ＲＦ励起の最小量を測定することを含む請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法。

【請求項15】

前記ＲＦ励起を、特定のピーク比をもたらす作動ＲＦ励起設定にすることをさらに備える請求項１４に記載の方法。

【請求項16】

前記イオントラップのパラメータを測定することが、さらに、前記イオン信号を印加ＲＦ励起の関数として測定することを備える請求項１４に記載の方法。

【請求項17】

前記イオントラップのパラメータを測定することが、イオン初期ポテンシャルエネルギー分布（ＩＰＥＤ）オンセット値を測定することと、テストＲＦ励起設定でのイオン励起ポテンシャルエネルギー分布（ＥＰＥＤ）オンセット値を測定することとを含む請求項１から１６のいずれか一項に記載の方法。

【請求項18】

前記テストＲＦ励起設定を、前記ＥＰＥＤオンセット値と前記ＩＰＥＤオンセット値との間に特定の差をもたらす作動ＲＦ励起設定にすることをさらに含む請求項１７に記載の方法。

【請求項19】

前記テストＲＦ励起設定を、特定のスペクトル分解能をもたらす作動ＲＦ励起設定にすることをさらに含む請求項１７に記載の方法。

【請求項20】

前記テストＲＦ励起設定を、特定のダイナミックレンジをもたらす作動ＲＦ励起設定にすることをさらに含む請求項１７に記載の方法。

【請求項21】

前記テストＲＦ励起設定を、テストスペクトルにおける特定のピークによる特定のピーク比をもたらす作動ＲＦ励起設定にすることをさらに含む請求項１７に記載の方法。

【請求項22】

ｉ）静電イオントラップ、および
ｉｉ）前記イオントラップのパラメータを測定し、その測定したパラメータに基づいてイオントラップの設定を調節する電子機器
を備え、
前記トラップが、イオン出口ゲートポテンシャルバイアスを有するイオン出口ゲートを含み、前記電子機器が、さらに、イオン初期ポテンシャルエネルギー分布（ＩＰＥＤ）と前記イオン出口ゲートポテンシャルバイアスとの間で相互の調節を行う装置。

【請求項23】

前記電子機器が、さらに、前記イオントラップの設定を用いて、特定の圧力のテストガスからテストスペクトルを生成する請求項２２に記載の装置。

【請求項24】

前記トラップが、さらにイオン源を含み、そのイオン源が電子源を含む請求項２２または２３に記載の装置。

【請求項25】

前記電子源が、
入口板ポテンシャルバイアスを有する入口板を含む入口スリット組立体と、
フィラメントと、
そのフィラメントから電子のビームを形成し、その電子が前記入口スリットを通るように導くリペラであって、前記フィラメントと前記入口板との間に位置する延長部を有し、前記フィラメントを前記入口板ポテンシャルからシールドするリペラと
を含む請求項２２に記載の装置。

【請求項26】

前記電子源が、前記フィラメントと入口スリットとの間に位置する静電レンズを有する入口スリット組立体を含み、前記静電レンズが、前記フィラメントからの電子ビームを平行にして前記入口スリットを通す請求項２２から２５のいずれか一項に記載の装置。

【請求項27】

前記電子源が、電子源と入口スリット組立体を統合して含む請求項２２から２６のいずれか一項に記載の装置。

【請求項28】

イオントラップの設定の調節が、電子源の設定の調節を含む請求項２２から２７のいずれか一項に記載の装置。

【請求項29】

前記電子機器が、さらに、電子と特定の圧力のテストガスとの衝突によって形成されるイオンの量を測定し、さらに、電子源の設定を調節して電子源フィラメント電流で形成される前記イオンの量を増大させる請求項２２から２８のいずれか一項に記載の装置。

【請求項30】

形成される前記イオンの量の増大が、電子源フィラメント電流で形成される前記イオンの量の最大限への増大を含む請求項２９に記載の装置。

【請求項31】

前記電子機器が、さらに、電子源リペラポテンシャルバイアスを、電子源フィラメント電流で最大の基準線イオン電流をもたらす設定にする請求項２２から３０のいずれか一項に記載の装置。

【請求項32】

前記ＩＰＥＤと前記イオン出口ゲートポテンシャルバイアスとの間での相互の調節が、ＩＰＥＤオンセット値に基づく前記イオン出口ゲートポテンシャルバイアスの設定を含む請求項２２から３１のいずれか一項に記載の装置。

【請求項33】

前記ＩＰＥＤと前記イオン出口ゲートポテンシャルバイアスとの間での相互の調節が、さらに、前記ＩＰＥＤオンセット値に基づく電子増倍管シールドポテンシャルバイアスの設定を含む請求項３２に記載の装置。

【請求項34】

前記ＩＰＥＤと前記イオン出口ゲートポテンシャルバイアスとの間での相互の調節が、ＩＰＥＤオンセット値の測定と、特定のＩＰＥＤオンセット値をもたらす、電子源リペラポテンシャルバイアスおよびフィラメントバイアスの調節とを含む請求項２２から３３のいずれか一項に記載の装置。

【請求項35】

前記電子機器が、さらに、特定のイオン質量のイオン信号を検出するのに必要な印加ＲＦ励起の最小量を測定する請求項２２から３４のいずれか一項に記載の装置。

【請求項36】

前記電子機器が、さらに、前記ＲＦ励起を、特定のピーク比をもたらす作動ＲＦ励起設定にする請求項３５に記載の装置。

【請求項37】

前記電子機器が、さらに、前記イオン信号を、印加ＲＦ励起の関数として測定する請求項３５に記載の装置。

【請求項38】

前記イオントラップのパラメータの測定が、イオン初期ポテンシャルエネルギー分布（ＩＰＥＤ）オンセット値と、テストＲＦ励起設定でのイオン励起ポテンシャルエネルギー分布（ＥＰＥＤ）オンセット値との測定を含む請求項２２から３７のいずれか一項に記載の装置。

【請求項39】

前記電子機器が、さらに、前記テストＲＦ励起設定を、前記ＥＰＥＤオンセット値と前記ＩＰＥＤオンセット値との間に特定の差をもたらす作動ＲＦ励起設定にする請求項３８に記載の装置。

【請求項40】

前記電子機器が、さらに、前記テストＲＦ励起設定を、特定のスペクトル分解能をもたらす作動ＲＦ励起設定にする請求項３８に記載の装置。

【請求項41】

前記電子機器が、さらに、前記テストＲＦ励起設定を、特定のダイナミックレンジをもたらす作動ＲＦ励起設定にする請求項３８に記載の装置。

【請求項42】

前記電子機器が、さらに、前記テストＲＦ励起設定を、テストスペクトルにおける特定のピークによる特定のピーク比をもたらす作動ＲＦ励起設定にする請求項３８に記載の装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本出願は、２０１１年１０月３１日に出願された米国仮出願第６１／５５３，７７９号に基づいて得られる権利を主張する。この出願による教示は、援用することによりすべて本明細書に組み入れられるものとする。

【背景技術】

【0002】

質量分析計は、質量電荷比によってイオンを分離しかつ検出する分析用計器である。質量分析計は、質量分離および分析を可能とするのにイオンの捕獲または蓄積が必要であるかどうかに基づいて、区別される。非捕獲質量分析計は、イオンを捕獲したり蓄積したりせず、質量分離および分析に先立って装置内にイオン密度が蓄積したり集積したりすることはない。この部類の例は、四重極マスフィルターと磁場形質量分析計であって、高出力ダイナミック電場か高出力磁場かをそれぞれ用いて、単一の質量電荷（ｍ／ｑ）比のイオンビームの軌道を選択的に安定させる。捕獲分析計は、さらに二つの下位範疇に分けることができ、それらは、例えば、四重極イオントラップ（ＱＩＴ）のようなダイナミックトラップと、より最近になって開発された静電閉込トラップのような静電トラップである。

【0003】

静電閉込トラップには、ＰＣＴ／ＵＳ２００７／０２３８３４出願においてエルマコフ等が開示した、質量電荷比と運動エネルギーが異なるイオンを非調和振動のポテンシャル井戸内に閉じ込めるイオントラップが含まれる。イオントラップはまた、閉じ込められたイオンを励起する小振幅ＡＣドライブを備える。閉じ込められたイオンは、エネルギーが増すと振動の振幅が増大され、それは、ＡＣドライブ周波数とイオンの質量依存固有振動周波数との結合によるもので、イオンの振動振幅がトラップの物理的な寸法を超えて、質量選択されたイオンが検出されるか、またはイオンがばらばらになるかその他の物理的または化学的変化を受けるまでになる。

【0004】

エルマコフ等が開示した静電イオントラップは、ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０３３７５０出願において、ブラッカー等が改良した。振動運動しているイオンを閉じ込めるために非調和振動のポテンシャルを用いることで、厳密に線型な場が要求される調和振動ポテンシャル静電トラップにおいて必要であるよりも、製造要件がずっと複雑でなくなり、機械加工誤差がずっと厳格でなくなり得るが、それは、トラップの性能が、非調和振動ポテンシャルについては、厳密なまたは一意的な関数形に依存するものではないからである。したがって、質量分析計またはイオンビームの部品外注を行うにあたって、装置間のばらつきによる影響を受けにくく、非調和振動共振イオントラップ質量分析計（ＡＲＴ ＭＳ ）は、他のたいていの質量分析計と比べて、製造要件をより緩和することが可能である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】国際公開第２００８／０６３４９７号パンフレット

【特許文献2】国際公開第２０１０／１２９６９０号パンフレット

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

それにもかかわらず、初期イオントラップ設定を用いる静電イオントラップの性能には、装置間のばらつきが残る。したがって、静電イオントラップを効率的かつ確実に同調する（調整する、tuning）方法が必要である。

【課題を解決するための手段】

【0007】

静電イオントラップの同調方法は、自動電子制御のもとで、イオントラップのパラメータを測定することと、その測定されたパラメータに基づいてイオントラップの設定を調節することとを含む。本方法は、イオントラップの設定を用いて、特定圧のテストガスからテストスペクトルを生成することを含み得る。

【0008】

トラップは、電子源を含み得るイオン源を含み得、またイオントラップの設定を調節することはさらに、電子源の設定を調節することを含み得る。そのイオントラップのパラメータを測定することは、電子と特定圧のテストガス（a specified pressure of a test gas ）との衝突によって形成されるイオンの量を電子源リペラバイアス（electron source repeller bias ）の関数として測定することと、イオントラップ設定を調節して電子源フィラメント電流で形成されるイオンの量を、形成されるイオンの量の最大限まで、随意に増大させることとを含み得る。イオントラップのパラメータを測定することはさらに、トラップ内のイオン初期ポテンシャルエネルギー分布（ＩＰＥＤ）を、特定圧のテストガスについて測定することを含み得る。ＩＰＥＤを測定することは、ＩＰＥＤオンセット値（ＩＰＥＤ開始値、IPED onset value）を測定することを含み得る。

【0009】

トラップはさらに、イオン出口ゲートポテンシャルバイアスを有するイオン出口ゲートを含み得、またイオントラップの設定を調節することはさらに、イオン初期ポテンシャルエネルギー分布（ＩＰＥＤ）とイオン出口ゲートポテンシャルバイアスとの間で相互に調節することを含み得る。ＩＰＥＤとイオン出口ゲートポテンシャルバイアスとの間で相互に調節することは、ＩＰＥＤオンセット値に基づいてイオン出口ゲートポテンシャルバイアスを設定することを含み得る。ＩＰＥＤオンセット値とイオン出口ゲートポテンシャルバイアスとの間で相互に調節することはさらに、ＩＰＥＤオンセット値に基づいて電子増倍管シールドポテンシャルバイアスを設定することを含み得る。代わりに、ＩＰＥＤとイオン出口ゲートポテンシャルバイアスとの間で相互に調節することは、電子源リペラポテンシャルバイアスと電子源フィラメントバイアスを調節して、特定のＩＰＥＤオンセット値を与えることを含み得る。

【0010】

イオントラップのパラメータを測定することはさらに、特定のイオン質量のイオン信号を検出するのに必要な印加ＲＦ励起（applied RF excitation ）の最小量を測定することと、そのイオン信号を印加ＲＦ励起の関数として測定することとを含み得る。本方法はさらに、ＲＦ励起を、テストスペクトルにおける特定ピークの特定ピーク比を与える作動ＲＦ励起設定にすることを含み得る。その特定ピーク比は、特定の値または値の範囲を含み得る。イオントラップのパラメータを測定することはまた、イオン初期ポテンシャルエネルギー分布（ＩＰＥＤ）オンセット値を測定することと、イオン励起ポテンシャルエネルギー分布（ＥＰＥＤ）オンセット値をテストＲＦ励起設定で測定することとを含み得る。本方法は、ＲＦ励起を、ＥＰＥＤオンセット値とＩＰＥＤオンセット値との間に特定の差を与える作動ＲＦ励起設定にすることを含み得る。その特定の差は、特定の値または値の範囲を含み得る。本方法は、ＲＦ励起を、特定のスペクトル分解能を与える作動ＲＦ励起設定にすることを含み得る。その特定のスペクトル分解能は、特定の値または値の範囲を含み得る。本方法は、ＲＦ励起を、特定のダイナミックレンジを与える作動ＲＦ励起設定にすることを含み得る。その特定のダイナミックレンジは、特定の値または値の範囲を含み得る。本方法は、ＲＦ励起を、テストスペクトルにおいて、特定のピークが特定のピーク形（peak shape）を有するとき、その特定のピークの特定のピーク比を与える作動ＲＦ励起設定にすることを含み得る。その特定のピーク比は、特定の値または値の範囲を含み得る。

【0011】

加えて、装置は、静電イオントラップ、および、イオントラップのパラメータを測定するよう構成され、かつその測定したパラメータに基づいてイオントラップの設定を調節するように構成された電子機器を含む。その電子機器は、前述の方法ステップを実施するように構成され得る。イオントラップは、統一電子源と入口スリット組立体とを含む電子源を含み得る。その電子源は、入口板ポテンシャルバイアスを有する入口板を含む入口スリット組立体、フィラメント、および、そのフィラメントから電子のビームを形成して電子が入口スリットを通るよう方向付けるリペラであって、フィラメントと入口板との間に位置する延長部を有し、フィラメントを入口板ポテンシャルからシールドするリペラ、を含み得る。電子源はまた、フィラメントと入口スリットとの間に位置する静電レンズを有する入口スリット組立体を含み得、その静電レンズは、フィラメントから出て入口スリットを通る電子ビームを平行にする。

【0012】

前述の方法および装置には、多くの利点があるが、それには、静電イオントラップにおける装置間の性能のばらつきを低減することが含まれる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

以上の内容は、以下の、発明の実施形態のより詳細な説明から明瞭となり、添付の図面にも例示されているが、異なる図面であっても、同様の参照記号は、同じ部分を指示する。図面は、必ずしも縮尺通りではなく、本発明の実施形態の説明に主眼が置かれている。

【図1A】静電イオントラップの概略図である。

【図1B】図１Ａに示される静電イオントラップの電子源組立体の概略図である。

【図2A】図１Ａに示される静電イオントラップについての同調スペクトルを示すソフトウェア制御器の画面である。

【図2B】自動同調開始の画面である。

【図2C】最適化された同調スペクトルを示すソフトウェア制御器の画面である。

【図3】図１Ａに示される静電イオントラップを同調するプロセスのフローチャートである。

【図4A】図３に示されるステップ３１０のフローチャートである。

【図4B】図３に示されるステップ３２０とステップ３３０のフローチャートである。

【図4C】図３に示されるステップ３４０のフローチャートである。

【図4D】図３に示されるステップ３４５のフローチャートである。

【図4E】図３に示されるステップ３５０のフローチャートである。

【図5A】工場において図１Ａに示される静電イオントラップを同調し、イオントラップの設定をイオン初期ポテンシャルエネルギー分布に整合させる調節を含むプロセスのフローチャートである。

【図5B】工場において図１Ａに示される静電イオントラップを同調し、イオン初期ポテンシャルエネルギー分布をイオントラップの設定に整合させる調節を含むプロセスのフローチャートである。

【図5C】図５Ａおよび図５Ｂ図に示されるスペクトル品質テストを実施するプロセスのフローチャートである。

【図6】ＦＣ_ｍａｘが−２５Ｖに等しいことを示す、リペラ電圧の関数としての信号のグラフである。

【図7】ＦＣ_ｍａｘが−４５Ｖに等しいことを示す、リペラ電圧の関数としての信号のグラフである。

【図8】ＥＣＥ＿Ｍａｘが−３５Ｖに等しいことを示す、出口板電圧の関数としてのイオン電流計数のグラフである。

【図9】集積電荷（integrated charge,ＩＣ）曲線を示す、出口板バイアス電圧の関数としての放出イオン電流のグラフである。

【図10】図９に示される集積電荷（ＩＣ）曲線、および、ポイントＡとポイントＢとの間で直線にフィッティングしたＩＰＥＤ曲線を示す、出口板バイアス電圧の関数としての放出イオン電流のグラフである。

