▶ 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
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(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】
(24)【登録日】2022-05-24
(45)【発行日】2022-06-01
(54)【発明の名称】電極アセンブリおよびその製造方法
(51)【国際特許分類】
H01J 49/42 20060101AFI20220525BHJP
H01J 49/06 20060101ALI20220525BHJP
H01J 49/28 20060101ALI20220525BHJP
H01J 49/30 20060101ALI20220525BHJP
G01N 27/62 20210101ALI20220525BHJP
【ＦＩ】
H01J49/42 550
H01J49/06 200
H01J49/06 800
H01J49/28 200
H01J49/30
H01J49/42 400
G01N27/62 E
【請求項の数】
40
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2020087870
(22)【出願日】2020-05-20
(65)【公開番号】P2020191282
(43)【公開日】2020-11-26
【審査請求日】2020-08-07
(31)【優先権主張番号】1907139.8
(32)【優先日】2019-05-21
(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB
(73)【特許権者】
【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】100094569
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 伸一郎
(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】100095898
【弁理士】
【氏名又は名称】松下 満
(74)【代理人】
【識別番号】100098475
【弁理士】
【氏名又は名称】倉澤 伊知郎
(74)【代理人】
【識別番号】100130937
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 泰史
(72)【発明者】
【氏名】アレクサンダー マカロフ
(72)【発明者】
【氏名】ヴィルコ バルシュン
(72)【発明者】
【氏名】ヤン－ペーター ハウシルト
(72)【発明者】
【氏名】デニス チェルヌイシェフ
(72)【発明者】
【氏名】エドゥアルト デニソフ
【審査官】藤本 加代子
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第２０１５／０２２８４６７（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特表２０１７－５１６２７０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－０４９５５４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－０７３８３７（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許第０９５３６７２２（ＵＳ，Ｂ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｊ ４９／０６
Ｈ０１Ｊ ４９／４２
Ｈ０１Ｊ ４９／３６
Ｈ０１Ｊ ４９／２８
Ｈ０１Ｊ ４９／３０
Ｇ０１Ｎ ２７／６２
Ｇ０１Ｎ ３１／００－３１／２２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
イオントラップ、イオンフィルター、イオンガイド、反応セル、またはイオン分析器のための電極アセンブリであって、誘電体材料に機械的に結合されたＲＦ電極と、前記誘電体材料と前記ＲＦ電極との間に配置された少なくとも１つのＤＣ電極と、を含み、
前記ＲＦ電極が、前記ＲＦ電極と前記誘電体材料との間のギャップを画定するように離間して、構成される複数のセパレーターによって前記誘電体材料に機械的に結合され、前記ＲＦ電極を前記誘電体材料に結合するとき、各セパレーターの突出部が、誘電体材料の対応する受け部内に受容されるように、前記複数のセパレーターのそれぞれが、前記突出部を含み、前記誘電体材料が前記対応する受け部を含み、
前記ＲＦ電極が、前記誘電体材料に対向する表面を有し、
前記ＤＣ電極が、前記ＤＣ電極の少なくとも一部が前記ＲＦ電極の表面と前記誘電体材料との間に直接位置するように、前記誘電体材料を横切って延在し、
前記ＤＣ電極によって前記誘電体材料からシールドされる前記ＲＦ電極の表面の表面積の割合が、少なくとも５０％である、
電極アセンブリ。
【請求項2】
前記セパレーターにより画定される前記ギャップが、前記誘電体材料に対向する前記ＲＦ電極の表面と前記誘電体材料との間にある、請求項１に記載の電極アセンブリ。
【請求項3】
前記ＤＣ電極によって前記誘電体材料からシールドされる前記ＲＦ電極の表面の表面積の割合が、少なくとも８０％である、請求項１または請求項２に記載の電極アセンブリ。
【請求項4】
前記ＤＣ電極によって前記誘電体材料からシールドされる前記ＲＦ電極の表面の表面積の割合が、少なくとも９５％である、請求項３に記載の電極アセンブリ。
【請求項5】
前記ＤＣ電極がセグメント化されている、請求項１～４のいずれか１項に記載の電極アセンブリ。
【請求項6】
前記複数のセパレーターが導電性である、請求項１～５のいずれか１項に記載の電極アセンブリ。
【請求項7】
前記複数のセパレーターが、前記ＲＦ電極の表面に沿って離間している、請求項１～６のいずれか１項に記載の電極アセンブリ。
【請求項8】
各突出部が、前記誘電体材料に対向する前記ＲＦ電極の表面から延在する、請求項１に記載の電極アセンブリ。
【請求項9】
各対応する受け部が、前記誘電体材料内に形成された開口部を含む、請求項８に記載の電極アセンブリ。
【請求項10】
各開口部が、前記誘電体材料を貫通して延在する貫通孔であり、それにより前記ＲＦ電極を前記誘電体材料に結合するとき、各突出部が、対応する貫通孔を通って延在する、請求項９に記載の電極アセンブリ。
【請求項11】
ＤＣ電極が、前記ＲＦ電極に対向する前記誘電体材料の表面上に配置される、請求項１～１０のいずれか１項に記載の電極アセンブリ。
【請求項12】
前記ＤＣ電極が、前記誘電体材料の露出部分を除いて、前記ＲＦ電極に対向する前記誘電体材料の表面全体に沿って延在し、前記露出部分が、前記ＲＦ電極が前記誘電体材料に結合されたとき、各セパレーターに接触および／または隣接する前記誘電体材料の領域を含む、請求項１１に記載の電極アセンブリ。
【請求項13】
前記露出部分が中に溝を有する、請求項１２に記載の電極アセンブリ。
【請求項14】
前記ＲＦ電極、ＤＣ電極および前記誘電体材料が平行である、請求項１～１３のいずれか１項に記載の電極アセンブリ。
【請求項15】
前記誘電体材料がガラス、セラミックまたはプリント回路基板である、請求項１～１４のいずれか１項に記載の電極アセンブリ。
【請求項16】
各セパレーターが前記ＲＦ電極に永久的に固定される、請求項１～１５のいずれか１項に記載の電極アセンブリ。
【請求項17】
各セパレーターが前記ＲＦ電極に溶接されている、請求項１６に記載の電極アセンブリ。
【請求項18】
各セパレーターが、前記突出部が延在するヘッド部分を含み、前記ヘッド部分が、前記突出部よりも直径が大きい、請求項１～１７のいずれか１項に記載の電極アセンブリ。
【請求項19】
前記対応する受け部の直径が、前記突出部の直径と同じかそれより大きく、および前記ヘッド部分の直径より小さい、請求項１８に記載の電極アセンブリ。
【請求項20】
各突起部が、前記ＲＦ電極を前記セパレーターに結合するとき、対応するレセプタクル内に受容されるように、前記ＲＦ電極は複数の突起部を含み、前記セパレーターの各々は前記対応するレセプタクルを含む、請求項１～１９のいずれか１項に記載の電極アセンブリ。
【請求項21】
イオントラップ、イオンフィルター、イオンガイド、反応セルまたはイオン分析器のための電極アセンブリであって、誘電体材料に機械的に結合されたＲＦ電極を含み、
前記ＲＦ電極が、前記ＲＦ電極と前記誘電体材料との間のギャップを画定するように離間して、構成された複数のセパレーターによって前記誘電体材料に機械的に結合され、前記ＲＦ電極は複数の突起部を含み、前記セパレーターの各々は対応するレセプタクルを含み、それにより各突起部が、前記ＲＦ電極を前記セパレーターに結合するとき、対応するレセプタクル内に受容される、電極アセンブリ。
【請求項22】
各突起部が、前記ＲＦ電極の平面内の第１のセクションと、前記ＲＦ電極の平面に対してある角度にある第２のセクションとを含み、前記第２のセクションの少なくとも一部が、前記対応するレセプタクル内に受容される、請求項２０または請求項２１に記載の電極アセンブリ。
【請求項23】
各突起部が、前記第１のセクションと前記第２のセクションとの間に湾曲セクションを含む、請求項２２に記載の電極アセンブリ。
【請求項24】
前記セパレーターが、前記ＲＦ電極の主表面と重ならないように、前記セパレーターが、前記ＲＦ電極の主表面から横方向にオフセットしている、請求項２０～２３のいずれか１項に記載の電極アセンブリ。
【請求項25】
前記レセプタクルが、前記ＲＦ電極を前記セパレーターに結合するとき、各突起部が、対応する開口部内に延在するように、貫通して延在する前記開口部を含む、請求項２０～２４のいずれか１項に記載の電極アセンブリ。
【請求項26】
前記レセプタクルが前記セパレーターのヘッド部分の一部を形成する、請求項２０、または請求項１８または請求項１９に従属するときの請求項２２～２５のいずれか１項に記載の電極アセンブリ。
【請求項27】
前記ＲＦ電極を前記誘電体材料に結合するとき、各突出部が、前記ＲＦ電極の各開口部内に受容されるように、前記ＲＦ電極が、前記複数のセパレーターの前記突出部に対応する複数の開口部を含む、請求項１～１７のいずれか１項に記載の電極アセンブリ。
【請求項28】
イオントラップ、イオンフィルター、イオンガイド、反応セル、またはイオン分析器のための電極アセンブリであって、
誘電体材料に機械的に結合されたＲＦ電極を含み、
前記ＲＦ電極が、前記ＲＦ電極と前記誘電体材料との間のギャップを画定するように離間して、構成される複数のセパレーターによって前記誘電体材料に機械的に結合され、前記ＲＦ電極を前記誘電体材料に結合するとき、各セパレーターの突出部が、誘電体材料の対応する受け部内に受容されるように、前記複数のセパレーターのそれぞれが、前記突出部を含み、前記誘電体材料が前記対応する受け部を含み、
前記ＲＦ電極を前記誘電体材料に結合するとき、各突出部が、前記ＲＦ電極の各開口部内に受容されるように、前記ＲＦ電極が、前記複数のセパレーターの前記突出部に対応する複数の開口部を含む、電極アセンブリ。
【請求項29】
各セパレーターが、ＲＦ電圧源に接続されるように構成される、請求項１～２８のいずれか１項に記載の電極アセンブリ。
【請求項30】
イオントラップ、イオンフィルター、イオンガイド、反応セル、またはイオン分析器のための電極アセンブリであって、
誘電体材料に機械的に結合されたＲＦ電極を含み、
前記ＲＦ電極が、前記ＲＦ電極と前記誘電体材料との間のギャップを画定するように離間して、構成される複数のセパレーターによって前記誘電体材料に機械的に結合され、前記ＲＦ電極を前記誘電体材料に結合するとき、各セパレーターの突出部が、誘電体材料の対応する受け部内に受容されるように、前記複数のセパレーターのそれぞれが、前記突出部を含み、前記誘電体材料が前記対応する受け部を含み、
各セパレーターが、ＲＦ電圧源に接続されるように構成される、電極アセンブリ。
【請求項31】
前記誘電体材料に結合された第２のＲＦ電極をさらに含み、前記第２のＲＦ電極が、前記第２のＲＦ電極と前記誘電体材料との間のギャップを画定するように構成され、かつ離間している第２の複数のセパレーターによって前記誘電体材料に結合される、請求項１～３０のいずれか１項に記載の電極アセンブリ。
【請求項32】
電極アセンブリが、第１のそのような電極アセンブリであり、前記第１のそのような電極アセンブリから離間して、平行な第２のそのような電極アセンブリがあり、前記第１および前記第２のそのような電極アセンブリが、多重極を形成し、イオン光軸が、前記第１および前記第２のそのような電極アセンブリの間に画定される、請求項１～３１のいずれか１項に記載の電極アセンブリ。
【請求項33】
請求項１～３２のいずれか１項に記載の電極アセンブリを含むイオンガイド。
【請求項34】
請求項１～３２のいずれか１項に記載の電極アセンブリを含むイオンフィルター。
【請求項35】
請求項１～３２のいずれか１項に記載の電極アセンブリを含むイオン分析器。
【請求項36】
請求項１～３２のいずれか１項に記載の電極アセンブリを含むイオントラップ。
【請求項37】
前記イオントラップが、ｃトラップ、線形イオントラップ、３Ｄイオントラップ、磁気トラップ、静電トラップまたは反応セル、特にＨＣＤセルである、請求項３６に記載のイオントラップ。
【請求項38】
請求項１～３２のいずれか１項に記載の電極アセンブリを製造する方法であって、順に、（ｉ）ＲＦ電極と誘電体材料との間にギャップが画定されるように、離間した複数のセパレーターを使用して、前記ＲＦ電極を前記誘電体材料に機械的に結合するステップと、
（ｉ）前記ＲＦ電極を再形成するために、前記ＲＦ電極が前記誘電体材料に結合されつつ、前記ＲＦ電極を切断するステップと、を含む、方法。
【請求項39】
前記ＲＦ電極を前記切断するステップの前に、少なくとも１つのＤＣ電極が前記誘電体材料の表面上に設けられる、請求項３８に記載の方法。
【請求項40】
前記ＲＦ電極の前記切断するステップが、ワイヤ侵食プロセスを含む、請求項３８または請求項３９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、イオンガイド、イオンフィルター、イオントラップ、イオン貯蔵装置、イオン反応セル、特にイオン衝突セル、またはイオン分析器、特に質量分析器のための改良された電極配置に関する。
