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▶ サーモ フィッシャー サイエンティフィック （ブレーメン） ゲーエムベーハーの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024169391
(43)【公開日】2024-12-05
(54)【発明の名称】多重反射質量分析計
(51)【国際特許分類】
H01J 49/40 20060101AFI20241128BHJP
H01J 49/42 20060101ALI20241128BHJP
【ＦＩ】
H01J49/40 600
H01J49/42 450
H01J49/40 500
【審査請求】有
【請求項の数】22
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2024084013
(22)【出願日】2024-05-23
(31)【優先権主張番号】2307867.8
(32)【優先日】2023-05-25
(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB
(71)【出願人】
【識別番号】508306565
【氏名又は名称】サーモ フィッシャー サイエンティフィック （ブレーメン） ゲーエムベーハー
(74)【代理人】
【識別番号】100103610
【弁理士】
【氏名又は名称】▲吉▼田 和彦
(74)【代理人】
【識別番号】100109070
【弁理士】
【氏名又は名称】須田 洋之
(74)【代理人】
【識別番号】100119013
【弁理士】
【氏名又は名称】山崎 一夫
(74)【代理人】
【識別番号】100130937
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 泰史
(74)【代理人】
【識別番号】100144451
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴木 博子
(72)【発明者】
【氏名】ドミトリー グリンフェルド
(72)【発明者】
【氏名】ハミッシュ スチュワート
(72)【発明者】
【氏名】クリスチャン ホック
(57)【要約】
【課題】多重反射飛行時間型質量分析計を提供する。
【解決手段】補正電極は、ミラー間の空間内で又はその空間に隣接してＹ方向に沿って延びる。各補正電極は、ミラーのうちの１つからの分離がＹ方向に沿って変化するように成形されたＹ－Ｚ平面に平行な表面を有する。補正電極は、Ｙ方向に沿った距離の関数として変化する合成電圧オフセットを生成するようにバイアスされる。第１の成分は、ミラー傾斜から生じる意図された収差を補正し、第２の成分は、最大摂動から最小摂動まで広がる理想飛行時間に対する摂動から生じる意図されない収差を補正する。補正電極の形状は、意図された収差及び意図されない収差に対応するある範囲の飛行時間収差を補償するある範囲の合成電圧オフセットを生成するために、いくつか又は全部の補正電極が励起され得るような形状である。
【選択図】図４
【解決手段】補正電極は、ミラー間の空間内で又はその空間に隣接してＹ方向に沿って延びる。各補正電極は、ミラーのうちの１つからの分離がＹ方向に沿って変化するように成形されたＹ－Ｚ平面に平行な表面を有する。補正電極は、Ｙ方向に沿った距離の関数として変化する合成電圧オフセットを生成するようにバイアスされる。第１の成分は、ミラー傾斜から生じる意図された収差を補正し、第２の成分は、最大摂動から最小摂動まで広がる理想飛行時間に対する摂動から生じる意図されない収差を補正する。補正電極の形状は、意図された収差及び意図されない収差に対応するある範囲の飛行時間収差を補償するある範囲の合成電圧オフセットを生成するために、いくつか又は全部の補正電極が励起され得るような形状である。
【選択図】図４
【特許請求の範囲】
【請求項1】
多重反射飛行時間型質量分析計であって、
２つのイオン光学ミラーであって、前記ミラーの各々は、イオン注入点から離れるドリフト方向（Ｙ方向）に概ね沿って細長く、前記ミラーの各々は、Ｚ方向において他方に対向し、前記Ｚ方向は、前記Ｙ方向に直交し、前記２つのミラーは、前記Ｙ方向に沿った距離が増加するにつれて前記ミラー間の前記Ｚ方向の分離が減少するような傾斜角で傾斜している、２つのイオン光学ミラーと、
前記ミラー間の空間内で又は前記空間に隣接して前記Ｙ方向の少なくとも一部に沿って延びる少なくとも２つの補正電極と、を備え、
前記補正電極の各々は、Ｙ－Ｚ平面に実質的に平行な表面を有し、前記表面がＹ方向に沿って変化する距離だけ前記ミラーのうちの１つから分離されるような形状を有し、前記補正電極は、使用時に、前記対向するミラー間に延びる空間の少なくとも一部において、前記Ｙ方向に沿った距離の関数として変化する合成電圧オフセットを生成するように、電圧で電気的にバイアスされ、前記電圧は、前記ミラーの意図された前記傾斜角から生じる意図された収差を補正するための第１の成分と、最大摂動から最小摂動までにわたる理想飛行時間に対する摂動の範囲から生じる意図されない収差を補正するための第２の成分とを含み、第２の成分は、最大値と最小値との間で変化し、
前記少なくとも２つの補正電極の形状は、前記少なくとも２つの補正電極のいくつか又は全部が、前記第１の成分及び最大値と最小値との間で変化する前記第２の成分を含む前記電圧を印加し、前記ミラーの前記意図された傾斜角から生じる前記意図された収差と、前記最大摂動から前記最小摂動までの前記理想飛行時間に対する前記摂動の範囲から生じる前記意図されない収差とに対応する飛行時間収差の範囲を補償する合成電圧オフセットの範囲を生成するような形状である、多重反射飛行時間型質量分析計。
２つのイオン光学ミラーであって、前記ミラーの各々は、イオン注入点から離れるドリフト方向（Ｙ方向）に概ね沿って細長く、前記ミラーの各々は、Ｚ方向において他方に対向し、前記Ｚ方向は、前記Ｙ方向に直交し、前記２つのミラーは、前記Ｙ方向に沿った距離が増加するにつれて前記ミラー間の前記Ｚ方向の分離が減少するような傾斜角で傾斜している、２つのイオン光学ミラーと、
前記ミラー間の空間内で又は前記空間に隣接して前記Ｙ方向の少なくとも一部に沿って延びる少なくとも２つの補正電極と、を備え、
前記補正電極の各々は、Ｙ－Ｚ平面に実質的に平行な表面を有し、前記表面がＹ方向に沿って変化する距離だけ前記ミラーのうちの１つから分離されるような形状を有し、前記補正電極は、使用時に、前記対向するミラー間に延びる空間の少なくとも一部において、前記Ｙ方向に沿った距離の関数として変化する合成電圧オフセットを生成するように、電圧で電気的にバイアスされ、前記電圧は、前記ミラーの意図された前記傾斜角から生じる意図された収差を補正するための第１の成分と、最大摂動から最小摂動までにわたる理想飛行時間に対する摂動の範囲から生じる意図されない収差を補正するための第２の成分とを含み、第２の成分は、最大値と最小値との間で変化し、
前記少なくとも２つの補正電極の形状は、前記少なくとも２つの補正電極のいくつか又は全部が、前記第１の成分及び最大値と最小値との間で変化する前記第２の成分を含む前記電圧を印加し、前記ミラーの前記意図された傾斜角から生じる前記意図された収差と、前記最大摂動から前記最小摂動までの前記理想飛行時間に対する前記摂動の範囲から生じる前記意図されない収差とに対応する飛行時間収差の範囲を補償する合成電圧オフセットの範囲を生成するような形状である、多重反射飛行時間型質量分析計。
【請求項2】
前記理想飛行時間に対する前記摂動の範囲は、前記ミラーにおける最大正位置ずれ誤差による最大摂動から、前記ミラーにおける最大負位置ずれ誤差による最小摂動までにわたる、請求項１に記載の多重反射飛行時間型質量分析計。
【請求項3】
前記合成電圧オフセットは、イオンが反射されて前記ミラーを通って－Ｙ方向にドリフトして戻る前に、前記ミラーを通って＋Ｙ方向に前記イオンの平均ドリフト長を短縮又は延長するように作用する、請求項２に記載の多重反射飛行時間型質量分析計。
【請求項4】
前記合成電圧オフセットは、イオンが前記ミラーを通ってドリフトするときに前記イオンが行う振動の数を増加又は減少させるように作用する、請求項２又は３に記載の多重反射飛行時間型質量分析計。
【請求項5】
前記理想飛行時間に対する前記摂動の範囲は、前記ミラーにおける最大正曲率誤差による最大摂動から、前記ミラーにおける最大負曲率誤差による最小摂動までにわたる、請求項１～４のいずれか一項に記載の多重反射飛行時間型質量分析計。
【請求項6】
前記ミラーにおける前記最大正曲率誤差及び前記最大負曲率誤差は、弛みによる前記ミラーにおける曲率に対応する、請求項５に記載の多重反射飛行時間型質量分析計。
【請求項7】
前記少なくとも２つの補正電極のうちの一方の電極の形状は、曲率誤差とは無関係に位置ずれ誤差を補償し、前記少なくとも２つの補正電極のうちの別の電極の形状は、位置ずれ誤差とは無関係に曲率誤差を補償する、請求項２に従属する場合の請求項５又は６に記載の多重反射飛行時間型質量分析計。
【請求項8】
前記少なくとも２つの補正電極は、１つ以上の対の補正電極を含み、
前記補正電極又は前記各対の補正電極は、
前記第１の成分と前記第２の成分の前記最大値との和に等しい値を有する電圧を印加されたときに、前記ミラーの前記意図された傾斜角から生じる前記意図された収差と前記最大摂動から生じる前記意図されない収差とを補償する電圧オフセットを生成するように成形された第１の補正電極と、
前記第１の成分と前記第２の成分の前記最小値との和に等しい値を有する電圧を印加されたときに、前記ミラーの前記意図された傾斜角から生じる前記意図された収差と前記最小摂動から生じる前記意図されない収差とを補償する電圧オフセットを生成するように成形された第２の補正電極と、を含む、請求項１～７のいずれか一項に記載の多重反射飛行時間型質量分析計。
前記補正電極又は前記各対の補正電極は、
前記第１の成分と前記第２の成分の前記最大値との和に等しい値を有する電圧を印加されたときに、前記ミラーの前記意図された傾斜角から生じる前記意図された収差と前記最大摂動から生じる前記意図されない収差とを補償する電圧オフセットを生成するように成形された第１の補正電極と、
前記第１の成分と前記第２の成分の前記最小値との和に等しい値を有する電圧を印加されたときに、前記ミラーの前記意図された傾斜角から生じる前記意図された収差と前記最小摂動から生じる前記意図されない収差とを補償する電圧オフセットを生成するように成形された第２の補正電極と、を含む、請求項１～７のいずれか一項に記載の多重反射飛行時間型質量分析計。
【請求項9】
前記第１の補正電極及び前記第２の補正電極は、前記ミラーを通るイオンの異なる平均ドリフト長を生成するように成形され、任意選択で、前記第１の補正電極及び前記第２の補正電極のＹ方向の物理的長さは異なる、請求項８に記載の多重反射飛行時間型質量分析計。
【請求項10】
前記少なくとも２つの補正電極は、
前記第１の成分に等しい電圧を印加されたときに、前記ミラーの前記意図された傾斜角から生じる前記意図された飛行時間収差を補償する形状を有する少なくとも第１の補正電極と、
必要とされる形状間の差に対応する形状を有する第２の補正電極であって、前記第２の成分の前記最大値に等しい値を有する電圧を印加されたときに、前記第２の補正電極が前記最大摂動を補償する電圧オフセットを生成し、前記第２の成分の前記最小値に等しい値を有する電圧を印加されたときに、前記第２の補正電極が前記最小摂動を補償する電圧オフセットを生成する、第２の補正電極と、を含む、請求項１～７のいずれか一項に記載の多重反射飛行時間型質量分析計。
前記第１の成分に等しい電圧を印加されたときに、前記ミラーの前記意図された傾斜角から生じる前記意図された飛行時間収差を補償する形状を有する少なくとも第１の補正電極と、
必要とされる形状間の差に対応する形状を有する第２の補正電極であって、前記第２の成分の前記最大値に等しい値を有する電圧を印加されたときに、前記第２の補正電極が前記最大摂動を補償する電圧オフセットを生成し、前記第２の成分の前記最小値に等しい値を有する電圧を印加されたときに、前記第２の補正電極が前記最小摂動を補償する電圧オフセットを生成する、第２の補正電極と、を含む、請求項１～７のいずれか一項に記載の多重反射飛行時間型質量分析計。
【請求項11】
多重反射飛行時間型質量分析計を動作させる方法であって、前記多重反射飛行時間型質量分析計は、
２つのイオン光学ミラーであって、前記ミラーの各々は、イオン注入点から離れるドリフト方向（Ｙ方向）に概ね沿って細長く、前記ミラーの各々は、Ｚ方向において他方に対向し、前記Ｚ方向は、前記Ｙ方向に直交し、前記２つのミラーは、前記Ｙ方向に沿った距離が増加するにつれて前記ミラー間の前記Ｚ方向の分離が減少するように傾斜している、２つのイオン光学ミラーと、
前記ミラー間の空間内で又は前記空間に隣接して前記Ｙ方向の少なくとも一部に沿って延びる少なくとも２つの補正電極と、を備え、
前記補正電極の各々は、Ｙ－Ｚ平面に実質的に平行な表面を有し、前記表面が前記Ｙ方向に沿って変化する距離だけ前記ミラーのうちの１つから分離されるような形状を有し、前記補正電極は、使用時に、前記対向するミラー間に延びる空間の少なくとも一部において、前記Ｙ方向に沿った距離の関数として変化する合成電圧オフセットを生成するように、電圧で電気的にバイアスされ、前記電圧は、前記ミラーの意図された傾斜角から生じる意図された収差を補正するための第１の成分と、最大摂動から最小摂動までにわたる理想飛行時間に対する摂動の範囲から生じる意図されない収差を補正するための第２の成分とを含み、前記第２の成分は、最大値と最小値との間で変化し、