【図11】イオントラップに入射する電子のエネルギーの概略図である。

【図12】さまざまなエネルギーでイオントラップに入射する電子の帯域の概略図である。

【図13A】静電イオントラップ内のポテンシャル井戸に結果的に生じるイオンエネルギー帯域を示す、さまざまなエネルギーでイオントラップに入射する電子の帯域の概略図である。

【図13B-1】静電イオントラップ内のポテンシャル井戸における帯域イオンについての励起プロセスの概略図である。

【図13B-2】静電イオントラップ内のポテンシャル井戸における帯域イオンについての励起プロセスの別の概略図である。

【図13C】２８ａｍｕピークについてのピーク振幅と、ＲＦ振幅の関数としての分解能のグラフである。

【図13D】イオンの帯域をイオントラップから放出するのに必要な時間を示す、静電イオントラップ内のポテンシャル井戸における帯域イオンについての励起プロセスの概略図である。

【図13E】２８ａｍｕピークについての放出時間の関数としてのピーク領域のグラフである。

【図13F】１４ａｍｕピークについての放出時間の関数としてのピーク領域のグラフである。

【図14】電子ビームの変位の作用の概略図である。

【図15】電子源フィラメント位置の電子ビーム位置に対する作用の概略図である。

【図16A】ＩＰＥＤ曲線とＥＰＥＤ曲線を示す、出口板電圧（Ｖ）の関数としての信号のグラフである。

【図16B-1】１４ａｍｕピークおよび２８ａｍｕピークについての印加ＲＦ（Ｖ）の関数としてのイオンチャージのグラフである。

【図16B-2】ＲＦ振幅の関数としての２８／１４ピーク領域比のグラフである。

【図17】さまざまな印加ＲＦ振幅レベルでのＩＰＥＤ曲線およびＥＰＥＤ曲線のグラフである。

【図18】印加ＲＦ励起振幅（ボルト）の関数としてのＤＰＥＤのグラフである。

【図19】イオントラップ制御器において印加されるＲＦ励起振幅の関数としての、イオントラップに送付されるＲＦ信号励起のグラフである。

【図20A】初期ポテンシャルエネルギーの関数としてのイオン計数のグラフである。

【図20B】イオン質量の関数としてのイオン計数のグラフである。

【図21A】統一ＦＲＵ／入口スリット設計の結合していない外観の概略図である。

【図21B】統一ＦＲＵ／入口スリット設計の結合していない外観の斜視図である。

【図22】統一ＦＲＵ／入口スリット設計の結合している外観の概略図である。

【図23A】リペラが延長された電子源の概略図である。

【図23B】図２３Ａの電子源から生じる電界の向きの線（electric field lines）と電子ビームのモデルを示す概略図である。

【図24A】図２３Ａおよび図２３Ｂに示される電子源について得られるリペラ電圧の関数としてのＥＣＥ＿Ｍａｘのグラフである。

【図24B】図２３Ａおよび図２３Ｂに示される電子源について得られるリペラ電圧の関数としてのＩＰＥＤのグラフである。

【図25A】リペラが延長され、静電レンズを備える電子源の概略図である。

【図25B】図２５Ａの電子源から生じる電界の向きの線と電子ビームのモデルを示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

本発明の実施形態を以下に説明する。

【0015】

一例である静電イオントラップ１００が、図１Ａに示されている。イオントラップ１００は、制御器１１０、イオン生成組立体１１３、イオン閉込組立体１５３および、イオン検出組立体１７３を含む。制御器１１０は、専用のハードウェア構成要素であり得、またはそれを、以下に記述されるようにソフトウェア中に構築してＰＣで操作することも可能である。イオン生成組立体１１３は、電子１１５を生成する熱フィラメント１２０として示される電子源１２０と、電子１１５が入口板１４０のスリット１４５を通るよう方向付けて、ガスとの電子衝撃によって電離（イオン化）領域１４９にイオンを生成する電子ビーム１４８を形成するリペラ１３０とを備える。以下に記述される同調方法はまた、光電離（光イオン化）によるイオン生成または別のイオン源からの外部イオン生成を用いるイオントラップにも適用可能である。イオン閉込組立体１５３は、入口圧力板１５０、入口カップ１５５、遷移板（transition plate）１６０、出口カップ１６５および、出口圧力板１７０を含む。イオン検出組立体１７３は、出口板１８０、電子増倍管シールド板組立体１８５ａおよび１８５ｂならびに、電子増倍管の表面に衝突するイオンによって作りだされる電子流を検出する電子増倍管（electron multiplier ）１９０を含む。入口板１４０、出口板１８０、入口圧力板１５０、出口圧力板１７０、入口カップ１５５、出口カップ１６５、遷移板１６０および、電子増倍管シールド板組立体１８５ａは、すべて、円筒形に対称であり、直径は、約２．５ｃｍ（１”，１インチ）である。静電イオントラップ１００の全長は、約５ｃｍ（２”）である。図１Ａに示されるように、入口板１４０は、中心が入口カップ１５５から離れる背面１４０ａにおいて外側に延びる。入口板背面１４０ａと入口カップ１５５との間の距離は、約０．６ｃｍ（０．２５”）である。出口カップ１６５と出口板１８０との間の距離もまた約０．６ｃｍ（０．２５”）である。

【0016】

図１Ｂには、イオン生成組立体１１３および入口圧力板１５０の側面が示されており、絶縁体（例えば、セラミック）板１２５に取り付けられているフィラメント１２０とリペラ１３０からなる電子源組立体１１４が示されており、それは、入口板１４０に取り付けられている。

【0017】

図１Ａに示される静電イオントラップの組み立ておよびテストの間、初期設定を有するトラップが作動してもむらのある作業結果しか生じないということが認められた。装置間のばらつきとしては、振幅、分解能、ダイナミックレンジおよびピーク比さえも、装置ごとに変化があったが、これらは、少なくとも部分的には、組立体の寸法における小さなばらつきや、電子ビーム１４８の向きに変化を生じさせるフィラメント１２０およびリペラ１３０の向きにおける小さなばらつきによるものである。電子源組立体１１４を取り替えた後も、性能にばらつきが認められた。電子源組立体１１４は、いくつかのテスト取付具が直ちに利用可能でない現場において取り替えられる消耗品であるので、一貫した作動結果を得るために、静電イオントラップの同調方法は、工場と現場の双方に適するよう工夫する必要がある。以下に記述される同調プロセスには、最小限のユーザー入力しか必要ではなく、訓練された修理技術者を必要としない。

【0018】

静電イオントラップ１００を制御するソフトウェアの画面２００の一例が、図２Ａに示されており、自動同調ソフトウェアボタン２１０を含む。制御画面２００にはまた、以下に記述される静電イオントラップ設定２１５および一例の同調スペクトル２２０が示されている。以下で特に変更を加えていない限り、初期トラップパラメータは、表１に列記される値にしたがって設定される。

【0019】

【表1】

【0020】

いったんユーザーがソフトウェアボタン２１０を押すと、そのユーザーは、図２Ｂに示される画面２３０で、同調手順には幾分時間がかかり、その間、イオントラップの総ガス圧を安定させる必要があると警告される。図２Ｃには、静電イオントラップ設定２１５が最適化され、図２Ａに示されるスペクトルに比べて同調スペクトル２２０のピーク振幅が高い画面２００の一例が示されている。図２Ｃにはまた、自動同調手順が完了した後、トラップの作動パラメータに変化が生じ、その結果、図２Ａと図２Ｃとの間でスペクトル出力に変化が生じたことが示されている。代わりに、そのソフトウェアは、イオントラップを工場で点検する必要があると指示することもできる。

【0021】

静電イオントラップを使用に適したものと認定するプロセスや、出荷は、機械で検査された部品からイオントラップを注意深く組み立て、かつその機械による組み立てを検証することから始まる。自動同調手順についての開始点が実行可能であるには、機械による組み立てが適切である必要があり、換言すれば、自動同調は、機械の許容誤差仕様に添った適切な製造に代わるものではない。そして、イオントラップは、以下の基準を用いて特徴付けられる必要がある。
１）十分なイオンが作られているか？
２）適切な初期ポテンシャルエネルギーの分布でイオンが作られているか？
３）イオンは印加ＲＦ励起で十分なエネルギーを得ているか？
４）イオントラップに十分なイオンが蓄積されているか？
５）印加ＲＦ励起の１ボルト当たり十分なイオンが放出されているか？
６）検出器は、放出されたイオンを十分検出するだけ感度が良いか？

【0022】

これらの基準に基づいて、装置間のばらつきを補償するよう静電イオントラップを同調するプロセスが以下に記載される。以下に記載される同調手順は、図１Ａに例示されるトラップについて特に最適化されているが、全体的に同じ原理を当てはめると、電離領域に軸上電子衝撃イオン化源（on-axis electron ionization source）または光電離源が含まれるイオントラップも同調できるということを理解することが重要である。すべての場合において、トラップ作業者は、前述の基準に基づいてトラップを特徴付け、図３に類似するように仕立てられた同調手順を開発しなければならない。図３に示されるように、静電イオントラップを同調して性能が最適となるようにトラップを調節するプロセス３００には、１）ステップ３１０で、イオントラップの設定を調節し、現場（ＥＭＥＣＥＴ）か工場（ＦＣＴ）かにおいて電子結合の効率を最大とする（ＥＣＥ＿Ｍａｘ）ことによって、十分なイオンが形成されるものとし、２）ステップ３２０で、そのＥＣＥ＿Ｍａｘで初期ポテンシャルエネルギー分布テスト（ＩＰＥＤＴ）を行い、かつＩＰＥＤオンセット値を決定することで、形成されたイオンが適切なイオンエネルギー分布を有することを確認し、３）ステップ３３０で、イオントラップパラメータ（ＴＰＡＴＰ）を調節するか、またはＩＰＥＤ（ＦＲＵ・ＡＴＰ）を調節することによって、イオン初期エネルギー分布（ＩＰＥＤ）とイオントラップパラメータとの間に、形成されたすべてのイオンについて適切な関係が成り立っていることを確認し、４）ステップ３４０で、励起ポテンシャルエネルギー分布テスト（ＥＰＥＤＴ）を行い、かつ印加ＲＦ励起振幅を調節することで励起ポテンシャルエネルギー分布（ＥＰＥＤ）とＩＰＥＤとの差（ＤＰＥＤ）を調節することによって、イオンを放出するのに適量のＲＦ励起が利用可能であることを確認し、５）ステップ３４５で、トラップからイオンを放出するのに必要な最小量のＲＦ振幅（ＲＦ閾値）を測定し、かつ放出されたイオンの数のグラフの傾き（ＲＦ勾配）を印加ＲＦ振幅の関数として測定し、６）ステップ３５０で、電子増倍管電圧テスト（ＥＭＶＴ）を行うことによって、放出されたイオンを検出する検出器で適切な利得が得られていることを確認し、そして、７）ステップ３６０で、分解能、ダイナミックレンジ（ＤＮＲ）、ピーク比およびピーク形（Ｂ帯域）についてスペクトル品質テストを行うことによって、上質の質量スペクトルが生成されていることを確認する。同調ステップ３１０〜３６０は、どのような順序でも行われ得るが、以下に順番に記述する。また、以下に記述されるように、同調ステップ３４０およびステップ３４５は、どちらか一方を選ぶか、双方を組み合わせて実施することができる。

【0023】

ステップ３１０がより詳細に以下に記述され、図４Ａに示されている。ステップ４１１におけるファラデーカップテスト（ＦＣＴ）は、トラップ内のイオン形成速度を測定することによって、新しいトラップが、電子衝撃電離で十分なイオンを作ることができていることを確認するよう設計されている。イオン形成の適切な速度は、ＦＲＵと入口板が良く整合していることの指標である。換言すれば、イオン形成の速度は、リペラ、フィラメント線および縦スリットが適切に整列してさえいれば、期待に応えることができる。ＦＣＴではまた、健全にフィラメントが被覆されていることが確認される。

【0024】

図４Ａに示されるステップ４１１の手順：ＦＣＴを行うために、トラップがエキストラクタ電離ゲージとして構成される。チェンバー内のガスは、２．５Ｅ−７トルの純Ｎ_２からなる。トラップパラメータは、以下のものを除いて初期値（default values）に設定される：出口板は７０Ｖに設定され、電子増倍管シールド板が、入力を仮想の接地としたピコ電流計に接続され、それによって、その板がファラデーカップとして作動することを可能としている。トラップの内側に形成されるすべてのイオンは、制限なくトラップを出ることが可能であり、その結果、ＥＭ＿Ｓｈｉｅｌｄ（ファラデーカップ）に集められるイオン電流がリペラ電圧の関数として測定される。リペラ電圧が可能な範囲全体でスキャンされると、ピコ電流計を備えるＥＭ＿Ｓｈｉｅｌｄ板で測定されるイオン電流が、リペラ電圧の関数として記録される。ここで重要な二つの数字は、１．ファラデーカップで最大のイオン電流を与え、ステップ４１２で設定されるリペラ電圧Ｖ＿Ｒｅｐｅｌ＿Ｍａｘおよび、２．ステップ４１３で測定されるファラデーカップ電流の最大値ＦＣ＿Ｍａｘである。双方の値について予期されることであるが、１．テスト条件のもと、かつ他のトラップパラメータが初期設定であるとき、Ｖ＿Ｒｅｐｅｌ＿Ｍａｘは、−１０Ｖと−５５Ｖとの間でなければならず、ＦＣ＿Ｍａｘは、１５ｐＡと２８ｐＡの間でなければならない。ファラデーカップテストは、ＥＭ＿Ｓｈｉｅｌｄをピコアンペアレベルの増幅器の仮想接地入力に接続することによって、イオントラップ制御器を変更して行うことができる。

【0025】

電子増倍管利得テスト（ＥＭＧＴ）は、前述のＦＣＴが完了した後、次に行うことができるが、それは、そのテストの間に集められる（Ｖ＿Ｒｅｐｅｌ＿ＭａｘおよびＦＣ＿Ｍａｘ）値が必要であるからであり、または、代わりに、ＥＭＧＴを、図３に示されるようにステップ３５０で行うこともできる。ＥＭＧＴの目的は、電子増倍管利得を１０００倍に調整するのに必要なＥＭバイアス電圧を測定するためである。ＥＭ電流の測定値に基づいて、トラップから放出されるイオンの数を知るために、増倍管の利得を知ることは重要である。
図４Ｅのステップ４５１〜４５５に示されるＥＭＧＴの手順：
標準イオントラップ制御器を用いてＥＭ利得テストが行われる。
リペラがＶ＿Ｒｅｐｅｌ＿Ｍａｘに設定される（ＦＣＴから測定される）。
出口板が７０Ｖに設定される。
ＥＭ＿Ｓｈｉｅｌｄが６０Ｖに設定される。
ＥＭの外で測定される電流がＥＭ＿Ｃｕｒｒｅｎｔ＝ＦＣ＿Ｍａｘ＊１０００となるまでＥＭ＿Ｂｉａｓ電圧が調節される。

【0026】

一般に、現在利用可能な電子増倍装置（例えば、マサチューセッツ州パルマーのディテクターテクノロジーが製造するもの）は、典型的には、約−８７５ＶのＥＭ＿Ｂｉａｓ電圧が必要である。電子増倍管の利得を知ることまたは、知り得たＥＭ利得でイオントラップを操作することは、イオン放出の効率を量的に測定する上で重要である。例えば、さまざまなトラップについてＲＦ＿Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ勾配を比較するために、ＲＦ＿Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ曲線を同一のＥＭ利得で得る必要がある。同様に、トラップ間でダイナミックレンジを比較するためには、同じＥＭ利得条件のもとで、検討中のトラップを操作する必要がある。

