▶ 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 リミテッドの特許一覧
特許7141337効果的間隙濾過および大気圧ＲＦ加熱のためのシステムおよび方法
(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】2022-09-13
(45)【発行日】2022-09-22
(54)【発明の名称】効果的間隙濾過および大気圧ＲＦ加熱のためのシステムおよび方法
(51)【国際特許分類】
H01J 49/36 20060101AFI20220914BHJP
G01N 27/62 20210101ALI20220914BHJP
G01N 27/623 20210101ALI20220914BHJP
G01N 27/624 20210101ALI20220914BHJP
【ＦＩ】
H01J49/36
G01N27/62 E
G01N27/623
G01N27/624
【請求項の数】
36
(21)【出願番号】P 2018550730
(86)(22)【出願日】2017-03-21
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2019-04-25
(86)【国際出願番号】 IB2017051613
(87)【国際公開番号】W WO2017168282
(87)【国際公開日】2017-10-05
【審査請求日】2020-03-18
(31)【優先権主張番号】62/317,538
(32)【優先日】2016-04-02
(33)【優先権主張国・地域又は機関】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】シュナイダー， ブラッドリー ビー．
(72)【発明者】
【氏名】ナザロフ， アーキンジョン
(72)【発明者】
【氏名】コービー， トーマス アール．
【審査官】赤木 貴則
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第２０１１／０１０１２１４（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１３／０３０６８５８（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特表２０１０－５３０６０７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１２－５２５６７２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２００７－５２４９７８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１３－５０２０４６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１３－５４２４３８（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｎ ２７／６０－Ｇ０１Ｎ ２７／７０
Ｇ０１Ｎ ２７／９２
Ｈ０１Ｊ ４０／００－Ｈ０１Ｊ ４９／４８
ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
高移動度イオンを濾過するための高電場対称波形装置であって、前記装置は、第１の電極と、
第２の電極であって、前記第２の電極は、前記第１の電極と前記第２の電極との間に一定の間隙距離ｄを提供するために前記第１の電極と並列に配置されている、第２の電極と、
前記第１の電極に電気的に接続され、第１の対称波形を生じさせるように構成されている第１の高電圧波形発生器と
を備え、
