特許 6292722 質量分析のためのイオンガイド

(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】6292722

(24)【登録日】2018年2月23日

(45)【発行日】2018年3月14日

(54)【発明の名称】質量分析のためのイオンガイド

(51)【国際特許分類】

   H01J 49/06 20060101AFI20180305BHJP

   H01J 49/42 20060101ALI20180305BHJP

   G01N 27/62 20060101ALI20180305BHJP

【ＦＩ】

   H01J49/06

   H01J49/42

   G01N27/62 E

【請求項の数】21

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2015-536232(P2015-536232)

(86)(22)【出願日】2013年10月11日

(65)【公表番号】特表2015-537335(P2015-537335A)

(43)【公表日】2015年12月24日

(86)【国際出願番号】IB2013002293

(87)【国際公開番号】WO2014057345

(87)【国際公開日】20140417

【審査請求日】2016年7月25日

(31)【優先権主張番号】61/713,205

(32)【優先日】2012年10月12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】100113413

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 夏樹

(72)【発明者】

【氏名】馬場 崇

【審査官】 杉田 翠

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／００４９３５７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００９−２８９５６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００３／０１３６９０５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特表２００４−５０７８７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２４３３４７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ２７／６０−２７／７０

２７／９２

Ｈ０１Ｊ４０／００−４９／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

イオンガイドであって、
近位入口端から遠位出口端まで中心軸の周囲で縦方向に延びるエンクロージャであって、前記近位入口端は、入口オリフィスを通って流動するガス流中に同伴された複数のイオンを受け取るように構成されている、エンクロージャと、
前記近位端と遠位端との間の前記エンクロージャ内に配置されている偏向板であって、前記板は、前記ガス流の少なくとも一部を前記ガス流の中心方向から離れる方に偏向させる、偏向板と、
前記エンクロージャ内で前記近位端から前記遠位端まで延びる複数の電気伝導性の細長い要素と
を備え、
前記細長い要素は、前記エンクロージャおよび前記細長い要素のうちの少なくとも１つに印加されるＲＦ電位およびＤＣ電位の組み合わせを介して電場を発生させ、前記電場は、前記同伴されたイオンを前記偏向板の近位で前記ガス流の中心方向から離れる方に偏向させ、前記イオンが下流に進行するとき、前記偏向させられたイオンを前記細長い要素の近くに制限する、イオンガイド。

【請求項2】

前記電場は、前記偏向板と前記エンクロージャの遠位端との間で、前記偏向させられたイオンをイオンビームに集束させるようにさらに構成されている、請求項１に記載のイオンガイド。

【請求項3】

出口開口をさらに備え、前記イオンビームは、前記出口開口を通って前記イオンガイドから流出し、随意に、前記入口オリフィス、出口開口、および偏向板は、前記中心軸上に配置されている、請求項２に記載のイオンガイド。

【請求項4】

前記エンクロージャは、電気伝導性円筒電極を備えている、請求項１に記載のイオンガイド。

【請求項5】

前記電気伝導性円筒電極は、ワイヤを備えている、請求項４に記載のイオンガイド。

【請求項6】

前記ワイヤは、前記近位端から前記遠位端まで延びている２つのワイヤを備え、随意に、
前記エンクロージャは、印刷回路基板を備えている２つの対向側面を有する、請求項５に記載のイオンガイド。

【請求項7】

前記電場は、前記偏向板の上流に、四重極ＤＣ場および実質的単極ＲＦ場を備えている、請求項６に記載のイオンガイド。

【請求項8】

ＲＦ信号が前記ワイヤに印加され、かつ、ＤＣバイアスが前記ワイヤに対して前記エンクロージャの少なくとも一部に印加され、随意に、前記ワイヤの各々に印加されるＲＦ信号は、同相である、請求項７に記載のイオンガイド。

【請求項9】

前記ワイヤは、前記近位端から前記遠位端まで延びる４つのワイヤを備え、随意に、前記電場は、前記偏向板の上流に八重極ＤＣ場および実質的単極ＲＦ場を備え、随意に、前記ワイヤは、前記中心軸の周りに均等に離間されている、請求項５に記載のイオンガイド。

【請求項10】

第１のＲＦ信号が１対の対向ワイヤに印加され、かつ、第２のＲＦ信号が他の対の対向ワイヤに印加され、随意に、前記第１および第２のＲＦ信号は、位相外れである、請求項９に記載のイオンガイド。

【請求項11】

前記ワイヤは、前記ワイヤの近位端と前記中心軸との間の最小距離が、前記ワイヤの遠位端と前記中心軸との間の最小距離より小さいように角度付けられている、請求項５に記載のイオンガイド。

【請求項12】

前記細長い要素は、前記近位端において前記ガス流の外側にあるように、前記中心軸に対してオフセットされている、請求項１に記載のイオンガイド。

【請求項13】

前記エンクロージャは、その側壁を通して延びる出口窓を画定し、前記偏向板によって偏向させられた前記ガス流の少なくとも一部は、前記出口窓を介して前記エンクロージャから除去される、請求項１に記載のイオンガイド。

【請求項14】

前記偏向板は、前記ガス流を前記出口窓に向かって偏向させるように構成され、随意に、
前記偏向板は、前記中心軸に対して非直交に角度付けられている、請求項１３に記載のイオンガイド。

【請求項15】

前記偏向板は、複数のボアを備え、前記細長い要素は、前記複数のボアを通って延びている、請求項１に記載のイオンガイド。

【請求項16】

前記細長い要素は、前記偏向板の周囲に延びている、請求項１に記載のイオンガイド。

【請求項17】

前記エンクロージャは、１〜２０トルの範囲内の真空圧力に維持されている、請求項１に記載のイオンガイド。

【請求項18】

イオンを伝送する方法であって、
エンクロージャの入口端において、ガス流中に同伴された複数のイオンを受け取ることであって、前記エンクロージャは、前記近位入口端から遠位出口端まで中心軸の周囲で縦方向に延びている、ことと、
電場を発生させるように、ＲＦ電位とＤＣ電位とを前記エンクロージャと前記エンクロージャ内の複数の電気伝導性の細長い要素とのうちの少なくとも１つに印加することであって、前記複数の電気伝導性の細長い要素は、前記近位端から前記遠位端まで延び、前記電場は、前記同伴されたイオンの少なくとも一部を前記中心軸から離れる方に偏向させ、イオンが前記遠位出口端に向かって進行するとき、前記偏向させられたイオンを少なくとも１つの前記細長い要素の近くに制限する、ことと、
前記偏向させられるイオンを偏向させた後、前記ガス流の少なくとも一部を前記エンクロージャから流出させるための開口部に偏向させることと
を含む、方法。

【請求項19】

前記イオンが下流に進行する場合、前記偏向させられたイオンを前記細長い要素の近くに制限することをさらに含む、請求項１８に記載の方法。

【請求項20】

偏向板を越えて進行する前記偏向させられたイオンの少なくとも一部を前記偏向板の遠位の領域において前記中心軸に向かって集束させることをさらに含む、請求項１８に記載の方法。