【0027】

図４Ｅ中にステップ４５２として示されるＦＣＴに代わるものとして、ステップ４５３での電子結合効率テスト（ＥＣＥＴ）が、リペラ電圧の設定を最適化し、可能な最大電子流が電離容量に入っていることを確認するよう設計される。それは、ＦＣＴに非常に類似するが、トラップ内で作られるイオンの数を測定しない。その代わりに、それは、電子の、トラップの電離領域への最適な結合をもたらすリペラ電圧の測定のみを行う。
図４Ｅにおいてステップ４５３として示されるＥＣＥＴのための手順：
１．チャンバーを圧力が２．５Ｅ−７トルの窒素で満たす。
２．以下に記されるさまざまな設定を除く初期値（default values）にトラップを設定する。
３．出口板を７０Ｖに設定する。
４．ＥＭシールド板を６０Ｖに設定する。
５．電子増倍管をおよそ１０００の利得に設定する。
６．リペラ電圧が−１０Ｖから−５５Ｖまでスキャンされ、基準線（基線、baseline）オフセット振幅がリペラ電圧の関数として記録される。
７．最大の基準線オフセットをもたらすリペラ電圧を最適のリペラ電圧とみなし、トラップを作動させるのに用いる（Ｖ＿Ｒｅｐｅｌ＝ＥＣＥ＿Ｍａｘ）。

【0028】

ステップ３２０およびステップ３３０をより詳細に以下に記述し、図４Ｂに示す。フィラメントから電離領域への電子の結合を最も有効とするようにいったん、リペラが設定されると、十分なイオンを作ることは、重要ではあるが、イオン形成に関係する唯一の重要なパラメータではないということを理解するのが重要である。イオンは、適切な（すなわち、再生可能な）速度で作らなければならないが、それらはまた、ポテンシャルエネルギー曲線内の適正なエネルギーで作らなければならない。イオントラップは、初期エネルギーの広い範囲に渡って生成されるイオンを放出することが可能である。しかしながら、平均エネルギーとエネルギー分布の広がりは、装置ごとの性能が一貫するように幾分制御しなければならない。初期ポテンシャルエネルギー分布テスト（ＩＰＥＤＴ）は、トラップ内で形成されるイオンの初期ポテンシャルエネルギー、すなわち、イオンが捕獲ポテンシャル内で形成されるときのそれらのポテンシャルエネルギーを測定するよう設計されている。このポテンシャルエネルギー分布を知ることは重要であるが、それは、出口板格子に到達するために各イオンが獲得する必要があって、そのイオンの放出を可能とするだけのポテンシャルエネルギーの量を、それによって感知できるようになるからである。

【0029】

ＩＰＥＤは重要であるが、それは、それらが、トラップ内で形成されるイオンが出口板に到達して放出されるために獲得する必要のあるエネルギーの量の指標であるからである。イオンが低いエネルギーで作られるなら、それらがトラップを出るのに十分なエネルギーを獲得するのに多大な時間がかかってしまい、一回の高速周波数掃引の間にイオンはゲートまで到達できないかもしれず、これによって感度が低いものになってしまう。イオンのエネルギーが高過ぎると、それらが出始めるのが早過ぎて、有用なスペクトルを有するには分解能が低過ぎるかもしれない。

【0030】

いったん電子源フィラメントがオンになって電子が電離領域に入ると、イオンが形成され始める。すべてのイオンが蓄積されるわけではないが、蓄積されたイオンは、おそらく初期エネルギーを保つ。トラップ内に形成されるイオンのＩＰＥＤを見ると、平均エネルギーとイオンエネルギー分布の形、すなわち、予期される最高エネルギーＩＰＥＤ＿Ｏｎｓｅｔとエネルギーの広がりであるＩＰＥＤの半値全幅（ＦＷＨＭ）の双方が重要である。一般には、出来る限り多くのイオンを作ることに関心がもたれ、またＩＰＥＤは、リペラ電圧の設定に影響されるので、典型的には、ＥＣＥ＿ＭａｘまたはＦＣ＿Ｍａｘに設定されるリペラ電圧でＩＰＥＤＴが行われる。
図４Ｂでステップ３２０として示されるＩＰＥＤＴについての手順：
１．純窒素の圧力を２．５Ｅ−７トルに設定。
２．下記の断りがなければイオントラップを初期設定とする。
３．Ｖ＿Ｒｅｐｅｌ＝ＥＣＥ＿ＭａｘまたはＦＣ＿Ｍａｘに設定。
４．出口板を１３２Ｖに設定。
５．ＥＭ＿Ｓｈｉｅｌｄを６０Ｖに設定。
６．ＥＭ利得を１０００倍に設定。
７．出口板電圧Ｖ＿Ｅｘｉｔを少なくとも１Ｖずつ１３２Ｖと７０Ｖとの間でスキャンし、電子増倍管からイオン電流をＶ＿Ｅｘｉｔの関数として集める。こうして集められたデータは、集積電荷（ＩＣ）図にプロットされる。これは、直流測定値であり、すなわち、スペクトルのピークが関与していないことに注意する。
８．次に、ＩＣ曲線を微分する（すなわち、その微分係数を計算する）ことによって、ＩＰＥＤ図を生成する。その結果得られるＩＰＥＤ曲線によって、Ｖ＿Ｅｘｉｔの１ボルト当たりのイオン数の測定値が得られるが、それは、ポテンシャルエネルギーの１ボルト当たりの電子衝撃によって生成されるイオンの数を直接表すものである。
９．次に、典型的なＩＰＥＤ分布を用いて、最高エネルギーオンセット値（highest energy onset）を計算し、それは、トラップにおいてイオンが形成され、続いて蓄積されるときにそれが有する最大エネルギーを表す。最高エネルギーオンセット値は、ＩＰＥＤ＿Ｏｎｓｅｔとして知られ、それは、各ゲージについて測定しなければならない重要な数字である。
図８は、典型的なＥＣＥ＿Ｍａｘを示し、図１０は、典型的なＩＰＥＤ曲線を示す。ＥＣＥＴによって、ＩＰＥＤＴに必要なリペラ設定（図８で約−３５Ｖとして示される）が行われる。ＩＰＥＤ＿Ｏｎｓｅｔは、トラップにおいて非常に重要な数字であり、それは、それによって、捕獲ポテンシャル井戸内でいかに深くイオンが形成されるかが表されるからである。ＩＰＥＤ＿Ｏｎｓｅｔの正確な値は、リペラ、フィラメントおよびスリットの配列に依存する。一般に、ＩＰＥＤ＿Ｏｎｓｅｔは、約１０９Ｖと約１１５Ｖとの間の範囲にあることが予期される。

【0031】

ＦＣＴは、いくつのイオンがトラップ内で作られているかの測定値であるが、ＩＰＥＤＴは、トラップ内で形成されるイオンのエネルギーの測定値である。これは、閉じ込められていないイオンについてのエネルギーであることに注意する。しかしながら、それはまた、蓄積されたイオンについてのエネルギーの分布を表すことも予想される。ＦＣＴおよびＩＰＥＤによって提供されるデータは、トラップ内でのイオン形成の効率やイオンエネルギー特性を特徴付けるのに必要とされる。イオン形成の速度が適切でなくまた、イオンが適切なエネルギーを有さなければ、トラップは適切に機能しない。イオン形成速度とイオンエネルギー特性を制御することが装置ごとの再現性にとって重大である。

【0032】

次に、図４Ｂにおいてステップ４３１で示されるように、ＩＰＥＤ＿Ｏｎｓｅｔを用いて、放出されるためにイオンが獲得する必要のあるエネルギーの固定量をそれが有するよう、出口板電圧を調節することができる。一般に、出口板電圧は、ＩＰＥＤ＿Ｏｎｓｅｔよりも＋１０Ｖ上に調節される。換言すれば、すべてのイオンは、出口板壁に到達してトラップを出るためにＲＦから１０Ｖのエネルギーを集める必要がある。ＩＰＥＤ＿Ｏｎｓｅｔの測定およびＶ＿Ｅｘｉｔ＝ＩＰＥＤ＿Ｏｎｓｅｔ＋１０Ｖの設定は、各トラップにおいて、フィラメント、リペラおよびスリットの不整列の結果生じる、電子ビーム位置の小さなばらつきに対してトラップを調節する一つの方法である。換言すれば、出口板電圧をＩＰＥＤ＿Ｏｎｓｅｔに対して調節することで、装置間の機械的なばらつきを電気的に補償している。現在、ＩＰＥＤＴは、工場でおよび現場においてゲージ性能を最適化するのに用いられる自動同調手順の一部である。

【0033】

イオンが形成されるエネルギーを知ることに加え、トラップ内に蓄積されるこれら同じイオンが、励起の間に（すなわち、一回の周波数掃引の間に）ＲＦ場から獲得できるエネルギーの量を知ることもまた重要である。所定質量（ａｍｕ）のイオンのグループがＲＦと位相を固定するたびに、これらのイオンについてエネルギーの帯域がより高いレベルに励起される。その帯域のイオンの中には、出口板電圧に到達してトラップから放出されるものもある。より詳細に以下に記述され、図４Ｃに示される励起ポテンシャルエネルギー分布テスト（ＥＰＥＤＴ）は、トラップに蓄積されるイオンが一回のＲＦ周波数掃引の間に獲得できるエネルギーの量を測定するよう設計されたものである。出口板電圧は、典型的には、ＩＰＥＤＴ＿Ｏｎｓｅｔよりも＋１０Ｖ上に設定されるので、一回のＲＦ掃引の間に獲得されるエネルギーの量は、出口板格子を通ってイオンがトラップから出るためには１０ｅＶを超えなければならない。

【0034】

図４Ｃにおいてステップ４４１〜４４４として示されるＥＰＥＤＴテストは、ＩＰＥＤＴテストに非常に類似する。唯一の違いは、ＩＰＥＤＴでは、トラップ内に作り出されるときイオンの初期エネルギー分布が提供されるが、ＥＰＥＤＴでは、一回の掃引の間にイオンが獲得するエネルギーの量の測定値が提供される。ＩＰＥＤＴは、ＤＣ電流を測定するが、ＥＰＥＤＴは、ピーク振幅を測定する。ＥＰＥＤはまた、選択されるＲＦ振幅の関数でもあることに注意する。予期される通りイオンによって獲得されるエネルギーの量は、印加ＲＦ振幅が増大すると増加する。ＥＰＥＤＴによって提供される測定値の一つは、トラップの外にイオンを排出するのに十分なＲＦ振幅が利用可能であることを確認するものである。
図４Ｃにおいてステップ４４１〜ステップ４４４として示されるＥＰＥＤＴについての手順：
１．純窒素の真空圧を２．５Ｅ−７に設定。
２．下記の断りがなければイオントラップを初期設定とする。
３．Ｖ＿Ｒｅｐｅｌ＝ＥＣＥ＿ＭａｘまたはＦＣ＿Ｍａｘに設定。
４．Ｖ＿Ｅｘｉｔを１３２Ｖに設定。
５．ＥＭ＿Ｓｈｉｅｌｄを６０Ｖに設定。
６．ＥＭ利得を１０００倍に設定。
７．ＲＦ振幅を所望の値（典型的には、Ｖ_ＲＦ＝０．５Ｖ_ｐ−ｐ）に設定。
８．出口板電圧を少なくとも１Ｖずつ１３２Ｖと７０Ｖとの間でスキャンし、メインピークでの（または選択された質量での）ピーク振幅（集積ピーク電荷）をＶ＿Ｅｘｉｔの関数として集める。こうして集められたデータは、ピーク電荷対Ｖ＿Ｅｘｉｔとしてプロットされる。
９．ＥＰＥＤＴ曲線は、典型的には、ＩＰＥＤＴ曲線の隣に並べてプロットされ、次に、双方のエネルギー帯域についてオンセット値（onset ）が比較される。双方のオンセット値の差は、ＤＰＥＤ＝ＥＰＥＤ＿Ｏｎｓｅｔ−ＩＰＥＤ＿Ｏｎｓｅｔである。
図１６Ａには、ＩＰＥＤＴとＥＰＥＤＴを並べた結果の例が、対応するオンセット値の計算とともに示されている。ＥＰＥＤ＿ＯｎｓｅｔとＩＰＥＤ＿Ｏｎｓｅｔとのエネルギーの差は、イオントラップ内のＲＦ振幅に依存する。図１６Ａに示される例において、０．５ ＶのＲＦ振幅について、ＩＰＥＤ＿Ｏｎｓｅｔ＝１０５Ｖ、ＥＰＥＤ＿Ｏｎｓｅｔ＝１２１ＶかつＤＰＥＤ＝１６Ｖである。

【0035】

図１６Ａには、ＩＰＥＤ帯域におけるイオンの励起の結果、全エネルギー帯域が約１６Ｖだけ電圧を印加されることが示されている。出口板電圧がＩＰＥＤ＿Ｏｎｓｅｔよりも＋１０Ｖ上に設定されると、その結果、イオンは、出口板電圧を＋６Ｖだけ超過して有しトラップを出ることができるものとなる。換言すると、これらの条件下でトラップを出ることのできるイオンの６Ｖ帯域がある。図１８に示されるように、ＤＰＥＤは、典型的には、ＲＦ振幅が増大すると最大約１６Ｖ（±３Ｖ）に到達することが実験的に測定されている。ＲＦ振幅が増大し、ＤＰＥＤが頭打ちになると、ＲＦ振幅がさらに増大してもＤＰＥＤのさらなる利得とはならない。結論としては、イオンがＲＦ場から獲得するエネルギーの量は最大値に制限されており、それは、（１）電極構造体の間でＲＦがどのように分配されるかと、ＲＦ掃引の速度とに関係すると考えられており、換言すると、ＲＦスキャンの速度を緩めて、または同相のＲＦをカップおよび遷移板に印加することで、より高いＤＰＥＤ値を達成することが可能である。ＥＰＥＤＴは、以下に記述され図４Ｄに示されるＲＦ＿Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄテストと組み合わせて用いることまたはそれで置き換えることができる。

【0036】

ＲＦ＿Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄにより、選択された質量ピークについてのＲＦ振幅の関数として、放出されるイオンの数の測定値が提供される。ｘ軸切片（放出に対する閾値）は、トラップからイオンを放出するのに必要なＲＦ＿Ａｍｐｌｉｔｕｄｅの最小量を定義する非常に重要なパラメータである。ＲＦ＿Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ値が繰り返し用いられて、イオントラップを評価したり、捕獲容積の中に適正な数のイオンが蓄積されていることを確認したりする。ＲＦ＿Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ値における大きな偏差は、イオン蓄積能力が乏しいかまたはトラップへのＲＦ送付（RF delivery ）が乏しいことを指示する。
図４Ｄにおいてステップ４４５〜４５０ａとして示されるＲＦ＿ＴｈｒｅｓｈｏｌｄおよびＲＦ勾配テストについての手順：
１．純Ｎ_２のチャンバー圧を２．５Ｅ−７トルに設定。
２．Ｖ＿Ｒｅｐｅｌ＝ＥＣＥ＿ＭａｘまたはＦＣ＿Ｍａｘに設定。
３．Ｖ＿Ｅｘｉｔ＝ＩＰＥＤ＿Ｏｎｓｅｔ＋１０Ｖに設定。
４．ＥＭの利得を１０００倍に設定。
５．ＲＦ振幅を０．１Ｖから１Ｖまで少しずつスキャンして２８ａｍｕピークの振幅をステップ４４５でＲＦ振幅の関数として測定する。
６．ステップ４４６で、ＲＦ＿Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄを、ｘ軸切片として、すなわち、イオンを放出するのに必要とされる印加ＲＦの最小量として計算する。ステップ４４７で、ＲＦ＿Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄが約０．３５０Ｖと約０．４５０Ｖとの間の範囲になければ、ステップ４４８で、電子放出電流を調節し、ＲＦ＿Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄを再計算する。また、ステップ４４９で、勾配を計算して１ボルト当たり十分なイオンが放出されていることを確認し、イオン放出の効率を測定する。典型的なイオントラップにおいて、ステップ４４７で、ＲＦ＿Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄは０．３５０Ｖと０．４５０Ｖとの間の範囲にあり、ステップ４５０で、勾配は０．７５よりも大きい。
各トラップについてＲＦ＿Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ切片と勾配を知っておくべきである。閾値が低いと、一般にそれは、トラップに十分なイオンが蓄積されていないことを指示する。トラップが十分なイオンを蓄積していないならば、それは十分なイオンを放出せず、検出の限界が低下し、かつダイナミックレンジも制限されて製品に必要とされる仕様を満たさなくなる。トラップがあまりにも多くのイオンを蓄積してしまうと、それによって、以下に記述されるように、トラップ内のＲＦ場がより大きく損なわれ、イオントラップが、規格試験をパスすることもない。より多くのイオンによって、より大きなＲＦ＿Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄやより急な勾配が生み出される。しかしながら、トラップは、特定の値の範囲内に収まるＲＦ＿ＴｈｒｅｓｈｏｌｄとＲＦ勾配を有さなければならない。