【背景技術】
【0002】
質量分析は、化学的および生物学的サンプルの分析のための重要な技術である。一般に、質量分析計は、サンプルからイオンを生成するためのイオン源、さまざまなレンズ、イオンガイド、質量フィルター、イオントラップ／貯蔵装置、および／または反応セル、ならびに１つまたは複数の質量分析器を含む。
【0003】
反応セルは、衝突セルおよび／またはフラグメンテーションセルとすることができる。反応セル内の反応は、電子捕獲解離、高エネルギー衝突解離（ＨＣＤ）、電子移動解離、酸化、ハイブリダイゼーション、クラスタリング、または複雑な反応である可能性がある。反応セルは、四重極、または六重極、八重極、またはより高次の多極デバイスを含み得る。
【0004】
イオンガイド、イオントラップ／貯蔵装置および反応セルの既知の電極配置は、通常、イオンの径方向閉じ込めのためのＲＦ電極と、イオンガイド／イオントラップ／貯蔵装置／反応セルの軸に沿ってイオンをドライブするためのＤＣ電極を含む。そのような電極配置は、多重極または質量フィルターを形成するように配置された円形または双曲線断面を有するロッドの形態のＲＦ電極を含み得る。これらの電極は、ＧＢ２５５４６２６、ＵＳ５６１６９１９、ＵＳ７３４８５５２に示されているように誘電体スペーサーに取り付けることができる。電極配置はまた、イオンガイド、イオントラップ、貯蔵装置または反応セルの軸に沿ってＤＣフィールドを提供するように配置されたＤＣ電極を含み得る。
【0005】
イオンガイド用の電極配置の製造を簡略化するために、ＵＳ９５３６７２２Ｂ２で論じられているような平面構成が設計されている。平面構成は、ＤＣフィールドの設計により大きな柔軟性を提供する。そのような平面構成は、平面ＲＦおよびＤＣ電極が接続されるプリント回路基板（ＰＣＢ）で実装され得る。ＰＣＢは、非導電性材料、通常はガラス繊維などの強化可能な誘電体材料で形成されている。典型的には、平面ＲＦ電極は、ＲＦ多極を形成する配置でイオンガイドの長さに沿って軸方向に延在する。ＤＣ電極はまた、イオンガイドの長さに沿って軸方向に延在し、それによってその軸に沿ってＤＣフィールドを提供する。平面ＲＦ電極は、接着剤、またははんだ付けによってＰＣＢの表面に固定できる。ＰＣＢとＲＦ電極との間の平面ＲＦ電極の長さに沿って、ＰＣＢの誘電体材料から作製されたスペーサーを設けることができる。ＤＣ電極はＰＣＢ表面にエッチングされる。通常、ＤＣ電極は、ＤＣ電極が誘電体（ＰＣＢ）材料によってＲＦ電極から分離されるように、ＲＦ電極に隣接するＰＣＢ表面の部分に設けられる。
【0006】
ただし、このような平面設計の結果として、ＲＦ電極によって作成されたＲＦフィールドは、ＤＣ電極によってシールドされていない領域でＰＣＢの誘電体材料を透過する。この透過により、誘電損失によってＰＣＢが加熱される。より具体的には、ＰＣＢの材料を透過するＲＦフィールドは、誘電体（ＰＣＢ）材料の分子が絶えず変化するＲＦフィールドと整列しようとするときに、エネルギーを散逸させる。この誘電損失は、詳細な説明でさらに詳しく説明される誘電正接Ｄｆによって説明される。ＰＣＢの加熱により、ＰＣＢの材料が蒸発する（ガス放出）。ＲＦ電極をＰＣＢに固定するために使用される接着剤も蒸発する場合がある。蒸発した材料（および接着剤）は、イオンガイド内に含まれるイオンを汚染する可能性がある。これらの汚染物質は、分光計を通って検出器に運ばれる可能性があるため、汚染物質に対応するピークが、結果として得られる質量スペクトルに生成される可能性がある。汚染物質はまた、イオンガイド内に含まれる検体に望ましくない変化を引き起こす可能性がある。例えば、汚染物質は、検体分子と結合し、それにより付加物を形成し、および／または検体分子と反応し、それらの電荷の一部を除去する（電荷減少）。検体に対するこれらの望ましくない変化は両方とも、結果として得られる質量スペクトルに誤ったピークを生成する。イオンガイド／イオントラップ／貯蔵装置／衝突セルはまた、その中に緩衝ガスを有し得る。誘電体（ＰＣＢ）材料で生成された熱は、緩衝ガス分子に十分なエネルギーを提供し、それにより、検体と緩衝ガス分子との反応を引き起こす。例えば、緩衝ガス分子は、付加物を形成する検体分子と反応して結合することがある。緩衝ガス分子と検体分子との反応は、検体分子の電荷を減らすこともできる。したがって、これらの反応は、検体分子に望ましくない変化を引き起こす。衝突セルでは、イオンはより長い期間（例えば、数ミリ秒）保管され、イオンガイドと比較してより強いＲＦフィールドに曝される。実際、衝突セルは、通常、通常１０００Ｖ未満で動作するイオンガイドの電圧よりもはるかに高い電圧である１２００～１５００ＶのＲＦ電圧で動作する。したがって、ＰＣＢの加熱とその結果としての望ましくない影響は、衝突セルで特に顕著である。
【0007】
図１は、既知の第１および第２の電極配置２、２’を有する既知の電極アセンブリー１の概略図である。第１および第２の電極配置２、２’は、長手方向に延在する平面ＲＦ電極３を有する。ＲＦ電極は、平面ＲＦ電極３の長さに沿って設けられる導電性接着剤／接着物によって誘電体材料４に取り付けられる。平面ＲＦ電極３は、治具を形成する長手方向に延在する溝５によって整列状態に維持される。ＤＣ電極６は、平面ＲＦ電極３の片側の誘電体材料４の表面に設けられる。
【0008】
図１ａは、既知の電極アセンブリー１のＲＦ電極３の断面を示す。ＲＦ電極の周りの溝５は、ＤＣ電極へのトラッキング距離を増加させるために設けられる。このアセンブリーでは、誘電体（ＰＣＢ）材料４が支持体に埋め込まれている。
【0009】
図１に示されている既知の電極アセンブリー１を備えたＨＣＤ（高エネルギー衝突解離）セルで５００ｍｓの間トラップされる多価ユビキチンイオンの１つの分離した電荷状態（＋１１）を含む、本明細書で実験１と呼ぶ実験の結果が、図２～４に提供されている。実験では、時刻０：００（０時間０分）で、高ＲＦ電圧（約１，２５０Ｖｐｐ）が、１：１２（１時間と１２分）の間ＨＣＤセルのＲＦ電極３に印加された。次に、ＨＣＤセルから、分離およびトラップされたユビキチンイオンをＣトラップに移し、ＣトラップからＯｒｂｉｔｒａｐ（登録商標）質量分析器に注入して質量分析を行った。Ｃトラップは、湾曲した線形イオントラップであり、時間内にイオンパケットを格納し、次に、イオンパケットを、例えば、特許出願ＷＯ２００２／０７８０４６、ＷＯ２００８／０８１３３４、ＷＯ２００５／１２４８２１に記載されている質量分析器の中に加速する。ＨＣＤセルに隣接するＣトラップのＲＦ電極に約３，０００ＶｐｐのＲＦ電圧を印加した。
【0010】
この実験では、２つの温度センサー（例えば、室温で１００オームの抵抗を持つプラチナ抵抗器、以下ＰＴ１００と呼ぶ）を使用した。第１の温度センサー（ＰＴ１００）は、平面ＲＦ電極３が取り付けられたＨＣＤセルのＰＣＢの誘電体材料４に配置された。第１の温度センサーおよびＲＦ電極は、温度センサーが誘電体材料４のＲＦ電極３に対し反対の表面に取り付けられたことを除いて、誘電体材料４の平面内の同じ位置に配置された。したがって、ＲＦ電極３および第１の温度センサーは、誘電体材料４の厚さによってのみ分離された。第１の温度センサーをＲＦ電極３の近くに配置することにより、第１の温度センサーによって測定された温度は、ＲＦ電極３によって生成されたＲＦフィールドの透過による誘電体材料４の加熱に関して正確な結果を提供した。
【0011】
第２の温度センサー（ＯＴブロックＰＴ１００）はＨＣＤセルに配置されなかった。代わりに、第２の温度センサーは、ＨＣＤセルの近くのＯｒｂｉｔｒａｐ質量分析器のハウジング内に配置された。したがって、第２の温度センサーは、ＨＣＤセルのＲＦフィールドによって引き起こされるＯｒｂｉｔｒａｐ質量分析器の温度上昇に関するさらなる結果を提供した。
【0012】
図２は、実験１の経過中の、時間に対する、ＨＣＤセルの電荷状態ごとの抽出イオン電流および温度のグラフである。図２に示すように、ＨＣＤセルに最大ＲＦ電圧を１時間１２分印加した後、Ｏｒｂｉｔｒａｐ質量分析器によって測定された分離した電荷状態（＋１１）の抽出イオン電流は、約１９ａｒｂ．ｕ．／秒から約５ａｒｂ．ｕ．／秒に減少した。したがって、分離した電荷状態（＋１１）の強度は、実験中に約４分の１に減少した。Ｏｒｂｉｔｒａｐ質量分析器によって測定された電荷状態（＋１０）の抽出イオン電流は、２ａｒｂ．ｕ．／秒から６．２５ａｒｂ．ｕ．／秒に増加した。Ｏｒｂｉｔｒａｐ質量分析器で測定された同位体（＋９）の抽出イオン電流は、０ａｒｂ．ｕ．／秒から３．７５ａｒｂ．ｕ．／秒に増加した。したがって、減少した電荷を有する減少した電荷状態のイオン強度は、実験の過程で著しく増加した。最大ＲＦ電圧を１時間１２分印加した後、減少した電荷状態の合計イオン電流は約５ａｒｂ．ｕ．／秒であり、分離した電荷状態（＋１１）の合計イオン電流は約４ａｒｂ．ｕ．／秒であった。電荷減少は、分離した電荷状態（＋１１）の合計イオン電流に対する、分離した電荷状態（＋１１）の合計イオン電流を除く全てのピークの抽出イオン電流の合計の比率として定義される。したがって、最大ＲＦ電圧がＨＣＤセルに１時間１２分印加されたときの電荷減少は、１００％を超えた。最大ＲＦ電圧をＨＣＤセルに１時間１２分印加した後、ＨＣＤセルの温度が第１の温度センサーによって測定され、２０℃上昇した。ＨＣＤセルのこの温度上昇により、電極アセンブリー１内の接着剤および誘電体（ＰＣＢ）材料４の脱着および蒸発の速度が増加したことが理解される。その結果、ＨＣＤセルの汚染が増加し、電荷減少が増大した。
【0013】
図３（ａ）は、実験１の開始時、つまりＨＣＤセルへの最大ＲＦ電圧の印加の開始時（時間０：００）に取得された質量スペクトルの図である。図３（ａ）に示すように、時刻０：００にｍ／ｚ値７７７．９６６で電荷状態（＋１１）を有する分離した主同位体の相対存在量は１００％であり、他の各同位体の相対存在量は５％未満である。同位体の相対存在量は、この同位体の存在量の、存在量が最も多い同位体の存在量（１００％の存在量の同位体）との比によって与えられる。図３（ｂ）は、最大ＲＦ電圧が１時間１２分間印加された場合の、実験１の最後に取得された質量スペクトルの図である。図３（ａ）と３（ｂ）を比較すると、実験期間中に、電荷状態（＋１１）を有する分離した主同位体の相対存在量が１００％から８０％に減少したことがわかる。他の（分離されていない）減少した電荷状態の相対存在量は大幅に増加している。例えば、電荷状態（＋９）を有する主同位体の相対存在量は５０％であり、電荷状態（＋１０）を有する主同位体の相対存在量は１００％である。したがって、実験１の過程で大幅な電荷減少が発生した。
【0014】
図４は、図１の電極アセンブリー１を有する既知のＨＣＤセルの赤外線写真である。写真は、電極アセンブリー１の長手方向が写真の上から下に延在するように、ＨＣＤセルの上から撮られている。この写真は、実験１の完了後、ＨＣＤセルがオフにされてから１０分後に撮影された。この写真のこの時点では、ＨＣＤセルの圧力は大気圧と平衡化された。この写真は、最高温度でのＨＣＤセルの領域（最も明るい色の部分）が、平面ＲＦ電極３が誘電体材料４に接着されている場所であることを示している。実験１の場合のように、高振幅のＲＦ電圧がＲＦ電極３に印加されると、ＨＣＤセルの加熱が特に発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0015】
【文献】英国特許第２５５４６２６号
【文献】米国特許第５６１６９１９号
【文献】米国特許第７３４８５５２号
【文献】米国特許第９５３６７２２号
【文献】国際公開第２００２／０７８０４６号
【文献】国際公開第２００８／０８１３３４号
【文献】国際公開第２００５／１２４８２１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0016】
著しい熱の発生なしに動作することができるＲＦ電極が取り付けられたＰＣＢを含む電極配置を提供し、これにより、特に高振幅のＲＦ電圧がＲＦ電極３に印加される場合、検体分子へのガス放出と望ましくない変化を最小限に抑えることが望ましいであろう。実際、そのような電極配置を設けることにより、初めて、ＲＦ電極が取り付けられたＰＣＢを含む電極配置を有する、ＨＣＤセルなどの信頼性の高い衝突セルを設けることが可能である。
【0017】
ＰＣＢを有する既知の電極配置に関する別の課題は、正確な製造を保証することである。したがって、標準のＰＣＢ製造プロセスによって可能になるよりも高いレベルの精度でＲＦ電極が取り付けられたＰＣＢを含む電極配置を製造する方法を提供することも望ましいであろう。
【課題を解決するための手段】
【0018】
本発明の第１の態様によれば、イオントラップ、イオンフィルター、イオンガイド、反応セルまたはイオン分析器のための電極配置が提供され、電極配置は、誘電体材料に機械的に結合されたＲＦ電極を含み、ＲＦ電極が、ＲＦ電極と誘電体材料との間のギャップを画定するように離間して、構成される複数のセパレーターによって誘電体材料に機械的に結合され、ＲＦ電極を誘電体材料に結合するとき、各セパレーターの突出部が、誘電体材料の対応する受け部内に受容されるように、複数のセパレーターのそれぞれが、突出部を含み、誘電体材料は対応する受け部を含む。複数のセパレーターは、以下に説明するピンセパレーター、レセプタクル付きセパレーター、または突出セパレーターのいずれか１つまたはそれらの組み合わせであり得る。
【0019】
請求項１に記載の電極配置は、誘電体材料に機械的に結合されたＲＦ電極を含む。ＲＦ電極は、ＲＦ電極と誘電体材料との間のギャップを画定するように離間して、構成された複数のセパレーターによって誘電体材料に結合される。ＲＦ電極と誘電体材料の間にギャップを設けることにより、この領域の強いＲＦフィールドによるＲＦ電極の近くの誘電体材料の透過が回避される。
【0020】
複数のセパレーターのそれぞれは、突出部を含み、誘電体材料は、対応する受け部を含む。各セパレーターの突出部は、誘電体材料の対応する受け部内に受容される。誘電体材料の結合は、この接続にほぼ限定される。対応する各受け部は、突出部を受容するように、セパレーターの突出部に相補的な形状を有することができる。
【0021】
さらに、誘電体材料とＲＦ電極との間に配置されたＤＣ電極は、ＲＦ電極によって生成されるＲＦフィールドから誘電体材料をシールドする。このシールドは、ＲＦフィールドが誘電体材料を透過するのを防ぎ、誘電損失による誘電体材料内部での熱の発生を防ぐ。誘電体材料へのＲＦフィールドの唯一の透過は、各セパレーターと誘電体材料の間の接点で発生する。