【請求項21】

イオンガイドであって、
ガス流中に同伴された複数のイオンを受け取るように構成されている入口開口を有する近位入口板と、
複数のイオンを質量分析器に伝送するように構成されている出口開口を有する遠位出口板と、
中心軸を囲み、前記入口板と前記出口板との間の領域内に延びている複数の電気伝導性要素と、
前記入口板と出口板との間に配置されている偏向板と
を備え、
前記偏向板は、前記ガス流の少なくとも一部を前記ガス流の中心方向から離れる方に偏向させるように構成され、
前記電気伝導性要素は、前記同伴されたイオンを前記偏向板の近位の前記ガス流から分離し、前記分離されたイオンを前記偏向板の遠位の中心軸に沿って集束させるように構成されている、イオンガイド。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願は、米国仮出願第６１／７１３，２０５号（２０１２年１０月１２日出願）を基礎とする優先権を主張し、該出願は、その全体が参照により援用される。

【0002】

（技術分野）
本明細書における教示は、質量分析のための方法および装置に関し、より具体的には、イオンガイドおよびイオンを移送する方法に関する。

【背景技術】

【0003】

質量分析（ＭＳ）は、定量的および定質的用途の両方において、試験物質の元素組成を決定するための分析技法である。例えば、ＭＳは、その断片を観察することによって、未知の化合物を同定し、分子中の元素の同位体組成を決定し、特定の化合物の構造を決定するため、ならびにサンプル中の特定の化合物の量を定量化するために有用であり得る。

【0004】

質量分析では、サンプル分子は、概して、イオン源を使用して、イオンに変換され、次いで、分離され、１つ以上の下流質量分析器によって検出される。ほとんどの大気圧イオン源の場合、イオンは、真空チャンバ内に配置されたイオンガイドへの流入に先立って、入口オリフィスを通過する。イオンガイドに印加される無線周波数（ＲＦ）電圧は、イオンが、質量分析器が配置される、後続のより低い圧力の真空チャンバ内に移送されるにつれて、半径方向集束を提供することができる。イオン源とイオンガイドとの間の入口オリフィスのサイズの増加は、イオンガイドに流入するイオンの数を増加させることができるが（イオン損失を相殺し、潜在的に、下流検出の感度を増加させることができる）、増加したガス流からの第１の段階の真空チャンバ内のより高い圧力は、周囲ガス分子との衝突増加の結果、イオンを集束させるイオンガイドの能力を低減させ得る。

【0005】

故に、下流分析器へのイオン移送効率を維持し、高感度を達成しながら、イオンガイドに流入するイオンの数を最大限にするための質量分析計システムおよび方法の必要性がある。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0006】

一側面によると、本出願人の教示のある実施形態は、近位入口端から遠位出口端まで中心軸の周囲で縦方向に延びるエンクロージャであって、近位入口端は、入口オリフィスを通って流動するガス流中に同伴される複数のイオンを受け取るように構成されている、エンクロージャを備えている、イオンガイドに関する。イオンガイドはまた、近位端と遠位端との間の該エンクロージャ内に配置されている偏向板であって、ガス流の少なくとも一部をガス流の中心方向から離れる方に偏向させる、偏向板を備えていることができる。複数の電気伝導性の細長い要素は、該エンクロージャ内の近位端から遠位端まで延び、エンクロージャおよび細長い要素のうちの少なくとも１つに印加されるＲＦおよびＤＣ電位の組み合わせを介して電場を発生させることができる。電場は、同伴されたイオンを偏向板の近位のガス流の中心方向から離れる方に偏向させ、該イオンが下流に進行するとき、偏向させられたイオンを細長い要素の近くに制限する。

【0007】

種々の実施形態では、電場はさらに、偏向板とエンクロージャの遠位端との間で、偏向させられたイオンをイオンビームに集束させるように構成されることができる。関連側面では、イオンガイドはまた、それを通して、イオンビームがイオンガイドから流出する、出口開口を備えていることができる。種々の実施形態では、入口オリフィス、出口開口、および偏向板は、中心軸上に配置される。

【0008】

種々の側面によると、エンクロージャは、電気伝導性円筒電極を備えていることができる。いくつかの実施形態では、電気伝導性要素は、ワイヤを備えている。種々の数のワイヤが、使用されることができる。例えば、ワイヤは、近位端から遠位端まで延びる４つのワイヤを備えていることができる。代替として、例えば、２つのワイヤは、近位端から遠位端まで延びることができる。いくつかの実施形態では、ワイヤは、中心軸の周りに均等に離間されることができる。種々の側面では、ワイヤは、ワイヤの近位端と中心軸との間の最小距離が、ワイヤの遠位端と中心軸との間の最小距離より小さいように角度付けられることができる。種々の実施形態のいくつかの側面によると、細長い要素は、近位端において、ガス流の外側にあるように、中心軸に対してオフセットされる。

【0009】

種々の実施形態では、エンクロージャは、その側壁を通して延びる、出口窓を画定する。いくつかの側面では、例えば、偏向板は、ガス流を出口窓に向かって偏向させるように構成される。種々の実施形態では、偏向板は、中心軸に対して非直交に角度付けられる。

【0010】

いくつかの側面では、偏向板は、複数のボアを備えていることができる。関連側面では、細長い要素は、ボアを通して延びることができる。

【0011】

代替として、いくつかの側面では、細長い要素は、偏向板の周囲に延びる。

【0012】

種々の実施形態では、エンクロージャは、真空チャンバ内に格納されることができる。真空チャンバは、準大気圧に維持されることができる。非限定的実施例として、エンクロージャは、約０．１〜約２０トルの範囲内の真空圧力に維持されることができる。

【0013】

一側面によると、本出願人の教示のある実施形態は、イオンを伝送する方法に関する。本方法によると、ガス流中に同伴される複数のイオンは、エンクロージャの入口端において受け取られ、エンクロージャは、近位入口端から遠位出口端まで中心軸の周囲で縦方向に延びる。本方法はさらに、ＲＦおよびＤＣ電位をエンクロージャおよび該エンクロージャ内にあって、該近位端から該遠位端まで延びる、複数の電気伝導性の細長い要素のうちの少なくとも１つに印加することであって、該電場は、該同伴されたイオンの少なくとも一部を中心軸から偏向させ、イオンが該遠位出口端に向かって進行するとき、該偏向させられたイオンを少なくとも１つの該細長い要素の近くに制限する、ことを含むことができる。ガス流の少なくとも一部は、該イオンを偏向させた後、エンクロージャから流出させるための開口部に偏向させられることができる。

【0014】

いくつかの側面では、本方法はさらに、該イオンが下流に進行するとき、該偏向させられたイオンを該細長い要素の近くに制限することを含むことができる。種々の実施形態では、本方法は、該偏向板を越えて進行する偏向させられたイオンの少なくとも一部を該偏向板の遠位の領域内の該中心軸に向かって集束させることを含むことができる。

【0015】

一側面によると、本出願人の教示のある実施形態は、ガス流中に同伴される複数のイオンを受け取るように構成されている入口開口を有する近位入口板と、複数のイオンを質量分析器に伝送するように構成されている出口開口を有する遠位出口板とを備えている、イオンガイドに関する。イオンガイドはまた、中心軸を囲み、入口板と出口板との間の領域内に延びている複数の電気伝導性要素を備えていることができる。該入口板と出口板との間に配置されている偏向板は、ガス流の少なくとも一部をガス流の中心方向から離れる方に偏向させるように構成されることができる。さらに、電気伝導性要素は、同伴されたイオンを該偏向板の近位の該ガス流から分離し、該分離されたイオンを該偏向板の遠位の中心軸に沿って集束させるように構成されることができる。