【0037】

ＲＦ＿Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ測定を行う間考慮すべき一つの重要なことは、ＲＦを制御器からトラップに移送するのに良いケーブルが用いられていることを前もって確認することであり、それは、そのケーブルがＲＦネットワークの不可欠な部分であるからである。ＲＦ送付が一貫していることを確認するためにすべてのケーブルを点検して（必要ならば）同調することが重要である。制御器からイオントラップへのＲＦ送付には、ケーブルの相互接続が必要である。長さが異なるいくつかのケーブルとケーブル配置図が利用できる。ケーブル自体に複雑な設計がされており、（１）ＤＣバイアス電極に用いられるいくつかの異なる配線、ならびに（２）回路基板であって、それは、ＲＦの（ａ）高電圧にバイアスされた遷移板への変圧器結合、およびそれと同時に（ｂ）ＤＣバイアスされた入口カップおよび出口カップへの容量結合を可能とするよう設計されている。各ケーブルは、制御器内に位置するＲＦ源に対して５０オームの負荷インピータンスを示し、それによって制御器のＲＦ源からケーブルへの最適な電力移送が確実となる。残念なことに、正確なケーブル配置図によると、遷移板とケーブル内のカップのＤＣバイアス配線が寄生容量を呈し、それがＲＦドライバーへの負荷となって、センサー電極に送付されるＲＦの振幅と相がケーブルごとに違ってしまい得る。ケーブル内の寄生容量の最も目立った作用は、ケーブルが使用に先立って工場で同調されない限り、ケーブルによってのＲＦ＿Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄの違いに気付いてしまうという事実にある。

【0038】

ケーブル間のばらつきを最小限とするために、すべてのイオントラップについて工場ケーブル同調手順（ＣＴＰ）が用いられる。ＣＴＰを完了するために、各ケーブルを参照ケーブルと比較して、イオントラップ性能がその参照ケーブルと比較して同一となるように同調する。ＣＴＰは、異なるケーブル間での位相と振幅におけるわずかなばらつきを補償する包括的な同調手順である。典型的な同調ステップに含まれるのは：
１．特性が良好なイオントラップを、参照ケーブルを用いて、校正された制御器に接続する。
２．制御器のＲＦ振幅を０．４５Ｖに調節し、２．３Ｅ−７トルの純窒素ガスのもとシステムの仕様を測定する。１４ａｍｕおよび２８ａｍｕでの質量ピークについて、分解能、ピーク高さおよびピーク比を測定し書き留める。
３．参照ケーブルをテストされるケーブルと置き換えて、同一条件のもと測定を繰り返す。
４．双方のケーブルでのシステムの仕様を比較し、ケーブルの回路基板における負荷抵抗を調節して双方の仕様を密に整合させる。好ましい方法論は、負荷抵抗をトリミング電位差計と置き換えて、整合が得られるまでその電位差計を調節するというものである。いったん整合が得られると、電位差計を基板から取り外してその抵抗を測定する。次に、その測定した抵抗値を用いて、ケーブル基板に取り付けるべき同調負荷抵抗値を選択する。
５．次に、その選択された負荷抵抗値を備える同調ケーブルをもう一度テストして、システム性能が参照ケーブルのそれと整合することを確認する。適切な整合が得られるなら、その同調ケーブルをその特定のイオントラップで用いる。

【0039】

前述の正確な手順は、単に参照するためだけのものであり、ケーブルの同調を達成できる多くの異なる方法の一つを示している。例えば、テストケーブルのＲＦ＿Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄを参照ケーブルのそれと整合することによって、ケーブルを同調することもまた可能である。ＣＴＰについて選択された正確な方法論にかかわらず、追加のステップで、製造プロセスでのケーブル間のばらつきが削減されて、より一貫した製品が提供される。

【0040】

蓄積されたイオンがエネルギーを得るために、トラップに送付されるＲＦの振幅および位相の双方を、掃引全体を通して制御して、すべてのイオンが放出されるようにしなければならず、換言すれば、すべてのイオンの質量や密度に依存せずにそれらに電力が効率的に送付されるためには、ＲＦ掃引生成器（源）とトラップ（負荷）との間に適切なインピータンスの関係が成り立たなければならない。残念なことに、トラップの複素インピータンスはトラップ内にあるイオンの数に関係している。例えば、純窒素については、イオンのほとんどが２８ａｍｕで形成され、１４ａｍｕで形成されるイオンは少ししかないが、２８ａｍｕでのイオンによって、１４ａｍｕでのイオンによるよりもずっと多くのＲＦ吸収があり、かつトラップがＲＦ源に提示する複素インピータンスは、双方のイオンのグループについて異なっているということが予測される。イオンがＲＦ場で位相固定すると、電子機器に組み込まれるＲＦ源は、イオンが放出されるように適切な振幅および位相をトラップに与えることに寄与する。しかしながら、（１）ＲＦ生成器の源インピータンスが有限かつ固定であるため、かつ（２）量の異なるイオンがＲＦと位相固定するときにトラップインピータンスに変化が起こるため、固定振幅ＲＦ源の放出効率は、蓄積されるイオンの数に依存する。一般に、特定のイオン質量について、放出効率は、そのグループのイオンの数が増すにつれて減少し、また、より高いイオン濃度を放出するには、より高いＲＦ振幅が常に必要とされる。この現象の電気的な例えは、トラップにおけるイオンの数が増すと、トラップの複素インピータンスが変化し、ＲＦ源からトラップ（すなわち、負荷）への電力移送が引き起こされて不整合となり、低減される電力移送を埋め合わせるためにさらなるＲＦ振幅が必要になるというものである。この現象の直接の帰結は、ＲＦ周波数掃引のイオンを放出する能力が、トラップに蓄積されるこれらのイオンの数に依存するというものである。この現象を最も簡単に明示すると、イオンを放出するためにＲＦ源によってトラップに送付される必要がある振幅は、トラップ内に蓄積されるイオンの数に比例して増加する。ここにおける要点は、制御器からトラップに「印加される」ＲＦ振幅は、スキャン全体を通して一定であるけれども、イオンに利用できるＲＦ電力は、印加ＲＦとトラップに蓄積されるイオンの数との双方に依存するということである。その結果、さまざまな化学種（species ）がトラップから放出され始めるＲＦ振幅は、トラップに蓄積されるイオンの数に比例する。図１６Ｂ−１に、この現象が、あるトラップにおいて例示されており、それには、純窒素の電離からの１４ａｍｕイオンおよび２８ａｍｕイオンが含まれている。２８ａｍｕでのイオンは、１４ａｍｕでのイオンよりもおよそ１０倍量が豊富である。その結果、２８ａｍｕでのイオンが放出されるには、１４ａｍｕでのイオンよりも大きなＲＦ振幅を必要とする。図１６Ｂ−１に示されるように、２．５Ｅ−７トルのＮ_２と初期設定のトラップとで、０．３ＶのＲＦで、イオントラップが典型的に１４ａｍｕでイオンを放出し始め、一方、２８ａｍｕのイオンは、典型的には、０．４Ｖの印加電圧を必要とする。図１６Ｂ−２に示される、ＲＦ振幅の関数としての２８／１４比のグラフには、１４ａｍｕおよび２８ａｍｕでのピーク振幅の変化がＲＦ振幅の関数として例示される。次に説明されるように、１４ａｍｕイオンと２８ａｍｕイオンとのピーク比を、ＲＦ振幅に依存するものとするのは、これらのイオン間のＲＦ閾値の差である。

【0041】

より量が豊富な２８ａｍｕでのイオンは、より量が少ない１４ａｍｕイオンよりも放出されるのにより多くの印加ＲＦを必要とするので、表面的な観察をする人には、濃度がより高いイオンが、見掛け上の損失を埋め合わせるためにより多くのＲＦ振幅を必要とするトラップ内で何らかの形でＲＦ場を枯渇させているように見える。その結果、高イオン濃度がＲＦ＿Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄに対して有する作用を表わすのに、「ＲＦ枯渇（RF Depletion）」という用語がしばしば用いられる。しかしながら、イオン濃度を持つＲＦ＿Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄにおける変化の、本当の根本の原因は、イオン濃度がトラップインピーダンスに対して有する作用であり、いかにしてそれがＲＦ源（すなわち、固定インピーダンス源）からの電力移送に影響するかであるということを理解しなければならない。

【0042】

ＲＦ＿Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄは、一般のトラップ内のイオン濃度に高く依存するので、ＲＦ＿Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄは、１．ガス圧が増大するとき、２．放出電流が増大するときに、増大が予期できる。こういう理由で、ＲＦ＿Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄは、装置ごとの性能を比較するため、常に十分に確立され再現性の高い条件のもとで測定しなければならない。図１６Ｂ−１には、２．５Ｅ−７トルの純窒素に対応する１４ａｍｕピークと２８ａｍｕピークについてＲＦ＿Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ曲線が示されている。実線および点線は、それぞれ、ＲＦの関数として１４ａｍｕと２８ａｍｕで排出されるイオンの数を指示する。１４ａｍｕが２８ａｍｕよりも低量であるので、その放出閾値（すなわち、イオンを放出し始めるのに必要な印加ＲＦ振幅）は、２８ａｍｕについてのものよりも低い。加えて、２８ａｍｕでは、イオンがより多いので、点線の勾配もまた、１４ａｍｕ線の勾配よりも急峻である。予期される通り、分解能もまた、ＲＦが増大すると減少する。いずれかの特定の理論に縛られることを望まなければ、イオントラップ内のＲＦ枯渇によって、異なるＲＦ閾値では異なるイオン質量が放出されるようになり、それによって、異なるイオン質量間のピーク比を印加ＲＦ振幅に依存させることができると思われる。換言すると、ＲＦ枯渇が因子でなければ、すべてのイオンが、イオントラップ内のそれらの密度に依存せずに同じＲＦ閾値で放出され、その結果、ピーク振幅の比は、印加ＲＦ振幅に依存しないものとなるであろう。

【0043】

表２には、ＲＦ＿Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄと勾配との相関関係が例示される。すべての場合において、Ｖ＿Ｅｘｉｔ＝ＩＰＥＤ＿Ｏｎｓｅｔ＋１０Ｖで、かつ増倍管の利得が１０００倍に設定されると、ゲージは、ＥＣＥ＿Ｍａｘで作動する。

【0044】

【表2】

【0045】

予想される通り、表２の第二列は、ＥＣＥ＿Ｍａｘの標準的な広がり（standard spread ）があることを指示する。第三列は、２０ｐＡ／Ｖ利得でＳＲ５７０電流増幅器が示す値である。５つのイオントラップはすべて、リペラがＥＣＥ＿Ｍａｘに設定されるときトラップ内に同数のイオンを作る。第四列は、すべてのトラップには、受入可能なＩＰＥＤ＿Ｏｎｓｅｔ値があることを指示する。第五列は、利得を１０００倍にするには、電子増倍管がおよそ−８６５Ｖという電圧に設定されなければならないことを指示する。最後の二列は、ＲＦ＿Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄが増大すると勾配もそうなることを示唆する。実際、両者の間には、かなり線形な相関がある。これは、トラップがいくつのイオンを蓄積することができるのかを診断するのに用いることのできる非常に重要な情報である。実際、最適化されたイオントラップについてのＲＦ＿Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄの値は、典型的には、トラップにいくつのイオンが蓄積されるのかを診断し、かつ製品を出荷することができるかどうかを判断するのに用いられる。トラップに蓄積されるイオンの数を知り、かつすべてのトラップが同数のイオンを蓄積して、印加ＲＦの１ボルト当たり同数のイオンを放出するのを確認することは、イオントラップの重要な性能パラメータであり、この基準において一つのイオントラップと次のものとのばらつきが非常に低いことが望ましいことに注意する。

【0046】

イオントラップにおいて、ＲＦ＿Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄに影響を及ぼし得る別の因子は、出口板電圧とＩＰＥＤ＿Ｏｎｓｅｔとの差である（Ｖ＿Ｅｘｉｔ−ＩＰＥＤ＿Ｏｎｓｅｔ）。出口板電圧がＩＰＥＤ＿Ｏｎｓｅｔから遠ざかるに連れ、イオンは、同じ時間でトラップを出るために、より多くのＲＦ振幅を必要とし、それは、ＲＦ＿Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄを増大させる。また、エネルギーが増大すると、より少ない数のイオンしか出てこないことも予期でき、それで、曲線の勾配が低減することが予期される。表３には、ＲＦ＿ＴｈｒｅｓｈｏｌｄのＶ＿Ｅｘｉｔに対する依存性が例示される。

【0047】

【表3】

【0048】

出口板電圧がＩＰＥＤ＿Ｏｎｓｅｔ値に近づくと、ＲＦ＿Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄが低減して勾配が増大するが、それは、登るべきエネルギーの山（lower energy hill to climb）がより低いイオンを放出するほうが簡単であるからである。Ｖ＿Ｅｘｉｔについて選択される＋１０Ｖの値は、勾配が１．２に留まり（すなわち、受入可能な数のイオンが放出されて）、閾値が２８ａｍｕピークについて約０．４Ｖに留まるのに良好な歩み寄りである。Ｖ＿Ｅｘｉｔのわずかな低下によって、ずっと良好な勾配値が提供されるように思えるが、より高い圧力では、より大きな基準線が問題となる。予期される通り、ＲＦ＿Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄの増大に続いて、勾配が低下し、イオンを放出するのが難しくなると相対的に少ない数だけトラップから放出されることが示されている。

【0049】

ＲＦ＿Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄはまた、電子放出電流に依存する。電子放出電流が増大してより多くのイオンがトラップ内で形成されると、ＲＦ＿Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄと勾配が増大することが予期される。いったんトラップがイオンで満たされると、放出電流がさらに増大しても、ＲＦ＿Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄに対してより低い作用しか及ぼさなくなる。表４には、２８ａｍｕおよび２．５Ｅ−７トル圧でのＮ_２についてその関係が示されている。

【0050】

【表4】

【0051】

表４によって、放出電流が増大するとＲＦ＿Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄが急速に増大することが示唆される。しかしながら、０．０７ｍＡの初期設定の放出電流値にいったん到達すると、勾配がほとんど最大になり、これは、放出され得るほとんどすべてのイオンが実際に放出されていることを意味する。放出電流のさらなる増大によって、ＲＦ＿Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄの増大が引き起こされるが、勾配においてはさらなる増大はなく、追加のイオンが放出されることはない。

【0052】

ＲＦ＿Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄはまた、圧力（すなわち、ガス濃度）に依存する。トラップにおける圧力が増大すると、より多くのイオンが形成されて、トラップを満たしてスキャニングの間に放出されるイオンを置き換えるのにより多くのイオンが利用可能である。圧力が増大すると、トラップに蓄積されるイオンの数が、トラップが充満するまで増大する。その時点で、圧力のさらなる増大は、ＲＦ＿Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄには最小の影響しか及ぼさないが、放出されるイオンの数（すなわち、勾配）には、大きな影響を及ぼす。表５によって、これらの予測が確認される。

【0053】

【表5】

【0054】

表５には、ＲＦ＿Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄが約２．５Ｅ−７という圧力で、最大に到達することが示されており、それは、放出電流が０．０７ｍＡのとき、その圧力でトラップが充満するということと矛盾しない。さらに圧力が増大しても、ＲＦ＿Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄには、最小限の影響しかなく、それは、蓄積されるイオンの数が２．５Ｅ−７を超えて増加しないことを意味する。しかしながら、勾配もまた約２．５Ｅ−７トルで最大に到達するが、圧力が増大し続けると、放出される１ボルト当たりのイオンの数が低減し、それは、イオン中性散乱衝突（ion neutral scattering collisions ）が、イオンがトラップから出て行くのを困難にしているからである。このデータにより、窒素圧が約２．５Ｅ−７トルのとき、イオントラップはイオンで完全に満たされることが示されている。さらに圧力が増大しても、トラップに蓄積されるイオンの数（それゆえ、定数ＲＦ＿Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）に影響は及ぼされず、イオンを放出する能力に影響が及ぼされ始める。表２〜表５に示されるデータにより、ＲＦ＿Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄがトラップに蓄積されるイオンの数を追跡し、勾配がイオン放出効率を追跡するということが指示される。圧力が増大すると、閉じ込められていないイオンの数もまた増加し、それによって基準線の増大ももたらされるが、ピーク振幅は、対応して増大するものではなく、それは、ピーク振幅は、トラップ内に蓄積されるイオンの数に関係していて、いったんトラップが充満すると最大に到達するからである。