【0022】
一定の高さのギャップは、ＲＦ電極と誘電体材料との間の最小の接触面積で達成され得るので、ギャップを生成するために複数のセパレーターを使用することは有利である。実際、間隔をあけた複数のセパレーターを使用することにより、ＤＣ電極、したがってＤＣフィールドは、ＲＦ電極の真上または真下にある誘電体材料の表面の大部分を覆い、シールドすることができる。
【0023】
これは、ＤＣ電極がＲＦ電極の真上または真下にある誘電体表面の大部分に沿って延在することができない既知の電極配置とは対照的である。実際、既知の従来技術では、ＲＦ電極の真上または真下にある誘電体表面の大部分は、接着剤、またははんだ、またはスペーサーで覆われている。
【0024】
さらに、ＵＳ７３４８５５２などの既知の構成では、通常、誘電体材料で作られたスペーサーは、ＰＣＢの表面とＲＦ電極の間に配置され、ＰＣＢとＲＦ電極の間に、したがって、ＰＣＢの表面に配置されたＤＣ電極とＲＦ電極の間にギャップを設ける。しかしながら、ＲＦ電極に非常に近いスペーサーの誘電体材料は、ＲＦ電極のＲＦフィールドによって加熱される。この加熱が、イオンガイド、イオンフィルター、イオン分析器、イオントラップまたは電極配置を含む反応セルにおける汚染および電荷減少の問題を引き起こす。
【0025】
したがって、特許請求される本発明の電極配置の動作は、熱の発生を大幅に低減し、その結果、ガス放出（誘電体（ＰＣＢ）材料の蒸発）を低減する。したがって、生成される汚染物質が少なくなり、検体に望ましくない変化が発生しにくくなる。その結果、結果として得られる質量スペクトルにおいて誤ったピークが少なくなる。
【0026】
好ましくは、電極配置は、誘電体材料とＲＦ電極との間に配置された少なくとも１つのＤＣ電極を含む。上述のように、ＤＣ電極、したがってＤＣフィールドは、ＲＦ電極の真上または真下にある誘電体材料の表面の大部分を覆い、シールドすることができる。このシールドは、ＲＦフィールドが誘電体材料を透過するのを防ぎ、誘電損失による誘電体材料内部での熱の発生を防ぐ。誘電体材料へのＲＦフィールドの唯一の透過は、各セパレーターと誘電体材料の間の接点で発生する。
【0027】
好ましくは、ＤＣ電極の少なくとも一部がＲＦ電極の面と誘電体材料との間に直接位置するように、ＲＦ電極は誘電体材料に対向する面を有し、ＤＣ電極は誘電体材料を横切って延在する。ＤＣ電極によって誘電体材料からシールドされるＲＦ電極の面の表面積の割合は、少なくとも５０％、好ましくは８０％、最も好ましくは９５％である。「シールド」という用語は、シールドの導入により、所与の点で帯電電極によって生成される電界フラックス（少なくとも一桁のオーダで）の大幅な減少を指す。本発明では、ＲＦ電極によって生成されるＲＦフィールドは、ＤＣ電極をシールドとして使用することによってシールドされる。ＲＦ電極の面と誘電体材料との間に直接ＤＣ電極の一部を設けることにより、シールドが、そうでなければ最も強いＲＦフィールドを経験するであろう誘電体材料の領域に設けられる。したがって、誘電体材料内でのＲＦフィールドの透過および熱の発生が最小限に抑えられる。
【0028】
好ましくは、特許請求される本発明では、複数のセパレーターは導電性であり、より好ましくは金属製である。次に、ＲＦ電極のＲＦフィールドは、セパレーターの周囲の誘電体材料のみに透過する。しかし、これはＲＦ電極の非常に限られた領域である。一般にセパレーターによって、ＲＦ電極と誘電体材料の間にギャップがあり、ＤＣ電極によってシールドされることが好ましい。これは、誘電損失を有する誘電体材料で形成された、上述の既知のスペーサーとは対照的である。これらのスペーサーは、ＲＦ電極に近いＲＦ電極の全領域に配置されているため、ＲＦフィールドによって透過（および加熱）される。
【0029】
本発明の第２の態様によれば、先行する請求項のいずれかの電極配置を含むイオンガイドが設けられる。
【0030】
本発明の第３の態様によれば、請求項１～３０のいずれか１項に記載の電極配置を含むイオンフィルターが設けられる。
【0031】
本発明の第４の態様によれば、請求項１～３０のいずれか１項に記載の電極配置を含むイオン分析器が設けられる。
【0032】
本発明の第５の態様によれば、請求項１～３０のいずれか１項に記載の電極配置を含むイオントラップが設けられる。
【0033】
本発明の第６の態様によれば、請求項１～３０のいずれか１項に記載の電極配置を含む反応セルが設けられる。
【0034】
本発明の第７の態様によれば、請求項３６に記載されているように、請求項１～３０の電極配置を製造する方法が提供される。
【0035】
本発明は、いくつかの方法で実施することができ、いくつかの特定の実施形態が、例としてのみ、添付の図面を参照して説明される。
【図面の簡単な説明】
【0036】
【発明を実施するための形態】
【0037】
本明細書では、ＲＦ電極という用語は、ＲＦ電圧源が接続される電極を指す。本明細書では、ＤＣ電極という用語は、ＤＣ電圧源が接続される電極を指す。本明細書における表面に関して「内側」という用語は、電極アセンブリー１００の中心に向かって面している表面を指す。本明細書における表面に関して「外側」という用語は、電極アセンブリー１００の中心から離れて面している表面を指す。
【0038】
図５は、本発明による電極アセンブリー１００の斜視図の概略図である。電極アセンブリー１００の長手方向軸は、長手方向を画定する。電極アセンブリー１００は、第１の端部１００ａから第２の端部１００ｂまで長手方向に延在する。電極アセンブリー１００の第１および第２の端部１００ａ、１００ｂは、そこを通るイオンの輸送のために開放／露出される。
【0039】
電極アセンブリー１００は、第１の端部１００ａから第２の端部１００ｂまで長手方向に延在する第１および第２の電極配置１０、１０’を有する。実際、「電極アセンブリー」という用語は、第１および第２の電極配置１０、１０’の両方を有する、請求項２０の電極配置のような電極配置を指す。第１および第２の電極配置１０、１０’は、電極アセンブリー１００の中心長手方向軸で対応する対称軸を有する第１および第２の電極配置が実質的に互いの鏡像であるように、互いに離間し、平行である。第１および第２の電極配置１０、１０’は、第１および第２の副側壁１０１、１０２によって離間している。実際、図５に示すように、第２の電極配置１０’は、第１および第２の副側壁１０１、１０２によって第１の電極配置１０の上に支持されている。第１および第２の副側壁１０１、１０２は、互いに平行であり、電極アセンブリー１００の主縁に沿って延在する。本開示では、用語「副」は、小さい寸法（例えば、面積または長さ）を示すために使用され、用語「主」は、より大きい寸法を示すために使用される。副側壁は、第１および第２の電極配置１０、１０’の間の機械的接続を設けるように構成された、ナットおよびボルトなどのコネクタ１０３を含む。
【0040】
図５に示すように、各電極配置１０、１０’は、電極配置１０、１０’の構成要素への電気的接続を設けるように構成されたプリント回路基板（ＰＣＢ）を形成する誘電体材料１１を有する。誘電体材料１１は平面である（すなわち、平面の誘電体表面に平行なそれらの長さおよび幅の寸法は、それらの厚さの寸法よりも大きい）。第１および第２の電極配置１０、１０’は、各電極配置１０、１０’の平面誘電体材料１１の平面が互いに平行に配置され、互いに向き合うように配置される。各誘電体材料１１は、電極アセンブリー１００の中心に向いた内側主表面を有する。各誘電体材料１１は、電極アセンブリー１００の中心から離れる方向を向く外側主表面を有する。誘電体材料１１は、電極アセンブリー１００の全幅にわたって（横方向に）かつ電極アセンブリー１００の第１の端部１００ａと第２の端部１００ｂとの間に（長手方向に）延在する。したがって、誘電体材料１１はまた、各電極配置１０、１０’の全幅にわたって延在する。好ましくは、誘電体材料１１は、誘電損失が低いため、メグトロン６で形成される。
【0041】
図５に最もよく示されているように、各電極配置１０、１０’は、誘電体材料１１の内側主表面に取り付けられた第１および第２のＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’を含む。ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’は細長く、各電極配置１０、１０’の長手方向に第１の端部１００ａから第２の端部１００ｂまで延在する。実際、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’は、誘電体材料１１の全長にわたって延在する。ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’は平面である（つまり、平面の誘電体表面に平行である長さと幅の寸法は、平面の誘電体表面に直交しているそれらの厚さ寸法よりも大きい）。第１の電極配置１０のＲＦ電極１２ａ、１２ｂは、第２の電極配置１０’のＲＦ電極１２ａ’、１２ｂ’と平行に、向かい合って、離間して配置される。各電極配置１０、１０’では、第１のＲＦ電極１２ａ、１２ｂは、第２のＲＦ電極１２ａ’、１２ｂ’から離間している。ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’は導電性である。ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’は金属であり、典型的にはステンレス鋼またはニッケルで形成される。
【0042】
図５～１０に示される実施形態では、各ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’は、互いに離間した複数（少なくとも２つ）のピンセパレーター１３によってそれぞれの誘電体材料１１に機械的に結合される。ピンセパレーター１３は、好ましくは、等間隔で離間している。ピンセパレーター１３は、ＲＦ電極と誘電体材料１１との間のギャップを画定するように構成される。ギャップは、誘電体材料１１の平面と直交する方向に設けられている。ピンセパレーター１３は導電性であり、典型的には銅またはＲＦ電極と同じ材料で形成される。図５～１０の実施形態では、図６に最もよく示されているように、各ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’は、４つのピンセパレーター１３によって誘電体材料１１に結合されている。
【0043】
各ピンセパレーター１３は、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の主（平面）表面に取り付けられる。好ましくは、ピンセパレーター１３は、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の表面に永久的に取り付けられる。典型的には、ピンセパレーター１３は、溶接によりＲＦ電極の表面に取り付けられる。各ピンセパレーター１３は、ヘッド部分１３ａと突出部１３ｂとを含む。
【0044】
ヘッド部分１３ａは、突出部１３ｂが、ヘッド部分１３ａから、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の平面に直交しかつ誘電体材料１１の平面に直交する方向に延在するように、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の外側主表面（それぞれの誘電体材料１１に近接して対向するＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の平面表面）に取り付けられる。ヘッド部分１３ａは、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’と少なくとも電気的接触を有する。
【0045】
誘電体材料１１は、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の誘電体材料１１への結合時に突出部を受容するように構成された対応する受け部１１ａを有する。図５～１０に示される実施形態では、図７～１０に最もよく示されるように、対応する受け部１１ａは、誘電体材料１１の厚さを通って延在する貫通孔である。突出部１３ｂの径は、突出部１３ｂが貫通孔１１ａに受容され、保持される径である。ヘッド部分１３ａの直径は、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’と誘電体材料１１との結合時にヘッド部分１３ａが誘電体材料１１に当接するように、貫通孔１１ａの直径より大きいことが好ましい。ヘッド部分１３ａは、好ましくは平面であり、その厚さ寸法は、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の平面に直交する。ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’と、それが機械的に接続される誘電体材料１１との間のギャップの高さは、主にヘッド部分１３ａの厚さによって決定される。実際、図８および９に示すように、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’とそのそれぞれの誘電体材料１１との間のギャップの高さは、ヘッド部分１３ａの厚さとほぼ同じである。したがって、互いに離間した少なくとも２つのそのようなピンセパレーター１３を設けることにより、各ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’とそれぞれの誘電体材料１１との間のギャップは一定の高さである。典型的には、ヘッド部分１３ａの厚さ、したがってギャップの高さは、１～２ｍｍ、好ましくは１．５ｍｍである。図５～１０の実施形態では、図１０に最もよく示されているように、ヘッド部分１３ａはディスク形状である。
【0046】
図５～１０の実施形態では、図１０に最もよく示されているように、突出部１３ｂは円筒形であり、誘電体材料１１の厚さよりも大きい長さを有する。したがって、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’と誘電体材料１１がピンセパレーター１３によって機械的に結合されているとき突出部１３ｂの、ヘッド部分１３ａから遠い方の端部は、誘電体材料１１の外側平面表面を越えて延在する。
【0047】