【0016】

いくつかの側面では、電気伝導性要素は、入口板に連結され、そこから遠位に延びる、４つのワイヤを備えている。種々の実施形態では、イオンガイドはさらに、出口板から近位に延びる４つのロッドを備えていることができ、４つのワイヤのそれぞれの遠位端は、該ロッドのうちの１つの対応する近位端に連結される。

【0017】

種々の側面では、偏向板は、それを通して延び、中心軸からオフセットされる、４つのボアを備えていることができ、ワイヤの各々は、ボアのうちの１つを通って延びる。いくつかの実施形態では、例えば、ボアの各々は、偏向板から近位に延びる円筒電極のボアと同軸であることができる。

【0018】

いくつかの側面では、電気伝導性要素は、非平行である。種々の側面では、電気伝導性要素は、電気伝導性円筒電極内に含まれる４つのワイヤを備えている。

【0019】

一側面によると、本出願人の教示のある実施形態は、ガス流中に同伴される複数のイオンを受け取るための入口を備えている、イオンガイドに関する。イオンガイドはまた、該除去されたイオンが、該入口から下流の１つ以上の該電極に近接して進行するように、導波管に流入する該イオンの少なくとも一部をガス流から除去するために効果的である電場を発生させるよう、互に対して位置付けられ、電気的にバイアスされるように構成される、複数の電気伝導性電極を備えていることができる。例えば、いくつかの側面では、電場は、該除去されたイオンの少なくともいくつかを受け取るために、該電極のうちの少なくとも１つの近傍で電位を良好に発生させることができる。

【0020】

いくつかの側面では、電場は、ＤＣ成分およびＲＦ成分を備えている。種々の実施形態では、入口は、ガイドの中心軸に沿って、イオン含有ガス流を受け取るように構成され、該電極は、該中心軸からオフセットされて位置付けられる。

【0021】

種々の実施形態では、イオンガイドはさらに、ガス流からのイオンの少なくとも一部の該除去後、ガス流を偏向させるように、該入口から下流に位置付けられるガス偏向要素を備えていることができる。

【0022】

本出願人の教示のこれらおよび他の特徴は、本明細書に記載される。
本発明は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
イオンガイドであって、
近位入口端から遠位出口端まで中心軸の周囲で縦方向に延びるエンクロージャであって、前記近位入口端は、入口オリフィスを通って流動するガス流中に同伴された複数のイオンを受け取るように構成されている、エンクロージャと、
前記近位端と遠位端との間の前記エンクロージャ内に配置されている偏向板であって、前記板は、前記ガス流の少なくとも一部を前記ガス流の中心方向から離れる方に偏向させる、偏向板と、
前記エンクロージャ内で前記近位端から前記遠位端まで延びる複数の電気伝導性の細長い要素と
を備え、
前記細長い要素は、前記エンクロージャおよび前記細長い要素のうちの少なくとも１つに印加されるＲＦおよびＤＣ電位の組み合わせを介して電場を発生させ、前記電場は、前記同伴されたイオンを前記偏向板の近位で前記ガス流の中心方向から離れる方に偏向させ、前記イオンが下流に進行するとき、前記偏向させられたイオンを前記細長い要素の近くに制限する、イオンガイド。
（項目２）
前記電場は、前記偏向板と前記エンクロージャの遠位端との間で、前記偏向させられたイオンをイオンビームに集束させるようにさらに構成されている、項目１に記載のイオンガイド。
（項目３）
出口開口をさらに備え、前記イオンビームは、前記出口開口を通って前記イオンガイドから流出し、随意に、前記入口オリフィス、出口開口、および偏向板は、前記中心軸上に配置されている、項目２に記載のイオンガイド。
（項目４）
前記エンクロージャは、電気伝導性円筒電極を備え、随意に、前記電気伝導性要素は、ワイヤを備えている、項目１に記載のイオンガイド。
（項目５）
前記ワイヤは、前記近位端から前記遠位端まで延びている２つのワイヤを備え、随意に、
前記エンクロージャは、印刷回路基板を備えている２つの対向側面を有する、項目４に記載のイオンガイド。
（項目６）
前記電場は、前記ガス偏向器の上流に、四重極ＤＣ場および実質的単極ＲＦ場を備えている、項目５に記載のイオンガイド。
（項目７）
ＲＦ信号が前記ワイヤに印加され、かつ、ＤＣバイアスが前記ワイヤに対して前記エンクロージャの少なくとも一部に印加され、随意に、前記ワイヤの各々に印加されるＲＦ信号は、同相である、項目６に記載のイオンガイド。
（項目８）
前記ワイヤは、前記近位端から前記遠位端まで延びる４つのワイヤを備え、随意に、前記電場は、前記ガスの上流に八重極ＤＣ場および実質的単極ＲＦ場を備え、随意に、前記ワイヤは、前記中心軸の周りに均等に離間されている、項目４に記載のイオンガイド。
（項目９）
第１のＲＦ信号が１対の対向ワイヤに印加され、かつ、第２のＲＦ信号が他の対の対向ワイヤに印加され、随意に、前記第１および第２のＲＦ信号は、位相外れである、項目８に記載のイオンガイド。
（項目１０）
前記ワイヤは、前記ワイヤの近位端と前記中心軸との間の最小距離が、前記ワイヤの遠位端と前記中心軸との間の最小距離より小さいように角度付けられている、項目４に記載のイオンガイド。
（項目１１）
前記細長い要素は、前記近位端において前記ガス流の外側にあるように、前記中心軸に対してオフセットされている、項目１に記載のイオンガイド。
（項目１２）
前記エンクロージャは、その側壁を通して延びる出口窓を画定する、項目１に記載のイオンガイド。
（項目１３）
前記偏向板は、前記ガス流を前記出口窓に向かって偏向させるように構成され、随意に、
前記偏向板は、前記中心軸に対して非直交に角度付けられている、項目１２に記載のイオンガイド。
（項目１４）
前記偏向板は、複数のボアを備え、随意に、前記細長い要素は、前記ボアを通って延びている、項目１に記載のイオンガイド。
（項目１５）
前記細長い要素は、前記偏向板の周囲に延びている、項目１に記載のイオンガイド。
（項目１６）
前記エンクロージャは、約１〜約２０トルの範囲内の真空圧力に維持されている、項目１に記載のイオンガイド。
（項目１７）
イオンを伝送する方法であって、
エンクロージャの入口端において、ガス流中に同伴された複数のイオンを受け取ることであって、前記エンクロージャは、前記近位入口端から遠位出口端まで中心軸の周囲で縦方向に延びている、ことと、
ＲＦ電位とＤＣ電位とを前記エンクロージャと前記エンクロージャ内の複数の電気伝導性の細長い要素とのうちの少なくとも１つに印加することであって、前記複数の電気伝導性の細長い要素は、前記近位端から前記遠位端まで延び、前記電場は、前記同伴されたイオンの少なくとも一部を前記中心軸から偏向させ、イオンが前記遠位出口端に向かって進行するとき、前記偏向させられたイオンを少なくとも１つの前記細長い要素の近くに制限する、ことと、
前記偏向させられるイオンを偏向させた後、前記ガス流の少なくとも一部を前記エンクロージャから流出させるための開口部に偏向させることと
を含む、方法。
（項目１８）
前記イオンが下流に進行する場合、前記偏向させられたイオンを前記細長い要素の近くに制限することをさらに含む、項目１７に記載の方法。
（項目１９）
前記偏向板を越えて進行する前記偏向させられたイオンの少なくとも一部を前記偏向板の遠位の領域において前記中心軸に向かって集束させることをさらに含む、項目１７に記載の方法。
（項目２０）
イオンガイドであって、
ガス流中に同伴された複数のイオンを受け取るように構成されている入口開口を有する近位入口板と、
複数のイオンを質量分析器に伝送するように構成されている出口開口を有する遠位出口板と、
中心軸を囲み、前記入口板と前記出口板との間の領域内に延びている複数の電気伝導性要素と、
前記入口板と出口板との間に配置されている偏向板と
を備え、
前記偏向板は、前記ガス流の少なくとも一部を前記ガス流の中心方向から離れる方に偏向させるように構成され、
前記電気伝導性要素は、前記同伴されたイオンを前記偏向板の近位の前記ガス流から分離し、前記分離されたイオンを前記偏向板の遠位の中心軸に沿って集束させるように構成されている、イオンガイド。