前記少なくとも２つの補正電極の形状は、前記少なくとも２つの補正電極のいくつか又は全部が、前記第１の成分及び最大値と最小値との間で変化する前記第２の成分を含む前記電圧を印加し、前記ミラーの前記意図された傾斜角から生じる前記意図された収差と、前記最大摂動から前記最小摂動までの前記理想飛行時間に対する前記摂動の範囲から生じる前記意図されない収差とに対応する飛行時間収差の範囲を補償する合成電圧オフセットの範囲を生成することができるような形状であり、
前記方法は、
イオンに前記ミラーを通るジグザグの経路をたどらせるために、電界を提供するように前記ミラーを励起することと、
前記少なくとも２つの補正電極が、前記意図された飛行時間収差及び前記意図されない飛行時間収差を補償する合成電圧オフセットを生成するように、前記少なくとも２つの補正電極の各々に、前記第１の成分及び／又は前記第２の成分を含む電圧を印加することと、
イオン源から前記ミラーにイオンを注入することと、
前記ミラーの前記イオン源と同じ端部に配置されたイオン検出器を用いて前記イオンを検出することと、を含む、方法。
２つのイオン光学ミラーであって、前記ミラーの各々は、イオン注入点から離れるドリフト方向（Ｙ方向）に概ね沿って細長く、前記ミラーの各々は、Ｚ方向において他方に対向し、前記Ｚ方向は、前記Ｙ方向に直交し、前記２つのミラーは、前記Ｙ方向に沿った距離が増加するにつれて前記ミラー間の前記Ｚ方向の分離が減少するように傾斜している、２つのイオン光学ミラーと、
前記ミラー間の空間内で又は前記空間に隣接して前記Ｙ方向の少なくとも一部に沿って延びる少なくとも２つの補正電極と、を備え、
前記補正電極の各々は、Ｙ－Ｚ平面に実質的に平行な表面を有し、前記表面が前記Ｙ方向に沿って変化する距離だけ前記ミラーのうちの１つから分離されるような形状を有し、前記補正電極は、使用時に、前記対向するミラー間に延びる空間の少なくとも一部において、前記Ｙ方向に沿った距離の関数として変化する合成電圧オフセットを生成するように、電圧で電気的にバイアスされ、前記電圧は、前記ミラーの意図された傾斜角から生じる意図された収差を補正するための第１の成分と、最大摂動から最小摂動までにわたる理想飛行時間に対する摂動の範囲から生じる意図されない収差を補正するための第２の成分とを含み、前記第２の成分は、最大値と最小値との間で変化し、
前記少なくとも２つの補正電極の形状は、前記少なくとも２つの補正電極のいくつか又は全部が、前記第１の成分及び最大値と最小値との間で変化する前記第２の成分を含む前記電圧を印加し、前記ミラーの前記意図された傾斜角から生じる前記意図された収差と、前記最大摂動から前記最小摂動までの前記理想飛行時間に対する前記摂動の範囲から生じる前記意図されない収差とに対応する飛行時間収差の範囲を補償する合成電圧オフセットの範囲を生成することができるような形状であり、
前記方法は、
イオンに前記ミラーを通るジグザグの経路をたどらせるために、電界を提供するように前記ミラーを励起することと、
前記少なくとも２つの補正電極が、前記意図された飛行時間収差及び前記意図されない飛行時間収差を補償する合成電圧オフセットを生成するように、前記少なくとも２つの補正電極の各々に、前記第１の成分及び／又は前記第２の成分を含む電圧を印加することと、
イオン源から前記ミラーにイオンを注入することと、
前記ミラーの前記イオン源と同じ端部に配置されたイオン検出器を用いて前記イオンを検出することと、を含む、方法。
【請求項12】
前記少なくとも２つの補正電極は、１つ以上の対の補正電極を含み、
前記補正電極又は各対の補正電極は、
前記第１の成分と前記第２の成分の前記最大値との和に等しい値を有する電圧を印加されたときに、前記意図された収差及び前記最大摂動から生じる前記意図されない収差を補償する電圧オフセットを生成するように成形された第１の補正電極と、
前記第１の成分と前記第２の成分の前記最小値との和に等しい値を有する電圧を印加されたときに、前記意図された収差及び前記最小摂動から生じる前記意図されない収差を補償する電圧オフセットを生成するように成形された第２の補正電極と、を含み、
本方法は、
（ｉ）前記第１の成分及び前記第２の値の前記最大値に等しい値を有する電圧を、前記第１の補正電極に印加し、前記第２の補正電極に印加しないことによって、前記最大摂動を補償すること、
（ｉｉ）前記第１の成分及び前記第２の成分の前記最小値に等しい値を有する電圧を、前記第２の補正電極に印加し、前記第１の補正電極に印加しないことによって、前記最小摂動を補償すること、又は
（ｉｉｉ）前記第１の寄与の半分と前記最大値と前記最小値との間の値を有する前記第２の寄与との和に等しい値を有する電圧を、前記第１の補正電極に印加し、前記第１の成分の半分と前記最大値と前記最小値との間の値を有する前記第２の成分との和に等しい値を有する電圧を、前記第２の補正電極に印加することによって、前記最大摂動と前記最小摂動との間の摂動を補償することを含む、請求項１１に記載の方法。
前記補正電極又は各対の補正電極は、
前記第１の成分と前記第２の成分の前記最大値との和に等しい値を有する電圧を印加されたときに、前記意図された収差及び前記最大摂動から生じる前記意図されない収差を補償する電圧オフセットを生成するように成形された第１の補正電極と、
前記第１の成分と前記第２の成分の前記最小値との和に等しい値を有する電圧を印加されたときに、前記意図された収差及び前記最小摂動から生じる前記意図されない収差を補償する電圧オフセットを生成するように成形された第２の補正電極と、を含み、
本方法は、
（ｉ）前記第１の成分及び前記第２の値の前記最大値に等しい値を有する電圧を、前記第１の補正電極に印加し、前記第２の補正電極に印加しないことによって、前記最大摂動を補償すること、
（ｉｉ）前記第１の成分及び前記第２の成分の前記最小値に等しい値を有する電圧を、前記第２の補正電極に印加し、前記第１の補正電極に印加しないことによって、前記最小摂動を補償すること、又は
（ｉｉｉ）前記第１の寄与の半分と前記最大値と前記最小値との間の値を有する前記第２の寄与との和に等しい値を有する電圧を、前記第１の補正電極に印加し、前記第１の成分の半分と前記最大値と前記最小値との間の値を有する前記第２の成分との和に等しい値を有する電圧を、前記第２の補正電極に印加することによって、前記最大摂動と前記最小摂動との間の摂動を補償することを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項13】
前記少なくとも２つの補正電極は、
前記第１の成分に等しい電圧を印加されたときに、前記ミラーの前記意図された傾斜角から生じる飛行時間収差を補償する形状を有する少なくとも第１の補正電極と、
前記第２の成分の前記最大値を有する電圧を印加されたときに、第２の補正電極が前記最大摂動を補償する電圧オフセットを生成し、前記第２の成分の前記最小値を有する電圧を印加されたときに、前記第２の補正電極が前記最小摂動を補償する電圧オフセットを生成するように、必要とされる前記形状間の差に対応する形状を有する前記第２の補正電極と、を含み、
本方法は、
（ｉ）前記意図された飛行時間収差を補償するために、前記第１の成分に等しい電圧を前記少なくとも第１の補正電極に印加し、前記意図されない飛行時間収差を補償するために、前記第２の成分の前記最大値を有する電圧を前記第２の補正電極に印加することによって、前記最大摂動を補償すること、
（ｉｉ）前記意図された飛行時間収差を補償するために、前記第１の寄与に等しい電圧を前記少なくとも第１の補正電極に印加し、前記意図されない飛行時間収差を補償するために、前記第２の成分の前記最小値を有する電圧を前記第２の補正電極に印加することによって、前記最小摂動を補償すること、又は
（ｉｉｉ）前記意図された飛行時間収差を補償するために、前記第１の成分に等しい電圧を前記少なくとも第１の補正電極に印加し、前記意図されない飛行時間収差を補償するために、前記最大値と前記最小値との間の値を有する前記第２の成分に等しい値の電圧を前記第２の補正電極に印加することによって、前記最大摂動と前記最小摂動との間の摂動を補償することを含む、請求項１１に記載の方法。
前記第１の成分に等しい電圧を印加されたときに、前記ミラーの前記意図された傾斜角から生じる飛行時間収差を補償する形状を有する少なくとも第１の補正電極と、
前記第２の成分の前記最大値を有する電圧を印加されたときに、第２の補正電極が前記最大摂動を補償する電圧オフセットを生成し、前記第２の成分の前記最小値を有する電圧を印加されたときに、前記第２の補正電極が前記最小摂動を補償する電圧オフセットを生成するように、必要とされる前記形状間の差に対応する形状を有する前記第２の補正電極と、を含み、
本方法は、
（ｉ）前記意図された飛行時間収差を補償するために、前記第１の成分に等しい電圧を前記少なくとも第１の補正電極に印加し、前記意図されない飛行時間収差を補償するために、前記第２の成分の前記最大値を有する電圧を前記第２の補正電極に印加することによって、前記最大摂動を補償すること、
（ｉｉ）前記意図された飛行時間収差を補償するために、前記第１の寄与に等しい電圧を前記少なくとも第１の補正電極に印加し、前記意図されない飛行時間収差を補償するために、前記第２の成分の前記最小値を有する電圧を前記第２の補正電極に印加することによって、前記最小摂動を補償すること、又は
（ｉｉｉ）前記意図された飛行時間収差を補償するために、前記第１の成分に等しい電圧を前記少なくとも第１の補正電極に印加し、前記意図されない飛行時間収差を補償するために、前記最大値と前記最小値との間の値を有する前記第２の成分に等しい値の電圧を前記第２の補正電極に印加することによって、前記最大摂動と前記最小摂動との間の摂動を補償することを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項14】
多重反射飛行時間型質量分析計を設計する方法であって、前記多重反射飛行時間型質量分析計は、
イオン源と、イオン検出器と、２つのイオン光学ミラーとの理想配置を構成することであって、前記ミラーの各々は、イオン注入点から離れるドリフト方向（Ｙ方向）に概ね沿って細長く、前記ミラーの各々は、Ｙ方向に直交するＺ方向において互いに対向しており、それにより、前記イオン源から供給されたイオンは、前記イオン注入点において前記ミラーに入り、次いで、前記ミラーが電界を提供するように励起されるときに、前記ミラーを通るジグザグの経路をたどる、前記理想配置を構成することと、
前記ミラー間の空間内の又は前記空間に隣接する前記Ｙ方向の少なくとも一部に沿って延びる少なくとも２つの補正電極を構成することであって、前記補正電極の各々は、Ｙ－Ｚ平面に実質的に平行な表面を有し、前記表面がＹ方向に沿って変化する距離だけ前記ミラーのうちの１つから分離されるような形状を有し、前記補正電極は、使用時に、対向する前記ミラー間に延びる空間の少なくとも一部において、前記Ｙ方向に沿った距離の関数として変化する合成電圧オフセットを生成するように、電圧で電気的にバイアスされ、前記電圧は、前記ミラーの意図された傾斜角から生じる意図された収差を補正するための第１の成分と、最大摂動から最小摂動までにわたる理想飛行時間に対する摂動の範囲から生じる意図されない収差を補正するための第２の成分とを含み、第２の成分は、最大値と最小値との間で変化する、前記補正電極を構成することと、
前記ミラーの前記理想配置から離れた最大摂動及び最小摂動、並びに前記ミラーを通るイオンの飛行時間における結果として生じる最大収差及び最小収差を決定することと、
前記少なくとも２つの補正電極のいくつか又は全部が、前記第１の成分及び最大値と最小値との間で変化する前記第２の成分を含む前記電圧を加えられて、前記ミラーの前記意図された傾斜角から生じる前記意図された収差と、前記最大摂動から前記最小摂動までの前記理想飛行時間に対する前記摂動の範囲から生じる前記意図されない収差とに対応する飛行時間収差の範囲を補償する合成電圧オフセットの範囲を生成することができるように、前記少なくとも２つの補正電極の形状を決定することと、を含む、方法。
イオン源と、イオン検出器と、２つのイオン光学ミラーとの理想配置を構成することであって、前記ミラーの各々は、イオン注入点から離れるドリフト方向（Ｙ方向）に概ね沿って細長く、前記ミラーの各々は、Ｙ方向に直交するＺ方向において互いに対向しており、それにより、前記イオン源から供給されたイオンは、前記イオン注入点において前記ミラーに入り、次いで、前記ミラーが電界を提供するように励起されるときに、前記ミラーを通るジグザグの経路をたどる、前記理想配置を構成することと、
前記ミラー間の空間内の又は前記空間に隣接する前記Ｙ方向の少なくとも一部に沿って延びる少なくとも２つの補正電極を構成することであって、前記補正電極の各々は、Ｙ－Ｚ平面に実質的に平行な表面を有し、前記表面がＹ方向に沿って変化する距離だけ前記ミラーのうちの１つから分離されるような形状を有し、前記補正電極は、使用時に、対向する前記ミラー間に延びる空間の少なくとも一部において、前記Ｙ方向に沿った距離の関数として変化する合成電圧オフセットを生成するように、電圧で電気的にバイアスされ、前記電圧は、前記ミラーの意図された傾斜角から生じる意図された収差を補正するための第１の成分と、最大摂動から最小摂動までにわたる理想飛行時間に対する摂動の範囲から生じる意図されない収差を補正するための第２の成分とを含み、第２の成分は、最大値と最小値との間で変化する、前記補正電極を構成することと、
前記ミラーの前記理想配置から離れた最大摂動及び最小摂動、並びに前記ミラーを通るイオンの飛行時間における結果として生じる最大収差及び最小収差を決定することと、