各ピンセパレーター１３の各突出部１３ｂは、ＲＦ電圧源に電気的に接続され、それぞれのＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、２１ｂ’にＲＦ電圧を供給する。この接続は、ＲＦ電圧源への電気的接続を設けるように構成されたコネクタによって提供され得る。各コネクタは、それぞれの突出部１３ｂを受容するように構成された開口部／凹部を有することができる。誘電体材料１１上のトラックを使用する代わりに、ピンセパレーター１３をＲＦ電圧源に直接接続することにより、誘電損失および誘電体材料１１の加熱が低減され得る。
【0048】
突出部１３ｂとＲＦ電圧源との間の電気的接続を設けるように構成されたコネクタは、例えば、ワイヤであり得る。確実な電気的接触を確保するために、ワイヤの端にスプリング式の接点を有してもよい。例えば、ワイヤが、ワイヤの端に、はんだ付け、または圧着された金のコーティングが施されたばねのチューブを有し得る。チューブの内径は、ワイヤの端の外径よりもわずかに大きくなっている。各チューブ内の溝内に小さな円形ばねが設けられており、ワイヤの端に確実に冷間溶接で電気的に接触する。
【0049】
必要に応じて、それぞれのヘッド部分１３ａから遠位の突出部１３ｂの端部が、コネクタに力が加わっても、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’が曲がることはないように、誘電体材料の外側主表面にはんだ付けすることができる。
【0050】
各電極配置１０、１０’では、少なくとも１つのＤＣ電極１４が、誘電体材料１１の内側主表面の大部分に設けられる。図５～図１０に示す実施形態では、横方向に形成された溝によってセグメント化された１つのＤＣ電極１４が、各誘電体材料１１上に設けられている。溝は、溝の間に画定されたセグメントよりもはるかに狭くなっている。各溝の厚さは、好ましくは０．５ｍｍ未満である。ＤＣ電極１４は、電極アセンブリー１００の第１の端部１００ａから第２の端部１００ｂまで、および電極アセンブリー１００の第１の副側壁１０１から第２の副側壁１０２まで延在する。実際、各ＤＣ電極１４は、露出部分（すなわち、ＤＣ電極１４がその上にない誘電体材料１１の内側主表面の部分）を除いて、第１および第２の副側壁１０１、１０２との間に延在する誘電体材料１１の内側主表面の全体に設けられる。
【0051】
露出部分は、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’とＤＣ電極１４との間の電気的接触を防止する。図７～９に最もよく示されているように、各露出部分は、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’が、誘電体材料１１（すなわち、ピンセパレーター１３のヘッド部分１３ａが誘電体材料１１の内側主表面と接触する領域）に結合されるとき、ピンセパレーター１３と直接接触する誘電体材料１１の内側主表面の領域である接触領域１１ｂを含む。各露出部分はまた、好ましくは、接触領域１１ｂを取り囲む溝１１ｃを含む。各ピンセパレーター１３の周囲に形成された溝１１ｃは、トラッキング距離を増加させ、故障を回避する。図５～１０に示す特定の実施形態では、図８および９に最もよく示されているようにピンセパレーター１３のヘッド部分１３ａは、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’が誘電体材料１１に結合されるときディスクが誘電体材料１１の内側主表面に接触するように、形成される。したがって、接触領域１１ｂは、円形であり、ヘッド部分１３ａとほぼ同じ直径を有し、貫通孔１１ａを取り囲んでいる。接触領域１１ｂを取り囲むのは、誘電体材料１１の内側主表面に形成された溝１１ｃである。溝１１ｃは環状であり、ヘッド部分１３ａよりも直径が大きい。
【0052】
したがって、ＤＣ電極１４は、接触領域１１ｂおよび溝１１ｃを除いて、第１および第２の副側壁１０１、１０２の間に延在する誘電体材料１１の内側主表面の全体にわたって延在する。実際、ＤＣ電極１４は、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の外側平面表面と誘電体材料１１の内側主表面の間に直接配置されている（ピンセパレーター１３が配置されている露出部分を除く）。実際、第１の電極配置１０のＤＣ電極１４は、第１の電極配置１０のＲＦ電極１２ａ、１２ｂの真下に延在する。第２の電極配置１０’のＤＣ電極１４は、第２の電極配置１０’のＲＦ電極１２ａ’、１２ｂ’の真上に延在する。
【0053】
上述のように、ピンセパレーター１３は、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’と誘電体材料１１との間のギャップを画定するように構成される。ギャップは、誘電体材料１１の平面と直交する方向に設けられている。したがって、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の外側表面と誘電体材料１１の内側主表面上に形成されたＤＣ電極１４との間にもギャップが延在する。ギャップは、典型的には、ピンセパレーター１３のヘッド部分１３ａの高さによって画定され、誘電体材料１１の内側表面上に配置されたＤＣ電極１４の厚さによって低減される。
【0054】
好ましくは、本発明の電極配置では、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’は、ピンセパレーター１３の上に張り出す。特に好ましい実施形態では、ピンセパレーター１３とＤＣ電極１４上に張り出したＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の領域間に、誘電体材料１１の平面に直交する方向に見通し線がある。
【0055】
（製造と組み立て）
電極アセンブリー１００の部分分解図の概略図である図１０に最もよく示されるように、第１の電極配置１０は、コネクタ１０３によってそれらの主縁で第２の電極配置１０’に接続される。コネクタは、例えば、ナットおよびボルトであり得る。ナットは、電極アセンブリー１００の主縁に沿って設けられた副側壁１０１、１０２を通って延在することができる。
電極アセンブリー１００の部分分解図の概略図である図１０に最もよく示されるように、第１の電極配置１０は、コネクタ１０３によってそれらの主縁で第２の電極配置１０’に接続される。コネクタは、例えば、ナットおよびボルトであり得る。ナットは、電極アセンブリー１００の主縁に沿って設けられた副側壁１０１、１０２を通って延在することができる。
【0056】
貫通孔１１ａは、標準的なＰＣＢ製造プロセスによって誘電体材料１１の厚さを貫通して形成される。貫通孔１１ａは、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’上のピンセパレーター１３の位置に対応する離間した位置に形成されている。好ましくは、貫通孔１１ａは、誘電体材料１１の長さに沿って等間隔で配置される。
【0057】
ＤＣ電極１４は、上述の露出部分を除いて、誘電体材料１１の表面上にエッチングされる。誘電体材料１１およびコネクタ２０、例えばモレックスコネクタによって形成されたＰＣＢ上の供給ラインを介して、ＤＣ電極１４に電圧を供給することができる。
【0058】
各露出部分の環状溝１１ｃは、レーザーまたは機械的切削によって誘電体材料１１に形成される。ＤＣ電極１４は、上述のように、エッチングによって誘電体材料１１に形成された溝によって横方向にセグメント化される。
【0059】
特定のＤＣ電圧がＤＣ電極１４の各セグメントに印加されて、電極アセンブリーを通るイオンの動きを、特に電極アセンブリーの長手方向に制御する。
【0060】
複数のピンセパレーター１３のヘッド部分１３ａは、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’が第１の長さを有するとき、各ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’に溶接される。ピンセパレーター１３は、誘電体材料１１の貫通孔の位置に対応するように、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の長さに沿って、配置される。好ましくは、ピンセパレーター１３は、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の長さに沿って等間隔で配置される。
【0061】
第１の長さを有する各ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’は、複数のピンセパレーター１３によってそれぞれの誘電体材料１１に結合される。上述のように、各ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’とそれぞれの誘電体材料１１とを機械的に結合するために、各ピンセパレーター１３の突出部１３ｂは、誘電体材料１１の厚さを貫通して延在する対応する貫通孔１１ａ内に挿入されて保持される。これは、図６および１０に最もよく示されている。次に、各突出部１３ｂは、誘電体材料１１の外側主表面にはんだ付けされる。典型的には、各突出部１３ｂは、誘電体材料１１の外側主表面上に設けられた導電性パッドにはんだ付けされる。このはんだ付けは、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の、特に誘電体材料１１の平面に直交する方向の曲げを低減し、好ましくは回避する。ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の第１の長さは、（電極アセンブリー１００の第１の端部１００ａから第２の端部１００ｂまでの）誘電体材料１１の長さよりも長い。したがって、互いに結合されると、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’は、誘電体材料１１を超えて（長手方向に）延在する。好ましくは、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’が誘電体材料１１の長さよりも大きい第１の長さを有しつつ、第１の電極配置１０が、第２の電極配置１０’に機械的に結合される。
【0062】
全てのＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’が、複数のピンセパレーター１３を使用してそれぞれの誘電体材料１１に機械的に結合されると、および好ましくは、第１の電極配置１０が第２の電極配置１０’に結合されると、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’は、余分な材料を除去するために切断される。ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’は、切断プロセスによって再成形され得る。特に、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’は、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の長さを第１の長さから第２の長さに減らすために切断される。ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の第２の長さは、誘電体材料１１の長さと同じである。ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の４つ全てが、第１の長さから第２の長さに同時に切断される。ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の切断は、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の長手方向に直交して延在するワイヤを用いたワイヤ侵食プロセスによって実行される。必要に応じて、ワイヤ侵食プロセスを長手方向に平行に延在するワイヤで使用して、幅を正確に減少させ、および／またはＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’を再形成し得る。ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’を同時に切断することにより、いったん誘電体材料１１に結合されると、製造および組み立ての精度が向上する。実際、このプロセスにより、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の製造と組み立てが可能になり、互いの相対誤差は１０μｍ未満であるが、ＰＣＢ製造の許容誤差は通常５０～２００μｍの範囲内である。したがって、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’を製造および組み立てるこのプロセスは、優れた機械的精度をもたらし、電極配置１０、１０’が使用されるシステム間のばらつきを低減する。さらに、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’を使用して達成されるイオン透過およびイオンの集束の精度が改善される。
【0063】
特に、ＲＦ電極が誘電体材料に結合される新しい構成により、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の改善された切断プロセスが可能である。それらはピンセパレーター１３によってのみ配置されるため、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の輪郭は、特にピンセパレーター１３の上にぶら下がっているときに正確に再形成できる。
【0064】
次に、各ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’に結合されたピンセパレーター１３の少なくとも１つが、ＲＦ電圧がピンセパレーター１３によってＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’に供給されるように、ＲＦ電圧源に電気的に接続される。好ましくは、各ピンセパレーター１３の突出部１３ｂの遠位端は、ＲＦ電圧源に電気的に接続される。これは、ピンセパレーター１３の遠位端を、ＲＦ電圧を供給するように構成されたワイヤにはんだ付けすることによって達成され得る。
【0065】
（使用時）