前記第１の対称波形は、前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記間隙内に１０Ｔｄより大きい最大密度正規化電場エネルギーＥ／Ｎを伴う対称電場波形を生じさせ、密度正規化電場エネルギーは、電場強度Ｅをガス数密度Ｎで除算したものであり、前記対称電場波形は、前記対称電場波形の半分の間に前記間隙の中心から距離ｙ＝Ｋ（Ｅ）×Ｅ×ｔだけイオンを半径方向に変位させ、式中、Ｋ（Ｅ）は、移動度係数であり、ｔは、前記対称電場波形の半周期であり、
前記対称電場波形は、１０Ｔｄより大きい前記最大Ｅ／Ｎを伴って生じさせられて、前記間隙内のイオンのＫ（Ｅ）をＥ／Ｎの関数にし、
前記一定の間隙距離ならびに前記第１の対称波形の振幅および周波数は、高移動度イオンを濾過するように構成されている、装置。
【請求項2】
前記間隙内の圧力を増加または減少させるための圧送デバイスをさらに備え、前記圧力、前記一定の間隙距離、ならびに前記第１の対称波形の振幅および周波数は、高移動度イオンを濾過するように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項3】
前記第２の電極に電気的に接続され、第２の対称波形を生じさせるように構成されている第２の高電圧波形発生器をさらに備え、前記第１の対称波形および前記第２の対称波形は、前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記間隙内に１０Ｔｄより大きい最大密度正規化電場エネルギーＥ／Ｎを伴う前記対称電場波形を生じさせ、前記対称電場波形は、前記対称電場波形の半分の間に前記間隙の中心から距離ｙ＝Ｋ（Ｅ）×Ｅ×ｔだけイオンを半径方向に変位させ、式中、Ｋ（Ｅ）は、移動度係数であり、ｔは、前記対称電場波形の半周期であり、
前記対称電場波形は、１０Ｔｄより大きい前記最大Ｅ／Ｎを伴って生じさせられて、前記間隙内のイオンのＫ（Ｅ）をＥ／Ｎの関数にし、
前記一定の間隙距離、前記第１の対称波形の振幅および周波数、ならびに前記第２の対称波形の振幅および周波数は、高移動度イオンを濾過するように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項4】
前記間隙内の圧力を増加または減少させるための圧送デバイスをさらに備え、前記圧力、前記一定の間隙距離、前記第１の対称波形の振幅および周波数、ならびに前記第２の対称波形の振幅および周波数は、高移動度イオンを濾過するように構成されている、請求項３に記載の装置。
【請求項5】
高移動度イオンを濾過する方法であって、前記方法は、第１の電極と第２の電極との間に一定の間隙距離ｄを提供するために前記第１の電極と並列に前記第２の電極を配置することと、
第１の対称波形を前記第１の電極に印加することと
を含み、
前記第１の対称波形は、前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記間隙内に１０Ｔｄより大きい最大密度正規化電場エネルギーＥ／Ｎを伴う対称電場波形を生じさせ、密度正規化電場エネルギーは、電場強度Ｅをガス数密度Ｎで除算したものであり、前記対称電場波形は、前記対称電場波形の半分の間に前記間隙の中心から距離ｙ＝Ｋ（Ｅ）×Ｅ×ｔだけイオンを半径方向に変位させ、式中、Ｋ（Ｅ）は、移動度係数であり、ｔは、前記対称電場波形の半周期であり、
前記対称電場波形は、１０Ｔｄより大きい前記最大Ｅ／Ｎを伴って生じさせられて、前記間隙内のイオンのＫ（Ｅ）をＥ／Ｎの関数にし、
前記一定の間隙距離ならびに前記第１の対称波形の振幅および周波数は、高移動度イオンを濾過するように構成されている、方法。
【請求項6】
前記間隙内の圧力を増加または減少させることをさらに含み、前記圧力、前記一定の間隙距離、ならびに前記第１の対称波形の振幅および周波数は、高移動度イオンを濾過するように構成されている、請求項５に記載の方法。
【請求項7】