【図面の簡単な説明】

【0023】

当業者は、以下に説明される図面が、例証目的にすぎないことを理解するであろう。図面は、本出願人の教示の範囲をいかようにも限定することを意図しない。

【図1】図１は、概略図において、本出願人の教示の種々の実施形態の一側面による、イオンガイドを備えている、例示的質量分析計システムを描写する。

【図2】図２Ａ−２Ｃは、図１のイオンガイド内で発生させられた、シミュレートされた電場を描写する。

【図3】図３は、概略図において、本出願人の教示の種々の実施形態の一側面による、別の例示的イオンガイドを描写する。

【図4】図４は、図３のイオンガイドのシミュレートされたガス流およびイオン運動を描写する。

【図5】図５Ａ−４Ｄは、概略図において、本出願人の教示の種々の実施形態の一側面による、別の例示的イオンガイドを描写する。

【図6】図６は、図５Ａ−５Ｄのイオンガイドを通して伝送される種々のｍ／ｚ比のイオンに関してシミュレートされた経路を描写する。

【図7】図７Ａ−７Ｃは、概略図において、本出願人の教示の種々の実施形態の一側面による、別の例示的イオンガイドを描写する。

【図8】図８は、本出願人の教示の種々の実施形態の一側面による、イオンガイド内で使用するための例示的偏向板を描写する。

【図9】図９Ａ−９Ｆは、概略図において、本出願人の教示の種々の実施形態の一側面による、別の例示的イオンガイドを描写する。

【図10】図１０は、図９Ａ−９Ｆのイオンガイドを通して伝送されるイオンに関してシミュレートされた経路を描写する。

【図11】図１１は、概略図において、本出願人の教示の種々の実施形態の一側面による、別の例示的イオンガイドを描写する。

【発明を実施するための形態】

【0024】

明確にするために、以下の議論は、本出願人の教示の実施形態の種々の側面を詳説するが、そうすることが便宜的または適切である場合、ある具体的詳細が省略されることを理解されるであろう。例えば、代替実施形態における同一または類似特徴の議論は、ある程度、省略され得る。周知の発想または概念はまた、簡潔にするために、極めて詳細に論じられない場合がある。当業者は、本出願人の教示のいくつかの実施形態が、すべての実装において、実施形態の完全な理解を提供するためだけに本明細書に記載される、ある具体的に説明される詳細を要求するわけではない場合があることを認識するであろう。同様に、説明される実施形態は、本開示の範囲から逸脱することなく、共通の一般的知識に従って、改変または変形を被り得ることは、明白であろう。以下の発明を実施するための形態は、本出願人の教示の範囲をいかようにも限定するものと見なされない。

【0025】

イオンガイド内でイオンを伝送する方法およびシステムが、本明細書に提供される。本出願人の教示の種々の側面によると、本方法およびシステムは、イオンガイドに流入するガス流中に同伴されるイオンの少なくとも一部がガス噴流から抽出され、ガス流の経路から別個の１つ以上の経路に沿って、下流に誘導されることをもたらすことができる（イオンを欠いたガスは、イオンガイドから除去されることができる）。いくつかの実施形態では、ガス流から抽出されたイオンは、集束領域内に誘導されることができ、集束領域内で、イオンは、例えば、質量分析器等の後続処理段階への入口内へのＲＦ集束を介して集束させられ得る。

【0026】

種々の側面では、イオンを伝送するための質量分析システムおよび方法が、提供される。ここで図１を参照すると、本出願人の教示の種々の側面による、例示的質量分析システム１００が、図式的に図示される。当業者によって理解されるであろうように、質量分析システム１００は、本明細書に説明されるシステム、デバイス、および方法の種々の側面による、１つのみの可能な構成を表す。図１に示されるように、例示的質量分析システム１００は、概して、着目サンプルからイオンを発生させるためのイオン源１１０と、イオンガイド１４０と、イオン処理デバイス（本明細書では、概して、質量分析器１１２として指定される）とを備えている。

【0027】

唯一の質量分析器１１２が、示されるが、当業者は、質量分析システム１００が、イオンガイド１４０の下流に追加の質量分析器要素を含むことができることを理解するであろう。したがって、イオンガイド１４０を含む真空チャンバ１１４を通して伝送されるイオンは、１つ以上の質量分析器要素を含む１つ以上の追加の差動ポンプ式真空段階を通して移送されることができる。例えば、いくつかの側面では、三連四重極質量分析計は、約２．３トルの圧力に維持される第１の段階と、約６ｍトルの圧力に維持される第２の段階と、約１０^−５トルの圧力に維持される第３の段階とを含む、３つの差動ポンプ式真空段階を備え得る。第３の真空段階は、例えば、検出器と、２つの四重極質量分析器（例えば、Ｑ１およびＱ３）とを含むことができ、２つの四重極質量分析器は、それらの間に位置する衝突セル（Ｑ３）を伴う。システム内にいくつかの他のイオン光学要素が存在し得ることは、当業者に明白であろう。本実施例は、限定を意味するものではなく、また、本明細書に説明されるイオンガイドが、高圧源からイオンをサンプリングする多くの質量分析計システムに適用可能であり得ることは、当業者に明白であろう。これらとして、当技術分野において公知の時間飛行（ＴＯＦ）、イオントラップ、四重極、または他の質量分析器が挙げられ得る。

【0028】

さらに、図１のイオン源１１０は、エレクトロスプレイイオン化（ＥＳＩ）源として描写されるが、当業者は、イオン源１１０は、例えば、とりわけ、連続イオン源、パルスイオン源、エレクトロスプレイイオン化（ＥＳＩ）源、大気圧化学イオン化（ＡＰＣＩ）源、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）イオン源、マトリクス支援レーザ脱離／イオン化（ＭＡＬＤＩ）イオン源、グロー放電イオン源、電子衝突イオン源、化学イオン化源、または光イオン化イオン源を含む、事実上、当技術分野において公知の任意のイオン源であることができることを理解するであろう。非限定的実施例として、サンプルは、加えて、液体クロマトグラフ分離を含む、自動またはインラインサンプル調製を受けることができる。