使用時には、ＲＦ電圧源からＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’にＲＦ電圧が印加される。ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’は、多重極（この場合は四重極）を形成する。実際に、ＲＦ電圧は、多極の隣接するＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’が反対の位相を有するように印加される。したがって、それらが互いに同じ位相を持っているように、電極１２ａと１２ｂ’は１セットとして接続される一方で、互いに同じ位相を有するが、１２ａと１２ｂ’の位相とは反対であるように、電極１２ｂと１２ａ’が別のセットとして接続される。したがって、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’は、電極アセンブリー１００の長手方向に平行に延在するイオン光軸の形でイオン流路を画定する疑似ポテンシャル井戸を生成する。
使用時には、ＲＦ電圧源からＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’にＲＦ電圧が印加される。ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’は、多重極（この場合は四重極）を形成する。実際に、ＲＦ電圧は、多極の隣接するＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’が反対の位相を有するように印加される。したがって、それらが互いに同じ位相を持っているように、電極１２ａと１２ｂ’は１セットとして接続される一方で、互いに同じ位相を有するが、１２ａと１２ｂ’の位相とは反対であるように、電極１２ｂと１２ａ’が別のセットとして接続される。したがって、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’は、電極アセンブリー１００の長手方向に平行に延在するイオン光軸の形でイオン流路を画定する疑似ポテンシャル井戸を生成する。
【0066】
使用時には、ＤＣ電圧がＤＣ電極１４に印加され得る。ＤＣ電極セグメントが、好ましくは電極アセンブリーの第１の端部１００ａから第２の端部１００ｂまで単調に増加するＤＣ電位を提供するように、ＤＣ電圧が、ＤＣ電極セグメントに印加される。好ましくは、増加するＤＣ電位は、コネクタ２２によって各ＤＣ電極セグメントに接続され、等しい抵抗器を有する誘電体材料１１の外側表面に配置された抵抗分割器を使用することによって設けられる。好ましくは、線形電圧分布が定義されるが、より複雑で時間依存の分布を使用して、イオン電極アセンブリー内でのイオン操作を可能にすることもできる。例えば、イオンは、質量分析のさらなる段階と同期して、電極アセンブリー１００の第１の端部１００ａまたは第２の端部１００ｂのいずれかにドライブされ得る。また、ガスで満たされたガイドでのイオン移動度の分離が可能になる。これは、ドリフト速度が電極アセンブリーのＤＣ勾配によって提供されるときに達成できる。好ましくは、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’は、それぞれに独自のＤＣ電圧が印加される複数のセグメントにセグメント化され得る。ＤＣ電圧は、例えば、ＤＣ電極セグメントを供給するために使用されるものと同じ抵抗分割器によって供給され得る。ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’を複数のセグメントに分割することにより、ＤＣ電極セグメントに加えて、それぞれに独自のＤＣ電圧が印加され、電極アセンブリーでより強い軸方向勾配を生成できる。
【0067】
図１０ａおよび１０ｂは、図１０に示される線ＡＡ’およびＢＢ’に沿った図５～１０の電極アセンブリーの断面を示す。図１０ａおよび１０ｂはまた、破線として、ＲＦ電極１２ａおよび１２ｂに印加されるＲＦ電圧の７５％の等電位２７およびＲＦ電極１２ａおよび１２ｂに印加されるＲＦ電圧の２５％の等電位２８を示す。
【0068】
ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’と誘電体材料１１との間のギャップは、それらの間に直接設けられたＤＣ電極１４が、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’によって生成されるＲＦフィールドから誘電体材料１１をシールドすることを可能にする。このシールドは、図１０ｂの等電位線２７、２８によって示されるように、ＲＦフィールドが誘電体材料１１を透過することを防ぎ、したがって誘電損失による誘電体材料１１内の熱の発生を防ぐ。誘電体材料１１へのＲＦフィールドの唯一の透過は、露出領域で発生する（露出領域には、各ピンセパレーター１３と誘電体材料１１の間の接触領域１１ｂ、接触領域１１ｂを囲む溝１１ｃ（電極１２ｂについて図１０ａに示すように）、およびそして各ＤＣ電極１４のセグメント間の溝が含まれる）。本発明では、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の長さに沿って離間した位置に複数のセパレーターを設けることにより、露出領域が最小化されている。
【0069】
これは、図１および図１ａに示される既知の電極アセンブリー１とは著しく異なる。図１ａはまた、破線として、ＲＦ電極３に印加されるＲＦ電圧の７５％の等電位２４およびＲＦ電極３に印加されるＲＦ電圧の２５％の等電位２６を示す。この既知の電極アセンブリー１では、ＲＦフィールドは、ＲＦ電極３の全長に沿ってＲＦ電極の下／上の誘電体材料４を透過する。したがって、ＲＦフィールドの透過は、特許請求される本発明の電極アセンブリーにおけるＲＦフィールドの透過と比較して、既知の電極アセンブリー１の誘電体材料４のより広い領域にわたる。既知の電極アセンブリー１のより広い領域にわたるＲＦフィールドの透過は、誘電体材料４のより大きな加熱を引き起こす。
【0070】
本発明の電極配置１０、１０’は、図５～１０に示すように、反応セル、特に、衝突誘起解離（ＣＩＤ）、電子捕獲解離（ＥＣＤ）、電子移動解離（ＥＴＤ）、光解離などの方法を採用する衝突セルまたはフラグメンテーションセルで使用できる。ＥＴＤの場合、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’および１２ｂ’は、長手方向に形成された溝によって長手方向セグメントにセグメント化され得る。例えば、ＵＳ７１４５１３９において、当技術分野で既知であるように、長手方向セグメントは、独立して制御されたＤＣオフセットおよびそれに印加されるＲＦ電圧を有することができる。
【0071】
本発明の電極配置１０、１０’は、図５～１０に示されるように、イオンガイド、四重極質量フィルターなどのイオンフィルター、イオン移動度分光計、線形イオントラップなどのイオントラップ、イオン貯蔵装置、または質量分析器などのイオン分析器で使用され得る。実際、電極配置１０、１０’は、誘電体材料に接続された平面ＲＦ電極を使用してＲＦ多極を生成する任意のデバイスで使用され得る。イオントラップ、イオンガイド、イオンフィルター、反応セル、イオン貯蔵装置およびイオン分析器におけるＲＦ電極の使用は、当業者にはよく理解されているであろう。
【0072】
好ましい実施形態では、図５～１０に示されるような電極配置１０、１０’を有する電極アセンブリー１００は、ＨＣＤ（高エネルギー衝突解離）セルなどの衝突セルで使用される。衝突セルは、通常、四重極とＯｒｂｉｔｒａｐ質量分析器を含む質量分析計などの質量分析計のイオン経路に配置される。電極アセンブリー１００が衝突セル内に配置される場合、電極アセンブリー１００は、電極アセンブリー１００の第１および第２の端部１００ａ、１００ｂに第３および第４の副側壁をさらに有する。開口部が、電極アセンブリー１００の第１の端部１００ａで第３の副側壁に設けられ、必要に応じて、開口部が、電極アセンブリー１００の第２の端部１００ｂで第４の副側壁にも設けられる。使用中、前駆体イオンと呼ばれるイオンが、第１の端部１００ａでの開口部を介して電極アセンブリー１００に入り、第１および第２の電極配置１０、１０’の間の空間に入る。空間は、窒素、アルゴン、またはイオンの衝突冷却および／またはフラグメンテーションのための他の適切な衝突ガスで満たされ得る。フラグメンテーションが必要な場合、衝突セルと衝突セルの上流の構成要素間のＤＣオフセットを調整するために、ＤＣ電極に印加されるＤＣ電圧を調整することにより、前駆体イオンが希望の衝突エネルギーで、衝突セルに加速される。あるいは、前駆体イオンをそのままにしておく場合は、ＤＣオフセットを調整して、流入するイオンのエネルギーをフラグメンテーションが発生しないか、最小限に抑えられるレベルに維持する。次に、前駆体イオン／フラグメントは、第２の端部１００ｂの開口部を介して電極アセンブリー１００を出ることができる。あるいは、電極アセンブリー１００を有する衝突セルは、「行き止まり」構成を有し得る。そのような構成では、第２の端部１００ｂには開口部がなく、前駆体／フラグメントイオンは、第１の端部１００ａでの開口部を介して電極アセンブリー１００を出る。
【0073】
図５～１０に示されるように、第１および第２の電極配置１０、１０’を有する電極アセンブリー１００が、代わりに、曲がったフラッタポールなどのイオンガイドで使用される場合、イオンは、第１の端部１００ａを介して電極アセンブリー１００に入り、電極アセンブリー１００内に閉じ込められて、長手方向軸に沿って移動する。ＤＣ電極１４は、電極アセンブリー１００を通して長手方向に沿ってイオンをドライブするＤＣ電界を生成するように構成され得る。次に、イオンは、第２の端部１００ｂを介してイオンガイドを出る。
【0074】
図１５および１６は、本発明の第１の電極配置１０の第２の実施形態を示す。第１の電極配置１０のみが示されているが、第２の電極配置１０’が同様に構成され得ることが理解されよう。図１５および１６に示される第２の実施形態と図５～１０に示される第１の実施形態との違いは、第２の実施形態がピンセパレーター１３の代わりにレセプタクル付きセパレーター１３’および突出セパレーター１３’’を含むことである。レセプタクル付きセパレーター１３’を図１６にさらに詳しく示す。
【0075】
レセプタクル付きセパレーター１３’とピンセパレーター１３の違いは、レセプタクル付きセパレーター１３’の場合、各ヘッド部分１３ａは、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の本体から延在する突起部１２ｃを受容するためのレセプタクル１３ｄを含むことである。図５～１０の他の構成要素の説明は、同じ参照番号が付けられた図１５および１６の同等の構成要素に等しく適用される。図５～１０に関するピンセパレーター１３の突出部１３ｂの説明は、図１５および１６のレセプタクル付きセパレーター１３’の突出部１３ｂにも同様に当てはまる。
【0076】
レセプタクル付きセパレーター１３’は、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’に機械的に結合される。ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’はそれぞれ、細長く、電極アセンブリー１０の長手方向に延在する本体を有する。ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の本体は、上記の主表面および副表面を含む。上述のように、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の主表面は、誘電体表面１１の平面に平行である。ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の副表面は、平面の誘電体表面１１に直交する。第２の実施形態では、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’は、本体と、本体から延在する複数の突起部１２ｃとを含む。各突起部１２ｃは、それぞれのレセプタクル１３ｄによって受容される。各ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の各突起部１２ｃは、レセプタクル付きセパレーター１３’の対応するレセプタクル１３ｄに挿入され、その中に保持される。
【0077】
各レセプタクル１３ｄは、突起部１２ｃを受容するための開口部１３ｅを含む。開口部１３ｅは、対応する突起部１２ｃと相補的な形状を有し得る。開口部１３ｅは、貫通孔であってもよく、または代わりに、レセプタクル１３ｄを部分的に貫通して延在するのみの凹部であり得る。レセプタクル１３ｄおよびその開口部１３ｅは、誘電体材料１１の平面に直交する方向に延在する長手方向軸を有する。開口部１３ｅは、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の平面に直交する方向に延在する。レセプタクル１３ｄに形成された開口部１３ｅの直径は、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の突起部１２ｃの直径と同じか、それより大きくてもよい。好ましくは、レセプタクルは、突起部１２ｃに保持力を及ぼして突起部１２ｃをレセプタクル１３ｄの開口部１３ｅ内に保持する円形ばね（図示せず）を含む。レセプタクル１３ｄは、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’のための機械的支持および整列を提供し得る。
【0078】
ピンセパレーター１３に関して上述したように、レセプタクル付きセパレーター１３’は、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’と誘電体材料１１との間のギャップを画定するように構成される。ギャップは、誘電体材料１１の平面と直交する方向に設けられている。したがって、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の外側（主）表面と誘電体材料１１の内側（主）表面上に形成されたＤＣ電極１４との間にもギャップが延びる。これは、図５～１０に示される実施形態におけるピンセパレーター１３に関して上記でさらに詳細に論じられ、図１５および１６に示される実施形態のレセプタクル付きセパレーター１３’にも同様に当てはまる。