第２の対称波形を前記第２の電極に印加することをさらに含み、前記第１の対称波形および前記第２の対称波形は、前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記間隙内に１０Ｔｄより大きい最大密度正規化電場エネルギーＥ／Ｎを伴う前記対称電場波形を生じさせ、前記対称電場波形は、前記対称電場波形の半分の間に前記間隙の中心から距離ｙ＝Ｋ（Ｅ）×Ｅ×ｔだけイオンを半径方向に変位させ、式中、Ｋ（Ｅ）は、移動度係数であり、ｔは、前記対称電場波形の半周期であり、
前記対称電場波形は、１０Ｔｄより大きい前記最大Ｅ／Ｎを伴って生じさせられて、前記間隙内のイオンのＫ（Ｅ）をＥ／Ｎの関数にし、
前記一定の間隙距離、前記第１の対称波形の振幅および周波数、ならびに前記第２の対称波形の振幅および周波数は、高移動度イオンを濾過するように構成されている、請求項５に記載の方法。
【請求項8】
前記間隙内の圧力を増加または減少させることをさらに含み、前記圧力、前記一定の間隙距離、前記第１の対称波形の振幅および周波数、ならびに前記第２の対称波形の振幅および周波数は、高移動度イオンを濾過するように構成されている、請求項７に記載の方法。
【請求項9】
イオンを断片化するための高電場対称波形装置であって、前記装置は、第１の電極と、
第２の電極であって、前記第２の電極は、前記第１の電極と前記第２の電極との間に一定の間隙距離ｄを提供するために前記第１の電極と並列に配置されている、第２の電極と、
前記第１の電極に電気的に接続され、第１の対称波形を生じさせるように構成されている第１の高電圧波形発生器と
を備え、
前記第１の対称波形は、前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記間隙内に１００Ｔｄより大きい最大密度正規化電場エネルギーＥ／Ｎを伴う対称電場波形を生じさせ、密度正規化電場エネルギーは、電場強度Ｅをガス数密度Ｎで除算したものであり、前記対称電場波形は、前記対称電場波形の半分の間に前記間隙の中心から距離ｙ＝Ｋ（Ｅ）×Ｅ×ｔだけイオンを半径方向に変位させ、式中、Ｋ（Ｅ）は、移動度係数であり、ｔは、前記対称電場波形の半周期であり、
前記対称電場波形は、１００Ｔｄより大きい前記最大Ｅ／Ｎを伴って生じさせられて、前記間隙内のイオンのＫ（Ｅ）をＥ／Ｎの関数にし、
前記一定の間隙距離ならびに前記第１の対称波形の振幅および周波数は、１００Ｔｄより大きい前記最大Ｅ／Ｎを伴う前記対称電場波形を生じさせることによって、前記間隙内のイオンを断片化するように構成されている、装置。
【請求項10】
前記間隙内の圧力を増加または減少させるための圧送デバイスをさらに備え、前記圧力、前記一定の間隙距離、ならびに前記第１の対称波形の振幅および周波数は、１００Ｔｄより大きい前記最大Ｅ／Ｎを伴う前記対称電場波形を生じさせることによって、前記間隙内のイオンを断片化するように構成されている、請求項９に記載の装置。
【請求項11】
前記第２の電極に電気的に接続され、第２の対称波形を生じさせるように構成されている第２の高電圧波形発生器をさらに備え、前記第１の対称波形および前記第２の対称波形は、前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記間隙内に１００Ｔｄより大きい最大密度正規化電場エネルギーＥ／Ｎを伴う前記対称電場波形を生じさせ、前記対称電場波形は、前記対称電場波形の半分の間に前記間隙の中心から距離ｙ＝Ｋ（Ｅ）×Ｅ×ｔだけイオンを半径方向に変位させ、式中、Ｋ（Ｅ）は、移動度係数であり、ｔは、前記対称電場波形の半周期であり、
前記対称電場波形は、１００Ｔｄより大きい前記最大Ｅ／Ｎを伴って生じさせられて、前記間隙内のイオンのＫ（Ｅ）をＥ／Ｎの関数にし、
前記一定の間隙距離、前記第１の対称波形の振幅および周波数、ならびに前記第２の対称波形の振幅および周波数は、１００Ｔｄより大きい前記最大Ｅ／Ｎを伴う前記対称電場波形を生じさせることによって、前記間隙内のイオンを断片化するように構成されている、請求項９に記載の装置。
【請求項12】