【0055】

圧力が増大すると、イオン形成の速度も上昇し続けるが、閉じ込められるイオンの数は、最大値に到達する。基準線オフセット電流は、閉じ込められていないイオンの数に関係するので、基準線の線形の増大が、圧力の関数として認められる。明らかに、いったんトラップが能力一杯まで満たされると（すなわち、窒素では２．５Ｅ−７トル）、電子放出電流は、一定の低い基準線を保つように低減されなければならない。基準線によって、イオン形成の速度が直接測定される。基準線を圧力に依存せずに一定値に保つのは、イオン形成の速度を約２．５Ｅ−７トルよりも高い圧力で一定に保つための優れた方法である。加えて、圧力が増大するに連れ、イオンがトラップを出るために得なければならないエネルギーの量を低減することによって、Ｖ＿Ｅｘｉｔを低減してピーク比を改善しなければならない。Ｖ＿Ｅｘｉｔを低減すると、励起の間、イオンにとって坂の登りが少なくなり、それらが散乱衝突で失われる機会が最小となる。ＲＦ振幅を増大させるのもまた、できるだけ速くイオンがエネルギーを得て、衝突せずにトラップを出て行くことを確実とする良好な方法である。

【0056】

前述の同調プロセス３００の別の実施形態は、図５Ａに示される工場同調プロセス５００であり、図１Ａおよび図１Ｂに示される静電イオントラップ１００の構成要素を参照してそれを説明する。前述のように、同調プロセス５００には、ステップ５１０およびステップ５１５を含む、最大電子結合効率（ＥＣＥ＿Ｍａｘ）を測定するステップ３１０が含まれる。工場では、ＥＣＥ＿Ｍａｘは、静電イオントラップ１００の電離領域１４９への電子結合効率（ＥＣＥ）を測定するファラデーカップテスト（ＦＣＴ）によって測定される。ＦＣＴを行うために、静電イオントラップを電気的に設定し直し、イオンエキストラクタ電離ゲージとして作動させる。この作動モードにおいて、電子ビーム１４８は、電子衝突電離（ＥＩＩ）によって電離領域１４９内にイオンを生成し、そのイオンは、トラップから抽出されて電子増倍管シールド（ＥＭＳ）板組立体１８５ａおよび１８５ｂで回収される。トラップから放出されたイオン電流は、（ａ）電離領域１４９に結合する電子電流および（ｂ）トラップ内のガス圧に厳密に比例し、それゆえ、電離領域への電子流が直接測定されるものとなる。ＦＣＴは、純窒素の２．５Ｅ−７トルという固定合計圧力で、電子源リペラ１３０におけるバイアスＶ_{Ｒｅｐｅｌｌｅｒ}の関数として、抽出されたイオン電流（ＥＩＣ）を測定して記録する。

【0057】

トラップをイオンエキストラクタゲージとして構成するためには、（１）出口板１８０におけるＶ＿Ｅｘｉｔを７０Ｖに設定し、（２）ＥＭＳ板組立体１８５ａおよび１８５ｂを感度の高いピコ電流計を通じて接地電位に接続し、かつ（３）電子増倍管１９０をオフにすることで、トラップ内に形成される全イオンを放出してＥＭＳ板組立体１８５ａおよび１８５ｂで回収する。Ｖ＿Ｅｘｉｔを７０Ｖに設定することで、トラップ内に形成される全イオンが直ちにトラップから放出される。ＥＭＳは、高精度のピコ電流計を通して接地され、イオン電流を測定するファラデーカップとして効果的に使用される。

【0058】

リペラ電圧（Ｖ_{Ｒｅｐｅｌｌｅｒ}）は、−１０Ｖと−６０Ｖとの間で（すなわち、静電イオントラップ制御器１１０の調節範囲に渡って）変化し、ＥＩＣがｐＡの単位で表示される。典型的なイオントラップにより、純窒素の合計圧が２．５Ｅ−７のとき、−１０Ｖと−６０Ｖとの間のあるＶ_{Ｒｅｐｅｌｌｅｒ}について１５ｐＡと２５ｐＡとの間の最大抽出イオン電流が提供される。図６に示されるように最大ＥＩＣを提供するＶ_{Ｒｅｐｅｌｌｅｒ}は、ＦＣ_ｍａｘと呼ばれる。図６に示されるグラフには、抽出イオン電流（信号、ｐＡ、Ｙ軸）対Ｖ_{Ｒｅｐｅｌｌｅｒ}（Ｒｅｐｅｌｌｅｒ、Ｖ、Ｘ軸）が示されている。最大抽出イオン電流は、おおよそ１７ｐＡ（すなわち、１５ｐＡと２５ｐＡの間）であり、ＦＣ_ｍａｘ＝−２５Ｖに対応する。図６に示されるＦＣＴグラフには、最大ＥＣＥは、ＦＣ_ｍａｘ＝−２５Ｖで生じ、これらの条件のもとトラップに結合される電子の数が受け入れ可能、すなわち、２．５Ｅ−７トルの純Ｎ_２に対して１５ｐＡと２５ｐＡとの間であることが指示されている。

【0059】

リペラ／フィラメント／入口スリットの配列の詳細によって、ＦＣ_ｍａｘ最大値は変化する。図７には、ＦＣ_ｍａｘ＝−４５Ｖであるシステムの例が示されており、ここで、合計圧は、わずかに約２．５Ｅ−７トルよりも上でＥＩＣが２５ｐＡを超えていた。静電イオントラップは、典型的には、図６および図７に類似のＦＣＴ曲線を示し、すなわち、典型的には、Ｖ_{Ｒｅｐｅｌｌｅｒ}値は−１５Ｖと−５５Ｖとの間にあって、そのとき、最大ＥＩＣは１８ｐＡと２５ｐＡとの間にあり、それは、図５Ａに示されるステップ１１５で測定される。

【0060】

ＦＣＴは、新しい静電イオントラップを認定するのに非常に有用であり、というのは、それによって、電子電流のＶ_{Ｒｅｐｅｌｌｅｒ}に対する依存性を確実に測定でき、それゆえ、それを、作動可能なＶ_{Ｒｅｐｅｌｌｅｒ}の設定に用いることができるからである。ＥＩＣは、ガス圧（すなわち、固定量）および電離容量１４９に結合する電子電流に依存する。電離容量１４９に結合する電子電流は、リペラ１３０による焦点合わせに関係しており、それゆえＶ_{Ｒｅｐｅｌｌｅｒ}に依存している。リペラ１３０／フィラメント１２０／入口スリット１４５組立体が受け入れ可能であるために、それによって、Ｖ_{Ｒｅｐｅｌｌｅｒ}値が、−１５Ｖと−５５Ｖとの間に提供され、そこで、抽出イオン電流が最大であり、かつその最大値が１８ｐＡと２５ｐＡとの間になければならない。

【0061】

静電イオントラップ制御器１１０が、電位計とＥＭＳ板組立体１８５ａおよび１８５ｂとの間に接続を含まなければ、何の装置も加えることなく（すなわち、現場で）実施できるＦＣＴに代わるものは、電子増倍管（ＥＭ）１９０でのイオン電流の測定である。電子増倍管１９０でイオン電流を測定することによって、制御器１１０に組み込まれた電位計を用いて非常に素早く増幅されたイオン電流を測定することが可能となる。しかしながら、この場合において、増幅されたイオン電流振幅は、電子放出を絶対的に表すものではなく、それは、電子増倍管１９０の利得が一般に知られておらず、それゆえ、電子増倍管電子結合効率テスト（ＥＭＥＣＥＴ）によって絶対的な値ではなく傾向を示しつつ、電離容量１４９に結合される原子電流が最大に到達するＶ_{Ｒｅｐｅｌｌｅｒ}を測定するという主要な目標が達成されるからである。予期されるのは、−１５Ｖと−５５Ｖとの間のＶ_{Ｒｅｐｅｌｌｅｒ}で、すなわち、静電イオントラップ制御器についてリペラの作動制限内で、増幅されたＥＩＣが最大値、ＥＭＥＣＥＴ_ｍａｘを取るというものである。

【0062】

電子増倍管１９０を用いて、ステップ５１０でＥＭＥＣＥＴを行うためには、Ｖ＿Ｅｘｉｔを７０Ｖに設定し、ＥＭＳ板組立体１８５ａおよび１８５ｂの電圧を６０Ｖに設定し、ＲＦ励起振幅（ＲＦ＿Ａｍｐ）を０Ｖに設定し、および、Ｖ_{Ｒｅｐｅｌｌｅｒ}を−１０Ｖと−６０Ｖとの間で電圧をわずかずつ上げて（例えば、約１Ｖ〜２Ｖのステップで）スキャンし、一方、電子増倍管１９０の出力を測定し、平均し、記録する。テストの終わりに、増幅されたＥＩＣ対Ｖ_{Ｒｅｐｅｌｌｅｒ}の曲線を分析して、ＥＭＥＣＥＴ_ｍａｘ、すなわち、イオン電流が最大となるＶ_{Ｒｅｐｅｌｌｅｒ}を測定する。出口板電圧の関数としての電子増倍管（ＥＭ）計数のグラフの一例が、図８のグラフ８１０に示されており、ここで、ＥＭＥＣＥＴ_ｍａｘは、約−３５Ｖに等しい。作動するゲージについては、ＥＣＥ_ｍａｘの値は、ステップ４１５で−１５Ｖと−５５Ｖとの間でなければならない。ＦＣＴにおいてのように、このテストは、純窒素ガスの２．５Ｅ−７トルで実施する。電離器に汚染が蓄積するのを避けるため、典型的には、曲線における最大電流の７５％よりも良いイオン電流が提供されるＶ_{Ｒｅｐｅｌｌｅｒ}で、イオントラップを作動することが必要である。このテストは、電子増倍管１９０を、約１００倍と約１０００倍との間の範囲にある利得に設定し、一方、電子増幅器１９０の出力が飽和されてしまわないように注意を払いながら実施される。

【0063】

図５Ａにもまた示されるように、次のステップ３２０は、上で測定された最大電子結合効率を提供するＶ_{Ｒｅｐｅｌｌｅｒ}でイオン初期エネルギー分布（ＩＰＥＤ）を測定し、かつＩＰＥＤオンセット値を決定することである。ＩＰＥＤテストは、図１Ａおよび図１Ｂに示される軸外電離源を備え、何のＲＦ励起もない静電イオントラップ内で形成されるイオンについて初期ポテンシャルエネルギーの分布を測定するよう設計されている。トラップ内で形成されるイオンの初期ポテンシャルエネルギー分布は、（１）リペラ１３０／フィラメント１２０／入口スリット１４５の配列と、（２）電子エネルギー（すなわち、Ｖ_{Ｆｉｌ Ｂｉａｓ}とＶ_{Ｅｎｔｒｙ Ｐｌａｔｅ}との電圧の差）と、（３）電子ビームの焦点合わせ（Ｖ_{Ｒｅｐｅｌｌｅｒ}設定により測定される）とに依存する。ＩＰＥＤ曲線の形と位置によって、静電イオントラップの作動パラメータが定義される。ＩＰＥＤテスト（ＩＰＥＤＴ）は、純窒素ガスの２．５Ｅ−７トルで実施される。テストは、典型的には、上で測定されたようにＶ_{Ｒｅｐｅｌｌｅｒ}をＥＣＥ_Ｍａｘに設定して実施するが、選択されるいずれのＶ_{Ｒｅｐｅｌｌｅｒ}値で（すなわち、例えば、ＩＰＥＤのＶ_{Ｒｅｐｅｌｌｅｒ}に対する依存性を測定しながら）でも実施できる。電子衝突電離によって、かついかなるＲＦ励起もなく、イオントラップ内で形成されるすべてのイオンについてのポテンシャルエネルギーの分布が、ＩＰＥＤＴによって直接測定される。

【0064】

ＩＰＥＤＴを実施するために、トラップは、以下に記されるいくつかの変更を除いてほとんど初期パラメータ設定で構成される。
（１）典型的には、Ｖ_{Ｒｅｐｅｌｌｅｒ}をＶ_{Ｒｅｐｅｌｌｅｒ}＝ＥＣＥ_Ｍａｘ（その前のテストから測定される）に設定し、電子結合効率を最適とするＶ_{Ｒｅｐｅｌｌｅｒ}でエネルギー分布を測定する。
（２）典型的には、ＲＦ＿Ａｍｐを０．５Ｖに設定する。ＲＦ励起レベルを以下に示されるものとして、ＩＰＥＤＴの結果に完全に何の影響もないようにする。
（３）ＥＭＳ板組立体１８５ａおよび１８５ｂを６０Ｖに設定して、スキャンの間用いられるＶ_{Ｅｘｉｔ_Ｐｌａｔｅ}と関係なく、イオンが電子増倍管（ＥＭ）１９０に到達できるようにする。

【0065】

ＩＰＥＤＴの間、Ｖ＿Ｅｘｉｔを少しずつ（すなわち、１Ｖ〜５Ｖずつ）下げて、Ｖ＿Ｅｎｔｒｙ＿Ｐｌａｔｅよりも上の電圧から始まって（すなわち、典型的には、Ｖ＿Ｅｘｉｔ＝１３２Ｖで始まって）入口圧力板１５０でのバイアス電圧を超えるところに到達する（すなわち、典型的には、Ｖ＿Ｅｘｉｔ＝７５Ｖで終わる）。各電圧ステップについて、ＥＭ１９０からの基準線信号が、Ｖ＿Ｅｘｉｔに対して測定され、平均され、記録される。２．５Ｅ−７トルという合計圧力を維持するために窒素ガス流を用いながら標準スキャンの間、１．２ａｍｕと１．７ａｍｕとの間で（すなわち、トラップにイオンがないいずれかの質量範囲において）集められるすべてのデータポイントを平均することによって、基準線イオン電流オフセット（ＢＩＣＯ）を測定する。例えば、２１ａｍｕと２５ａｍｕとの間のような、スペクトルにおいて質量ピークが事実上ないところならどこでも基準線を測定できる。その結果得られる基準線電流対Ｖ＿Ｅｘｉｔの曲線は、集積電荷（ＩＣ）曲線であり、Ｖ＿Ｅｘｉｔが低下するときの放出イオン電流の増加を追跡する。典型的なＩＣ曲線が図９に示されている。

【0066】

Ｖ＿Ｅｘｉｔが低下し始めると（すなわち、図９のＸ軸において左に動くと）、出口板１８０は、トラップ内に蓄積されるイオンの初期ポテンシャルエネルギーに近づき始める。Ｖ＿Ｅｘｉｔが約１１５Ｖに到達すると、出口板１８０のポテンシャルバイアスが、蓄積されたイオンの上部ポテンシャルエネルギーに到達し、Ｖ＿Ｅｘｉｔがさらに少しでも低下すると、その結果、出口板１８０の透明な網目を通ってトラップにイオンが存在することになり、すなわち、初期ポテンシャルエネルギーがＶ＿Ｅｘｉｔ未満のイオンのみがトラップに蓄積され得る。Ｖ＿Ｅｘｉｔがさらに低下するたびに、追加のイオンがトラップから放出され、すなわち、蓄積されるエネルギーの範囲はより小さく、基準線電流はより大きくなる。Ｖ＿Ｅｘｉｔが低下するたびに起こる基準線オフセット信号の増大は、電圧ステップが生じるときにトラップから放出される追加のイオンの数の測定値であって、またポテンシャルのステップだけ広がりのある二つのポテンシャルエネルギーの間のトラップに蓄積されるイオンの数に比例する。予期される通り、Ｖ＿Ｅｘｉｔが低下し続けると基準線は増大し続け、より数の少ないイオンしかトラップに蓄積できなくなる。ＩＣ曲線におけるどの所定の出口板電圧でも、基準線イオン信号（すなわち、放出イオン電流）は、Ｖ＿Ｅｘｉｔよりも上の初期ポテンシャルエネルギーを備えるトラップ内に蓄積されるイオンの数の積分に比例する。図９において、トラップ内に蓄積されるイオンについて上部ポテンシャルエネルギーは約１１５Ｖであり、初期Ｖ＿Ｅｘｉｔが１２５Ｖであるとすると、すなわち、最も高い初期ポテンシャルエネルギー（ＩＰＥＤ＿Ｏｎｓｅｔ＝１１５Ｖ）よりも１０Ｖ高いとすると、電子ビーム１４８によって形成されるすべてのイオンをトラップ内に蓄積できることが指示されている。図９に示されるように、ＩＣ曲線は、Ｖ_{Ｅｘｉｔ_Ｐｌａｔｅ}において７２Ｖまでイオンチャージを積分し続ける。ＩＣ曲線は、ＩＰＥＤＴスキャンの間イオントラップに送付されるＲＦ信号に依存していない。図９に示されるように、ＩＣ曲線は、イオントラップに送付されるＲＦ信号の０ｍＶ、１０ｍＶ、２０ｍＶ、３０ｍＶおよび４０ｍＶに対応する印加ＲＦ振幅（ピークからピークの）（ＲＦ_{_ＡＭＰ}Ｐ−Ｐ）で繰り返されたもので、曲線間に見分けの付く違いは認められず、ＲＦ励起が基準線イオン電流に影響を及ぼさないことが示された。