【0079】
各突起部１２ｃは、好ましくは、レセプタクル１３ｄの底壁１３ｆと、各ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の本体から遠位の突起部１２ｃの端部との間にギャップが形成されるように、開口部１３ｅ内に部分的にのみ延在する。このギャップは、レセプタクルの長手方向軸に沿って（すなわち、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の平面に直交して）設けられる。レセプタクル１３ｄの開口部１３ｅに突起部１２ｃを挿入することにより、電極の振動や屈曲が回避される。
【0080】
突起部１２ｃは、好ましくは、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’と一体的に形成され、その一部である。各突起部１２ｃは、それぞれのＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の本体の副表面から延在する。各突起部１２ｃは、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の副表面をセパレーター１３に接続する。各突起部１２ｃは、第１の平面に第１のセクションを有し、第２の平面に第２のセクションを有する。第１の平面は、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の本体の平面であり、すなわち、第１のセクションは、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の平面に延在する。第１のセクションは、それぞれのＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の本体から離れる方向に（すなわち、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の長手方向軸に対してゼロでない角度の方向に）延在する。最も好ましくは、第１のセクションは、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の長手方向軸に垂直な方向にＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の平面内に延在する。第２のセクションの少なくとも一部は、レセプタクル１３ｄ内に受容される。第２のセクションは、レセプタクル１３ｄに入るように、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の平面に対してある角度で延在する（すなわち、第２のセクションは、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の平面の外に延在する）。第２の平面は、第１の平面に対してある角度になっている。好ましい実施形態では、第２の平面は第１の平面に直交する。好ましくは、各突起部は、第１のセクションと第２のセクションとを接続し、したがって突起部を第１の平面から第２の平面に移行させる湾曲セクションを有する。しかしながら、代替配置では、突起部１２ｃは湾曲セクションを有さなくてもよく、その代わりに、第１のセクションは、第１のセクションが第２のセクションと非ゼロ角度で交差するように、第２のセクションに直接接続し得る。
【0081】
図５～図１０に示す実施形態に関する上記のピンセパレーター１３の突出部１３ｂの説明は、図１５および図１６に示す第２の実施形態のレセプタクル付きセパレーター１３’の突出部１３ｂにも同様に当てはまる。実際、図１５および１６において、各突出部１３ｂは、ヘッド部分１３ａから、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の平面に直交し、誘電体材料１１の平面に直交する方向に延在する。各突出部１３ｂは、上で詳細に論じたように、誘電体材料１１の対応する受け部１１ａ内に受容され、保持される。
【0082】
ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の各突起部１２ｃは、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’と一体的に形成され、したがって、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の一部として説明される。好ましくは、ＲＦ電極１２は、平板として、例えば、レーザー切断またはプレスにより、作られ、次に突起部１２ｃを専用治具上で平板から下向きに曲げる。この場合、突起部１２ｃの断面は、通常、正方形である。あるいは、あまり好ましくないが、突起部１２ｃは、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’と一体的に形成されるのではなく、レーザーまたは電子ビーム溶接によってＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’に取り付けられてもよい。
【0083】
レセプタクル１３ｄは、正方形の断面を有するものとして示され、その開口部１３ｅは、円形の断面を有する。もちろん、他の形状が使用され得ることが理解されるであろう。例えば、レセプタクル１３ｄは、円筒形の断面を有することができ、その開口部１３ｅは、正方形の断面を有することができる。もちろん、突起部１２ｃの断面は、図１５および図１６に示す四角形状とは異なる形状であり得る。
【0084】
上述のように、レセプタクル付きセパレーター１３’は、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の主表面とレセプタクル付きセパレーター１３’との間に重なりがないように、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’からオフセットされている。代わりに、レセプタクル付きセパレーター１３’は、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の主表面とレセプタクル付きセパレーター１３’との間にいくらかの重なりがあるように、オフセットされ得る。
【0085】
レセプタクル付きセパレーター１３’は、それぞれのＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の同じ側に配置されるように示されている。代わりに、レセプタクル付きセパレーター１３’は、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’のいずれかの側に配置され得る。
【0086】
突起部１２ｃは、第１および第２のセクションを有するものとして示され、好ましくは平坦なシートから製造される。代わりに、各突起部１２ｃは、ＲＦ電極の長手方向軸に対してある角度で、ＲＦ電極の平面内でＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’から延在し得る。突起部１２ｃは、直線状であり得る。１つの配置では、各レセプタクル１３ｄは、線形である突起部１２ｃが、レセプタクル１３ｄ内に受容されるように、ＲＦ電極の長手方向軸に対してある角度でＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の平面内に延在することができる。突出部１３ｂは、ＲＦ電極の平面に延在し、レセプタクル１３ｄに接続される第１の部分と、ＲＦ電極の平面に対してある角度で延在し、誘電体材料１１の受け部１１ａ内に受容される第２の部分とを有し得る。第１および第２の部分は、湾曲部分によって接続され得る。第２の部分は、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の平面から外れる方向に、好ましくはＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の平面に直交する方向に延在することができる。あるいは、各突起部１２ｃは、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の主表面から、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の平面から外れる方向に、そしてレセプタクル１３ｄ内に延在することができる。この配置では、レセプタクル付きセパレーター１３’は、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の中心長手方向軸と一列に、または近位に配置され得る。
【0087】
この第２の実施形態では、レセプタクル付きセパレーター１３’に加えて、必要に応じて、複数の突出セパレーター１３’’も設けられる。複数の突出セパレーター１３’’は、互いに離間している。複数の突出セパレーター１３’’は、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’に沿った複数の点、好ましくは２つまたは３つの点に配置され得る。図１５に示すようにそれらは、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’に沿った２つの点に配置される。
【0088】
ピンセパレーター１３およびレセプタクル付きセパレーター１３’と同様に、突出セパレーター１３’’は、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’と誘電体材料１１との間のギャップを画定し得る。各突出セパレーター１３’’は、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の主平面表面を誘電体材料１１に接続する。突出セパレーター１３’’は、各突出セパレーター１３’’が突出部１３ｂよりも大きな直径のヘッド部分１３ａを有しないという点で、図５～１０に示される実施形態のピンセパレーター１３とは異なる。代わりに、各突出セパレーター１３’’は、セパレーター１３’’の長手方向軸、すなわち、誘電体材料１１の主平面表面およびＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の主平面表面に直交する方向に沿って第１の端部１３ｇと第２の端部１３ｈとの間に延在する突出部１３ｂで形成される。突出部１３ｂの第１の端部１３ｇは、誘電体材料１１の対応する受け部１１ａ内に受容される。突出部１３ｂの第２の端部１３ｈは、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の開口部１２ｄ内に受容される。したがって、突出セパレーター１３’’は、誘電体材料１１の平面に直交する方向に、誘電体材料１１の内側表面とＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’との間に延在する。突出部１３ｂは、円筒状であり、断面が円形である。しかしながら、正方形のような他の断面形状が採用され得る。
【0089】
誘電体材料１１の各受け部１１ａおよびＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の各開口部１２ｄは、突出部１３ｂの第１の端部１３ｇおよび第２の端部１３ｈと相補的な形状を有し得る。各受け部１１ａおよび／または各開口部１２ｄは、貫通孔であってもよく、または代わりに凹部であり得る。好ましくは、受け部１１ａは、貫通孔であり、第１の端部１３ｇが誘電体材料１１の外側表面を越えて延在するように、突出部１３ｂの第１の端部１３ｇは、受け部１１ａを貫通して延在する。好ましくは、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の開口部１２ｄは、貫通孔であり、第２の端部１３ｈがＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の内側表面を越えて延在するように、突出部１３ｂの第２の端部１３ｈは、ＲＦ電極の開口部１２ｄを貫通して延在する。
【0090】
誘電体材料の各受け部１１ａおよびＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の各開口部１２ｄは、機械加工、パンチング、またはレーザーカットされ得る。突出セパレーター１３’’の第１の端部１３ｇおよび第２の端部１３ｈは、例えば、ナットとネジ、円形クリップ、はんだ付け、接着物、または溶接によって、誘電体材料１１およびＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’にそれぞれ固定され得る。上述のように、各突出部１３ｂは、誘電体材料１１の外側主表面にはんだ付けされ得る。典型的には、各突出部１３ｂは、誘電体材料１１の外側主表面上に設けられた導電性パッドにはんだ付けされる。突出セパレーター１３’’の各突出部１３ｂは、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の内側主表面にはんだ付けされ得る。
【0091】
図１５に示すように、突出セパレーター１３’’は、ＲＦ電極の１つまたは複数の端部部分１２ｅに機械的に結合されることが好ましい。上述の開口部１２ｄは、各突出部１３ｂの第２の端部１３ｈを受けるための１つまたは複数の端部部分１２ｅに形成され得る。各端部部分１２ｅは平面であり、誘電体材料１１に平行であり、対向する主平面表面を有する。上述のように、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の本体は細長く、電極アセンブリーの長手方向に延在する。好ましくは、各端部部分１２ｅは、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の本体の平面内に、かつそれから横方向に延在する。より好ましくは、各端部部分１２ｅは、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の本体の平面内に延在し、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の本体の長手方向軸から垂直である。したがって、突出セパレーター１３’’は、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の本体からオフセットされており、重ならない。言い換えれば、突出セパレーター１３’’は、電極アセンブリー１０の長手方向に沿って延在するＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の主表面からオフセットされており、重ならない。