前記少なくとも２つの補正電極のいくつか又は全部が、前記第１の成分及び最大値と最小値との間で変化する前記第２の成分を含む前記電圧を加えられて、前記ミラーの前記意図された傾斜角から生じる前記意図された収差と、前記最大摂動から前記最小摂動までの前記理想飛行時間に対する前記摂動の範囲から生じる前記意図されない収差とに対応する飛行時間収差の範囲を補償する合成電圧オフセットの範囲を生成することができるように、前記少なくとも２つの補正電極の形状を決定することと、を含む、方法。
【請求項15】
前記ミラーにおける最大正位置ずれ誤差による最大摂動から前記ミラーにおける最大負位置ずれ誤差による最小摂動までの範囲の摂動に対応する飛行時間収差の範囲を、前記理想飛行時間に対して補償するために、前記少なくとも２つの補正電極の形状を決定することを含み、
前記合成電圧オフセットは、前記イオンが反射されて前記ミラーを通って－Ｙ方向にドリフトして戻る前に、前記ミラーを通って＋Ｙ方向に前記イオンの平均ドリフト長を短縮又は延長するように作用する、請求項１４に記載の方法。
前記合成電圧オフセットは、前記イオンが反射されて前記ミラーを通って－Ｙ方向にドリフトして戻る前に、前記ミラーを通って＋Ｙ方向に前記イオンの平均ドリフト長を短縮又は延長するように作用する、請求項１４に記載の方法。
【請求項16】
前記合成電圧オフセットは、前記イオンが前記ミラーを通ってドリフトするときに前記イオンが行う振動の数を増加又は減少させるように作用する、請求項１５に記載の飛行質量分析計の方法。
【請求項17】
前記ミラーにおける最大正曲率誤差による最大摂動から前記ミラーにおける最大負曲率誤差による最小摂動までの範囲の摂動に対応する飛行時間収差の範囲を、前記理想飛行時間に対して補償するために、前記少なくとも２つの補正電極の形状を決定することを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項18】
前記ミラーの前記最大正曲率誤差及び前記最大負曲率誤差は、弛みによる前記ミラーの曲率に対応する、請求項１７に記載の方法。
【請求項19】
曲率誤差とは無関係に位置ずれ誤差を補償するように前記少なくとも２つの補正電極のうちの一方の電極の形状を、位置ずれ誤差とは無関係に曲率誤差を補償するように前記少なくとも２つの補正電極のうちの別の電極の形状を決定することを含む、請求項１５に従属する場合の請求項１７又は１８に記載の方法。
【請求項20】
前記少なくとも２つの補正電極は、１つ以上の対の補正電極を含み、
前記方法は、前記補正電極又は前記各対の補正電極について、
前記第１の成分と前記第２の成分の前記最大値との和に等しい電圧を印加されたときに、前記ミラーの前記意図された傾斜角から生じる前記意図された収差及び前記最大摂動から生じる前記意図されない収差を補償する電圧オフセットを生成するように、第１の補正電極の形状を決定することと、
前記第１の成分と前記第２の成分の前記最小値との和に等しい電圧を印加されたときに、前記ミラーの前記意図された傾斜角から生じる前記意図された収差と前記最小摂動から生じる前記意図されない収差とを補償する電圧オフセットを生成するように、第２の補正電極の形状を決定することと、を含む、請求項１４～１９のいずれか一項に記載の方法。
前記方法は、前記補正電極又は前記各対の補正電極について、
前記第１の成分と前記第２の成分の前記最大値との和に等しい電圧を印加されたときに、前記ミラーの前記意図された傾斜角から生じる前記意図された収差及び前記最大摂動から生じる前記意図されない収差を補償する電圧オフセットを生成するように、第１の補正電極の形状を決定することと、
前記第１の成分と前記第２の成分の前記最小値との和に等しい電圧を印加されたときに、前記ミラーの前記意図された傾斜角から生じる前記意図された収差と前記最小摂動から生じる前記意図されない収差とを補償する電圧オフセットを生成するように、第２の補正電極の形状を決定することと、を含む、請求項１４～１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項21】
前記第１の補正電極及び前記第２の補正電極は、前記ミラーを通るイオンの異なる平均ドリフト長を生成するように成形され、任意選択で、前記第１の補正電極及び前記第２の補正電極のＹ方向の物理的長さは異なる、請求項２０に記載の方法。
【請求項22】
前記第１の成分に等しい値を有する電圧を印加されたときに、前記Ｙ方向に沿った前記ミラーの前記意図された傾斜角に対応する飛行時間収差を補償する少なくとも第１の補正電極の形状を決定することと、
前記第２の成分の前記最大値を有する電圧を印加されたときに、第２の補正電極が前記最大摂動を補償する電圧オフセットを生成し、前記第２の補正電極の前記最小値を有する電圧を印加されたときに、前記第２の補正電極が前記最小摂動を補償する電圧オフセットを生成するように、必要とされる前記形状間の差に対応するように前記第２の補正電極の形状を決定することと、を含む、請求項１４～１９のいずれか一項の記載の方法。
前記第２の成分の前記最大値を有する電圧を印加されたときに、第２の補正電極が前記最大摂動を補償する電圧オフセットを生成し、前記第２の補正電極の前記最小値を有する電圧を印加されたときに、前記第２の補正電極が前記最小摂動を補償する電圧オフセットを生成するように、必要とされる前記形状間の差に対応するように前記第２の補正電極の形状を決定することと、を含む、請求項１４～１９のいずれか一項の記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、質量分析計の分野に関し、具体的には、飛行時間型質量分析法、及びイオン飛行経路を延長するための多重反射技術を利用した静電トラップ質量分析法に関する。
【背景技術】
【0002】
多重反射を利用して質量分析計内のイオンの飛行経路を延長する様々な配置が公知である。飛行経路の延長は、イオン間の小さな質量差を区別する能力を高めるので、飛行時間型（ＴｏＦ）質量分析計内のイオンの飛行時間による分離を増大するために望ましい。
【0003】
多重反射飛行時間型（ＭＲ－ＴｏＦ）質量分析器の例は、国際公開第２０１３／１１０５８７号に見出される。２つの平行な対向するミラー電極は、ドリフト方向（Ｙ方向）に細長い。イオンは、イオントラップから抽出され、ミラー電極に注入され、次いで、イオンは、ミラー電極間（Ｚ方向）で反射される一方で、ドリフト方向においてミラー電極の延長長さに沿って比較的ゆっくりとドリフトする。したがって、イオンは、質量分析器を通るジグザグの飛行経路をたどる。
【0004】
更に、ミラー電極は、ドリフト方向に延びるにつれてＸ方向におけるそれらの分離が減少するように、角度Θだけ傾斜している。対向するミラー電極間で振動を開始するイオンはまた、イオンがミラー電極に注入された初期傾斜に起因してＹ方向にもドリフトする。ミラー集束傾斜角Θは、２回の反射を含む振動毎に軌道傾斜角を２Θだけ減少させる。その結果、イオンがミラー電極を通って戻り、イオントラップに隣接して配置されたイオン検出器によって検出されるように、ドリフト方向が最終的に反転される。
【0005】
しかしながら、傾斜したミラー電極は、ＴｏＦ収差を引き起こす。これは、全部のイオンがミラー電極を通る共通経路をたどるわけではないからである。イオンがミラー電極に注入されるビーム角の有限の広がりは、一部のイオンが他のイオンよりもミラー電極の更に下方にドリフトすることをもたらす。ミラー電極を通って長手方向軸に対して浅い角度で入るイオンは、比較的急な角度で注入されるイオンよりもミラー電極の更に下方にドリフトする。有利なことに、イオンは、イオン検出器に戻るときにもう一度空間的に集束される。しかしながら、イオンの振動周期が、ミラー電極間の間隔の減少の結果としてドリフト方向に沿った距離の関数として減少するので、時間収差が導入される。
【0006】
これらのＴｏＦ収差は、イオンがストライプ電極を使用してミラー電極間を横切るときにイオンを減速することによって修正される。ストライプ電極は、ミラー電極に沿った距離の関数として変化する電圧を有する電界を生成するように成形される。電界は、イオンがミラー電極に沿って更にドリフトするほど減速されるように、ドリフト方向に沿って増加する。この減速は、振動の周期をドリフト方向に沿った距離の関数として増加させ、それによって集束ミラー電極による周期の減少を緩和する。
【0007】
ストライプ電極に印加される電圧は、ミラー電極に注入されるイオンの角度広がりから生じるＴｏＦ収差を相殺する電界を生成するように調整することができる。この補正は、ミラー間の距離が変化しても、ドリフト長に沿った全部の位置において、対向するミラー電極間のイオンの各振動に対して実質的に等しい振動時間を生成するのに役立つ。
【0008】
これらのストライプ電極は、必要とされる傾斜によって完全なミラー電極においてさえ引き起こされる不可避のＴｏＦ収差を補償するように設計される。
【0009】
代替的なＭＲ－ＴｏＦ分析器は、米国特許出願公開第２０２０／０２４３３２２号に記載されている。分析器は、傾斜しているのではなく平行であるミラー電極を備え、したがって、イオンは、一定のドリフト速度でミラー電極の長さに沿って進行し、イオンが注入されるイオントラップとは反対側のミラー電極の端部で検出される。
【0010】
米国特許出願公開第２０２０／０２４３３２２号はストライプ電極を含むが、国際公開第２０１３／１１０５８７号とは異なる理由で、ミラー電極を意図的に傾斜させることから生じるＴｏＦ収差を補正する必要がない。その代わりに、第１の対の湾曲したストライプ電極が、ミラー電極における任意の曲率を補正するために使用される。第２の対のストライプ電極は、ミラー電極間の位置ずれを補正するために使用される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0011】
第１の態様によれば、２つのイオン光学ミラーを備える多重反射飛行時間型質量分析計が提供され、各ミラーは、イオン注入点から離れるドリフト方向（Ｙ方向）に概ね沿って細長く、各ミラーは、Ｚ方向において他方に対向し、Ｚ方向は、Ｙ方向に直交する。２つのミラーは、Ｚ方向に沿った距離が増加するにつれてＺ方向におけるミラー間の分離が減少するように傾斜される。
【0012】
質量分析計は、ミラー間の空間内で又はその空間に隣接してＹ方向の少なくとも一部分に沿って延びる少なくとも２つの補正電極を更に備える。各補正電極は、Ｙ－Ｚ平面に実質的に平行な表面を有し、表面がＹ方向に沿って変化する距離だけミラーのうちの１つから分離されるような形状を有する。使用時、補正電極は、対向するミラー間に延びる空間の少なくとも一部において、Ｙ方向に沿った距離の関数として変化する合成電圧オフセットを生成するように、電圧で電気的にバイアスされる。電圧は、ミラーの意図された傾斜角から生じる意図された収差を補正するための第１の成分、及び／又は最大摂動から最小摂動（ミラーの機械的不完全性から生じる摂動など）に及ぶ理想飛行時間に対する摂動の範囲から生じる意図されない収差を補正するための第２の成分を含み、第２の成分は、最大値と最小値との間で変化する。少なくとも２つの補正電極の形状は、少なくとも２つの補正電極のいくつか又は全部が、第１の成分及び最大値と最小値との間で変化する第２の成分を含む電圧でバイアスされて、ある範囲の合成電圧オフセットを生成することができるように選択される。これらのオフセットは、ミラーの意図された傾斜角から生じる意図された収差に対応する飛行時間収差の範囲と、最大摂動から最小摂動まで延びる理想飛行時間に対する摂動の範囲から生じる意図されない収差とを補正する。
【0013】
質量分析計を通るイオンの理想飛行時間は、ミラーが完全に平坦であり、意図された傾斜角に設定されて完全に位置合わせされているときの、ミラーを通るイオンの飛行時間に対応する。補正電極は、第１の成分を介してミラー間の意図された傾斜角に対する補正と、第２の成分を介してミラーの実際の構成における誤差に対する補正との両方を提供する。例えば、ミラーが位置ずれして、正確に意図された傾斜角にない場合がある。また、ミラーは、完全に直線ではなく、弛み（重力と、ミラー内の応力の解放及び他の機械加工の不完全性などの他の要因との両方によって引き起こされる）による曲率を有する場合がある。
【0014】
理想飛行時間に対する摂動の範囲は、ミラーにおける最大正位置ずれ誤差による最大摂動から、ミラーにおける最大負位置ずれ誤差による最小摂動まで広がり得る。最大正位置ずれ誤差及び最大負位置ずれ誤差は、質量分析計に影響を及ぼすと予想される最大及び最小の位置ずれ誤差であり得る。最大正位置ずれ誤差及び最大負位置ずれ誤差は、製造公差に対応し得る。単なる例として、シムを使用して、他の平行ミラー対に意図された傾斜を導入し得、その場合、最大正位置ずれ誤差及び最大負位置ずれ誤差は、シムの公称厚さ付近の製造公差に対応し得る。
【0015】
補正電極は、合成電圧オフセットが、イオンが反射されてミラーを通って－Ｙ方向にドリフトバックする前に、ミラーを通って＋Ｙ方向にイオンの平均ドリフト長を短縮又は延長するように作用するように成形され得る。この構成は、より小さな位置ずれ誤差が補償されることを可能にする。より大きな位置ずれ誤差については、イオンがミラーを通ってドリフトするときにイオンが行う振動の数を増加又は減少させる、より大きな合成電圧オフセットが使用され得る。
【0016】
理想飛行時間に対する摂動の範囲は、ミラーにおける最大正曲率誤差による最大摂動からミラーにおける最大負曲率誤差による最小摂動まで広がり得る。最大正曲率誤差及び最大負曲率誤差は、質量分析計に影響を及ぼすと予想される最大曲率誤差及び最小曲率誤差であり得る。ミラーにおける最大正曲率誤差及び最大負曲率誤差は、弛みによるミラーの曲率に対応し得る。