【0029】

図１に示されるように、イオンガイド１４０は、真空チャンバ１１４内に含まれることができる。種々の側面では、真空チャンバ１１４は、イオン源１１０からイオンを受け取るための入口オリフィス１１８を有する、オリフィス板１１６を含む。真空チャンバ１１４は、加えて、出口レンズ１２２内の出口開口１２０を含むことができ、それを通して、イオンガイド１４０によって伝送されるイオンが、例えば、１つ以上のイオン処理デバイス（例えば、質量分析器１１２）を格納する下流真空チャンバ１１６に渡される。当業者によって理解されるであろうように、真空チャンバ１１４、１１６は、当技術分野において公知のように、準大気圧まで真空化されることができる。一例として、機械的ポンプ１２４、１２６（例えば、ターボ分子ポンプ）が、真空チャンバ１１４、１１６を、それぞれ、適切な圧力まで真空化するために使用されることができる。

【0030】

種々の側面では、イオン源１１０によって発生させられるイオンは、真空チャンバ１１４内に伝送され、真空チャンバに流入するガスが、入口オリフィス１１８を通して膨張するにつれて、ガスの超音速流中に同伴されることができる。典型的には、例えば、米国特許第７，２５６，３９５号および第７，２５９，３７１号（それぞれ、参照することによって全体として本明細書に組み込まれる）に説明される、超音速自由噴流膨張と称される、本現象は、真空チャンバ１１４を通して同伴されたイオンを軸方向に移送することにおいて補助する。しかしながら、ＲＦ集束のみに依拠し、イオンを下流分析器内に伝送する、従来技術のイオンガイドは、イオンの超音速ガス流内の周囲ガス分子との衝突による、より高い圧力環境内においてイオンを集束する際に困難点を被り得る。したがって、従来技術のシステムは、例えば、真空チャンバ内のガス流および圧力を、同伴されるイオンが、依然として、下流処理のために、後続チャンバ内に伝送するための狭ビームに集束させられ得るようなレベルに維持するように、入口オリフィスのサイズを限定する。

【0031】

本出願人の教示の種々の側面によると、本教示のある実施形態による、イオンガイド１４０は、その入口端１４０ａにおいて、概して、イオンガイド１４０の縦方向中心軸（Ａ）に沿って、入口オリフィス１１８を通して流動するガス中に同伴されるイオンを受け取り、イオンを縦方向中心軸（Ａ）から変位させ、ガス流の少なくとも一部をイオンガイド１４０から偏向させ、イオンをイオンガイド１４０の出口端１４０ｂに伝送することができる。図１に図式的に示されるように、例えば、イオンガイド１４０は、上流入口板１４４から下流出口レンズ１２２に向かって、縦方向中心軸（Ａ）の周囲に延びる、外側円筒電極１４２を備えていることができる。入口板１４４は、入口オリフィス１１８と軸方向に整列される入口開口１４６と、出口レンズ１２２内の出口開口１２０とを含むことができる。いくつかの側面では、出口開口１２０は、入口オリフィス１１８より小さい直径を有することができる。以下にさらに詳細に論じられるように、外側円筒電極１４２は、加えて、それを通して、ガス流の少なくとも一部が、外側円筒電極１４２から除去され得るように、１つ以上の出口窓１４８を含むことができる。

【0032】

前述のように、種々の側面では、イオンガイド１４０は、イオンガイド１４０に流入するイオンをガス流および／または中心軸（Ａ）から変位させるように構成されることができる。一例として、イオンガイド１４０を通して伝送されるにつれたイオンの平均半径方向位置は、中心軸（Ａ）からオフセットされることができる。図１に示されるように、例えば、外側円筒電極１４２は、中心軸（Ａ）を囲み、外側円筒電極１４２の入口板１４４と出口レンズ１２２との間に延びる、複数の伝導性ワイヤまたはロッド（以下、ワイヤ１５０）を含むことができる。ワイヤ１５０は、種々の直径および構成を有することができるが、図１に描写される例示的実施形態では、ワイヤ１５０の上流端は、入口板１４４に連結され、入口開口１４６を囲むことができる一方、下流端は、出口レンズ１２２に連結され、出口開口１２０を囲むことができる。種々の側面では、ワイヤ１５０は、入口端１４０ａから出口端１４０ｂまで延びるにつれて、収束するように、中心軸（Ａ）に対して非平行であることができる。図１に描写される例示的実施形態は、中心軸（Ａ）の周囲に等しく離間された４つのワイヤ（そのうちの２つのみが、描写される）を含むが、任意の数のワイヤ１５０（例えば、２、６、８、１２）が、本出願人の教示に従って、イオンガイド１４０内で使用するために、任意の数の好適な多極構成を生成するために使用されることができることを理解されるであろう。

【0033】

いくつかの側面では、イオンガイド１４０は、加えて、イオン（または、少なくとも実質的数のイオン、例えば、８０％以上）が、ガス流から抽出された後、ガス流を中心軸（Ａ）から偏向させるように作用し得る、偏向板１５２を含むことができる。以下に詳細に論じられるように、ガス偏向板１５２は、種々の構成を有することができるが、図１に描写される例示的実施形態では、ガス偏向板１５２は、イオンガイド１４０の中心軸（Ａ）上に配置される平面表面であることができる。加えて、いくつかの側面では、ガス偏向板１５２は、そこから偏向させられたガスが、実質的に、外側円筒電極１４２内の出口窓１４８に向かって指向されるように、ガス流の主軸に対して角度付けられることができる。

【0034】

いくつかの側面では、イオンガイド１４０の種々の要素は、本明細書の教示に従って、イオンガイドを通るイオンの移動を制御するように、そこに印加される電位を有することができる。一例として、外側円筒電極１４２および／またはワイヤ１５０は、イオンを中心軸（Ａ）からイオンガイド１４０のワイヤ１５０に向かって変位させ（すなわち、縦方向中心軸（Ａ）に垂直な成分である、半径方向速度成分を与え）、それによって、イオンの少なくとも一部をガス流から分離するよう構成される電場を発生させるように、そこに印加される電位を有することができる。以下により詳細に論じられるように、外側円筒電極１４２および／またはワイヤ１５０への電位の印加によって発生させられる電場はまた、偏向させられたイオンが、ワイヤ１５０に衝打しないが、出口開口１２０に向かって、下流にワイヤ１５０に近接して誘導されるように、偏向させられたイオンがワイヤ１５０に非常に近接するにつれて反発力を発生させることができる（これは、例えば、ワイヤ１５０への無線周波数（ＲＦ）電位の印加によって達成されることができる）。言い換えると、電位井戸が、ワイヤ１５０の近傍に発生させられ、偏向させられたイオンがワイヤに接近するにつれて、実質的にそれを捕捉することができる。イオンは、次いで、ワイヤ１５０の近傍のその初期軸方向運動量の影響下、出口開口１２０へと移動することができる。非限定的実施例として、イオンは、ガス流から除去される（例えば、いくつかの実施形態では、中心軸から少なくとも１０ｍｍ変位される）ことができ、ワイヤ１５０に近接して（例えば、ワイヤに対して約５ｍｍ未満以内）留まりながら、下流に移送されることができる。ある場合には、電場は、イオンガイド１４０の一部に実質的単極または単極等価ＲＦ場を発生させるような八重極ＤＣ場および四重極ＲＦ場の重ね合せとして特徴付けられることができる。当業者によって理解されるであろうように、単極等価ＲＦ場は、単極成分が優位である一方、四重極成分が無視可能であることを示し、安定イオン位置は、以下に詳細に論じられるように、中心軸上にない。