【0092】
図１５に示す実施形態では、第１の突出セパレーター１３’’は、第１の端部部分１２ｅに機械的に結合され、第２の突出セパレーター１３’’は、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の第２の端部部分１２ｅに機械的に結合される。好ましくは、第１の端部部分１２ｅは、電極アセンブリー１０の長手方向に沿って第２の端部部分１２ｅから離間している。
【0093】
ピンセパレーターの突出部１３ｂに関して上述したように、突出セパレーター１３’’の突出部１３ｂの第１の端部１３ｇは、それぞれのＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、２１ｂ’にＲＦ電圧を供給するために、ＲＦ電圧源に電気的に接続され得る。この接続は、ＲＦ電圧源への電気的接続を設けるように構成されたコネクタによって提供され得る。コネクタについては上記で説明した。
【0094】
上記のように、レセプタクル付きセパレーター１３’に加えて突出セパレーター１３’’を含めることは任意である。同様に、突出セパレーター１３’’に加えて、レセプタクル付きセパレーター１３’を含めることは任意である。図１５では、レセプタクル付きセパレーター１３’と突出セパレーター１３’’の両方が存在する。レセプタクル付きセパレーター１３’および突出セパレーター１３’’の両方を設けることにより、各ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’と誘電体材料１１の内側表面との間のギャップのサイズをより正確に画定および維持することができる。レセプタクル付きセパレーター１３’と突出セパレーター１３’’の両方が存在する場合、次に、突出セパレーター１３’’は、第１の端部１３ｇと第２の端部１３ｈとの間の距離（つまり、セパレーター１３’’の高さ）によって、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’間のギャップを画定し得る。上述のように、レセプタクル付きセパレーター１３’は、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’と誘電体材料１１との相対的な整列を維持し、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の振動または湾曲を防止し得る。各レセプタクル付きセパレーター１３’のレセプタクル１３ｄの底壁１３ｆの厚さは、ギャップの調整を可能にするように選択され得る。例えば、輸送中の大きな力による電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の動きは、レセプタクルの突起部１２ｃと底壁１３ｆとの当接によって制限され得る。
【0095】
図１５～１６には示されていないが、第２の実施形態では、図５～１０と同様に、少なくとも１つのＤＣ電極１４が誘電体材料の内側主表面の大部分に設けられる。図５～１０に関連する上記のＤＣ電極１４の説明は、図１５および１６にも同様に当てはまる。
【0096】
図１５および１６に示す実施形態では、電極アセンブリーの長手方向に平行に延在するＲＦ電極の主表面に対向する誘電体材料１１の平面表面の全てを、ＤＣ電極１４で覆うことができる。通常、誘電体１１の表面の９０～９５％までの被覆を達成することができる。図１５および１６に示される実施形態では、電極アセンブリーの長手方向軸に平行に延在するＲＦ電極の主表面の全てと誘電体材料１１上のＤＣ電極１４との間に誘電体材料１１の平面に直交する方向に見通し線がある。言い換えれば、電極アセンブリーの長手方向軸に平行に延在するＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の主表面と、レセプタクルまたは突出セパレーター１３’、１３’’との間に重なりはない。電極アセンブリーの長手方向軸に平行に延在する電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の主（平面）表面全体が、レセプタクル付きセパレーター１３’の上に張り出している。したがって、電極の長手方向軸に平行に延在するＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の主（平面）表面の表面積の９０％より大きい面積は、ＤＣ電極１４によって誘電体材料からシールドすることができる。
【0097】
ピンセパレーター１３に関して上記で論じたように、レセプタクル付きセパレーター１３’および突出セパレーター１３’’はまた、導電性であり得、そして好ましくは金属であり得る。レセプタクル付きセパレーター１３’および突出セパレーター１３’’は、誘電体材料１１の表面に沿って離間しており、好ましくは等間隔で離間している。レセプタクル付きセパレーター１３’および突出セパレーター１３’’は、典型的には、銅またはＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’と同じ材料で形成され得る。レセプタクル付きセパレーター１３’および突出セパレーター１３’’は、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の表面に永久的に取り付けられていなくてもよい。例えば、レセプタクル付きセパレーター１３’の場合、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の突起部は、レセプタクル１３ｄ内に取り外し可能に受けられてもよい。突出セパレーター１３’’については、突出部１３ｂは、開口部１２ｄ内に取り外し可能に受容され得る。
【0098】
【0099】
ギャップがＲＦ電極と誘電体材料の間に画定され、ＲＦ電極を切断し、一方、ＲＦ電極は、ＲＦ電極を再形成するように誘電体材料に結合されるように、離間した複数のセパレーターを使用してＲＦ電極を誘電体材料に機械的に結合することを含む、電極アセンブリー１の製造と組み立ては、図５～１０および図１５および１６に示される両方の実施形態に適用される。
【0100】
（実験結果）
ここでは実験２と呼ぶ、図５～図１０に示す特許請求される本発明の電極アセンブリー１００を有するＨＣＤ（高エネルギー衝突解離）セルでの実験１と同じ多価ユビキチンイオンの分離した電荷状態（＋１１）を含む、実験の結果が、図１１～１４に提供されている。実験１と同様に、分離およびトラップされたユビキチンイオンは、ＨＣＤセルからＣトラップに転送され、ＣトラップからＯｒｂｉｔｒａｐ質量分析器に注入されて質量分析される。ＨＣＤセルは、ＣトラップがＨＣＤセルの上流になるようにＣトラップに隣接して配置された。多価ユビキチンイオンの電荷状態（＋１１）は、５００ミリ秒のトラップ時間でＨＣＤセルにトラップされた。時間０：００（つまり、実験の開始）で、ＨＣＤセルのＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’に高いＲＦ電圧が印加され（約１，２５０Ｖｐｐ）、隣接するＣトラップのＲＦ電極に約３，０００Ｖｐｐを印加した。ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’への最大ＲＦ電圧の印加は、２時間３０分の間維持された。実験１と実験２の主な違いは、実験１ではＨＣＤセルが図１の電極アセンブリー１を使用し、実験２ではＨＣＤセルが図５～１０の電極アセンブリー１００を使用したことである。さらなる違いは、実験２では最大ＲＦ電圧がＨＣＤセルに２時間３０分間印加され、実験１では最大ＲＦ電圧が１時間１２分間だけ印加されたことである。実験の残りの条件は実質的に同じであった。したがって、図１１および１３の電荷減少データは、図２のデータと直接比較できる。また、図１４（ａ）および（ｂ）の質量スペクトルは、図３（ａ）および（ｂ）の質量スペクトルと直接比較できる。
ここでは実験２と呼ぶ、図５～図１０に示す特許請求される本発明の電極アセンブリー１００を有するＨＣＤ（高エネルギー衝突解離）セルでの実験１と同じ多価ユビキチンイオンの分離した電荷状態（＋１１）を含む、実験の結果が、図１１～１４に提供されている。実験１と同様に、分離およびトラップされたユビキチンイオンは、ＨＣＤセルからＣトラップに転送され、ＣトラップからＯｒｂｉｔｒａｐ質量分析器に注入されて質量分析される。ＨＣＤセルは、ＣトラップがＨＣＤセルの上流になるようにＣトラップに隣接して配置された。多価ユビキチンイオンの電荷状態（＋１１）は、５００ミリ秒のトラップ時間でＨＣＤセルにトラップされた。時間０：００（つまり、実験の開始）で、ＨＣＤセルのＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’に高いＲＦ電圧が印加され（約１，２５０Ｖｐｐ）、隣接するＣトラップのＲＦ電極に約３，０００Ｖｐｐを印加した。ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’への最大ＲＦ電圧の印加は、２時間３０分の間維持された。実験１と実験２の主な違いは、実験１ではＨＣＤセルが図１の電極アセンブリー１を使用し、実験２ではＨＣＤセルが図５～１０の電極アセンブリー１００を使用したことである。さらなる違いは、実験２では最大ＲＦ電圧がＨＣＤセルに２時間３０分間印加され、実験１では最大ＲＦ電圧が１時間１２分間だけ印加されたことである。実験の残りの条件は実質的に同じであった。したがって、図１１および１３の電荷減少データは、図２のデータと直接比較できる。また、図１４（ａ）および（ｂ）の質量スペクトルは、図３（ａ）および（ｂ）の質量スペクトルと直接比較できる。
【0101】
図１１は、実験２の時間に対するＨＣＤセルの電荷状態ごとのイオン電流のグラフである。ＨＣＤセルの電荷状態ごとのイオン電流は、５００ミリ秒間トラップされた後にＨＣＤセルからイオンが抽出されたときの、特定の電荷状態のユビキチンイオンの質量電流である。図１１に示すように、抽出イオン電流は、実験の過程で変化する。これはおそらくイオン源の状態によるものである。この変動を考慮して、図１２のグラフが提供された。図１２は、時間に対する抽出イオン電流のグラフであり、図１１のグラフからの抽出イオン電流は、各時点で電荷状態（＋１１）を有するイオンの抽出イオン電流によって正規化されている。したがって、データ上の総イオン強度の変化の影響は取り除かれた。図１２からわかるように、電荷状態（＋１１）を有するイオンの強度は常に１００％の強度である。第２に高い強度を持つイオンは、電荷状態（＋１０）のイオンである。電荷状態（＋１０）のイオンは、約１０％の安定した強度を持っている。したがって、最大ＲＦ電圧が２時間３０分というより長い時間にわたってＨＣＤセルに印加されたが、電荷減少は安定し、約１０％にすぎない。これは、実験１の１００％を超える電荷減少と比較して大幅に削減される。
【0102】
図１１および１２のデータはさらに処理されて、図１３に示すグラフが作成された。図１３は、時間に対する電荷減少のグラフである。上述のように、電荷減少は、分離した電荷状態（＋１１）の抽出イオン電流の合計に対する、分離した電荷状態（＋１１）の抽出イオン電流の合計を除く、全てのピークの抽出イオン電流の合計の比によって定義される。図１３は、実験開始時の電荷減少が平均で約８％から始まり、最初の１時間で約１２％に達することを示している。残りの１時間２４分の間、電荷減少のレベルは１２％のままである。したがって、特許請求される本発明の電極配置１０、１０’を有するＨＣＤセルを用いて実験が行われるとき、電荷減少は大幅に減少し、その減少したレベルで安定する。
【0103】
図１４（ａ）は、実験２（時間０：００）の開始時に取得された質量スペクトルである。図１４（ａ）に示すように、時刻０：００で分離した電荷状態（＋１１）を有する同位体の相対存在量は１００％で、他の各同位体の相対存在量は５％未満である。図１４（ｂ）は、実験２の時間２：３０（２時間３０分）に取得された質量スペクトルである。したがって、図１４（ｂ）の質量スペクトルは、最大ＲＦ電圧が２時間３０分間印加されたときに取得された。図１４（ａ）と１４（ｂ）を比較すると、実験期間中、分離した電荷状態（＋１１）を有する同位体の相対存在量は変化していないことがわかる。実際、最大ＲＦ電圧が２時間３０分間印加されているにもかかわらず、図１４（ａ）と図１４（ｂ）の質量スペクトルは同一に見える。したがって、図５～１０に示すとおり、特許請求される本発明の電極配置１０、１０’を有する電極アセンブリー１００を使用するＨＣＤセルの動作中に、分離された同位体（＋１１）の電荷減少はなかったことがわかる。
【0104】
特許請求される本発明の有利な電極配置１０、１０’に加えて、パナソニック１７５５Ｍの代わりに、ＰＣＢを形成する誘電体材料１１としてメグトロン６を使用することにより、さらなる改善を提供することができる。既知の電極配置では、ＰＣＢを形成する誘電体材料は、通常、パナソニック１７５５Ｍを含む。特許請求される本発明において、誘電体材料１１は、好ましくはメグトロン６である。メグトロン６を使用すると、誘電損失がさらに低減される。実際、メグトロン６の誘電正接Ｄｆは０．００１５～０．００２０であるが、パナソニック１７５５Ｍの誘電正接Ｄｆは０．０１４である。
【0105】
図１１～１４は、ＨＣＤセルにおける特許請求された電極配置１０、１０’およびアセンブリー１００の使用に関するが、本発明の電極配置１０、１０’の利点は、他の反応セル、特に衝突セル、イオンガイド、イオントラップ、イオンフィルター、イオン分析器、または、誘電体材料に接続された平面ＲＦ電極を使用してＲＦ多重極を生成する他のデバイスに等しく適用される。
【0106】
【0107】
本発明のさらなる実施形態は、本明細書で説明される異なる実施形態のいくつかの特徴を組み合わせることができる。例えば、異なる実施形態は、１つの電極配置において、ピンセパレーター１３、レセプタクル付きセパレーター１３’、または突出セパレーター１３’’のいずれか１つまたは組み合わせを使用することができる。
【0108】