【0017】
少なくとも１つの補正電極は、位置ずれ誤差及び曲率誤差の両方を補償するように成形され得る。代替的に、少なくとも２つの補正電極のうちの１つの電極の形状は、曲率値とは無関係に位置ずれ値を補正し得、少なくとも２つの補正電極のうちの別の電極の形状は、位置ずれ値とは無関係に曲率値を補正し得る。
【0018】
任意選択で、少なくとも２つの補正電極は、１つ以上の対の補正電極を含む。補正電極の対又は各対は、第１の成分＋第２の成分の最大値に等しい値を有する電圧を印加されたときに、ミラーの意図された傾斜角から生じる意図された収差及び最大摂動から生じる意図されない収差を補償する電圧オフセットを生成するように成形された第１の補正電極を含み得る。補正電極の対又は各対は、第１の成分＋第２の成分の最小値に等しい値を有する電圧を印加されたときに、ミラーの意図された傾斜角から生じる意図された収差と最小摂動から生じる意図されない収差とを補償する電圧オフセットを生成するように成形された第２の補正電極を含み得る。第１の補正電極及び第２の補正電極は、ミラーを通るイオンの異なる平均ドリフト長を生成するように成形され得る。第１の補正電極及び第２の補正電極のＹ方向の物理的な長さは異なっていてもよい。最大摂動の補正が必要な場合、第１の補正電極は、第１の成分＋第２の成分の最大値に等しい値を有する電圧を印加される一方、第２の補正電極は接地される。最小摂動に対する補正が必要とされるとき、第２の補正電極は、第１成分＋第２の成分の最小値に等しい値を有する電圧を印加される一方、第１の補正電極は接地される。最大摂動と最小摂動との間の摂動の補正が必要とされる場合、第１の補正電極及び第２の補正電極は、第１の成分の半分＋第２の成分の所定の最小値と最大値との間の値に等しい電圧を印加される。次に、各補正電極は、必要とされる第１の成分の半分に寄与して、それらが合計されてミラーの傾斜の補正を提供し、次に、第２の成分によって必要に応じて調整されて、意図されない摂動を補正する。ミラーが正確に意図したものである場合、意図されない収差の補正は必要なく、第１の補正電極及び第２の補正電極は、第１の成分の半分の値＋第２の成分の同じ値を有する等しい電圧で付勢されることによって最大摂動及び最小摂動に対して与えられる補正を相殺する。第２の成分値は、０であってもよい。そのような構成では、各補正電極は、意図された飛行時間収差と意図されない飛行時間収差の両方を補償するので、補正電極の形状は、両方の機能を反映する複合形状でなければならない。
【0019】
代替的に、異なる補正電極を使用して、意図された飛行時間収差及び意図されない飛行時間収差を補償することができる。例えば、少なくとも２つの補正電極は、少なくとも、意図された飛行時間収差を補償するための形状を有する第１の補正電極と、必要とされる形状間の差に対応する形状を有する第２の補正電極であって、第１の成分＋第２の成分の最大値に等しい値を有する電圧を印加されたときに、第２の補正電極が最大摂動を補償する電圧オフセットを生成し、第１の成分＋第２の成分の最小値に等しい値を有する電圧を印加されたときに、第２の補正電極が最小摂動を補償する電圧オフセットを生成する、第２の補正電極とを含み得る。ミラーが正確に意図されたものである場合、意図されない収差の補正は必要とされず、したがって、第２の補正電極は接地され、少なくとも第１の補正電極が意図された収差を補償するために使用される。意図されない収差の補正が必要とされる場合、第２の電極は、必要な補正を提供するために第２の成分の最大値と最小値との間の電圧で付勢され、最大値は最大摂動を補正し、最小値は最小摂動を補正し、最大値と最小値との間の第２の成分の値は最大摂動と最小摂動との間の摂動を補正する。少なくとも第１の補正電極は、第２の補正電極を挟む一対の電極であってもよい。電極対の各々は、第１の成分の半分に等しい電圧を印加され得る。
【0020】
第２の態様によれば、多重反射飛行時間型質量分析計を動作させる方法が提供される。分析計は、２つのイオン光学ミラーを備え、各ミラーは、イオン注入点から離れるドリフト方向（Ｙ方向）に概ね沿って細長く、各ミラーは、Ｚ方向において他方に対向し、Ｚ方向は、Ｙ方向に直交する。２つのミラーは、Ｙ方向に沿った距離が増加するにつれてＺ方向におけるミラー間の分離が減少するように傾斜される。分析計は、ミラー間の空間内で又はその空間に隣接してＹ方向の少なくとも一部分に沿って延びる少なくとも２つの補正電極を更に備える。各補正電極は、Ｙ－Ｚ平面に実質的に平行な表面を有し、表面がＹ方向に沿って変化する距離だけミラーのうちの１つから分離されるような形状を有する。使用時に、補正電極は、対向するミラー間に延びる空間の少なくとも一部において、Ｙ方向に沿った距離の関数として変化する合成電圧オフセットを生成するように、電圧で電気的にバイアスされ、電圧は、ミラーの意図された傾斜角から生じる意図された収差を補正するための第１の成分と、最大摂動から最小摂動まで広がる理想飛行時間に対する摂動の範囲から生じる意図されない収差（ミラーの機械的不完全性によって生じる収差など）を補正するための第２の成分とを含み、第２の成分は、最大値と最小値との間で変化する。少なくとも２つの補正電極の形状は、少なくとも２つの補正電極のいくつか又は全部が、第１の成分及び最大値と最小値との間で変化する第２の成分を含む値を有する電圧を印加されて、最大摂動から最小摂動まで広がる理想飛行時間に対する摂動の範囲に対応する飛行時間収差の範囲を補償する合成電圧オフセットを生成するように選択される。
【0021】
この方法は、イオンにミラーを通るジグザグの経路をたどらせる電界を提供するためにミラーを励起することを含む。本方法はまた、少なくとも２つの補正電極の各々に、第１の成分及び／又は第２の成分を含む値を有する電圧を印加して、少なくとも２つの補正電極が、最大摂動から最小摂動に広がる理想飛行時間に対する摂動の範囲内の飛行時間収差を補償する合成電圧オフセットを生成するようにすることを含む。本方法は、イオン源からミラーにイオンを注入することと、ミラーのイオン源と同じ端部に配置されたイオン検出器でイオンを検出することとを更に含む。
【0022】
任意選択で、少なくとも２つの補正電極は、１つ以上の対の補正電極を含む。補正電極又は各対の補正電極は、第１の補正電極が第１の成分＋第２の成分の最大値に等しい値を有する電圧を印加されたときに、第１の補正電極が最大摂動を補償する電圧オフセットを生成するように成形された第１の補正電極を少なくとも含み得る。補正電極又は各対の補正電極は、第２の補正電極が第１の成分＋第２の成分の最小値に等しい値を有する電圧を印加されたときに、第２の補正電極が最小摂動を補償する電圧オフセットを生成するように成形された第２の補正電極を更に含み得る。次いで、本方法は、（ｉ）第１の成分＋第２の成分の最大値に等しい値を有する電圧を、第１の補正電極に印加し、第２の補正電極に印加しないことによって、最大摂動を補償すること、（ｉｉ）第１の成分及び第２の成分の最小値に等しい値を有する電圧を、第２の補正電極に印加し、第１の補正電極に印加しないことによって、最小摂動を補償すること、又は（ｉｉｉ）第１の成分の半分＋第２の成分の最大値と最小値との間の値に等しい値を有する電圧を、第１の補正電極に印加し、第１の成分の半分＋第２の成分の最大値と最小値との間の値に等しい値を有する電圧を、第２の電極に印加することによって、最大摂動と最小摂動との間の摂動を補償することを含み得る。
【0023】
任意選択で、少なくとも２つの補正電極は、第１の成分に等しい値を有する電圧を印加されたときに、Ｙ方向に沿ったミラーの意図された傾斜角に対応する飛行時間収差を補償する形状を有する第１の補正電極を少なくとも含む。少なくとも２つの補正電極は、必要とされる形状間の差に対応する形状を有する第２の補正電極であって、第２の成分の最大値に等しい値を有する電圧を印加されたときに、第２の補正電極が最大摂動を補償する電圧オフセットを生成し、第２の成分の最小値に等しい値を有する電圧を印加されたときに、第２の補正電極が最小摂動を補償する電圧オフセットを生成する、第２の補正電極を更に含み得る。次に、本方法は、（ｉ）意図された飛行時間収差を補償するために、第１の成分に等しい電圧を少なくとも第１の補正電極に印加し、第２の成分の最大値を有する電圧を第２の電極に印加することによって、最大摂動を補償すること、（ｉｉ）意図された飛行時間収差を補償するために、第１の成分に等しい電圧を少なくとも第１の補正電極に印加し、第２の成分の最小値を有する電圧を第２の電極に印加することによって、最小摂動を補償すること、又は（ｉｉｉ）意図された飛行時間収差を補償するために、第１の成分に等しい電圧を少なくとも第１の補正電極に印加し、第２の成分の最大値と最小値の間の値を有する電圧を第２の電極に印加することによって、最大摂動と最小摂動との間の摂動を補償することを含み得る。少なくとも第１の補正電極は、第２の補正電極を挟む一対の電極であってもよい。電極対の各々は、第１の成分の半分に等しい電圧を印加され得る。
【0024】
第３の態様によれば、多重反射飛行時間型質量分析計を設計する方法が提供される。本方法は、イオン源と、イオン検出器と、２つのイオン光学ミラーとの理想配置を構成することであって、ミラーの各々は、イオン注入点から離れるドリフト方向（Ｙ方向）に概ね沿って細長く、ミラーの各々は、Ｙ方向に直交するＺ方向において互いに対向しており、それにより、イオン源から供給されたイオンは、イオン注入点においてミラーに入り、次いで、ミラーが電界を提供するように励起されるときに、ミラーを通るジグザグの経路をたどる、構成することを含む。本方法はまた、ミラー間の空間内の又は空間に隣接するＹ方向の少なくとも一部に沿って延びる少なくとも２つの補正電極を構成することであって、補正電極の各々は、Ｙ－Ｚ平面に実質的に平行な表面を有し、表面がＹ方向に沿って変化する距離だけミラーのうちの１つから分離されるような形状を有し、補正電極は、使用時に、対向するミラー間に延びる空間の少なくとも一部において、Ｙ方向に沿った距離の関数として変化する合成電圧オフセットを生成するように、電圧で電気的にバイアスされ、電圧は、ミラーの意図された傾斜角から生じる意図された収差を補正するための第１の成分と、最大摂動から最小摂動までにわたる理想飛行時間に対する摂動の範囲から生じる意図されない収差（ミラーの機械的不完全性によって生じる収差など）を補正するための第２の成分とを含み、第２の成分は、最大値と最小値との間で変化する、構成することを含む。本方法はまた、ミラーの理想配置から離れた最大摂動及び最小摂動、並びにミラーを通るイオンの飛行時間における結果として生じる最大収差及び最小収差を決定することを含む。本方法はまた、少なくとも２つの補正電極のいくつか又は全部が、第１の成分及び最大値と最小値との間で変化する第２の成分を含む値を有する電圧を印加されて、最大摂動から最小摂動まで広がる飛行時間収差の範囲を補償する合成電圧オフセットの範囲を生成するように、少なくとも２つの補正電極の形状を決定することを含み得る。
【0025】
本方法は、ミラーにおける最大正位置ずれ値による最大摂動からミラーにおける最大負位置ずれ値による最小摂動までの範囲の摂動に対応する飛行時間収差の範囲を、理想飛行時間に対して補償するために、少なくとも２つの補正電極の形状を決定することを含み得る。
【0026】
合成電圧オフセットは、イオンが反射されてミラーを通って－Ｙ方向にドリフトして戻る前に、ミラーを通って＋Ｙ方向にイオンの平均ドリフト長を短縮又は延長するように作用し得る。合成電圧オフセットは、イオンがミラーを通ってドリフトするときにイオンが行う振動の数を増加又は減少させるように作用し得る。
【0027】
本方法は、ミラーにおける最大正曲率誤差による最大摂動からミラーにおける最大負曲率誤差による最小摂動までの範囲の摂動に対応する飛行時間収差の範囲を、理想飛行時間に対して補償するために、少なくとも２つの補正電極の形状を決定することを含み得る。ミラーにおける最大正曲率誤差及び最大負曲率誤差は、弛みによるミラーの曲率に対応する。
【0028】
本方法は、曲率誤差とは無関係に位置ずれ誤差を補償するように少なくとも２つの補正電極のうちの一方の電極の形状を、位置ずれ誤差とは無関係に曲率誤差を補償するように少なくとも２つの補正電極のうちの別の電極の形状を決定することを含み得る。
【0029】
任意選択で、少なくとも２つの補正電極は、１つ以上の対の補正電極を含む。次に、本方法は、補正電極又は各対の補正電極について、第１の成分＋第２の成分の最大値に等しい値を有する電圧を印加されたときに、第１の補正電極が最大摂動を補償する電圧オフセットを生成するように第１の補正電極の形状を決定することを含み得る。本方法はまた、第２の補正電極が第１の成分＋第２の成分の最小値に等しい値を有する電圧を印加されたときに、第２の補正電極が最小摂動を補償する電圧オフセットを生成するように第２の補正電極の形状を決定することを含み得る。第１の補正電極及び第２の補正電極は、ミラーを通るイオンの異なる平均ドリフト長を生成するように成形され得る。第１の補正電極及び第２の補正電極のＹ方向の長さは異なっていてもよい。
【0030】
任意選択で、本方法は、第１の成分に等しい電圧を印加されたときに、Ｙ方向に沿ったミラーの意図された傾斜角に対応する飛行時間収差を補償する少なくとも第１の補正電極の形状を決定することを含む。本方法はまた、第２の成分の最大値を有する電圧を印加されたときに、第２の補正電極が最大摂動を補償する電圧オフセットを生成し、第２の成分の最小値を有する電圧を印加されたときに、第２の補正電極が最小摂動を補償する電圧オフセットを生成するように、必要とされる形状間の差に対応するように第２の補正電極の形状を決定することを含み得る。