【0067】

換言すると、ＩＣ曲線は、ＩＣをポテンシャルエネルギーの関数として表すのに優れた方法である。例えば、９２Ｖの信号は、初期のポテンシャルエネルギーが１１５Ｖと９２Ｖとの間にある通常の動作の間、トラップ内に蓄積されるＩＣに比例する。いったんＩＣ曲線が生成されると、ＩＣ曲線のオンセット値（onset ）を測定することによって、トラップについてのＩＰＥＤ＿Ｏｎｓｅｔ値が測定される。図９において、基準線イオン電流オフセットのオンセット値は、約１１５Ｖであり、その値は、トラップ内に蓄積されるイオンについてのＩＰＥＤ＿Ｏｎｓｅｔに対応する。ＩＰＥＤ＿Ｏｎｓｅｔの測定は、多くの方法で行うことができる。イオン母集団の実際の分布をポテンシャルエネルギーの関数として目視化する一つのアプローチは、図１０に示されるように、ＩＣ曲線の導関数を計算することであり、それは、初期ポテンシャルエネルギー分布（ＩＰＥＤ）曲線として定義される。図１０には、典型的な静電イオントラップについてＩＣ曲線およびＩＰＥＤ曲線の双方が示されている。ＩＰＥＤ曲線を用いて、さまざまなＩＰＥ値でのイオン母集団の分布を直接目視化できる。ＩＰＥＤ曲線は、トラップについてのＩＰＥＤ＿Ｏｎｓｅｔが約１１５Ｖであり、イオンの最高濃度が約１１０Ｖのポテンシャルエネルギーを有するということを指示する。ＩＰＥＤ曲線は、ＩＣ曲線よりも、トラップに蓄積されるイオンについてＩＰＥＤ＿Ｏｎｓｅｔを測定するのによりはっきりしたオンセット値とより信頼できる方法を提供する。ＩＰＥＤ曲線のオンセット値（すなわち、ＩＰＥＤ＿Ｏｎｓｅｔ）を測定する一つのアプローチは、図１０に示されるように、ＩＰＥＤ曲線の高電圧側の最大振幅の１０％および９０％にそれぞれ等しい二つのポイントＡおよびＢの間で直線にフィッティングできるところを用いるものである。

【0068】

いったんＩＰＥＤ＿Ｏｎｓｅｔが前述のように測定されると、ＩＰＥＤ＿Ｏｎｓｅｔ値とイオントラップ設定との間で、図４Ｂに示されるようにステップ３３０で相対的な調節が行われ、それは、ステップ４４０でのイオントラップ設定の調節であって、図５Ａに詳細が示されるものか、ステップ４５０でのＩＰＥＤオンセット値の調節であって、図５Ｂに詳細が示されるものかによる。図５Ａおよび図５Ｂは、それぞれ、全工場同調プロセス５００を示し、図５Ａと図５Ｂとの唯一の違いは、ステップ３３０の詳細であって、それは、それぞれの図に示されていて、以下に記述されている。イオントラップ設定の調節は、現在、工場において好ましい同調プロセスである。

【0069】

図５Ａに戻ると、ステップ５１５で、Ｖ_{Ｒｅｐｅｌｌｅｒ}＝ＥＣＥ_Ｍａｘは、約−５５Ｖと約−１５Ｖとの間の範囲になければならない。ステップ３２０で、ＩＰＥＤ＿Ｏｎｓｅｔ値を、前述の通り先に測定したＥＣＥ＿Ｍａｘで測定し、ステップ５２５で、ＩＰＥＤ＿Ｏｎｓｅｔが約１０９Ｖと約１１５Ｖとの間の範囲にあるなら、ステップ５３０で、出口板ポテンシャルバイアスＶ＿Ｅｘｉｔが、Ｖ＿Ｅｘｉｔ＝ＩＰＥＤ＿Ｏｎｓｅｔ＋１０Ｖに設定され、かつ、電子増倍管シールド板ポテンシャルバイアスＶ_ＥＭＳが、Ｖ_ＥＭＳ＝ＩＰＥＤ＿Ｏｎｓｅｔ＋１２Ｖに設定される。

【0070】

代わりに、前述のように、ＩＰＥＤ＿Ｏｎｓｅｔを図５Ｂに示されるように変更することもできる。前述と同じステップ３１０およびステップ３２０の後、ステップ５２０で、ＩＰＥＤ＿Ｏｎｓｅｔが特定のＩＰＥＤ＿Ｏｎｓｅｔ（例えば、約１１５Ｖ）に等しいかどうか測定を行う。もしそうでなければ、ステップ５２２で、電子エネルギー調節と、Ｖ_{Ｒｅｐｅｌｌｅｒ}およびフィラメント１２０におけるフィラメントバイアス（Ｖ_{Ｆｉｌ_Ｂｉａｓ}）の調節による電子ビームの焦点合わせとの組み合わせによって、いくつの電子がトラップに入り、どこで電子がポテンシャルエネルギー曲線を横切ってイオンを形成するか調節できなければならず、それは、ステップ５２３で再帰的に測定され、ステップ５２４で特定のＩＰＥＤ＿Ｏｎｓｅｔと比較される、ＩＰＥＤＴ＿Ｏｎｓｅｔを生成するためのものである。

【0071】

電離領域１４９を通るイオンの軌道は、（１）リペラ１３０／フィラメント１２０／入口スリット１４５の配列、（２）電子ビーム１４８を電離領域１４９に最も効率的に結合するのに必要とされる焦点合わせの場、および（３）電子が電離領域１４９に入るときのそれらの運動エネルギーの組み合わせによって決定される。電子が入口スリットに効率的に結合するには、前述のＦＣＴまたはＥＭＥＣＥＴ方法論によってＥＣＥ_ｍａｘを測定することが必要である。Ｖ_{Ｆｉｌ_Ｂｉａｓ}を変えるなら（すなわち、電子エネルギーを変えるためには）、差（Ｖ_{Ｆｉｌ_Ｂｉａｓ}−Ｖ_{Ｒｅｐｅｌｌｅｒ}）を保つことによってＥＣＥ_Ｍａｘを復元する。電子が電離領域１４９に入るときの運動エネルギーは、電圧差：電子エネルギーＥＥ＝Ｖ_{Ｅｎｔｒｙ Ｐｌａｔｅ}−Ｖ_{Ｆｉｌ_Ｂｉａｓ}として定義される。典型的な静電イオントラップについて、電子の初期運動エネルギーは、１００ｅＶ（ＥＥ＝１３０Ｖ−３０Ｖ）である。図１１、図１２、図１３Ａ、図１３Ｂ−１および図１３Ｂ−２には、トラップに入る電子のエネルギー状態を概略図で表している。図１１に示されるように、電子の方向転換ポイントは、電子の初期運動エネルギー（ＩＫＥ）および電子ビームの角度αの双方に依存し、ＩＫＥ＝Ｖ_{Ｅｎｔｒｙ_Ｐｌａｔｅ}−Ｖ_{Ｆｉｌ_Ｂｉａｓ}であって、すなわち、電子のエネルギーは、入口プレート１４０とフィラメント１２０との電圧の差に依存する。図１０に示される電子ビーム角度αは、リペラ１３０／フィラメント１２０／入口スリット１４５の配列および、最も効率的なＥＣＥ（すなわち、ＥＣＥ_Ｍａｘ）をもたらすＶ_{Ｆｉｌ_Ｂｉａｓ}とＶ_{Ｒｅｐｅｌｌｅｒ}との電圧の差によって定義される。αの典型的な値は、約２５°（±１０°）である。図１３Ａに示されるように、トラップについての最終的なＩＰＥＤをもたらすよう角度αが分布する電離領域１４９に電子が入る。

【0072】

１００ｅＶのＩＫＥ（すなわち、典型的な静電イオントラップについての初期ＩＫＥ）かつα＝２５°でトラップに入る電子について、軸に沿っての、トラップのポテンシャルエネルギー曲線において、電子が４２Ｖに上昇するとき、方向転換ポイントに到達する。トラップのポテンシャル内で方向転換ポイントの深さを増すために、ユーザーは、ＩＫＥを増大させるか角度αを変えるかすることができる。ＩＫＥの増大は、一般に、Ｖ_{Ｆｉｌ_Ｂｉａｓ}を低下させ、Ｖ_{Ｒｅｐｅｌｌｅｒ}を変化させて結合効率を保つことによって行われる。図１３Ａに示されるように、イオンビーム中の電子は、α角度（図１３Ａにおけるα１−α２）の分布するトラップに入り、ＩＰＥＤの帯域へ導かれる。その帯域の形と位置は、前述のような調節によって制御される。図１４には、リペラ１３０とフィラメント１２０とを保持する現場交換可能ユニット（ＦＲＵ）１１４内で、フィラメント１２０を上下に動かすことの作用が示される。フィラメント１２０がスリット１４５（＋変位）に対して高い位置に置かれると、電子ビーム１４８は、さらにトラップ内に押し込まれ、ＩＰＥＤ＿Ｏｎｓｅｔを低下させ、かつＩＰＥＤ帯域をより低いエネルギーにシフトさせる。この結果、イオンについての放出効率が低くなり、放出閾値が増大するときピーク比に影響して分解能を上げるＲＦ＿Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄが増大する。フィラメント１２０が、スリット１４５（−変位）に対して低く配置されるなら、電子ビーム１４８は、入口板１４０に向けて変位され、イオンについての放出閾値は低下する。放出閾値が低下した結果、ピーク振幅がより高くなり、分解能が低減され、基準線オフセットレベルが上昇する。この種の不整合によって、所望のガウスピーク形に比べて、ピーク形の悪いピークが生成される。理想的なＩＰＥ分布曲線は、約１０９Ｖと約１１５Ｖとの間の範囲に最大のエネルギーオンセット値を有する。分解能を最大とし、ダイナミックレンジを最高にするためには、エネルギー分布の幅は、できる限り狭くなければならない。上述のようにＥＣＥ_Ｍａｘに設定されるＶ_{Ｒｅｐｅｌｌｅｒ}を用いてイオントラップを作動させると、典型的には、その結果、イオンのエネルギー分布が狭まる。出口板電圧を超えない高ＩＰＥＤ＿Ｏｎｓｅｔによって、基準線オフセットが低い、高信号レベルが確実になる。狭いエネルギー分布によって、高い分解能およびダイナミックレンジが確実となる。図１０に示されるように、静電イオントラップにおいて認められるＩＰＥＤ曲線の典型的な例は、約１００Ｖと約１２０Ｖとの間の範囲に最大値を有し、約７０Ｖと約８５Ｖとの間の範囲に最小のエネルギーを有する。

【0073】

図１３Ｂ−１および図１３Ｂ−２には、Ｘ軸よりも上のＲＦ＿Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ曲線の挟み取られた部分で作動するトラップにおける典型的なエネルギーポンピングプロセスであると考えられているものが例示されている。Ａ帯域は、形成され、蓄積されるイオンについてエネルギーの広がりを表す。Ｂ帯域は、同じ帯域であるが、１６Ｖでイオンを励起するある量（すなわち、典型的には、代表的なイオントラップにおける最大値）のＲＦによって励起されている。図１３Ｂ−１には、１１０ＶのＩＰＥＤ＿Ｏｎｓｅｔが示されており、一方、ＥＰＥＤ＿Ｏｎｓｅｔは、１２６Ｖである。全帯域が、１６Ｖだけ持ち上げられてポンピングされる。このイオントラップにおいて、出口板電圧は、ＩＰＥＤ＿Ｏｎｓｅｔ＋１０Ｖ＝１２０Ｖに設定され、一方、励起の後、イオンは１２６Ｖに到達することができる。その結果、図１３Ｂ−２には、出口板電圧が１２０Ｖに設定されると、＋６Ｖの範囲をカバーするイオンのＣ帯域がこのトラップから放出されることが示されている。それゆえ、トラップ内に蓄積されるすべてのイオンが、実際にトラップから放出されるわけではないということが明らかであり、すなわち、典型的なＩＰＥＤ曲線は、２０ＶのＦＷＨＭを有していて、それは、大部分のイオンが、２０Ｖのエネルギースペクトルに渡って広がっているということを意味する。イオンの２０Ｖ帯域の内、６Ｖの破片のみがトラップから放出される。これが示唆するのは、各ＲＦ掃引において、少なくともイオンの２／３がトラップに残されたままであるということである。ダイナミックレンジを向上させるために示唆される一つの方法は、トラップに蓄積されるイオンのエネルギー分布を引き締めて、より多くのイオンが各掃引の間に放出されるようにすることである。以下に記述されるように、エネルギー分布を引き締めることには、トラップから放出されるイオンの数を増やし（すなわち、ダイナミックレンジを増大させ）、および、分解能を向上するという二重の効果がある。ＥＰＥＤ＿Ｏｎｓｅｔと出口板電圧との差によって、トラップから放出することができるイオンエネルギーの帯域が定義され、そしてそうすることで、感度（すなわち、いくつのイオンが放出されて検出されるか）のみならず、分解能（すなわち、これらのイオンを放出するのにどれだけ長く時間がかかるか）も定義されるものと考えられている。

【0074】

静電イオントラップから排出されるパルスの幅は、印加ＲＦの関数として変化する。ＲＦがＲＦ＿Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄから増大し始めると、分解能は最大から低下し始めて最低値に到達する。ＲＦがさらに増大しても、もうその分解能を変化させることはない。図１３Ｃには、この作用が例示されている。Ａトレース（trace ）は、２８ａｍｕの純Ｎ_２について２８ａｍｕピークに対する分解能（Ｍ／ΔＭ）を表す。現在までテストされているあらゆるイオントラップにおいて、分解能は、ＲＦ振幅に対して正確に同じ反応を示す。分解能は、ＲＦ＿Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄに対応するＲＦ振幅で最大となり、ＲＦ振幅が増大すると単調に低下する。一般に、分解能は、典型的に６０と８０との間で最低値に到達し、印加ＲＦがさらに増大しても分解能に影響を及ぼさない。図１３ＣのＡトレースは、この現象を例示している。トラップから放出されるイオンの数は、印加ＲＦが増大すると単調に増大する。結果的に、ピーク振幅（すなわち、放出されるイオンの数に比例する時間の積分面積）もまた最大に到達する。現在まで構築されているイオントラップのほとんどで、分解能がＲＦ振幅に非常に一貫して依存することが示されていることに注意する。実際、ＲＦ振幅とともにいかに速く分解能が低下するかについていく分かばらつきが予期されてはいるけれども、一般に多くのイオントラップは、ＲＦ設定が大きいと同じ分解能に到達する。多くの場合、低い方の限界の分解能は、６０倍と８０倍との間のいずれかである。高いＲＦ設定での動作が、おそらくは、トラップを作動させて、１）一貫した分解能、２）装置間のばらつきが小さいこと、および３）ピーク振幅についての比が最も正確であることを得るのに最善の方法である。

【0075】

特定の理論に縛られることを望まないとすると、パルスの幅は、ＥＰＥＤ＿ＯｎｓｅｔとＶ_ｅｘｉｔバイアスとのエネルギーの差に密接に関係していると考えられている。ＲＦが非常に小さいとき、イオンは穏やかにしか励起されず、ＤＰＥＤが＋１０Ｖに到達するまで放出は起こり得ない。ＲＦが増大し続けると、ＤＰＥＤが＋１０Ｖよりも大きくなって、イオンエネルギーのグループがトラップから放出され得るものとなる。例えば、１２ＶのＤＰＥＤについて、ＥＰＥＤ曲線における２Ｖの広がりに対応するイオンのグループを放出することができる。通常の能力に到達するまでに、典型的にはＤＰＥＤ＝１６ＶとなるようにＥＰＥＤ＿Ｏｎｓｅｔを得て、６Ｖのエネルギー帯域に対応するイオンのグループを放出することができる。放出されるピークの幅は、６Ｖのエネルギー帯域を超えるイオンを放出して、それらすべてを取り出すことが必要であるという事実に直接関係している。６Ｖの励起には時間がかかり、それは、各ＲＦ振動でＲＦを少しずつ増やしてでしか成し得ないからである。その結果、さらなるＲＦで励起されるパルスによって、より広範なエネルギーで励起されるより多くのイオンが放出され、それが出現するのにより長くかかる。実際、図１３Ｄに例示されるように、パルス幅と、トラップから放出できるエネルギーの帯域との間に優れた一致がある。