図５～１０のＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’（および図１５および１６のＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の本体）は、真っ直ぐで細長いが、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’は、代わりに円形または湾曲し得る。一部の実施形態では各電極は、平面の誘電体表面の平面にあり、いくつかの他の実施形態では、各ＲＦ電極１２ａ、２１ｂ、１２ａ’、１２ｂ’は、平面の誘電体表面に垂直な平面に配置され得る。ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’は、曲線または他の形状に曲げることができる。例えば、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’は、イオンファンネルを形成するために使用される環状ＲＦ電極として実装され得る。この配置では、セパレーター１３、１３’、１３’’（ピンセパレーター１３、レセプタクル付きセパレーター１３’、または突出セパレーター１３’’のいずれか１つであり得る）は、誘電体材料１１を環状ＲＦ電極の外周に接続し得る。例えば、環状ＲＦ電極は、環状ＲＦ電極の外周から誘電体材料１１に向かって径方向に延在する突起部１２ｃを含むことができる。突起部１２ｃは、レセプタクル付きセパレーター１３’の対応するレセプタクル１３ｅ内に受容され得る。レセプタクル１３ｅは、誘電体材料１１の主平面表面上に配置され得る。
【0109】
第１および第２の副側壁１０１、１０２は、曲がっていても湾曲し得る。
【0110】
第１および第２の電極配置１０、１０’との間の空間のサイズは、変化し得る。例えば、誘電体材料１１間の距離を変更することにより、または、各ピンセパレーター１３のヘッド部分１３ａの厚さを変えることにより、または、各レセプタクル付きセパレーター１３’の底壁１３ｆの厚さを変えることにより、または、各突出セパレーター１３’’の高さを変えることにより、変化し得る。
【0111】
ＤＣ電極１４は、誘電体材料１１の表面上でエッチングされるものとして説明されているが、代わりに他の方法によって形成され得る。例えば、ＤＣ電極１４は、スタンピング、押し出し、レーザー切断または他の適切な組み立て方法によって形成され得る。
【0112】
ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’は、機械加工、スタンピング、レーザー切断、押し出し、エッチングなどによって形成され得る。
【0113】
図５～１０、１５、１６は、四重極を形成するＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’を示しているが、六重極、八重極、十二重極などの高次多極も同じ方法で使用できる。
【0114】
図５～１０に示される実施形態は４つのピンセパレーター１３を有し、図１５および１６に示される実施形態は各ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’に対して４つのレセプタクル付きセパレーター１３’および２つの突出セパレーター１３’’を有する。本発明は、各ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’に対して、より少ないまたはより多い数のセパレーター１３、１３’、１３’’（ピンセパレーター１３、レセプタクル付きセパレーター１３’、または突出セパレーター１３’’）で使用することができる。好ましくは、各ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’のセパレーター１３の数は、８以下であり、例えば、２、３、５、６、または８であり得る。さらに、（ピンセパレーター１３、レセプタクル付きセパレーター１３’、または突出セパレーター１３’’であり得る）セパレーター１３の数を決定するときは、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の取り付けの安定性を考慮する必要がある。
【0115】
図５～１０、１５および１６のセパレーター１３、１３’、１３’’（ピンセパレーター１３、レセプタクル付きセパレーター１３’、または突出セパレーター１３’’）は、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の長さに沿って優先的に等間隔に配置されているが、セパレーター１３は、等間隔に配置されなくてもよい。セパレーター１３、１３’、１３’’は、ＲＦ電圧がＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’および１２ｂ’に等しく供給されるように優先的に配置される。
【0116】
セパレーター１３、１３’、１３’’（ピンセパレーター１３、レセプタクル付きセパレーター１３’、または突出セパレーター１３’’）は、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’に少なくとも電気的に接続される。セパレーター１３、１３’、１３’’（ピンセパレーター１３、レセプタクル付きセパレーター１３’、または突出セパレーター１３’’）は、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’に恒久的に接続され、誘電体材料１１の受け部１１ａ内に受容され、誘電体材料１１上の導電性パッドにはんだ付けされるものとして、記載されている。あるいは、セパレーター１３、１３’、１３’’は、誘電体材料１１の受け部１１ａ内に取り外し可能に受容され得る。代替の実施形態では、セパレーター１３、１３’、１３’’は、誘電体材料１１に永久的に接続され、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の受け部内に受容され、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’にはんだ付けされ得る。または、セパレーター１３、１３’、１３’’は、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の受け部内に取り外し可能に受容され得る。代替の実施形態では、セパレーター１３、１３’、１３’’は、誘電体材料１１およびＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の両方に取り外し可能に接続され得る。
【0117】
図５～１０、１５および１６において、各セパレーター１３、１３’、１３’’（ピンセパレーター１３、レセプタクル付きセパレーター１３’、または突出セパレーター１３’’）は、誘電体材料の厚さ１１内の貫通孔１１ａを通って延在する突出部１３ｂを有する。あるいは、各セパレーター１３、１３’、１３’’は、誘電体材料１１の開口部内に受容され得る。開口部は、誘電体材料１１の厚さを部分的に貫通して延在し得る。例えば、セパレーター１３、１３’、１３’’（ピンセパレーター１３、レセプタクル付きセパレーター１３’、または突出セパレーター１３’’）は、誘電体材料１１の内側表面（それぞれのＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’に近接し、対向する誘電体材料１１の平面表面）の凹部内に受容され得る。図５～１０および１５は、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’が誘電体材料１１に結合されるとき、突出部１３ｂが誘電体材料１１の外側主表面を越えて延在することを示す。代替の実施形態では、セパレーター１３、１３’、１３’’の突出部１３ｂ（ピンセパレーター１３、レセプタクル付きセパレーター１３’、または突出セパレーター１３’’）は、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’が誘電体材料１１に結合されるとき、誘電体材料１１と面一であり得る。
【0118】
【0119】
図５～１０は、単一のセグメント化されたＤＣ電極１４が各誘電体材料１１上に設けられることを説明している。あるいは、複数のＤＣ電極１４が各誘電体材料１１上に設けられてもよい。そうである場合、複数のＤＣ電極１４は、抵抗分割器を介してそれらに印加される電圧勾配を有し得る。
【0120】
図５～図１０のピンセパレーター１３は、ディスク形状のヘッド部分１３ａおよび円筒形の突出部１３ｂを有するものとして説明されている。しかしながら、セパレーター１３は、任意の他の適切な形状であり得る。例えば、ヘッド部分１３ａおよび／または突出部１３ｂは、正方形または三角形の断面を有することができる。また、ヘッド部分１３ａは平面でなくてもよい。
【0121】
図５および８に示されるように、各ヘッド部分１３ａの直径は、それぞれのＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の幅と同様である。通常、ヘッド部分１３ａの中心は、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の中心長手方向軸に沿って直接配置される。あるいは、各ヘッド部分１３ａの直径は、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の幅よりも小さくても大きくてもよい。実際、ヘッド部分１３ａがＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の幅よりも小さい直径を有する場合、ヘッド部分１３ａの中心は、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の中心長手方向軸に沿って配置されてもされなくてもよい。例えば、ヘッド部分１３ａの中心は、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の中心長手方向軸のいずれかの側に配置され得る。
【0122】
図５～１０に示される実施形態の場合、ピンセパレーター１３は、ヘッド部分１３ａをＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’に溶接することによってＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’に接続されると説明されている。しかしながら、他の取り付け手段が考えられる。例えば、ピンセパレーター１３は、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’にはんだ付けされ得る。あるいは、ピンセパレーター１３は、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’の開口部／凹部に圧入され得る。
【0123】
図５～１０、１５、１６に示す実施形態の場合、セパレーター１３、１３’、１３’’の突出部１３ｂ（ピンセパレーター１３、レセプタクル付きセパレーター１３’、または突出セパレーター１３’’）および／または貫通孔１１ａは、貫通孔１１ａ内に突出部１３ｂを維持するためにねじ切りされ得る。また、セパレーター１３、１３’、１３’’（ピンセパレーター１３、レセプタクル付きセパレーター１３’、または突出セパレーター１３’’）の突出部１３ｂを貫通孔１１ａに圧入して突出部１３ｂを貫通孔１１ａ内に保持し得る。
【0124】
図５～１０および図１５および１６に示される実施形態の両方について、ピンセパレーター１３およびレセプタクル付きセパレーターの各突出部１３ｂは、それぞれのヘッド部分１３ａの平面に対して直交／垂直に延在するものとして説明される。ただし、突出部１３ｂは、ヘッド部分１３ａに対して斜めに延在し得る。
【0125】
セパレーター１３、１３’、１３’’（ピンセパレーター１３、レセプタクル付きセパレーター１３’’、または突出セパレーター１３’’）は、スペーサー／スタンドオフであり得る。
【0126】
図５～１０および図１５および１６に示す実施形態の場合セパレーター１３、１３’、１３’’（ピンセパレーター１３、レセプタクル付きセパレーター１３’、または突出セパレーター１３’’）は、セパレーターが、ＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’によって生成されるＲＦフィールドの存在下で加熱されないように、誘電損失が小さい（低い誘電正接Ｄｆ＝ｔａｎδ）材料で形成することが好ましい。したがって、これにより、検体分子へのガス放出や望ましくない変化が回避される。セパレーター１３、１３’、１３’’（ピンセパレーター１３、レセプタクル付きセパレーター１３’、または突出セパレーター１３’’）は、好ましくは、電気的感受性が低い（したがって誘電損失が低い）材料で形成される。したがって、セパレーター１３は、好ましくは導電性であり、より好ましくは金属製である。しかしながら、セパレーター１３はまた、プラスチック、セラミック、石英、および低い誘電損失（低い誘電正接Ｄｆ）を有する他の誘電体材料で形成され得る。好ましくは、セパレーター１３は、δ＜０．００１、より好ましくはδ＜０．０００５、最も好ましくはδ＜０．０００３の誘電正接Ｄｆを有する材料から形成される。例えば、石英の誘電正接は０．０００２で、セパレーター１３、１３’、１３’’の推奨材料である。導電性接続は、例えば、導電性コーティング、はんだ接続、有線接続、導電性接着物などのセパレーター１３のそのような絶縁材料を介して、ＲＦ電源とＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’との間に設けられる。低誘電損失を有する材料を使用してセパレーターを形成することは、高ＲＦ電圧がＲＦ電極１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’に印加される実施形態にとって特に好ましい。
【図1】
【図1a】
【図2】
【図3(a)】
【図3(b)】
【図4】
【図5】
【図5a】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図10a】
【図10b】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14(a)】
【図14(b)】
【図15】
【図16】