前記間隙内の圧力を増加または減少させるための圧送デバイスをさらに備え、前記圧力、前記一定の間隙距離、前記第１の対称波形の振幅および周波数、ならびに前記第２の対称波形の振幅および周波数は、１００Ｔｄより大きい前記最大Ｅ／Ｎを伴う前記対称電場波形を生じさせることによって、前記間隙内のイオンを断片化するように構成されている、請求項１１に記載の装置。
【請求項13】
イオンを断片化する方法であって、前記方法は、第１の電極と第２の電極との間に一定の間隙距離ｄを提供するために前記第１の電極と並列に前記第２の電極を配置することと、
第１の対称波形を前記第１の電極に印加することと
を含み、
前記第１の対称波形は、前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記間隙内に１００Ｔｄより大きい最大密度正規化電場エネルギーＥ／Ｎを伴う対称電場波形を生じさせ、密度正規化電場エネルギーは、電場強度Ｅをガス数密度Ｎで除算したものであり、前記対称電場波形は、前記対称電場波形の半分の間に前記間隙の中心から距離ｙ＝Ｋ（Ｅ）×Ｅ×ｔだけイオンを半径方向に変位させ、式中、Ｋ（Ｅ）は、移動度係数であり、ｔは、前記対称電場波形の半周期であり、
前記対称電場波形は、１００Ｔｄより大きい前記最大Ｅ／Ｎを伴って生じさせられて、前記間隙内のイオンのＫ（Ｅ）をＥ／Ｎの関数にし、
前記一定の間隙距離ならびに前記第１の対称波形の振幅および周波数は、１００Ｔｄより大きい前記最大Ｅ／Ｎを伴う前記対称電場波形を生じさせることによって、前記間隙内のイオンを断片化するように構成されている、方法。
【請求項14】
前記間隙内の圧力を増加または減少させることをさらに含み、前記圧力、前記一定の間隙距離、ならびに前記第１の対称波形の振幅および周波数は、１００Ｔｄより大きい前記最大Ｅ／Ｎを伴う前記対称電場波形を生じさせることによって、前記間隙内のイオンを断片化するように構成されている、請求項１３に記載の方法。
【請求項15】
第２の対称波形を前記第２の電極に印加することをさらに含み、前記第１の対称波形および前記第２の対称波形は、前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記間隙内に１００Ｔｄより大きい最大密度正規化電場エネルギーＥ／Ｎを伴う前記対称電場波形を生じさせ、前記対称電場波形は、前記対称電場波形の半分の間に前記間隙の中心から距離ｙ＝Ｋ（Ｅ）×Ｅ×ｔだけイオンを半径方向に変位させ、式中、Ｋ（Ｅ）は、移動度係数であり、ｔは、前記対称電場波形の半周期であり、
前記対称電場波形は、１００Ｔｄより大きい前記最大Ｅ／Ｎを伴って生じさせられて、前記間隙内のイオンのＫ（Ｅ）をＥ／Ｎの関数にし、
前記一定の間隙距離、前記第１の対称波形の振幅および周波数、ならびに前記第２の対称波形の振幅および周波数は、１００Ｔｄより大きい前記最大Ｅ／Ｎを伴う前記対称電場波形を生じさせることによって、前記間隙内のイオンを断片化するように構成されている、請求項１３に記載の方法。
【請求項16】
前記間隙内の圧力を増加または減少させることをさらに含み、前記圧力、前記一定の間隙距離、前記第１の対称波形の振幅および周波数、ならびに前記第２の対称波形の振幅および周波数は、１００Ｔｄより大きい前記最大Ｅ／Ｎを伴う前記対称電場波形を生じさせることによって、前記間隙内のイオンを断片化するように構成されている、請求項１５に記載の方法。
【請求項17】
高移動度イオンを濾過するための高電場対称波形装置に切り替え可能である微分イオン移動度分光測定のための高電場非対称波形装置であって、前記装置は、第１の電極と、
第２の電極であって、前記第２の電極は、前記第１の電極と前記第２の電極との間に一定の間隙距離ｄを提供するために前記第１の電極と並列に配置されている、第２の電極と、
調節可能または固定周波数において、かつ調節可能振幅において第１の対称波形を生じさせる高電圧第１波形発生器と、