【0031】
本発明をより容易に理解することができるように、添付の図面を例としてのみ参照する。
【図面の簡単な説明】
【0032】
【図1】従来技術の多重反射飛行時間型質量分析計の概略図である。
【図2】シムを介して集束角度を提供するミラーアセンブリ設計の概略図である。
【図3A】補正電極についての正規化された形状関数を示す。
【図3B】補正電極及びミラー傾斜が一緒に作用するときに得られる飛行時間補正を示す。
【図4】物理的長さが等しくない補正電極を有する多重反射飛行時間型質量分析計の第１の実施形態の概略図である。
【図5A】異なるドリフト長Ｌ１及びＬ２に正規化されたドリフト座標「ｙ」の関数としての補正電極形状を示す。
【図5B】３００ｍｍ～４００ｍｍの可変有効ドリフト長Ｌを提供し、それにより、ミラー位置ずれを補正するために、異なる形状で異なる電気バイアスを有する２対の補正電極を伴う配列を示す。
【図6A】形状関数が、対応して３７５ｍｍ及び３２５ｍｍの有効ドリフト長に正規化された形状関数間の差に等しい差動補正電極の形状関数を示す。
【図6B】電圧Ｕ１で付勢される１対の差動補正電極を含む３対の補正電極を有する構成を示す。
【図7A】弛みパラメータ±０．０１ｍｍの弛みを有するミラーの最適解を実現する補正電極の形状関数を示す。
【図8】両方の曲線を補正する差動補正電極の対を含む補正電極を示す。
【発明を実施するための形態】
【0033】
上述したように、質量分析計は、通常、イオンの飛行経路を延長するために多重反射を利用し、これは、イオンの飛行時間分離を増加させ、したがって、飛行時間（ＴｏＦ）質量分析計内の分解能を増加させるので望ましい。図１は、多重反射飛行時間型（ＭＲ－ＴｏＦ）質量分析器１０の一例を示す。一対のイオン光学ミラーは、ドリフト方向（ｙ方向）に細長い２つの平行な対向ミラー電極１２によって提供される。イオン２０はイオントラップ１４から抽出され、ミラー電極１２に注入される。イオン２０は、第１のミラー電極１２から反射される前にレンズ／偏向器１８によってビーム成形される。次いで、拡大するイオンビームは、第２の偏向器及びドリフト集束レンズ１９に当たり、第２の偏向器及びドリフト集束レンズ１９は、最終的な注入角度を設定し、イオンビーム２０を達成可能な限り平行化する。イオン２０は、その後、ミラー電極１２の間で（ｚ方向に）多重反射される一方で、ドリフト（ｙ）方向にミラー電極１２の延長長さに沿って比較的ゆっくりドリフトする。したがって、イオン２０は、質量分析器１０を通るジグザグの飛行経路をたどる。
【0034】
更に、ミラー電極１２は、ドリフト方向に延びるにつれてｚ方向におけるそれらの分離が減少するように、角度Θ（典型的には、約０．０５度）だけ傾斜している。集束角度Θは、イオン２０の軌道傾斜角度を、振動毎に２Θだけ減少させる（各振動は２回の反射を含む）。その結果、イオン２０のドリフトは最終的に反転され、イオン２０はミラー電極１２を通って戻り、イオントラップ１４に隣接して配置されたイオン検出器１６によって検出される。
【0035】
イオン２０は、注入角度の広がりが小さいので、イオンビーム２０は、ミラー電極１２に沿ってドリフトするにつれて広がる。したがって、ミラー電極１２に沿ったイオンのドリフト長は、そのイオンの注入角度に応じて変化し、比較的急な角度で注入されたイオン２０は、ｙ方向により低い速度成分を有し、したがって、ｙ方向により高い速度成分を有する比較的浅い角度で注入されたイオンよりもミラー電極１２に沿ってドリフトする距離が短くなる。小さい傾斜角度Θは、ミラー電極１２に沿って更にドリフトするイオン２０は、それほど遠くにドリフトしないイオン２０よりもミラー電極１２間のより狭い間隙を経るため、イオン２０の飛行時間に広がりを生じさせるように作用する。このことは、同じｍ／ｚ比を有するが、異なる注入角度を伴うイオン２０に対して異なる飛行時間をもたらし、ひいては、分解能の損失をもたらす。
【0036】
傾斜ミラー電極１２によって導入される誤差は、ドリフト次元の長さに沿って一対の補正電極２４を追加することによって対処され、一方の補正電極２４はイオンビーム２０の上方に配置され、他方の補正電極２４はイオンビーム２０の下方に配置される。各補正電極２４のエッジは、補正すべき誤差に対応する形状関数Ｓ（ｙ）によって決定される形状を有する。形状関数は、ドリフト（ｙ）方向に沿った位置の関数として、補正電極２４の幅（ｚ方向）を定義し得る。補正電極２４は、イオン２０が伝搬する領域で電界を修正し、したがって、イオン２０に追加のドリフト偏向及び飛行時間摂動を引き起こす。更に、電界に対する修正は、補正電極２４が、開始点ｙ0及び初期ドリフト速度ｖ0＝ｄｙ0／ｄｔの任意の変動にかかわらず、全部のイオン２０がイオントラップ１４からイオン検出器１６まで同じ飛行時間を有することを確実にするように、ミラー電極の集束の影響に対抗するように設定することができる。
【0037】
この補正は、補正電極２４の特定の形状を採用することによって、ミラー電極の集束角度Θの値を変化させるために達成することができる。この形状は、ドリフト方向ｙに沿った各値ｙにおけるｚ方向の補正電極２４の幅を記述する多項式である形状関数Ｓ（ｙ）によって定義され得る。
【0038】
【数1】
【0039】
【数2】
【0040】
係数ｃ［ｎ］を最適化すると、同じｍ／ｚ比を有するイオン２０の飛行時間の分散が最小になる。関数ｓ（ｙ／ｌ）は負の値をとることができるが、形状関数Ｓ（ｙ）は、ストライプ幅Ｓ（ｙ）がｙの全部の値に対して正であることを保証するｃ0を選択することによって正に保たれる。
【0041】
正規化された関数ｓ（ｙ）の例を、図３Ａに示す。図３Ｂは、得られた飛行時間誤差対イオンの注入角度を示し、特に、注入角度の３０％の範囲内で達成された非常に低減された飛行時間誤差プラトーを示す。この飛行時間分散の減少は、初期イオン速度の熱分散によって引き起こされる検出イオンピークの幅を最小化する。
【0042】
イオンのドリフトは、電圧Ｕs及び集束角度Θでバイアスされた補正電極２４から生じる２つの疑似電位Φs（ｙ）及びΦm（ｙ）によって断熱近似で説明することができる。
【0043】
【数3】
【0044】
【数4】
【0045】
【数5】
【0046】
【数6】
【0047】
イオン２０がイオン検出器１６に入射することを確実にするために、ｙ＝０からｙ＝Ｌまで、及びｙ＝０に戻る総ドリフト時間は、振動あたりの時間Ｋ0Ｔoscillの倍数でなければならず、ここで、Ｋ0は、（ｙ方向における）ドリフトあたりの（ｚ方向における）振動の数である。この要件は、飛行時間誤差の補正の要件と共に、正規化座標ｙ／Ｌにおいて図３Ａに示されるような形状の補正電極２４を用いて、ミラー集束角度Θが特定の値をとるときに満たすことができる。
【0048】
無次元関数ｓ（ｙ／Ｌ）は最適解に対して厳密に定義されるが、ドリフト長Ｌは選択すべき自由パラメータである。ドリフト長Ｌは、以下の式によってミラー集束角度Θに関連付けられる。
【0049】
【数7】
【0050】
上記は、ミラー電極１２の所定の集束角度Θを有する飛行時間型質量分析器１０を説明している。しかしながら、機械的不完全性は、補正電極２４によってもたらされる飛行時間補正に対抗するように作用し得る。例えば、機械的不完全性は、ミラー電極１２の所定の集束角度Θからの位置ずれ、及び弛みなどのミラー電極１２の曲率であり得る。これらの欠陥は、分解能に直接影響する。
【0051】
図２は、ミラー電極１２を定位置に保持するための典型的な構成を示す。２つの平行なロッド２６がミラー電極１２を保持し、集束角度Θは、ミラー電極１２のうちの１つの端部間に配置されたある厚さのシム２８によって画定され、シム２８は、２つの平行なロッド２６のうちの１つによって所定の位置に保持され、それによってミラー電極１２を平行な位置合わせから移動させる。ロッド２６は、インバールから製造され、ミラー電極の集束角度Θを安定に保つために正確に等しい長さを有する。図２はまた、潜在的な機械的欠陥、すなわち、位置ずれ３０及び弛み３２を示す。
【0052】
質量分析器１０は、ドリフトのイオンエネルギー成分が典型的には全運動エネルギーのわずか１／１０００である（例えば、前者は電荷当たり５ｅＶであり、後者は電荷当たり４０００ｅＶである）ため、ミラーの機械的不完全性に非常に敏感である。ミラー傾斜及び補正電極２４は、一緒に作用して、ドリフト反転有効電位を生成し、これは数ボルト強にすぎない。ミラー形状のいかなる摂動も、振動方向とドリフト方向とを結合することによってこの有効電位に影響を及ぼし、イオン光学収差のさもなければ精密にバランスのとれていた補償を乱す。ドリフトの空間集束とＴｏＦ収差補償の両方が問題となる。
【0053】
ＴｏＦにおける収差に対抗する１つの方法は、質量分析器１０に極めて厳しい公差を課すことであり、例えば、構成要素を１０ミクロン未満の精度に機械加工することである。しかしながら、０．５ｍ～３ｍの典型的な寸法を有する複雑なシステムの場合、そのような精度は、ほぼ達成不可能であり、及び／又は法外に高価であり、大量生産に適さない。
【0054】
既存の補正電極２４は、１０ミクロンほどの小さな機械的位置ずれが存在する場合でも解像度を維持することができないという欠点がある。これは、傾斜がイオンビームの焦点面をイオン検出器１６からシフトさせ、脱焦させるためである。ストライプ電極２４の電圧を位置決めするためにストライプ電極２４の電圧を調整することは、それらを最適な分解能に必要な電圧から遠ざける。補正電極２４は、ビーム焦点を提供し、飛行時間誤差に対抗するための相反する要件を有する。更に、既存の補正電極２４は、ミラー電極１２に曲率が存在する場合にドリフト集束を適切に提供することができない。米国特許出願公開第２０２０／０２４３３２２号に記載されるようなミラーの機械的誤差に適合する機能を有する追加の補正電極は、ＴｏＦ収差を補償することができるが、イオンドリフトの空間集束を改善しない。したがって、傾斜ミラー電極１２を有する質量分析器１０は、イオン２０をイオン検出器１６上に集束させる能力を失う。
【0055】
ドリフト軸の各Ｙ位置におけるＴｏＦ収差の単純な補償（米国特許出願公開第２０２０／０２４３３２２号の補正電極による）の代わりに、ＴｏＦ収差は、イオン振動の全数に対して平均してより良好に補償される。これらの条件はあまり正確ではないが、質量分析器１０の高い質量分解能を維持するには依然として十分である。同時に、補正電極２４はまた、イオン検出器１６上へのイオン２０の空間集束を回復すべきである。
【0056】
補正電極２４の形状関数Ｓ（ｙ）の正確な最適化は、ミラー電極１２の特定の形状及び特定のミラー電極の集束角度Θに対してのみ可能である。実際には、ミラー電極１２は、±０．０１ｍｍの精度で直線状である。シムの厚さは同様の精度を有し、飛行時間分解能の残留損失をもたらす。
【0057】
ミラー電極の集束角度Θが誤って設定された場合、又は経時的に変化した場合、ミラー電極の集束角度Θの調整は、ミラー電極ユニットの分解及び再組み立てを必要とする。原則として、これは製造中に可能であるが、追加の製造時間及び試験時間を要する。質量分析器の使用中にミラー電極の集束角度Θが偶発的に変化すると、困難で時間のかかる点検が必要になる。ミラー製造及び位置決め精度へのこのような重大な依存は、質量分析器の設計の重大な欠点である。
【0058】
補正電極２４の形状関数Ｓ（ｙ）及び補正電極２４に印加される電圧の更なる改良が、傾斜ミラーＭＲ－ＴｏＦ分析器１０内の様々な機械的偏差を補償するために使用され得ることが認識されている。これにより、ミラー電極１２間のイオン飛行時間を全体的に又はイオン注入角度の関数として調整することができ、ミラー電極の傾斜角度Θ又はミラー電極の曲率の誤差の特定の補正、より広い範囲のイオン注入角度の受け入れ、又はイオンビームの焦点面位置の調整さえも可能になる。
【0059】
ミラー電極１２における機械的不完全性の問題に対する解決策は、補正電極２４がどのように設計され動作されるかについてある程度の柔軟性を追加することを含む。これにより、ミラー電極１２が正確に直線状でなくても、またミラー電極の集束角度Θが意図した値からずれていても、飛行時間誤差を補正することが可能になる。有利なことに、動作中、補正電極２４上に設定された電圧付近の小さな修正のみが必要とされ、機械的な修正は必要とされない。
【0060】
図１のような従来技術の質量分析器１０では、機械的不完全性による飛行時間誤差の補正を支援するために利用可能な２つの自由度がある。すなわち、補正電極２４は、１００Ｖまでの任意の電圧に設定され得、イオン入射の初期角度は、イオン偏向器１８への特定の電圧の印加を介して修正され得る。しかしながら、これは、２つのパラメータのみではミラー電極の形状の全部の可能な変動の連続を補償することができないので、ミラー電極１２における機械的不完全性によって引き起こされる悪影響を補償するには不十分である。
【0061】
機械的不完全性は、関数ｓ（ｙ）の任意の修正を必要とし、これは電気的手段だけでは達成できず、補正電極２４を異なる形状を有する別の補正電極２４に変更することを必要とすることが認識されている。したがって、既存の（主）補正電極２４を補うために、１つ又はいくつかの追加の補正電極２４が導入される。補正電極２４の集合に対して電圧を設定することができ、場合によっては、任意の機械的欠陥を補正するために、補正電極２４のうちの１つ以上を０電圧バイアスに保持することを含む。補正電極２４は、非０バイアスｕnを印加することによって活性化され得、ｎ＝１...Ｎである。組み合わされた補正電極の結果として得られる有効形状関数は、線形重畳によって与えられる。
【0062】
【数8】
【0063】