【0035】

種々の実施形態では、１つ以上の電源（図示せず）は、ＤＣ電圧および／またはＲＦ電圧をオリフィス板１１６、外側円筒電極１４２、偏向板１５２、出口レンズ１２２、およびワイヤ１５０に提供するように構成されることができる。一例として、図１に描写される例示的実施形態では、電源（図示せず）は、ＤＣ電圧を外側円筒電極１４２に印加するように構成されることができる一方、第２の電源（図示せず）は、ＲＦ信号を４つのワイヤ１５０に印加することができる。そのような構成に関するシミュレートされた力線が、図２Ａ−２Ｃに描写される。最初に、図２Ａを参照すると、ＤＣバイアスのみ、４つのワイヤ１５０に対して、外側円筒電極１４２に印加され、それによって、実質的に、ＤＣ八重極場を発生させるときのシミュレートされた等電位力線が、描写される。したがって、ワイヤ１５０に対する円筒電極１４２上のＤＣバイアスが、着目イオンと同一の極性である場合、イオンは、ワイヤ１５０に（すなわち、中心軸（Ａ）から離れる方に）誘引されるであろう。

【0036】

ここで図２Ｂを参照すると、ＲＦ信号のみワイヤ１５０に印加される（すなわち、ＤＣバイアスは外側円筒電極１４２に印加されない）、シミュレートされた力線が、描写される。当業者によって理解されるであろうように、いくつかの側面では、異なるＲＦ信号が、２つの対の対向ワイヤ１５０に印加されることができる。一例として、第１の対の対向ワイヤ１５０は、その印加されるＲＦ電圧を有することができる一方、第２の対の対向ワイヤ１５０は、ワイヤ１５０の長さに沿って、中心軸（Ａ）上に平衡ＲＦ四重極場を生成するように、等しい大きさであるが、１８０°位相外れの第２のＲＦ電圧を有することができる。代替として、非平衡ＲＦ信号が、ワイヤに印加されることができる。着目イオンの極性にかかわらず、ＲＦ信号は、イオンをワイヤ１５０から離れる方に跳ね返すように作用するであろう。

【0037】

ここで図２Ｃを参照すると、同時に、図２Ａに示されるようにＤＣバイアス電圧を円筒電極１４２に印加し、かつ、図２Ｂに示されるようにＲＦ信号をワイヤ１５０に印加することによって、ＤＣバイアスの極性と反対の極性のイオンに対して、極小電位が、ワイヤ１５０に隣接して生成されることが理解されるであろう。したがって、イオンガイドに流入するイオンは、ワイヤ１５０に隣接して、および／またはその周囲に蓄積する（すなわち、中心軸（Ａ）からオフセットされる）傾向を有するであろう。

【0038】

当業者によって理解されるであろうように、ガス偏向板１５２もまた、イオンがイオンガイド１４０を通して伝送される場合、イオンの移動を制御するように、そこに印加される電位を有することができる。一例として、ガス偏向板１５２は、ワイヤに対するＤＣバイアスが、着目イオンに反発力を提供するよう、そこに印加され得るように電源（図示せず）に連結されることができる（いくつかの実施形態では、ガス偏向板１５２は、接地されることができる）。したがって、イオンが、ガス偏向板１５２に接近するにつれて、反発力は、ワイヤ１５０に向けてイオン引き寄せ、イオンをガス偏向板１５２の周囲に、中心軸（Ａ）から離れる方に偏向させることにおいて補助することができる。

【0039】

さらに、当業者によって理解され、本出願人の教示に従って修正されるであろうように、オリフィス板１１６および出口レンズ１２２の各々は、イオンを入口オリフィス１１８および出口開口１２０を通過させることにおいて補助するために、そこに印加される電位を有することができる。

【0040】

ここで図３を参照すると、本出願人の教示による、イオンガイドのための一例示的設定が、描写される。当業者によって理解されるように、イオンガイド３４０に関して提供される値およびパラメータは、本出願人の教示の一非限定的実施例にすぎず、本出願人の教示を限定することを意図しない。対照的に、本出願人の教示は、当業者によって理解されるように、種々の代替、修正、および均等物を包含する。前述のイオンガイド１４０と同様に、イオンガイド３４０は、真空チャンバ内に含まれ、オリフィス板３１６の入口オリフィス３１８を通してイオンを受け取るように構成されることができる。ポンプ（図示せず）は、イオンガイド３４０を含む真空チャンバを適切な準大気圧まで真空化するように動作されることができる。一例として、ポンプは、約２５０ｍ^３／時のスピードで動作し、真空チャンバ内に準大気圧を発生させるように選択されることができる。一例として、ポンプは、チャンバを約１トル〜約２０トルの範囲内の圧力まで真空化するよう動作するように選択されることができる。入口オリフィス３４０は、種々のサイズを有することができ、例えば、入口オリフィスは、直径約２．５ｍｍを有することができる。イオンが同伴される超音速ガス流は、イオンガイド３４０の入口端から、中心軸（Ａ）に沿って、４つのワイヤ３５０間を流入することができ、ワイヤ３５０の各々は、直径約０．５ｍｍを有し、入口端において約１２ｍｍおよび出口端において約３ｍｍだけ中心軸から離間されている。外側円筒電極３４２は、種々のサイズであることができるが、図３における実施形態では、例えば、外側円筒電極３４２は、その長さに沿って、約１５ｍｍの内側半径を有することができる。中心軸（Ａ）に対して約３０度の角度で設置され得る、偏向板３５２は、中心軸（Ａ）に直交した約１２ｍｍの直径を有することができる。図３に描写される例示的実施形態では、偏向板３５２は、中心軸（Ａ）の近くに中心を置かれ、出口レンズ３２２から約６０ｍｍに位置付けられることができる。イオンガイド３２２によって集束させられるイオンは、直径約１．０ｍｍを有し得る出口開口３２０を通して伝送される。

【0041】

種々の側面では、イオンガイド３４０内のいくつかのパラメータは、ユーザによって選択されることができる。一例として、ユーザは、ワイヤ３５０に印加されるＲＦ信号を選択することができる。描写される実施形態では、例えば、ユーザは、ＲＦ信号を１ＭＨｚにおいて１８０Ｖ_ｐｐであるように設定することができる。前述のように、円筒電極３４２は、ワイヤ３５０に対して、例えば、１０Ｖ ＤＣでバイアスされることができる。同様に、そこに印加されるＤＣ電圧を有し得る、偏向板３５２は、偏向板３５２の周囲のイオンの偏向を増加させるように、ワイヤ３５０に対して、例えば、２０Ｖ ＤＣオフセットを有することができる。