調節可能または固定周波数において、かつ調節可能振幅において第２の対称波形を電気的に生じさせる高電圧第２波形発生器であって、前記第２の対称波形の周波数は、前記第１の対称波形の周波数の高調波である、高電圧第２波形発生器と、
前記第１波形発生器および前記第２波形発生器のうちの少なくとも１つの位相を調節するように構成されている位相調節回路と、
前記第１波形発生器と前記第１の電極とを電気的に接続または切断することと、前記第２波形発生器と前記第２の電極とを電気的に接続または切断することとを行うように構成可能であるスイッチング回路と
を備え、
微分イオン移動度分光測定のために、前記スイッチング回路は、前記第１波形発生器を前記第１の電極に電気的に接続し、かつ前記第２波形発生器を前記第２の電極に電気的に接続し、前記第１の対称波形および第２の対称波形の印加からもたらされる前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記間隙内に生成される電場波形は、非対称であり、ゼロに実質的に等しい時間平均値を有し、
高移動度イオンの高電場対称波形濾過のために、前記スイッチング回路は、前記第１波形発生器を前記第１の電極に電気的に接続し、かつ前記第２波形発生器を前記第２の電極から電気的に切断し、前記第１の対称波形は、前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記間隙内に１０Ｔｄより大きい最大密度正規化電場エネルギーＥ／Ｎを伴う対称電場波形を生じさせ、密度正規化電場エネルギーは、電場強度Ｅをガス数密度Ｎで除算したものであり、前記対称電場波形は、前記対称電場波形の半分の間に前記間隙の中心から距離ｙ＝Ｋ（Ｅ）×Ｅ×ｔだけイオンを半径方向に変位させ、式中、Ｋ（Ｅ）は、移動度係数であり、ｔは、前記対称電場波形の半周期であり、前記対称電場波形は、１０Ｔｄより大きい前記最大Ｅ／Ｎを伴って生じさせられて、前記間隙内のイオンのＫ（Ｅ）をＥ／Ｎの関数にし、前記一定の間隙距離ならびに前記第１の対称波形の振幅および周波数は、高移動度イオンを濾過するように構成されている、装置。
【請求項18】
前記第１の対称波形の振幅は、１０Ｔｄより大きい前記最大密度正規化電場エネルギーＥ／Ｎを伴う前記対称電場を生じさせるように構成されている、請求項１７に記載の装置。
【請求項19】
前記間隙内の圧力を増加または減少させるための圧送デバイスをさらに備え、前記圧力、前記一定の間隙距離、ならびに前記第１の対称波形の振幅および周波数は、高移動度イオンを濾過するように構成されている、請求項１７に記載の装置。
【請求項20】
高移動度イオンの高電場対称波形濾過のために、前記スイッチング回路は、前記第１波形発生器を前記第１の電極に電気的に接続し、かつ前記第２波形発生器を前記第２の電極に電気的に接続し、前記位相調節回路は、前記第１の対称波形および前記第２の対称波形が前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記間隙内に最大電場強度Ｅを伴う対称電場波形を生じさせるように、前記第１波形発生器および前記第２波形発生器のうちの少なくとも１つの位相を調節し、前記対称電場波形は、前記対称電場波形の半分の間に前記間隙の中心から距離ｙ＝Ｋ（Ｅ）×Ｅ×ｔだけイオンを半径方向に変位させ、式中、Ｋ（Ｅ）は、移動度係数であり、ｔは、前記対称電場波形の半周期であり、前記対称電場波形は、１０Ｔｄより大きい前記最大Ｅ／Ｎを伴って生じさせられて、前記間隙内のイオンのＫ（Ｅ）をＥ／Ｎの関数にし、前記第１の対称波形の振幅および周波数ならびに前記第２の対称波形の振幅および周波数は、高移動度イオンを濾過するように構成されている、請求項１７に記載の装置。
【請求項21】
前記一定の間隙距離、前記第１の対称波形の振幅、および前記第２の対称波形の振幅は、１０Ｔｄより大きい前記最大密度正規化電場エネルギーＥ／Ｎを伴う前記対称電場を生じさせるように構成されている、請求項２０に記載の装置。
【請求項22】