任意の形状関数Ｓ*（ｙ）をエミュレートしようとするのではなく、有限数のパラメータｕnを使用して、最も一般的な機械的不完全性、すなわち、ミラー電極１２の位置ずれ（例えば、シム２８の厚さの不完全性によって引き起こされる）及びミラー電極１２の弛み（すなわち、支持ロッド２６の中央に中心があるミラー電極１２の任意の曲率）を補償する形状Ｓn（ｙ）を見つけることができる。これらは、ミラー電極１２の１つにおける追加の角度誤差３０及び曲率３２として図２に示されている。なお、イオンの運動には２つのミラー電極１２の曲率の和のみが有効であるため、１つのパラメータのみで両ミラー電極１２の弛みの補正を行うことができる。
【0064】
図４は、例えば、誤ったシム厚さによって引き起こされる、ミラー電極の集束角度Θにおける誤差を補正するために使用され得る質量分析器１０を示す。ミラー電極の集束角度Θの不完全性は、完全に位置合わせされたミラー電極１２に対する最適解のクラスから補正の問題を排除しない。上記の式（３）によって与えられる最適角度がΘであり、角度がΘ*として不完全に設定される場合、不完全な角度Θ*が式（３）を満たすように、ミラー電極１２を通るイオン２０の平均ドリフト長Ｌをそれに応じて調整することによって補正が行われ得る。必要とされる平均ドリフト長Ｌ*は、以下の式によって与えられる。
【0065】
【数9】
【0066】
長さはミラー電極の物理的長さによってのみ制限され、イオン２０がミラー電極の電界内のフリンジに近づきすぎるまで増加させ得るため、通常、平均ドリフト長Ｌ*にはある程度の余裕がある。したがって、所望の集束角度Θから離れた最大予想誤差及び最小予想誤差を使用して、平均ドリフト長Ｌ*に対する必要な最大値及び最小値を計算し得る。
【0067】
別のアプローチは、ドリフト中に別の数のイオン振動に切り替えることである、すなわち、
【0068】
【数10】
【0069】
平均ドリフト長Ｌ*を測定する際の技術的な困難さは、無次元関数ｓ（ｙ）によって与えられる補正電極２４の形状が特定の（公称）ドリフト長Ｌに正規化されることである。しかしながら、公称ドリフト長Ｌを有する補正電極２４は、異なるドリフト長を有する２つの補正電極２４を個々の電圧で電気的にバイアスすることによって（Ｌの特定の間隔で）エミュレートされ得る。
【0070】
図４は、２対の補正電極２４を備える質量分析器１０を示す。空間２５は、隣接する補正電極２４を分離し、効果的に接地される。この場合、意図されたミラー電極の集束角度Θ＝０．０５°であり、公称平均ドリフト長は３５０ｍｍである。しかしながら、電極の集束角度Θは、±１５％だけ異なり得ることが予想される。これに対応するために、主補正電極２４の対は、補正電極２４1及び２４2の２つの対応する対に効果的に分割され、更に、意図されたミラー電極の集束角度Θの予想される±１５％変動から生じる最小平均ドリフト長Ｌ*及び最大平均ドリフト長Ｌ*を提供するように適合される。
【0071】
図４は、３００ｍｍの平均ドリフト長のために設計された追加の補正電極２４1の短縮された対と、４００ｍｍの平均ドリフト長のために設計された追加の補正電極２４2の延長された対とを示す。補正電極２４1及び２４2の物理的長さは、イオン２０が補正電極２４1及び２４2の端部付近に生じるフリンジ電界を経験しないことを確実にするために、平均ドリフト長Ｌ*よりも大きいことに留意されたい。延長された補正電極２４2ではなく、短縮された補正電極２４1に電圧を印加することは、平均ドリフト長Ｌ*＝３００ｍｍを設定し、したがって、Θ*＝０．０５°×３００／３５０＝０．０４２８５°の実際の集束角度を補正する。短縮された補正電極２４1ではなく、延長された補正電極２４2に電圧を印加することは、平均ドリフト長Ｌ*＝４００ｍｍを設定し、したがって、Θ*＝０．０５°×４００／３５０＝０．０５７１４°の実際の集束角度を補正する。したがって、集束角度Θが±１５％の不完全性を有するミラー電極１２であっても、飛行時間補正が達成される。
【0072】
更に、異なる平均ドリフト長Ｌ1及びＬ2を有する２対の補正電極２４1、２４2を提供することは、Ｌ1の値とＬ2の値との間の任意の有効ドリフト長Ｌ*が、補正電極２４1、２４2の両方の対に適切な電圧を印加することによって達成され得ることを意味する。補正電極２４1、２４2の両方が、単一の主補正電極２４によって提供される補正に寄与するので、各補正電極２４1、２４2には、機械的不完全性を補正するために、１／２Ｕ0プラス又はマイナス調整Δｕの固定電圧が提供される。１／２Ｕ0の２つの寄与は合計して傾斜に必要な補正を提供するが、補正オフセットΔｕを補正電極２４1、２４2のうちの一方に加算し、補正電極２４1、２４2のうちの他方から減算することは、一方の補正電極の有効平均ドリフト長Ｌeffが他方よりも優勢であり、それによって有効平均ドリフト長Ｌeffを公称値Ｌ*から離れるように移動させることを意味する。
【0073】
したがって、補正電極２４1、２４2は、異なる電圧Ｕ1＝１／２Ｕ0＋Δｕ及びＵ2＝１／２Ｕ0－Δｕでバイアスされ得る。有効平均ドリフト長Ｌeffは、以下の仮定によって与えられる。
【0074】
【数11】
【0075】
予想されるように、Δｕ＝Ｕ0のとき、短縮された補正電極２４1のみが励起され、有効ドリフト長Ｌeff＝Ｌ1であり、Δｕ＝－Ｕ0のとき、延長された補正電極２４2のみが励起され、有効ドリフト長Ｌeff＝Ｌ2である。しかしながら、短縮電極２４1及び延長された電極２４2の両方が同じ電圧Ｕ1＝Ｕ2＝Ｕ0（すなわちΔｕ＝０）でバイアスされる場合、有効ドリフト長Ｌeff＝１／２×（Ｌ1＋Ｌ2）、すなわち、平均ドリフト長の平均は、機械的欠陥のないミラー電極１２に必要な公称ドリフト長Ｌ*である。Δｕの値をＵ1＝Ｕ2の間の有限値に調整することにより、０ｍｍ～４０ｍｍの間の任意の平均ドリフト長を設定することが可能になる。
【0076】
今説明したように、有効ドリフト長Ｌeffを有する補正電極２４は、異なる平均ドリフト長Ｌ1及びＬ2を有する２つの補正電極２４1及び２４2に異なる電圧で電気的にバイアスをかけることによってエミュレートされ得る。また、補正電極２４1及び２４2の物理的長さは、イオン２０が補正電極２４1及び２４2の端部付近で生じるフリンジ場を経験しないことを確実にするために、平均ドリフト長Ｌ*よりも大きいことに留意されたい。したがって、図４は、異なる物理的長さＬ1及びＬ2を有する追加の補正電極２４1及び２４2を示しているが、これは必ずしもそうである必要はない。追加の補正電極２４1及び２４2は、それらの形状関数Ｓ（ｙ）が異なる平均ドリフト長Ｌ1及びＬ2を生成するという条件で、同じ物理的長さを有し得る。
【0077】
図５Ａは、同じ物理的長さの追加の補正電極２４1及び２４2が、Ｌ1＝３００及びＬ2＝４００ｍｍの異なる平均ドリフト長を有する例を示す。図５Ｂは、同じ物理的長さを有するが、中心軸Ｚ＝０の両側に配置された異なるドリフト長Ｌ1、Ｌ2を有する、結果として生じる補正電極２４1、２４2を示す。可変電源は、必要な電圧Ｕ1＝１／２Ｕ0＋Δｕ及びＵ2＝１／２Ｕ0－Δｕを提供する。
【0078】
上記の実施形態では、一対の補正電極２４1、２４2が使用され、これらは、傾斜ミラー電極１２から生じる飛行時間分散を補正し、機械的不完全性も補正する（すなわち、補正電極２４1、２４2は、主補正電極及び追加補正電極の役割を果たす）。代替的な実施形態では、傾斜ミラー電極１２から生じる飛行時間分散を補正するために２対の主補正電極２４が使用され、機械的不完全性を補正するために１対の追加補正電極２４3が追加される。追加の補正電極２４3の対は、ドリフト長Ｌ1＝Ｌ0＋ΔＬを有する短縮された補正電極２４1と、ドリフト長Ｌ2＝Ｌ0－ΔＬを有する延長された電極２４2との間の差によって与えられる形状を有するエッジを有し、
【0079】
【数12】
【0080】
有効ドリフト長Ｌeffは次式で与えられる。
【0081】
【数13】
【0082】
図６Ａは、そのような差動補正電極２４3の形状関数Ｓ（ｙ）を示し、図６Ｂは、ミラー電極の傾きを補正するように動作する２つの主補正電極２４の間の定位置にあるそのような差動補正電極２４3を示す。主補正電極２４は公称有効ドリフト長Ｌ0を有し、機械的不完全性を補正するために異なる有効ドリフト長Ｌeffが必要とされる場合、特定の値及び極性の電圧が差動補正電極２４3に印加される。主補正電極２４に印加される電圧ＵS＝１／２Ｕ0は、主補正電極２４が組み合わされて傾斜角Θの必要な補正を提供することを確実にする。図５Ｂの補正電極配置に対する図６Ｂの補正電極配置の利点は、どのような補正電圧ｕ1が差動補正電極２４3に印加されても、ｙ軸の周りの対称性を維持することである。
【0083】
ミラー電極１２の集束角度Θにおける機械的な不完全性を補償することに加えて、補正電極２４は、ミラー電極１２における任意の曲率を補正するために使用され得る。ミラー電極の形状における最も一般的な機械的不完全性は、弛みパラメータｈによって近似され得る支持ロッド２６間の弛みであり、ミラー電極の形状の二次関数は、以下によって与えられる。
【0084】
【数14】
【0085】
図７Ａは、予測誤差範囲ｈ＝±０．０１ｍｍに対して最適化された形状関数を、完全に真っ直ぐなミラー電極１２に対する最適な形状関数（すなわち、ｈ＝０）と比較して示す。差動補正電極２４3が使用される場合、ｈの決定された最大誤差値（ｈ＝＋０．０１ｍｍ及びｈ＝－０．０１ｍｍ）に対する形状関数間の差は、図７Ｂに示されるように、差動補正電極２４3の形状関数を定義する。動作中、差動補正電極２４3は、電圧ｕs∈［－０．５Ｕs，０．５Ｕs］でバイアスされる。実際のミラー電極の曲率がｈ＝０．０１ｍｍに達する場合、差分補正電極２４3は、０．５Ｕsに等しい電圧でバイアスされるべきであり、したがって、ミラー電極１２の実際の曲率に対して最適化された形状をエミュレートする。反対の最大予測負弛みｈ＝－０．０１ｍｍの場合、差動補正電極２４3は、機械的不完全性を補償するために－０．５Ｕsの電圧でバイアスされる。
【0086】
図８は、ミラー電極１２の集束角度Θにおける機械的不完全性を補正する一対の主補正電極２４と、機械的不完全性を補正する更なる差動補正電極２４3とを含む更なる実施形態を示す。別個の対の差動補正電極２４3は、傾斜及び曲率の個々に補正する。
【0087】
上述の実施形態は、主に傾斜及び曲率の機械的誤差を補正することを意図しているが、飛行時間収差を引き起こす他の機械的不完全性を少なくとも部分的に補正することもできる。すなわち、補正電極２４に印加される電圧は、最適な分解能を提供するように調整され得、これは、他の不完全性を本質的に説明する。
【0088】
当業者であれば、上記の実施形態が、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲から逸脱することなく、多くの異なる点で変更され得ることを理解するであろう。
【0089】
例えば、ミラー電極１２の集束角度Θの誤差は、シム２８を用いて集束させる例を参照して説明するが、他の構成でもよい。集束角度Θは、ミラー電極１２に切り込まれるか、又は取付けロッド２６の長さを設定すること、もしくは支持フレーム内の取付け点を位置決めすることなどによって、取付けのサイズによって設定され得る。ミラーは、電極又はそれらのセパレータの厚さを変化させることによって、その構造に組み込まれた角度を有することができる（本発明のミラーは、アルミニウム電極及びセラミックスペーサのスタックとして構築される）。
【0090】
なお、ここではミラー電極１２の湾曲が弛みとなる場合について説明したが、この弛みは必ずしも重力によるものではない。曲率は、ミラー電極１２の中央でピークとなる曲線に従う任意の歪みであり得る。これは、金属ミラー電極１２内の応力の解放から生じる可能性があり、機械加工中及び機械加工後にミラー電極１２を歪ませる。熱シフト及び組立誤差／不十分な力などの他の要因も、弛みを引き起こす可能性がある。
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図6A】
【図6B】
【図7A】
【図7B】
【図8】
【手続補正書】
【提出日】2024-07-22
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
多重反射飛行時間型質量分析計であって、
２つのイオン光学ミラーであって、前記ミラーの各々は、イオン注入点から離れるドリフト方向（Ｙ方向）に概ね沿って細長く、前記ミラーの各々は、Ｚ方向において他方に対向し、前記Ｚ方向は、前記Ｙ方向に直交し、前記２つのミラーは、前記Ｙ方向に沿った距離が増加するにつれて前記ミラー間の前記Ｚ方向の分離が減少するような傾斜角で傾斜している、２つのイオン光学ミラーと、
前記ミラー間の空間内で又は前記空間に隣接して前記Ｙ方向の少なくとも一部に沿って延びる少なくとも２つの補正電極と、を備え、
前記補正電極の各々は、Ｙ－Ｚ平面に実質的に平行な表面を有し、前記表面がＹ方向に沿って変化する距離だけ前記ミラーのうちの１つから分離されるような形状を有し、前記補正電極は、使用時に、前記対向するミラー間に延びる空間の少なくとも一部において、前記Ｙ方向に沿った距離の関数として変化する合成電圧オフセットを生成するように、電圧で電気的にバイアスされ、前記電圧は、前記ミラーの意図された前記傾斜角から生じる意図された収差を補正するための第１の成分と、最大摂動から最小摂動までにわたる理想飛行時間に対する摂動の範囲から生じる意図されない収差を補正するための第２の成分とを含み、第２の成分は、最大値と最小値との間で変化し、