【0042】

使用時、図３のイオンガイド３４０は、イオン源からイオンを受け取り、イオンを入口オリフィス３１８において発生させられた超音速ガス流から分離し、さらなる下流処理のために、出口開口３２０を通してイオンを集束させることができる。ここで図４を参照すると、イオンガイド３４０内のガス動態およびイオンの移動が、より詳細に説明される。概略図に示されるように、イオンは、イオン源（図示せず）によって発生させられた後、超音速ガス流３６４内に同伴されて、入口オリフィス３１８に流入する。ＣＦＤ（計算流体力学）シミュレーションを具体的に参照すると、当業者は、入口オリフィス３１８に流入するガスは、自由噴流膨張を受け、次いで、減速し、再収縮し、一般に、マッハディスクと称されるものを形成することを理解するであろう。再収縮後、ガス流の半径方向境界が、概して、バレルショック構造によって画定される。イオン３６６がイオンガイド３４０内に流入すると、ガス流中に最初に同伴された正イオン３６６は、例えば、ワイヤ３５０に対する外側円筒電極３４２の正ＤＣバイアスによって発生させられた八重極ＤＣ場により、ワイヤ３５０に向けて引き寄せられる。イオン運動シミュレーションを具体的に参照すると、当業者は、より小さいｍ／ｚ比を有するイオンは、概して、より大きいｍ／ｚ比を有するイオンより早く、中心軸（すなわち、ガス流から）から偏向させられることを理解するであろう。イオンは、ガス流によってイオンに与えられた軸方向速度により、イオンガイド３４０を横断し続ける。ガス流３６４およびイオン３６６が、偏向板３５２に接近するにつれて、イオンはさらに、ワイヤ３５０に対する板のＤＣバイアスに基づいて発生させられる反発力により、ガス偏向板３５２の周囲（すなわち、中心軸から離れた方）に偏向させられる。ガス流もまた、ＣＦＤシミュレーションに示されるように、中心軸から偏向させられ、外側円筒電極３４２内の出口窓３４８を通して、イオンガイド３４０から除去されることができる。ガス流の実質的部分が、除去されるため、偏向板３５２の下流の収束ワイヤ３５０によって提供されるＲＦ集束は、出口開口３２０を通して伝送するために、イオンをイオンビームに細く集束させることにおいて効果的であり得る（例えば、周囲ガス分子とのより少ない衝突のため）。

【0043】

図５は、本出願人の教示の種々の側面による、別の例示的イオンガイド５４０を描写する。イオンガイド５４０は、図１を参照して前述のイオンガイド１４０のように、入口端５４０ａから出口端５４０ｂまで延びる外側円筒電極５４２を備えている。前述のように、ワイヤ５５０は、外側円筒電極５４２を通して延び、入口板５４４から出口レンズ５２２までイオンガイド５４０を横断するにつれて、収束する。入口板５４４は、加えて、それを通して、イオンおよびガス流が入口オリフィス（図示せず）から受け取られ得る、入口開口５４６を含む。出口レンズ５２２は、さらなる処理のために、それを通してイオンビームが下流質量分析器に伝送され得る出口開口５２０を含む。図１を参照して前述の実施形態と同様に、入口開口５４６および出口開口５２０の各々は、イオンガイド５４０の中心軸上に配置されることができる。

【0044】

イオンガイド５４０は、例えば、ガス偏向板５５２が中心軸に対して角度をつけて配向されないという点において、前述のイオンガイド１４０と異なる。むしろ、ガス偏向板５５２の平面は、実質的に、中心軸（および、ガス流の中心方向）に直交する。１つ以上の出口窓５４８が、偏向板５５２に隣接する外側円筒電極５４２を通して延び、ガス偏向板５５２によって中心軸から偏向させられたガスを受け取る。いくつかの側面では、外側円筒電極５４２の出口端５４０ｂは、１つ以上の出口窓５５４をさらに含み、イオンビームが出口開口５２０を通して伝送されることに先立って、追加のガスをイオンガイド５４０から引き寄せることができる。

【0045】

加えて、図１を参照して前述の偏向板１５２は、ワイヤ１５０によって画定された円周内に配置されるが、図５Ａおよび５Ｃに描写される偏向板５５２は、代わりに、それを通してワイヤ５５０の各々が延びる１つ以上のボア５５６を含む。したがって、外側円筒電極５４２とワイヤ５５０との間のＤＣバイアスにより、イオンがガス流からワイヤ５５０に向けて引き寄せられた後、イオンは、例えば、図６のイオン運動シミュレーションに描写されるように、ワイヤに沿って、偏向板５５２内のボア５５６を通して伝送され、次いで、中心軸に向かって再集束させられることができる。

【0046】

種々の側面では、イオンガイド５４０はまた、偏向板５５２の下流に配置される追加の電極を含むことができる。非限定的実施例として、４つのロッド５５８が、図５Ｄに示されるように、収束ワイヤ５５０の円周の周囲に配置されることができる。ＲＦ信号を、例えば、４つのロッド５５８に印加することによって、ロッドは、イオンガイド５４０によって伝送されるイオンを再集束させることにおいて補助することができる。

【0047】

ここで図７を参照すると、本出願人の教示の種々の側面による、イオンガイド７４０の別の例示的実施形態が、描写される。イオンガイド７４０は、実質的に、図５を参照して前述のイオンガイド５４０と同じであるが、加えて、偏向板７５２の上流の外側円筒電極７４２内に配置される、ロッド７６０を含む。任意の数のロッド７６０が、使用されることができ、種々の構成を有することができるが、描写される実施形態では、イオンガイド７４０は、縦方向に中心軸と平行に延び、隣接するワイヤ７５０間に配置される４つのロッド７６０を含む。ロッド７６０は、ＤＣバイアスが、ワイヤおよび外側円筒電極７４２に対してロッドに印加され得るように、電源（図示せず）に連結されることができる。いくつかの実施形態では、印加されるＤＣバイアスは、ロッド７６０の長さに沿って、イオンガイド７４０の中心軸を横断してＤＣ双極場を発生させ、ガス流からのイオンの半径方向抽出をさらに補助することができる。そのような構成を使用する場合、ロッド７６０は、ワイヤ７５０のみに対して外側円筒電極７４２上に印加されるＤＣバイアスによって発生させられる八重極ＤＣ場より迅速にイオンをガス流から抽出することが可能であり得る。したがって、イオンガイド７４０は、ガス流からより多くのイオンを単離させることを可能にし、それによって、潜在的に、デバイスの感度を改善し得る。

【0048】

図５および７の偏向板５５２、７７２は、略円形であるように描写されるが、当業者は、偏向板が、種々の構成を有することができ、ガス流の中心方向に対して種々の方法で位置付けられることができることを理解するであろう。例えば、図１を参照して前述のように、偏向板１５２は、ガス流の偏向が、実質的に、外側円筒電極１４２の所定の部分（例えば、出口窓１４８）に向けられ得るように、中心軸（および、ガス流の主軸）に対して角度をつけて配向されることができる。さらに、ガス偏向板は、そのボアを通してイオンの伝送を制御するように成形されることができる。一例として、ここで図８を参照すると、ガス偏向板８５２は、本明細書のその他で論じられるように、実質的に、外側円筒電極８４２およびワイヤ８５０によって板８５２に発生させられる等電位表面と同一の形状を有するように成形されることができる。前述のように、ガス偏向板８５２は、それを通して、ワイヤ８５０の各々が通過する、複数のボア８５６を含むことができる。