前記間隙内の圧力を増加または減少させるための圧送デバイスをさらに備え、前記圧力、前記一定の間隙距離、前記第１の対称波形の振幅、および前記第２の対称波形の振幅は、１０Ｔｄより大きい前記最大密度正規化電場エネルギーＥ／Ｎを伴う前記対称電場を生じさせるように構成されている、請求項２０に記載の装置。
【請求項23】
高移動度イオンを濾過するように切り替え可能である微分イオン移動度分光測定のための方法であって、前記方法は、第１の電極と第２の電極との間に一定の間隙距離ｄを提供するために前記第１の電極と並列に前記第２の電極を配置することと、
第１の対称波形を前記第１の電極に印加することと
を含み、
微分イオン移動度分光測定のために、第２の対称波形が、前記第２の電極に印加され、前記第２の対称波形の周波数は、前記第１の対称波形の周波数の高調波であり、前記第１の対称波形の振幅と前記第２の対称波形の振幅との比率および前記第１の対称波形と前記第２の対称波形との間の相対的位相差は、前記第１の電極と前記第２の電極との間の電場を提供するように構成され、前記電場は、非対称であり、ゼロに実質的に等しい時間平均値を有し、
高移動度イオンの高電場対称波形濾過のために、前記第２の対称波形は、前記第２の電極から除去され、前記第１の対称波形は、前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記間隙内に１０Ｔｄより大きい最大密度正規化電場エネルギーＥ／Ｎを伴う対称電場波形を生じさせ、密度正規化電場エネルギーは、電場強度Ｅをガス数密度Ｎで除算したものであり、前記対称電場波形は、前記対称電場波形の半分の間に前記間隙の中心から距離ｙ＝Ｋ（Ｅ）×Ｅ×ｔだけイオンを半径方向に変位させ、式中、Ｋ（Ｅ）は、移動度係数であり、ｔは、前記対称電場波形の半周期であり、前記対称電場波形は、１０Ｔｄより大きい前記最大Ｅ／Ｎを伴って生じさせられて、前記間隙内のイオンのＫ（Ｅ）をＥ／Ｎの関数にし、前記一定の間隙距離ならびに前記第１の対称波形の振幅および周波数は、高移動度イオンを濾過するように構成されている、方法。
【請求項24】
前記第１の対称波形の振幅は、１０Ｔｄより大きい前記最大密度正規化電場エネルギーＥ／Ｎを伴う前記対称電場を生じさせるように構成されている、請求項２３に記載の方法。
【請求項25】
前記間隙内の圧力を増加または減少させることをさらに含み、前記圧力、前記一定の間隙距離、ならびに前記第１の対称波形の振幅および周波数は、高移動度イオンを濾過するように構成されている、請求項２３に記載の方法。
【請求項26】
高移動度イオンの高電場対称波形濾過のために、第３の対称波形が、前記第２の電極に印加され、前記第１の対称波形および前記第３の波形は、前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記間隙内に最大電場強度Ｅを伴う対称電場波形を生じさせ、前記対称電場波形は、前記対称電場波形の半分の間に前記間隙の中心から距離ｙ＝Ｋ（Ｅ）×Ｅ×ｔだけイオンを半径方向に変位させ、式中、Ｋ（Ｅ）は、移動度係数であり、ｔは、前記対称電場波形の半周期であり、前記対称電場波形は、１０Ｔｄより大きい前記最大Ｅ／Ｎを伴って生じさせられて、前記間隙内のイオンのＫ（Ｅ）をＥ／Ｎの関数にし、前記一定の間隙距離、前記第１の対称波形の振幅および周波数、ならびに前記第３の波形の振幅および周波数は、高移動度イオンを濾過するように構成されている、請求項２３に記載の方法。
【請求項27】
前記一定の間隙高さ、前記第１の対称波形の振幅、および前記第３の波形の振幅は、１０Ｔｄより大きい前記最大密度正規化電場エネルギーＥ／Ｎを伴う前記対称電場を生じさせるように構成されている、請求項２６に記載の方法。
【請求項28】
前記間隙内の圧力を増加または減少させることをさらに含み、前記圧力、前記一定の間隙距離、前記第１の対称波形の振幅および周波数、ならびに前記第３の波形の振幅および周波数は、高移動度イオンを濾過するように構成されている、請求項２６に記載の方法。