前記少なくとも２つの補正電極の形状は、前記少なくとも２つの補正電極のいくつか又は全部が、前記第１の成分及び最大値と最小値との間で変化する前記第２の成分を含む前記電圧を印加し、前記ミラーの前記意図された傾斜角から生じる前記意図された収差と、前記最大摂動から前記最小摂動までの前記理想飛行時間に対する前記摂動の範囲から生じる前記意図されない収差とに対応する飛行時間収差の範囲を補償する合成電圧オフセットの範囲を生成するような形状である、多重反射飛行時間型質量分析計。
２つのイオン光学ミラーであって、前記ミラーの各々は、イオン注入点から離れるドリフト方向（Ｙ方向）に概ね沿って細長く、前記ミラーの各々は、Ｚ方向において他方に対向し、前記Ｚ方向は、前記Ｙ方向に直交し、前記２つのミラーは、前記Ｙ方向に沿った距離が増加するにつれて前記ミラー間の前記Ｚ方向の分離が減少するような傾斜角で傾斜している、２つのイオン光学ミラーと、
前記ミラー間の空間内で又は前記空間に隣接して前記Ｙ方向の少なくとも一部に沿って延びる少なくとも２つの補正電極と、を備え、
前記補正電極の各々は、Ｙ－Ｚ平面に実質的に平行な表面を有し、前記表面がＹ方向に沿って変化する距離だけ前記ミラーのうちの１つから分離されるような形状を有し、前記補正電極は、使用時に、前記対向するミラー間に延びる空間の少なくとも一部において、前記Ｙ方向に沿った距離の関数として変化する合成電圧オフセットを生成するように、電圧で電気的にバイアスされ、前記電圧は、前記ミラーの意図された前記傾斜角から生じる意図された収差を補正するための第１の成分と、最大摂動から最小摂動までにわたる理想飛行時間に対する摂動の範囲から生じる意図されない収差を補正するための第２の成分とを含み、第２の成分は、最大値と最小値との間で変化し、
前記少なくとも２つの補正電極の形状は、前記少なくとも２つの補正電極のいくつか又は全部が、前記第１の成分及び最大値と最小値との間で変化する前記第２の成分を含む前記電圧を印加し、前記ミラーの前記意図された傾斜角から生じる前記意図された収差と、前記最大摂動から前記最小摂動までの前記理想飛行時間に対する前記摂動の範囲から生じる前記意図されない収差とに対応する飛行時間収差の範囲を補償する合成電圧オフセットの範囲を生成するような形状である、多重反射飛行時間型質量分析計。
【請求項2】
前記理想飛行時間に対する前記摂動の範囲は、前記ミラーにおける最大正位置ずれ誤差による最大摂動から、前記ミラーにおける最大負位置ずれ誤差による最小摂動までにわたる、請求項１に記載の多重反射飛行時間型質量分析計。
【請求項3】
前記合成電圧オフセットは、イオンが反射されて前記ミラーを通って－Ｙ方向にドリフトして戻る前に、前記ミラーを通って＋Ｙ方向に前記イオンの平均ドリフト長を短縮又は延長するように作用する、請求項２に記載の多重反射飛行時間型質量分析計。
【請求項4】
前記合成電圧オフセットは、イオンが前記ミラーを通ってドリフトするときに前記イオンが行う振動の数を増加又は減少させるように作用する、請求項２又は３に記載の多重反射飛行時間型質量分析計。
【請求項5】
前記理想飛行時間に対する前記摂動の範囲は、前記ミラーにおける最大正曲率誤差による最大摂動から、前記ミラーにおける最大負曲率誤差による最小摂動までにわたる、請求項１に記載の多重反射飛行時間型質量分析計。
【請求項6】
前記ミラーにおける前記最大正曲率誤差及び前記最大負曲率誤差は、弛みによる前記ミラーにおける曲率に対応する、請求項５に記載の多重反射飛行時間型質量分析計。
【請求項7】
前記少なくとも２つの補正電極のうちの一方の電極の形状は、曲率誤差とは無関係に位置ずれ誤差を補償し、前記少なくとも２つの補正電極のうちの別の電極の形状は、位置ずれ誤差とは無関係に曲率誤差を補償する、請求項２に従属する場合の請求項５又は６に記載の多重反射飛行時間型質量分析計。
【請求項8】
前記少なくとも２つの補正電極は、１つ以上の対の補正電極を含み、
前記補正電極又は前記各対の補正電極は、
前記第１の成分と前記第２の成分の前記最大値との和に等しい値を有する電圧を印加されたときに、前記ミラーの前記意図された傾斜角から生じる前記意図された収差と前記最大摂動から生じる前記意図されない収差とを補償する電圧オフセットを生成するように成形された第１の補正電極と、
前記第１の成分と前記第２の成分の前記最小値との和に等しい値を有する電圧を印加されたときに、前記ミラーの前記意図された傾斜角から生じる前記意図された収差と前記最小摂動から生じる前記意図されない収差とを補償する電圧オフセットを生成するように成形された第２の補正電極と、を含む、請求項１又は２に記載の多重反射飛行時間型質量分析計。
前記補正電極又は前記各対の補正電極は、
前記第１の成分と前記第２の成分の前記最大値との和に等しい値を有する電圧を印加されたときに、前記ミラーの前記意図された傾斜角から生じる前記意図された収差と前記最大摂動から生じる前記意図されない収差とを補償する電圧オフセットを生成するように成形された第１の補正電極と、
前記第１の成分と前記第２の成分の前記最小値との和に等しい値を有する電圧を印加されたときに、前記ミラーの前記意図された傾斜角から生じる前記意図された収差と前記最小摂動から生じる前記意図されない収差とを補償する電圧オフセットを生成するように成形された第２の補正電極と、を含む、請求項１又は２に記載の多重反射飛行時間型質量分析計。
【請求項9】
前記第１の補正電極及び前記第２の補正電極は、前記ミラーを通るイオンの異なる平均ドリフト長を生成するように成形され、任意選択で、前記第１の補正電極及び前記第２の補正電極のＹ方向の物理的長さは異なる、請求項８に記載の多重反射飛行時間型質量分析計。
【請求項10】
前記少なくとも２つの補正電極は、
前記第１の成分に等しい電圧を印加されたときに、前記ミラーの前記意図された傾斜角から生じる前記意図された飛行時間収差を補償する形状を有する少なくとも第１の補正電極と、
必要とされる形状間の差に対応する形状を有する第２の補正電極であって、前記第２の成分の前記最大値に等しい値を有する電圧を印加されたときに、前記第２の補正電極が前記最大摂動を補償する電圧オフセットを生成し、前記第２の成分の前記最小値に等しい値を有する電圧を印加されたときに、前記第２の補正電極が前記最小摂動を補償する電圧オフセットを生成する、第２の補正電極と、を含む、請求項１又は２に記載の多重反射飛行時間型質量分析計。
前記第１の成分に等しい電圧を印加されたときに、前記ミラーの前記意図された傾斜角から生じる前記意図された飛行時間収差を補償する形状を有する少なくとも第１の補正電極と、
必要とされる形状間の差に対応する形状を有する第２の補正電極であって、前記第２の成分の前記最大値に等しい値を有する電圧を印加されたときに、前記第２の補正電極が前記最大摂動を補償する電圧オフセットを生成し、前記第２の成分の前記最小値に等しい値を有する電圧を印加されたときに、前記第２の補正電極が前記最小摂動を補償する電圧オフセットを生成する、第２の補正電極と、を含む、請求項１又は２に記載の多重反射飛行時間型質量分析計。
【請求項11】
多重反射飛行時間型質量分析計を動作させる方法であって、前記多重反射飛行時間型質量分析計は、
２つのイオン光学ミラーであって、前記ミラーの各々は、イオン注入点から離れるドリフト方向（Ｙ方向）に概ね沿って細長く、前記ミラーの各々は、Ｚ方向において他方に対向し、前記Ｚ方向は、前記Ｙ方向に直交し、前記２つのミラーは、前記Ｙ方向に沿った距離が増加するにつれて前記ミラー間の前記Ｚ方向の分離が減少するように傾斜している、２つのイオン光学ミラーと、
前記ミラー間の空間内で又は前記空間に隣接して前記Ｙ方向の少なくとも一部に沿って延びる少なくとも２つの補正電極と、を備え、
前記補正電極の各々は、Ｙ－Ｚ平面に実質的に平行な表面を有し、前記表面が前記Ｙ方向に沿って変化する距離だけ前記ミラーのうちの１つから分離されるような形状を有し、前記補正電極は、使用時に、前記対向するミラー間に延びる空間の少なくとも一部において、前記Ｙ方向に沿った距離の関数として変化する合成電圧オフセットを生成するように、電圧で電気的にバイアスされ、前記電圧は、前記ミラーの意図された傾斜角から生じる意図された収差を補正するための第１の成分と、最大摂動から最小摂動までにわたる理想飛行時間に対する摂動の範囲から生じる意図されない収差を補正するための第２の成分とを含み、前記第２の成分は、最大値と最小値との間で変化し、
前記少なくとも２つの補正電極の形状は、前記少なくとも２つの補正電極のいくつか又は全部が、前記第１の成分及び最大値と最小値との間で変化する前記第２の成分を含む前記電圧を印加し、前記ミラーの前記意図された傾斜角から生じる前記意図された収差と、前記最大摂動から前記最小摂動までの前記理想飛行時間に対する前記摂動の範囲から生じる前記意図されない収差とに対応する飛行時間収差の範囲を補償する合成電圧オフセットの範囲を生成することができるような形状であり、
前記方法は、
イオンに前記ミラーを通るジグザグの経路をたどらせるために、電界を提供するように前記ミラーを励起することと、
前記少なくとも２つの補正電極が、前記意図された飛行時間収差及び前記意図されない飛行時間収差を補償する合成電圧オフセットを生成するように、前記少なくとも２つの補正電極の各々に、前記第１の成分及び／又は前記第２の成分を含む電圧を印加することと、
イオン源から前記ミラーにイオンを注入することと、
前記ミラーの前記イオン源と同じ端部に配置されたイオン検出器を用いて前記イオンを検出することと、を含む、方法。
２つのイオン光学ミラーであって、前記ミラーの各々は、イオン注入点から離れるドリフト方向（Ｙ方向）に概ね沿って細長く、前記ミラーの各々は、Ｚ方向において他方に対向し、前記Ｚ方向は、前記Ｙ方向に直交し、前記２つのミラーは、前記Ｙ方向に沿った距離が増加するにつれて前記ミラー間の前記Ｚ方向の分離が減少するように傾斜している、２つのイオン光学ミラーと、
前記ミラー間の空間内で又は前記空間に隣接して前記Ｙ方向の少なくとも一部に沿って延びる少なくとも２つの補正電極と、を備え、
前記補正電極の各々は、Ｙ－Ｚ平面に実質的に平行な表面を有し、前記表面が前記Ｙ方向に沿って変化する距離だけ前記ミラーのうちの１つから分離されるような形状を有し、前記補正電極は、使用時に、前記対向するミラー間に延びる空間の少なくとも一部において、前記Ｙ方向に沿った距離の関数として変化する合成電圧オフセットを生成するように、電圧で電気的にバイアスされ、前記電圧は、前記ミラーの意図された傾斜角から生じる意図された収差を補正するための第１の成分と、最大摂動から最小摂動までにわたる理想飛行時間に対する摂動の範囲から生じる意図されない収差を補正するための第２の成分とを含み、前記第２の成分は、最大値と最小値との間で変化し、
前記少なくとも２つの補正電極の形状は、前記少なくとも２つの補正電極のいくつか又は全部が、前記第１の成分及び最大値と最小値との間で変化する前記第２の成分を含む前記電圧を印加し、前記ミラーの前記意図された傾斜角から生じる前記意図された収差と、前記最大摂動から前記最小摂動までの前記理想飛行時間に対する前記摂動の範囲から生じる前記意図されない収差とに対応する飛行時間収差の範囲を補償する合成電圧オフセットの範囲を生成することができるような形状であり、
前記方法は、
イオンに前記ミラーを通るジグザグの経路をたどらせるために、電界を提供するように前記ミラーを励起することと、
前記少なくとも２つの補正電極が、前記意図された飛行時間収差及び前記意図されない飛行時間収差を補償する合成電圧オフセットを生成するように、前記少なくとも２つの補正電極の各々に、前記第１の成分及び／又は前記第２の成分を含む電圧を印加することと、
イオン源から前記ミラーにイオンを注入することと、
前記ミラーの前記イオン源と同じ端部に配置されたイオン検出器を用いて前記イオンを検出することと、を含む、方法。
【請求項12】
前記少なくとも２つの補正電極は、１つ以上の対の補正電極を含み、
前記補正電極又は各対の補正電極は、
前記第１の成分と前記第２の成分の前記最大値との和に等しい値を有する電圧を印加されたときに、前記意図された収差及び前記最大摂動から生じる前記意図されない収差を補償する電圧オフセットを生成するように成形された第１の補正電極と、
前記第１の成分と前記第２の成分の前記最小値との和に等しい値を有する電圧を印加されたときに、前記意図された収差及び前記最小摂動から生じる前記意図されない収差を補償する電圧オフセットを生成するように成形された第２の補正電極と、を含み、
本方法は、
（ｉ）前記第１の成分及び前記第２の値の前記最大値に等しい値を有する電圧を、前記第１の補正電極に印加し、前記第２の補正電極に印加しないことによって、前記最大摂動を補償すること、
（ｉｉ）前記第１の成分及び前記第２の成分の前記最小値に等しい値を有する電圧を、前記第２の補正電極に印加し、前記第１の補正電極に印加しないことによって、前記最小摂動を補償すること、又は
（ｉｉｉ）前記第１の寄与の半分と前記最大値と前記最小値との間の値を有する前記第２の寄与との和に等しい値を有する電圧を、前記第１の補正電極に印加し、前記第１の成分の半分と前記最大値と前記最小値との間の値を有する前記第２の成分との和に等しい値を有する電圧を、前記第２の補正電極に印加することによって、前記最大摂動と前記最小摂動との間の摂動を補償することを含む、請求項１１に記載の方法。
前記補正電極又は各対の補正電極は、
前記第１の成分と前記第２の成分の前記最大値との和に等しい値を有する電圧を印加されたときに、前記意図された収差及び前記最大摂動から生じる前記意図されない収差を補償する電圧オフセットを生成するように成形された第１の補正電極と、
前記第１の成分と前記第２の成分の前記最小値との和に等しい値を有する電圧を印加されたときに、前記意図された収差及び前記最小摂動から生じる前記意図されない収差を補償する電圧オフセットを生成するように成形された第２の補正電極と、を含み、