【0049】

さらに、ワイヤは、種々の構成（例えば、サイズ、角度配向）を有することができ、種々のＤＣおよびＲＦ電圧が、そこに印加され、イオンがガス流から引き寄せられ、ワイヤの周囲に蓄積することをもたらすことができることを理解されるであろう。例えば、前述のワイヤは、非平行であり、例示的イオンガイドの下流端に接近するにつれて収束するが、ワイヤは、代替として、平行配向を呈することもできる。ここで図９を参照すると、本出願人の教示の種々の側面による、別の例示的イオンガイドが、描写される。前述のように、イオンガイド９４０は、真空チャンバ内に配置され（または、準大気圧の領域を画定する）、イオン源からサンプルイオン９６６を含むガス流９６４を受け取り、イオン９６６をガス流９６４から分離し、下流処理のために、イオン９６６を伝送するように構成されることができる。図９に示されるように、イオンガイド９４０の第１の部分は、実質的に、図１のイオンガイド１４０を参照して前述のように、ガス流からイオンを引き寄せるための平行ワイヤ９５０を含むことができる（図９Ｂ参照）。すなわち、外側円筒電極９４２は、ガス流からワイヤ９５０に向かってイオンを引き寄せるように構成されるＤＣ八重極場を発生させるように、イオンガイド９４０の中心軸の周りに配置される平行ワイヤ９５０に対して、ガイド９４０の入口開口９４６に流入するガス流のバレルショック構造の外側に、ＤＣバイアスを呈することができる。同時に、ワイヤ９５０は、例えば、本明細書のその他で論じられるような図１０のシミュレーションに示されるように、反発力を発生させ、それによって、ワイヤ９５０に隣接して、および／またはその周囲にイオンを蓄積するための電位井戸を生成するように（すなわち、中心軸からオフセットされるように）、そこに印加されるＲＦ信号を有することができる。

【0050】

図９Ｃに示されるように、イオンガイド９４０の第２の部分は、ガス偏向板９５２から上流に延びる内側円筒電極９７０を含む。内側円筒電極９７０の各々は、ガス偏向板９５２内のボアと整列され、およびそれを通して、ワイヤ９５０が延び得る、ボア９７２を含む。当業者によって理解されるであろうように、内側円筒電極９７０は、ワイヤ９５０に対して、ＤＣバイアスに維持されることができ、それによって、各々を通過するイオンは、反発力、内側円筒電極９７０上にＤＣバイアスによって発生させられる単極ＤＣ場、およびワイヤ９５０によって発生させられるＲＦ場の組み合わせによって捕捉される。その結果、本明細書のいずれかに論じられるように、イオンは、内側円筒電極９７０内へと、偏向板９５２を通して延びるボアを通して伝送されることができる一方、イオンガイド９４０に流入するガス流９６４の少なくとも一部は、偏向板９５２によって、出口窓９４８および中心軸から偏向させられる。

【0051】

ガス流９６４の少なくとも一部が、イオンガイド９４０の中心軸から除去されると、イオンは、半円筒電極９８０が、図９Ｄに示されるように、ガス偏向板９５２から下流に延びる、第３の部分に流入する。ワイヤ９５０は、半円筒電極９８０を通ってさらに延びる。当業者によって理解されるであろうように、半円筒電極９８０は、ワイヤ９５０に対してＤＣバイアスに維持されることができ、それによって、半円筒電極９８０の各々に流入するイオンは、概して、例えば、図１０のシミュレーションに示されるように、ワイヤ９５０および半円筒電極９８０によって発生させられる八重極ＤＣ場およびＲＦ場の組み合わせにより、イオンガイド９４０の中心軸に向かって押される。

【0052】

下流に継続して延びるワイヤ９５０は、イオンガイド９４０の第４の部分を備えている（図９Ｅ参照）。当業者によって理解されるであろうように、この第４の部分におけるワイヤ９５０の構成は、例えば、図１０のシミュレーションに示されるように、イオンを中心軸に向かってさらに駆りたてる四重極ＲＦ場を発生させる。

【0053】

各ワイヤ９５０の下流端は、例えば、イオンガイド９４０の第５の部分を備えている対応するロッド９５８に連結されることができる。そこに印加されるＲＦ信号を有し得るロッド９５８は、イオンが、図１０に描写されるように、コヒーレントイオンビームとして、出口開口を通して伝送され得るように、より優れた集束力をイオンに生成する四重極ＲＦ場を発生させることができる。

【0054】

前述のように、本出願人の教示による、イオンガイドは、ガス流中に同伴されるイオンの少なくとも一部がガス噴流から抽出され、ガス流の経路と別個の１つ以上の経路に沿って、下流に誘導されることをもたらすための任意の数のワイヤを含むことができる（イオンを欠いたガスは、イオンガイドから除去されることができる）。ここで図１１を参照すると、本出願人の教示の種々の側面による、イオンガイド１１４０の別の例示的実施形態が、描写される。図１１に示されるように、例示的イオンガイド１１４０は、入口端１１４０ａから出口端１１４０ｂまで延び、その間に延びる上部および底部対向電極１１４２ａ（底部電極１１４２ａのみ、描写される）を含む。例示的実施形態では、電極１１４２ａは、印刷回路基板（ＰＣＢ）を備えていることができ、例えば、そこに、電気信号が、その長さに沿ってイオンの移動を制御するように印加されることができる。加えて、２つの対向側壁１１４２ｂは、入口端１１４０ａから出口端１１４０ｂまで延びることができ（側壁１１４２ｂの１つのみが、描写される）、その上に、２つのワイヤ１１５０が、搭載され、イオンガイド１１４０の長さに沿って、延びることができる。

【0055】

いくつかの側面では、本明細書のその他で論じられるように、ＤＣバイアス電圧が、ワイヤ１１５０に対して対向電極１１４２ａに印加されることができる一方、ＲＦ信号が、ワイヤ１１５０の近傍に電位井戸を発生させるように、ワイヤ１１５０に印加される。一例として、電気信号は、四重極ＤＣ場および実質的単極または単極等価ＲＦ場をガス偏向器１１５２から上流のイオンガイド１１４０の一部内に発生させることができる。当業者によって理解されるであろうように、単極等価ＲＦ場は、単極成分が優位である一方、四重極成分が無視可能であることを示し、安定イオン位置が、中心軸上にない。

【0056】

イオンガイド１１４０に流入すると、イオンは、したがって、中心軸から偏向させられ、ガス噴流の外側のイオンガイド１１４０を横断することができる。前述のように、イオンガイド１１４０の中心軸上に配置されるガス偏向板１１５２は、イオンがガス流から抽出されると、１つ以上の出口窓１１４８に向かってガスを偏向させ、ガスをイオンガイドから除去することができる。

【0057】

種々の側面では、イオンガイド１１４０は、偏向板１１５２の下流に配置され、イオンガイドによって伝送されるイオンを再集束させるための追加の電極１１５８を含むことができる。一例として、ＲＦ信号が、四重極ＲＦ場を発生させ、イオンを出口端１１４０ｂ内の出口開口を通して集束するように、電極１１５８に印加されることができる。

【0058】

本明細書で論じられるイオンガイドに流入するイオンの初期軸方向速度は、いくつかの側面では、ガス噴流から除去されると、イオンガイドの長さに沿ってイオンを移送するために十分であり得るが、イオンの軸方向運動は、例えば、軸方向ＤＣ場をイオンガイド内に発生させることによって、補完されることができることを理解されるであろう。一例として、図１１に描写されるように、ＰＣＢ電極１１４２ａは、その長さに沿ってセグメント化されることができ、種々のＤＣ電圧がそこに印加され、ＤＣ「梯子」を発生させ、イオンがイオンガイド１１４０を横断するにつれて、イオンの軸方向移動を加速または減速させる。

【0059】

本明細書で使用される見出しは、編成目的のためにすぎず、限定として解釈されない。本出願人の教示は、種々の実施形態と併せて説明されたが、本出願人の教示が、そのような実施形態に限定されることを意図するものではない。対照的に、本出願人の教示は、当業者によって理解されるように、種々の代替、修正、および均等物を包含する。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】