【0076】

図１３Ｄには、イオンについての励起プロセスが例示されている。イオンは、Ａ帯域で表されるエネルギー分布を備えるトラップ内で形成される。イオンは、エネルギーに依存して振動するその帯域内で前後に振動する。イオントラップにおける窒素イオンについて、振動の周波数は約５００ｋＨｚであり、それは、２８ａｍｕのイオンが振動する上で完全に往復するのにおおよそ２マイクロ秒かかるということを意味している。ＲＦスキャンの間、イオンはＲＦによって励起され、１６Ｖものエネルギーを得ることができる。しかしながら、出口板はＩＰＥＤ＿Ｏｎｓｅｔよりも＋１０Ｖ上に設定されていて、６Ｖのエネルギーの広がりを有するイオンのグループが、励起プロセスの間にトラップを出るようになっている。これが実際に意味することは、６ＶのグループがＲＦによって励起される間にイオンがトラップを出るということである。ＲＦがイオンの６Ｖ帯域を励起するためには、一回が５０ｍＶで、ＲＦは１２０回ポンピングを行う必要がある。ＲＦは、ＮＯＦの２倍でポンピングを行うので、これは、実際には、ＲＦ場の６０回の振動を意味し、それは、１２０マイクロ秒に対応する。換言すると、６Ｖの範囲をカバーするイオンのグループがトラップから出てくるのに１２０秒かかる。これは、トラップから出てくる２８ａｍｕのＮ_２イオンについて測定されるパルス幅と正確に一致する。図１３Ｅには、１０７マイクロ秒のパルス幅のＮ_２ピークが示されている。トラップ内で形成されるイオンが出口板に到達するのに約２００マイクロ秒かかり、そして出口板格子から６Ｖ帯域のイオンを放出するのにさらに１２０マイクロ秒かかる。７００ｋＨｚにより近い周波数で振動する１４ａｍｕのイオンについて同じ計算が繰り返されるなら、イオンが出てくるのにより短い時間しかかからないという結果になる。実際、６Ｖ帯域のエネルギーを放出するには、ＲＦが６０振動を超えて再度イオンを放出することが必要であるが、このときそれはおおよそ８０マイクロ秒に対応する。これはやはり、図１３Ｆに示されるように、１４ａｍｕのイオンについて測定されるパルス幅と一致しており、それには、パルス幅が７３マイクロ秒の１４ａｍｕピークが示されている。

【0077】

軸外イオン源で作動する静電イオントラップの性能（すなわち、分解能、ピーク比および信号レベル）は、トラップ内に形成されるイオンのエネルギー分布に依存する。静電イオントラップについての幾何学上の設計と作動パラメータがいったん選択されると、イオンエネルギー分布が、軸上のポテンシャル井戸内のイオンの起点（point of origin ）によって定義される。エネルギー板１４０の近くで形成されるイオンは、さらにトラップ容積の内側で（すなわち、入口圧力板１５０のより近くで）形成されるイオンよりも高い初期ポテンシャルエネルギー（ＩＰＥ）を有する。一般に、トラップ内で形成されるイオンは、ある範囲のＩＰＥを有することが予期される。あるイオンのＩＰＥは、そのイオンが作られる等電位線の電圧として定義される。軸上ポテンシャル井戸内のＩＰＥ分布の質量の幅および中心によって、静電イオントラップの仕様が決まる。リペラ１３０／フィラメント１２０／入口スリット１４５組立体の正確な配列および位置決めによって、図１５に示されるように、大きなレバーアームが現れる結果として、ＩＰＥ帯域の位置に最も大きな影響が及ぼされる。ＲＦスキャンの間、高いＩＰＥ（すなわち、入口板の裏面１４０ａのより近く）で形成されるイオンは、トラップ内のより深くに形成されるイオンよりもトラップから早く放出される。エネルギーの広がりによってピークが広がって、イオンがエネルギーにおいて均一に分布されない場合に形の悪いピークとなる。イオンエネルギー分布がより低いＩＰＥ値にシフトすると、イオンについての放出効率が下がり、その結果、（１）信号レベルが低下し、（２）分解能が増大し、かつ（３）ピーク比が不正確に表されてしまう。一般に、ＲＦ信号振幅を増大させることによって、性能を幾分か回復させることが可能である。イオンエネルギー分布がより高いＩＰＥ値にシフトすると、イオンの放出効率が上がり、その結果、（１）信号が高まり、（２）分解能が低下し、かつ（３）ピーク比がより良好に表される。一般に、ＲＦ信号振幅を低減することによって、性能を幾分か回復させることが可能である。

【0078】

図５Ａに戻り、いったんＩＰＥＤオンセット値とトラップパラメータが前述のように相互に対して調節されると、ステップ３４０において、ＲＦ励起レベルが調節されるが、それは、ステップ５４０において、印加テストＲＦ励起振幅（例えば、ＲＦ_{_ＡＭＰ}＝０．５Ｖ）で、励起されたポテンシャルエネルギー分布（ＥＰＥＤ）とＩＰＥＤとの差を測定することによるものである。励起ポテンシャルエネルギー分布テスト（ＥＰＥＤＴ）の間、Ｖ＿Ｅｘｉｔを、前述のＩＰＥＤＴにおけるのと同じ方法でスキャンするが、各電圧ステップにおいて、窒素ピークの面積を測定して蓄積する。分析ソフトウェアは、Ｖ＿Ｅｘｉｔが変化するときの窒素ピークの下の位置と領域のシフトを追跡するが、それは、Ｖ＿Ｅｘｉｔが質量軸校正係数に直接影響を及ぼすからである。このテストは、典型的には、先のテストと同じく、２．５Ｅ−７トルの純窒素において実施され、２８ａｍｕのピーク領域を用いて、イオン母集団をＶ＿Ｅｘｉｔの関数として定量化する。テストピーク質量が異なるなら、他のテストガスも用いることができる。そのテストの結果得られるのは、ＥＰＥＤＴ曲線であり、それは、ＩＰＥＤＴテスト曲線に非常に類似しているが、ＲＦ励起によってより高いＶ_{Ｅｘｉｔ_Ｐｌａｔｅ}値にシフトしていた。図１６Ａには、静電イオントラップで得られるＩＰＥＤＴとＥＰＥＤＴとを組み合わせたグラフが示されている。イオンエネルギーのテストが、図８に示されるＥＣＥＴプロット８１０から決定されるＥＣＥ_Ｍａｘ値で行われた。前述の直線にフィッティングできるところ（１０％〜９０％規則）から測定されるＥＰＥＤ曲線およびＩＰＥＤ曲線について計算されたオンセット値から、ＲＦ_{_ＡＭＰ}＝０Ｖのとき典型的にトラップに送付される２２．５ｍＶというＲＦ信号励起によって、質量分析スキャンの間に５．１５Ｖだけ上にイオンがシフトされていることが分かる。図１７に示されるように、ＲＦ_{_ＡＭＰ}が０．０Ｖから０．４Ｖに増大されると、ＥＰＥＤ曲線のオンセット値がより高いポテンシャルへ動く。図８に示されるように、ＤＰＥＤは、約０．４Ｖという印加ＲＦ Ａｍｐ Ｐ−Ｐに対して約１６Ｖまで増大する。図１９に示されるように、制御器が印加するＲＦ_{_ＡＭＰ}とイオントラップに送付されるＲＦ信号励起との間に線形の関係がある。ＲＦ_{_ＡＭＰ}とＲＦ信号との関係は、いくつかの要因に依存するが、それには、異なるケーブル間のＲＦ伝達のばらつきが含まれる。図１９に示され、上で記述されたように、制御器がゼロに設定されているときでさえ、イオントラップに送付されるＲＦ信号にはある量の残留（約２２ｍＶ）がある。

【0079】

図５Ａに戻ると、ステップ５４０において、印加ＲＦ_{_ＡＭＰ}が０．５Ｖに設定され、かつＥＰＥＤオンセット値が前述のように測定され、そして、励起されたオンセット値と初期のオンセット値との差（ＤＰＥＤ＝ＥＰＥＤ−ＩＰＥＤ）が得られる。ステップ５４５において、ＤＰＥＤが特定のＤＰＥＤ（例えば、１６Ｖ）よりも大きいならば、ステップ５５０において、印加ＲＦ_{_ＡＭＰ}が少量（例えば、０．０１０Ｖ）だけ低減され、ＤＰＥＤが特定のＤＰＥＤ未満かそれに等しくなるまでＤＰＥＤは、ステップ５６０およびステップ５６５において、繰り返し測定される。

【0080】

いったんＲＦ励起信号が以上のように設定されると、ステップ３５０には、ステップ５７０において、電子増倍管電圧テスト（ＥＭＶＴ）を行うことが含まれる。ＥＭＶＴを行うことができるのは、上述のファラデーカップテスト（例えば、工場において）を用いて、２５ｐＡという典型的なイオン電流に対して約２５ｎＡという電子増倍管出力電流を与える電子増倍管バイアス（ＥＭ＿Ｂｉａｓ）設定を決定し、それによって１０００という電子増倍管利得を設定するか、または約２５ｎＡ（例えば、現場において）という基準線イオン電流オフセット（ＢＩＣＯ）についてのＥＭ＿Ｂｉａｓ設定を決定することによるものである。そして、ステップ５７５におけるＥＭ＿Ｂｉａｓ設定が、特定のＥＭ＿Ｂｉａｓ（例えば、１０５０Ｖ）未満であるなら、作動を可能とするＶ＿Ｅｘｉｔ、Ｖ_{_ＥＭ_Ｓｈｉｅｌｄ}、ＲＦ_{_ＡＭＰ}およびＥＭ＿Ｂｉａｓの設定が、ステップ５８０において保存される。

【0081】

図５Ｃに示されるスペクトル品質テストには、ステップ５０においてテストスペクトルの生成が含まれており、それは、ステップ５９５において、静電イオントラップが特定の分解能、ダイナミックレンジ（ＤＮＲ）、ピーク比およびスペクトルＢ帯域ピーク形を有するかどうか測定するためである。半値全幅（ＦＷＨＭ）の分解能（Ｍ／ΔＭ）は、特定の分解能（例えば、１５０）よりも大きいかそれに等しくなければならない。単独で電離したＮ_２分子に対応する２８ａｍｕピークで分解能を測定することができる。その測定された分解能は、２８ａｍｕでの質量分析計の実際の分解能であり、それは、ＦＷＨＭでのピーク幅によって割られた質量の比として定義される。ステップ５９１において、分解能が特定の分解能未満であると認められるならば、ステップ５９２において、静電イオントラップが解体され、部品が、特に出口板網目が検査される。

【0082】

１．２ａｍｕと１．７ａｍｕとの間（またはピークがないスペクトルにおける他のいずれかの質量範囲）で測定される基準線ノイズの二乗平均（ＲＭＳ）で割られた、２８ａｍｕでのバックグラウンドが引かれたピーク振幅の比としてダイナミックレンジ（ＤＮＲ）を定義できる。ダイナミックレンジは、検出可能な最小のピーク振幅の優れた測定値である。一般に、ピークは、その振幅が基準線におけるノイズのＲＭＳを超えると検出できる。１００平均についてのＤＮＲは、特定のＤＮＲ（例えば、２８ａｍｕで５００）に等しいかそれを超えなければならない。ステップ５９３において、ＤＮＲが特定のＤＮＲ未満であると認められるならば、ステップ５９４において、静電イオントラップが解体され、部品が、特に電子増倍管（ＥＭ）が、検査される。

【0083】

前述のように、ピーク比は、ＲＦ送付の測定値であり、測定される化学種のＲＦ閾値に依存する。１４ａｍｕおよび２８ａｍｕでのピーク振幅の比が計算されるが、約０．１２と約０．１８との間の範囲にあることが予測される。ステップ５９６において、そのピーク比がこの範囲外にあると認められるならば、ステップ５９７において、印加ＲＦ_{_ＡＭＦ}をわずかに（例えば、約０．０１Ｖずつ）低下させてピーク比を再度測定する。印加ＲＦ_{_ＡＭＦ}は、約０．３Ｖ未満の値にまで低下すべきではない。印加ＲＦ_{_ＡＭＦ}を低下させ過ぎると、２８ａｍｕイオンを効率的に放出することができない。その結果、２８ａｍｕピークの振幅が低下し、１４／２８の比が増大する。印加ＲＦ_{_ＡＭＦ}が低下すると１４ａｍｕでのイオンの数がずっと少なくなるので、２８ａｍｕピークが、１４ａｍｕピークの前にＲＦ枯渇の影響を受け始める。ピーク比の測定を用いて、トラップが提供するスペクトルで、ピーク比が確実に一貫したものとなるようにする。典型的には、特定のピーク比は、標準偏差が０．０２で約０．１６であり得る。

【0084】

最後のスペクトル品質テストは、スペクトルピーク形またはＢ帯域テストである。Ｂ帯域ピークは、メインピークの右（すなわち、高質量）側に現れる。Ｂ帯域ピークは、スペクトルのいずれかのピークの０．３ａｍｕ内に現れる衛星ピークとして定義でき、メインピークの少なくとも１０％の振幅を有する。ステップ５９８において、Ｂ帯域が認められるならば、ステップ５９７において、Ｂ帯域の出現を最小限にしようという取り組みで、印加ＲＦ_{_ＡＭＦ}を低減できる。

【0085】

Ｂ帯域イオンは、メインピークイオンよりも高いＲＦ＿Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄを有し、その結果、ＲＦ振幅を低下させると最初にＢ帯域が消失する。いったんＢ帯域ピークが閾値未満で最小限とされると、典型的には、上述のように、ステップ５９３およびステップ５９６において、それぞれＤＮＲおよびピーク比テストを繰り返す必要がある。

【0086】

前述のように、リペラ１３０／フィラメント１２０／入口スリット１４５の配列の正確な詳細が、装置間の性能のばらつきに貢献している。さらにこのばらつきを小さくするために、図２３Ａに示される一つの実施形態において、リペラ１３０には、フィラメント１２０と入口板１４０との間に位置する延長部１３０ａが含まれており、リペラ１３０が入口板ポテンシャルからフィラメント１２０をシールドするものとなっており、それによってフィラメント１２０と入口スリット１４５との間で電界の向きの線がより均一に平行とされている。その結果、図２３Ｂにおける電子ビーム１４８を図１２に示される電子ビーム１４８と比較することによって示されるように、入口スリット１４５を通る電子ビーム１４８の焦点合わせが向上している。図１２において、電子ビーム１４８の一部が、入口スリット１４５を通って出現する代わりに入口板１４０の裏に当たっていることに注意する。電子ビーム１４８の大部分を、入口板スリット１４５を通して電離領域に結合をすることによって、リペラ電圧Ｖ_{Ｒｅｐｅｌｌｅｒ}への依存がより少ない電子結合効率ＥＣＥ＿Ｍａｘが生じていて、Ｖ_{Ｒｅｐｅｌｌｅｒ}を変えることによってＩＰＥＤ＿Ｏｎｓｅｔの同調を可能とし、その一方で、電離領域に導入される電子の数に与える影響の度合いが以前の電子源設計よりも少なくなるようにしている。図２４Ａに示されるように、延長されたリペラ電子源は、−６０Ｖから−２０Ｖの範囲のＶ_{Ｒｅｐｅｌｌｅｒ}に渡って約１０％だけＥＣＥ＿Ｍａｘが変動していたが、それは、図１Ｂに示される電子源設計で典型的に得られる、Ｖ_{Ｒｅｐｅｌｌｅｒ}の同じ範囲に渡ってのＥＣＥ＿Ｍａｘの４０％〜６０％の変動よりもずっと小さく、一方、同じ範囲のＶ_{Ｒｅｐｅｌｌｅｒ}に渡って約１１３Ｖから約９６ＶだけＩＰＥＤ＿Ｏｎｓｅｔに変動が生じている。図２３Ａに戻ると、リペラ１３０の延長部１３０ａは、半円であり得、または入口板スリット１４５に平行な所望の電界の向きの線を与える他のいかなる形でもあり得る。