本方法は、
（ｉ）前記第１の成分及び前記第２の値の前記最大値に等しい値を有する電圧を、前記第１の補正電極に印加し、前記第２の補正電極に印加しないことによって、前記最大摂動を補償すること、
（ｉｉ）前記第１の成分及び前記第２の成分の前記最小値に等しい値を有する電圧を、前記第２の補正電極に印加し、前記第１の補正電極に印加しないことによって、前記最小摂動を補償すること、又は
（ｉｉｉ）前記第１の寄与の半分と前記最大値と前記最小値との間の値を有する前記第２の寄与との和に等しい値を有する電圧を、前記第１の補正電極に印加し、前記第１の成分の半分と前記最大値と前記最小値との間の値を有する前記第２の成分との和に等しい値を有する電圧を、前記第２の補正電極に印加することによって、前記最大摂動と前記最小摂動との間の摂動を補償することを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項13】
前記少なくとも２つの補正電極は、
前記第１の成分に等しい電圧を印加されたときに、前記ミラーの前記意図された傾斜角から生じる飛行時間収差を補償する形状を有する少なくとも第１の補正電極と、
前記第２の成分の前記最大値を有する電圧を印加されたときに、第２の補正電極が前記最大摂動を補償する電圧オフセットを生成し、前記第２の成分の前記最小値を有する電圧を印加されたときに、前記第２の補正電極が前記最小摂動を補償する電圧オフセットを生成するように、必要とされる前記形状間の差に対応する形状を有する前記第２の補正電極と、を含み、
本方法は、
（ｉ）前記意図された飛行時間収差を補償するために、前記第１の成分に等しい電圧を前記少なくとも第１の補正電極に印加し、前記意図されない飛行時間収差を補償するために、前記第２の成分の前記最大値を有する電圧を前記第２の補正電極に印加することによって、前記最大摂動を補償すること、
（ｉｉ）前記意図された飛行時間収差を補償するために、前記第１の寄与に等しい電圧を前記少なくとも第１の補正電極に印加し、前記意図されない飛行時間収差を補償するために、前記第２の成分の前記最小値を有する電圧を前記第２の補正電極に印加することによって、前記最小摂動を補償すること、又は
（ｉｉｉ）前記意図された飛行時間収差を補償するために、前記第１の成分に等しい電圧を前記少なくとも第１の補正電極に印加し、前記意図されない飛行時間収差を補償するために、前記最大値と前記最小値との間の値を有する前記第２の成分に等しい値の電圧を前記第２の補正電極に印加することによって、前記最大摂動と前記最小摂動との間の摂動を補償することを含む、請求項１１に記載の方法。
前記第１の成分に等しい電圧を印加されたときに、前記ミラーの前記意図された傾斜角から生じる飛行時間収差を補償する形状を有する少なくとも第１の補正電極と、
前記第２の成分の前記最大値を有する電圧を印加されたときに、第２の補正電極が前記最大摂動を補償する電圧オフセットを生成し、前記第２の成分の前記最小値を有する電圧を印加されたときに、前記第２の補正電極が前記最小摂動を補償する電圧オフセットを生成するように、必要とされる前記形状間の差に対応する形状を有する前記第２の補正電極と、を含み、
本方法は、
（ｉ）前記意図された飛行時間収差を補償するために、前記第１の成分に等しい電圧を前記少なくとも第１の補正電極に印加し、前記意図されない飛行時間収差を補償するために、前記第２の成分の前記最大値を有する電圧を前記第２の補正電極に印加することによって、前記最大摂動を補償すること、
（ｉｉ）前記意図された飛行時間収差を補償するために、前記第１の寄与に等しい電圧を前記少なくとも第１の補正電極に印加し、前記意図されない飛行時間収差を補償するために、前記第２の成分の前記最小値を有する電圧を前記第２の補正電極に印加することによって、前記最小摂動を補償すること、又は
（ｉｉｉ）前記意図された飛行時間収差を補償するために、前記第１の成分に等しい電圧を前記少なくとも第１の補正電極に印加し、前記意図されない飛行時間収差を補償するために、前記最大値と前記最小値との間の値を有する前記第２の成分に等しい値の電圧を前記第２の補正電極に印加することによって、前記最大摂動と前記最小摂動との間の摂動を補償することを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項14】
多重反射飛行時間型質量分析計を設計する方法であって、前記多重反射飛行時間型質量分析計は、
イオン源と、イオン検出器と、２つのイオン光学ミラーとの理想配置を構成することであって、前記ミラーの各々は、イオン注入点から離れるドリフト方向（Ｙ方向）に概ね沿って細長く、前記ミラーの各々は、Ｙ方向に直交するＺ方向において互いに対向しており、それにより、前記イオン源から供給されたイオンは、前記イオン注入点において前記ミラーに入り、次いで、前記ミラーが電界を提供するように励起されるときに、前記ミラーを通るジグザグの経路をたどる、前記理想配置を構成することと、
前記ミラー間の空間内の又は前記空間に隣接する前記Ｙ方向の少なくとも一部に沿って延びる少なくとも２つの補正電極を構成することであって、前記補正電極の各々は、Ｙ－Ｚ平面に実質的に平行な表面を有し、前記表面がＹ方向に沿って変化する距離だけ前記ミラーのうちの１つから分離されるような形状を有し、前記補正電極は、使用時に、対向する前記ミラー間に延びる空間の少なくとも一部において、前記Ｙ方向に沿った距離の関数として変化する合成電圧オフセットを生成するように、電圧で電気的にバイアスされ、前記電圧は、前記ミラーの意図された傾斜角から生じる意図された収差を補正するための第１の成分と、最大摂動から最小摂動までにわたる理想飛行時間に対する摂動の範囲から生じる意図されない収差を補正するための第２の成分とを含み、第２の成分は、最大値と最小値との間で変化する、前記補正電極を構成することと、
前記ミラーの前記理想配置から離れた最大摂動及び最小摂動、並びに前記ミラーを通るイオンの飛行時間における結果として生じる最大収差及び最小収差を決定することと、
前記少なくとも２つの補正電極のいくつか又は全部が、前記第１の成分及び最大値と最小値との間で変化する前記第２の成分を含む前記電圧を加えられて、前記ミラーの前記意図された傾斜角から生じる前記意図された収差と、前記最大摂動から前記最小摂動までの前記理想飛行時間に対する前記摂動の範囲から生じる前記意図されない収差とに対応する飛行時間収差の範囲を補償する合成電圧オフセットの範囲を生成することができるように、前記少なくとも２つの補正電極の形状を決定することと、を含む、方法。
イオン源と、イオン検出器と、２つのイオン光学ミラーとの理想配置を構成することであって、前記ミラーの各々は、イオン注入点から離れるドリフト方向（Ｙ方向）に概ね沿って細長く、前記ミラーの各々は、Ｙ方向に直交するＺ方向において互いに対向しており、それにより、前記イオン源から供給されたイオンは、前記イオン注入点において前記ミラーに入り、次いで、前記ミラーが電界を提供するように励起されるときに、前記ミラーを通るジグザグの経路をたどる、前記理想配置を構成することと、
前記ミラー間の空間内の又は前記空間に隣接する前記Ｙ方向の少なくとも一部に沿って延びる少なくとも２つの補正電極を構成することであって、前記補正電極の各々は、Ｙ－Ｚ平面に実質的に平行な表面を有し、前記表面がＹ方向に沿って変化する距離だけ前記ミラーのうちの１つから分離されるような形状を有し、前記補正電極は、使用時に、対向する前記ミラー間に延びる空間の少なくとも一部において、前記Ｙ方向に沿った距離の関数として変化する合成電圧オフセットを生成するように、電圧で電気的にバイアスされ、前記電圧は、前記ミラーの意図された傾斜角から生じる意図された収差を補正するための第１の成分と、最大摂動から最小摂動までにわたる理想飛行時間に対する摂動の範囲から生じる意図されない収差を補正するための第２の成分とを含み、第２の成分は、最大値と最小値との間で変化する、前記補正電極を構成することと、
前記ミラーの前記理想配置から離れた最大摂動及び最小摂動、並びに前記ミラーを通るイオンの飛行時間における結果として生じる最大収差及び最小収差を決定することと、
前記少なくとも２つの補正電極のいくつか又は全部が、前記第１の成分及び最大値と最小値との間で変化する前記第２の成分を含む前記電圧を加えられて、前記ミラーの前記意図された傾斜角から生じる前記意図された収差と、前記最大摂動から前記最小摂動までの前記理想飛行時間に対する前記摂動の範囲から生じる前記意図されない収差とに対応する飛行時間収差の範囲を補償する合成電圧オフセットの範囲を生成することができるように、前記少なくとも２つの補正電極の形状を決定することと、を含む、方法。
【請求項15】
前記ミラーにおける最大正位置ずれ誤差による最大摂動から前記ミラーにおける最大負位置ずれ誤差による最小摂動までの範囲の摂動に対応する飛行時間収差の範囲を、前記理想飛行時間に対して補償するために、前記少なくとも２つの補正電極の形状を決定することを含み、
前記合成電圧オフセットは、前記イオンが反射されて前記ミラーを通って－Ｙ方向にドリフトして戻る前に、前記ミラーを通って＋Ｙ方向に前記イオンの平均ドリフト長を短縮又は延長するように作用する、請求項１４に記載の方法。
前記合成電圧オフセットは、前記イオンが反射されて前記ミラーを通って－Ｙ方向にドリフトして戻る前に、前記ミラーを通って＋Ｙ方向に前記イオンの平均ドリフト長を短縮又は延長するように作用する、請求項１４に記載の方法。
【請求項16】
前記合成電圧オフセットは、前記イオンが前記ミラーを通ってドリフトするときに前記イオンが行う振動の数を増加又は減少させるように作用する、請求項１５に記載の飛行質量分析計の方法。
【請求項17】
前記ミラーにおける最大正曲率誤差による最大摂動から前記ミラーにおける最大負曲率誤差による最小摂動までの範囲の摂動に対応する飛行時間収差の範囲を、前記理想飛行時間に対して補償するために、前記少なくとも２つの補正電極の形状を決定することを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項18】
前記ミラーの前記最大正曲率誤差及び前記最大負曲率誤差は、弛みによる前記ミラーの曲率に対応する、請求項１７に記載の方法。
【請求項19】
曲率誤差とは無関係に位置ずれ誤差を補償するように前記少なくとも２つの補正電極のうちの一方の電極の形状を、位置ずれ誤差とは無関係に曲率誤差を補償するように前記少なくとも２つの補正電極のうちの別の電極の形状を決定することを含む、請求項１５に従属する場合の請求項１７又は１８に記載の方法。
【請求項20】
前記少なくとも２つの補正電極は、１つ以上の対の補正電極を含み、
前記方法は、前記補正電極又は前記各対の補正電極について、
前記第１の成分と前記第２の成分の前記最大値との和に等しい電圧を印加されたときに、前記ミラーの前記意図された傾斜角から生じる前記意図された収差及び前記最大摂動から生じる前記意図されない収差を補償する電圧オフセットを生成するように、第１の補正電極の形状を決定することと、
前記第１の成分と前記第２の成分の前記最小値との和に等しい電圧を印加されたときに、前記ミラーの前記意図された傾斜角から生じる前記意図された収差と前記最小摂動から生じる前記意図されない収差とを補償する電圧オフセットを生成するように、第２の補正電極の形状を決定することと、を含む、請求項１４～１８のいずれか一項に記載の方法。
前記方法は、前記補正電極又は前記各対の補正電極について、
前記第１の成分と前記第２の成分の前記最大値との和に等しい電圧を印加されたときに、前記ミラーの前記意図された傾斜角から生じる前記意図された収差及び前記最大摂動から生じる前記意図されない収差を補償する電圧オフセットを生成するように、第１の補正電極の形状を決定することと、
前記第１の成分と前記第２の成分の前記最小値との和に等しい電圧を印加されたときに、前記ミラーの前記意図された傾斜角から生じる前記意図された収差と前記最小摂動から生じる前記意図されない収差とを補償する電圧オフセットを生成するように、第２の補正電極の形状を決定することと、を含む、請求項１４～１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項21】
前記第１の補正電極及び前記第２の補正電極は、前記ミラーを通るイオンの異なる平均ドリフト長を生成するように成形され、任意選択で、前記第１の補正電極及び前記第２の補正電極のＹ方向の物理的長さは異なる、請求項２０に記載の方法。
【請求項22】
前記第１の成分に等しい値を有する電圧を印加されたときに、前記Ｙ方向に沿った前記ミラーの前記意図された傾斜角に対応する飛行時間収差を補償する少なくとも第１の補正電極の形状を決定することと、
前記第２の成分の前記最大値を有する電圧を印加されたときに、第２の補正電極が前記最大摂動を補償する電圧オフセットを生成し、前記第２の補正電極の前記最小値を有する電圧を印加されたときに、前記第２の補正電極が前記最小摂動を補償する電圧オフセットを生成するように、必要とされる前記形状間の差に対応するように前記第２の補正電極の形状を決定することと、を含む、請求項１４～１８のいずれか一項の記載の方法。
前記第２の成分の前記最大値を有する電圧を印加されたときに、第２の補正電極が前記最大摂動を補償する電圧オフセットを生成し、前記第２の補正電極の前記最小値を有する電圧を印加されたときに、前記第２の補正電極が前記最小摂動を補償する電圧オフセットを生成するように、必要とされる前記形状間の差に対応するように前記第２の補正電極の形状を決定することと、を含む、請求項１４～１８のいずれか一項の記載の方法。
【外国語明細書】