【0087】

図１Ｂに示される電子源かまたは図２３Ａに示される延長された電子源かのいずれかについて、入口板スリット１４５を通して電子ビーム１４８の焦点合わせに別の改良を加えたものが、図２５Ａおよび図２５Ｂに示されており、電子源に、フィラメント１２０と入口板スリット１４５との間に位置する静電レンズ１４５ａが含まれており、その静電レンズ１４５ａは、電離領域に入るまでの途上で電子ビーム１４８を平行にしている。静電レンズ１４５ａは、入口板スリット１４５よりもわずかに大きいスリットを備える平らな板であり得る。静電レンズ１４５ａは、フィラメント引張ばね組立体と一体になった部分であって、フィラメント１２０と同じ電圧（典型的には、約＋３０Ｖ）にバイアスされ得、または、選択的に、静電レンズ１４５ａは、約＋１５Ｖと約＋３０Ｖとの間の範囲にバイアスされ得る。リペラ電圧の代わりにまたは、それに加えてフィラメントバイアス電圧を調節することによって、静電レンズでイオントラップ内の電離領域の位置を同調することが可能となる。

【0088】

再現可能な電子ビームの軌道を生成して、前述の問題を最小化する別のアプローチは、図２２に一体化されて示されており、図２１Ａに入口スリット組立体１１４として分離して示されている、一体型（unified ）現場交換可能ユニット（ＦＲＵ）電子源および入口スリット組立体を提供することであり、ここで入口スリット１４５はＦＲＵ組立体１１４の一部であって、ＦＲＵが取り替えられるたびに取り替えられる。入口スリット１４５には、前述の静電レンズ１４５ａが含まれ得る。取替え可能スリット１４５によって、ＦＲＵを２、３回取り替えた後は、トラップのメンテナンスを行う必要がなくなる。図２１Ｂに示されるように、入口板１４０は、ＦＲＵが設置されるときに入口スリット板１４５ａを収容する開口１４０ｂを有する。いったんＦＲＵが設置されると、入口スリット板１４５ａと入口板１４０とが電気的に接続される。図２２に示されるように、入口スリット板１４５ａは、入口板１４０上で側面の開口１４０ｂを覆い、リペラ１３０／フィラメント１２０／入口スリット１４５の配列をテスト設備に対して適切に保つ。図２１Ａ、図２１Ｂおよび図２２に示される設計の利点に含まれるのは、
１．ＦＲＵが取り替えられるたびにスリット１４５が取り替えられる。これによって、数回ＦＲＵを取り替えた後、入口スリット１４５上を清潔に保つ必要がなくなり、すなわち、必要なメンテナンスが少なくなる。
２．テスト設備において確立されているリペラ１３０／フィラメント１２０／入口スリット１４５の配列が、ＦＲＵを特定のイオントラップに設置した後も保たれるような装置として、ＦＲＵ組立体がテストされる。特定のイオントラップとテスト設備との間における構成部品の不整合の危険はない。
３．リペラ１３０／フィラメント１２０および入口スリット板１４５ａの積み重ねにおける寸法公差が必要とされず、それゆえ、いずれのＦＲＵ１１４をいずれのトラップ１００に組み合わせても作動することになる。
４．電子流レベルと電子ビーム軌道は双方とも、工場で、前述のテストを用いる比較的簡単なテスト設備において完全にテストすることができる。テストによって、ＦＲＵ組立体がいかなるトラップでも作動するかどうかが直ちに明らかになり、これには、特定のＦＲＵ組立体１１４が特定の静電イオントラップ１００と整合することが必要ではない。

【0089】

ここに引用されるすべての特許、公開出願および参考資料の関係する教示は、援用することで、その全体がここに組み込まれる。
本発明は、その実施形態を参照して特別に示され記述されているが、当業者であるならば、そこに、添付される特許請求の範囲で定められる発明の範囲から逸脱することなく、形状や詳細における様々な変更を加えても良いことが理解される。例えば、ここに記述される同調に受入可能なパラメータの範囲は、図１Ａに例示される特定のイオントラップ設計にのみ適用されている。したがって、異なるトラップの設計や異なる作動パラメータについては、新しいパラメータ範囲が必要となる。
なお、本発明は、実施の態様として以下の内容を含む。
［態様１］
静電イオントラップの同調方法であって、自動電子制御のもと、
ｉ）前記イオントラップのパラメータを測定すること、および
ｉｉ）その測定したパラメータに基づいてイオントラップの設定を調節すること
を備える方法。
［態様２］
前記イオントラップの設定を用いて、特定の圧力のテストガスからテストスペクトルを生成することをさらに含む態様１に記載の方法。
［態様３］
前記トラップがイオン源を含む態様１または２に記載の方法。
［態様４］
前記イオン源が電子源を含む態様３に記載の方法。
［態様５］
イオントラップの設定を調節することが、電子源の設定を調節することを含む態様４に記載の方法。
［態様６］
前記イオントラップのパラメータを測定することが、さらに、電子と特定の圧力のテストガスとの衝突によって形成されるイオンの量を電子源リペラバイアスの関数として測定することを含む態様１から５のいずれか一態様に記載の方法。
［態様７］
イオントラップの設定を調節することが、さらに、電子源フィラメント電流で形成される前記イオンの量を増大させることを含む態様６に記載の方法。
［態様８］
前記電子源リペラポテンシャルバイアスを、電子源フィラメント電流で最大の基準線イオン電流をもたらす設定にすることをさらに備える態様６に記載の方法。
［態様９］
形成される前記イオンの量を増大させることが、電子源フィラメント電流で形成される前記イオンの量を最大限まで増大させることを含む態様６に記載の方法。
［態様１０］
前記イオントラップのパラメータを測定することが、特定の圧力のテストガスについて前記トラップ内のイオン初期ポテンシャルエネルギー分布（ＩＰＥＤ）を測定することを含む態様１から９のいずれか一態様に記載の方法。
［態様１１］
前記ＩＰＥＤを測定することが、ＩＰＥＤオンセット値を測定することを含む態様１０に記載の方法。
［態様１２］
前記トラップが、さらに、イオン出口ゲートポテンシャルバイアスを有するイオン出口ゲートを含み、イオントラップの設定を調節することが、さらに、前記イオン初期ポテンシャルエネルギー分布（ＩＰＥＤ）と前記イオン出口ゲートポテンシャルバイアスとの間で相互の調節を行うことを含む態様１０に記載の方法。
［態様１３］
前記ＩＰＥＤと前記イオン出口ゲートポテンシャルバイアスとの間で相互の調節を行うことが、ＩＰＥＤオンセット値に基づいて前記イオン出口ゲートポテンシャルバイアスを設定することを含む態様１２に記載の方法。
［態様１４］
前記ＩＰＥＤオンセット値と前記イオン出口ゲートポテンシャルバイアスとの間で相互の調節を行うことが、さらに、前記ＩＰＥＤオンセット値に基づいて電子増倍管シールドポテンシャルバイアスを設定することを含む態様１３に記載の方法。
［態様１５］
前記ＩＰＥＤと前記イオン出口ゲートポテンシャルバイアスとの間で相互の調節を行うことが、電子源リペラポテンシャルバイアスおよび電子源フィラメントバイアスを調節して特定のＩＰＥＤオンセット値をもたらすことを含む態様１２に記載の方法。
［態様１６］
前記イオントラップのパラメータを測定することが、特定のイオン質量のイオン信号を検出するのに必要な印加ＲＦ励起の最小量を測定することを含む態様１から１５のいずれか一態様に記載の方法。
［態様１７］
前記ＲＦ励起を、特定のピーク比をもたらす作動ＲＦ励起設定にすることをさらに備える態様１６に記載の方法。
［態様１８］
前記イオントラップのパラメータを測定することが、さらに、前記イオン信号を印加ＲＦ励起の関数として測定することを備える態様１６に記載の方法。
［態様１９］
前記イオントラップのパラメータを測定することが、イオン初期ポテンシャルエネルギー分布（ＩＰＥＤ）オンセット値を測定することと、テストＲＦ励起設定でのイオン励起ポテンシャルエネルギー分布（ＥＰＥＤ）オンセット値を測定することとを含む態様１から１８のいずれか一態様に記載の方法。
［態様２０］
前記テストＲＦ励起設定を、前記ＥＰＥＤオンセット値と前記ＩＰＥＤオンセット値との間に特定の差をもたらす作動ＲＦ励起設定にすることをさらに含む態様１９に記載の方法。
［態様２１］
前記テストＲＦ励起設定を、特定のスペクトル分解能をもたらす作動ＲＦ励起設定にすることをさらに含む態様１９に記載の方法。
［態様２２］
前記テストＲＦ励起設定を、特定のダイナミックレンジをもたらす作動ＲＦ励起設定にすることをさらに含む態様１９に記載の方法。
［態様２３］
前記テストＲＦ励起設定を、テストスペクトルにおける特定のピークによる特定のピーク比をもたらす作動ＲＦ励起設定にすることをさらに含む態様１９に記載の方法。
［態様２４］
ｉ）静電イオントラップ、および
ｉｉ）前記イオントラップのパラメータを測定し、その測定したパラメータに基づいてイオントラップの設定を調節する電子機器
を備える装置。
［態様２５］
前記電子機器が、さらに、前記イオントラップの設定を用いて、特定の圧力のテストガスからテストスペクトルを生成する態様２４に記載の装置。
［態様２６］
前記トラップが、さらにイオン源を含む態様２４または２５に記載の装置。
［態様２７］
前記イオン源が、さらに電子源を含む態様２６に記載の装置。
［態様２８］
前記電子源が、
入口板ポテンシャルバイアスを有する入口板を含む入口スリット組立体と、
フィラメントと、
そのフィラメントから電子のビームを形成し、その電子が前記入口スリットを通るように導くリペラであって、前記フィラメントと前記入口板との間に位置する延長部を有し、前記フィラメントを前記入口板ポテンシャルからシールドするリペラと
を含む態様２７に記載の装置。
［態様２９］
前記電子源が、前記フィラメントと入口スリットとの間に位置する静電レンズを有する入口スリット組立体を含み、前記静電レンズが、前記フィラメントからの電子ビームを平行にして前記入口スリットを通す態様２７または２８に記載の装置。
［態様３０］
前記電子源が、電子源と入口スリット組立体を統合して含む態様２７から２９のいずれか一態様に記載の装置。
［態様３１］
イオントラップの設定の調節が、電子源の設定の調節を含む態様２７から３０のいずれか一態様に記載の装置。
［態様３２］
前記電子機器が、さらに、電子と特定の圧力のテストガスとの衝突によって形成されるイオンの量を測定し、さらに、電子源の設定を調節して電子源フィラメント電流で形成される前記イオンの量を増大させる態様２７から３１のいずれか一態様に記載の装置。
［態様３３］
形成される前記イオンの量の増大が、電子源フィラメント電流で形成される前記イオンの量の最大限への増大を含む態様３２に記載の装置。
［態様３４］
前記電子機器が、さらに、電子源リペラポテンシャルバイアスを、電子源フィラメント電流で最大の基準線イオン電流をもたらす設定にする態様３２に記載の装置。
［態様３５］
前記トラップが、さらに、イオン出口ゲートポテンシャルバイアスを有するイオン出口ゲートを含み、前記電子機器が、さらに、イオン初期ポテンシャルエネルギー分布（ＩＰＥＤ）と前記イオン出口ゲートポテンシャルバイアスとの間で相互の調節を行う態様２４から３４のいずれか一態様に記載の装置。
［態様３６］
前記ＩＰＥＤと前記イオン出口ゲートポテンシャルバイアスとの間での相互の調節が、ＩＰＥＤオンセット値に基づく前記イオン出口ゲートポテンシャルバイアスの設定を含む態様３５に記載の装置。
［態様３７］
前記ＩＰＥＤと前記イオン出口ゲートポテンシャルバイアスとの間での相互の調節が、さらに、前記ＩＰＥＤオンセット値に基づく電子増倍管シールドポテンシャルバイアスの設定を含む態様３６に記載の装置。
［態様３８］
前記ＩＰＥＤと前記イオン出口ゲートポテンシャルバイアスとの間での相互の調節が、ＩＰＥＤオンセット値の測定と、特定のＩＰＥＤオンセット値をもたらす、電子源リペラポテンシャルバイアスおよびフィラメントバイアスの調節とを含む態様３５に記載の装置。
［態様３９］
前記電子機器が、さらに、特定のイオン質量のイオン信号を検出するのに必要な印加ＲＦ励起の最小量を測定する態様２４から３８のいずれか一態様に記載の装置。
［態様４０］
前記電子機器が、さらに、前記ＲＦ励起を、特定のピーク比をもたらす作動ＲＦ励起設定にする態様３９に記載の装置。
［態様４１］
前記電子機器が、さらに、前記イオン信号を、印加ＲＦ励起の関数として測定する態様３９に記載の装置。
［態様４２］
前記イオントラップのパラメータの測定が、イオン初期ポテンシャルエネルギー分布（ＩＰＥＤ）オンセット値と、テストＲＦ励起設定でのイオン励起ポテンシャルエネルギー分布（ＥＰＥＤ）オンセット値との測定を含む態様２４から４１のいずれか一態様に記載の装置。
［態様４３］
前記電子機器が、さらに、前記テストＲＦ励起設定を、前記ＥＰＥＤオンセット値と前記ＩＰＥＤオンセット値との間に特定の差をもたらす作動ＲＦ励起設定にする態様４２に記載の装置。
［態様４４］
前記電子機器が、さらに、前記テストＲＦ励起設定を、特定のスペクトル分解能をもたらす作動ＲＦ励起設定にする態様４２に記載の装置。
［態様４５］
前記電子機器が、さらに、前記テストＲＦ励起設定を、特定のダイナミックレンジをもたらす作動ＲＦ励起設定にする態様４２に記載の装置。
［態様４６］
前記電子機器が、さらに、前記テストＲＦ励起設定を、テストスペクトルにおける特定のピークによる特定のピーク比をもたらす作動ＲＦ励起設定にする態様４２に記載の装置。
［態様４７］
静電イオントラップの同調方法であって、電子と特定の圧力のテストガスとの衝突によって形成されるイオンの量を電子源リペラバイアスの関数として測定することを含む、前記イオントラップのパラメータを測定することと、その測定したパラメータに基づいてイオントラップの設定を調節することとを備える方法。
［態様４８］
静電イオントラップの同調方法であって、特定の圧力のテストガスについて前記トラップ内のイオン初期ポテンシャルエネルギー分布（ＩＰＥＤ）を測定することを含む、前記イオントラップのパラメータを測定することと、その測定したパラメータに基づいてイオントラップの設定を調節することとを備える方法。
［態様４９］
前記トラップが、さらに、イオン出口ゲートポテンシャルバイアスを有するイオン出口ゲートを含み、前記イオントラップの設定を調節することが、さらに、前記イオン初期ポテンシャルエネルギー分布（ＩＰＥＤ）と前記イオン出口ゲートポテンシャルバイアスとの間で相互の調節を行うことを含む態様４８に記載の方法。
［態様５０］
静電イオントラップの同調方法であって、特定のイオン質量のイオン信号を検出するのに必要な印加ＲＦ励起の最小量を測定することを含む、前記イオントラップのパラメータを測定することと、その測定したパラメータに基づいてイオントラップの設定を調節することとを備える方法。
［態様５１］
ｉ）Ａ）入口板ポテンシャルバイアスを有する入口板を含む入口スリット組立体と、
Ｂ）フィラメントと、
Ｃ）そのフィラメントからの電子のビームを形成し、その電子が前記入口スリットを通るように導くリペラであって、前記フィラメントと前記入口板との間に位置する延長部を有し、前記フィラメントを前記入口板ポテンシャルからシールドするリペラと
を備える電子源を有するイオン源を含む静電イオントラップ、および
ｉｉ）前記イオントラップのパラメータを測定し、その測定したパラメータに基づいてイオントラップの設定を調節する電子機器
を備える装置。
［態様５２］
ｉ）電子源を有するイオン源を含む静電イオントラップであって、前記電子源が、フィラメントと入口スリットとの間に位置する静電レンズを有する入口スリット組立体を含み、前記静電レンズが、前記フィラメントからの電子ビームを平行にして前記入口スリットを通す静電イオントラップ、および
ｉｉ）前記イオントラップのパラメータを測定し、その測定したパラメータに基づいてイオントラップの設定を調節する電子機器
を備える装置。

【図1A】

【図1B】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図4D】

【図4E】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13A】

【図13B-1】

【図13B-2】

【図13C】

【図13D】

【図13E】

【図13F】

【図14】

【図15】

【図16A】

【図16B-1】

【図16B-2】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20A】

【図20B】

【図21A】

【図21B】

【図22】

【図23A】

【図23B】

【図24A】

【図24B】

【図25A】

【図25B】