【請求項29】
イオンを断片化するための高電場対称波形装置に切り替え可能である微分イオン移動度分光測定のための高電場非対称波形装置であって、前記装置は、第１の電極と、
第２の電極であって、前記第２の電極は、前記第１の電極と前記第２の電極との間に一定の間隙距離ｄを提供するために前記第１の電極と並列に配置されている、第２の電極と、
調節可能または固定周波数において、かつ調節可能振幅において第１の対称波形を生じさせる高電圧第１波形発生器と、
調節可能または固定周波数において、かつ調節可能振幅において第２の対称波形を電気的に生じさせる高電圧第２波形発生器であって、前記第２の対称波形の周波数は、前記第１の対称波形の周波数の高調波である、高電圧第２波形発生器と、
前記第１波形発生器および前記第２波形発生器のうちの少なくとも１つの位相を調節するように構成されている位相調節回路と、
前記第１波形発生器と前記第１の電極とを電気的に接続または切断することと、前記第２波形発生器と前記第２の電極とを電気的に接続または切断することとを行うように構成可能であるスイッチング回路と
を備え、
微分イオン移動度分光測定のために、前記スイッチング回路は、前記第１波形発生器を前記第１の電極に電気的に接続し、かつ前記第２波形発生器を前記第２の電極に電気的に接続し、前記第１の対称波形および第２の対称波形の印加からもたらされる前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記間隙内に生成される電場波形は、非対称であり、ゼロに実質的に等しい時間平均値を有し、
高電場対称波形イオン断片化のために、前記スイッチング回路は、前記第１波形発生器を前記第１の電極に電気的に接続し、かつ前記第２波形発生器を前記第２の電極から電気的に切断し、前記第１の対称波形は、前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記間隙内に１００Ｔｄより大きい最大密度正規化電場エネルギーＥ／Ｎを伴う対称電場波形を生じさせ、密度正規化電場エネルギーは、電場強度Ｅをガス数密度Ｎで除算したものであり、前記対称電場波形は、前記対称電場波形の半分の間に前記間隙の中心から距離ｙ＝Ｋ（Ｅ）×Ｅ×ｔだけイオンを半径方向に変位させ、式中、Ｋ（Ｅ）は、移動度係数であり、ｔは、前記対称電場波形の半周期であり、前記対称電場波形は、１００Ｔｄより大きい前記最大Ｅ／Ｎを伴って生じさせられて、前記間隙内のイオンのＫ（Ｅ）をＥ／Ｎの関数にし、前記一定の間隙距離ならびに前記第１の対称波形の振幅および周波数は、１００Ｔｄより大きい前記最大Ｅ／Ｎを伴う前記対称電場波形を生じさせることによって、前記間隙内のイオンを断片化するように構成されている、装置。
【請求項30】
前記間隙内の圧力を増加または減少させるための圧送デバイスをさらに備え、前記圧力、前記一定の間隙距離、ならびに前記第１の対称波形の振幅および周波数は、１００Ｔｄより大きい前記最大Ｅ／Ｎを伴う前記対称電場波形を生じさせることによって、前記間隙内のイオンを断片化するように構成されている、請求項２９に記載の装置。
【請求項31】
高電場対称波形イオン断片化のために、前記スイッチング回路は、前記第１波形発生器を前記第１の電極に電気的に接続し、かつ前記第２波形発生器を前記第２の電極に電気的に接続し、前記位相調節回路は、前記第１の対称波形および前記第２の対称波形が、前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記間隙内に最大電場強度Ｅを伴う対称電場波形を生じさせるように、前記第１波形発生器および前記第２波形発生器のうちの少なくとも１つの位相を調節し、前記対称電場波形は、前記対称電場波形の半分の間に前記間隙の中心から距離ｙ＝Ｋ（Ｅ）×Ｅ×ｔだけイオンを半径方向に変位させ、式中、Ｋ（Ｅ）は、移動度係数であり、ｔは、前記対称電場波形の半周期であり、前記対称電場波形は、１００Ｔｄより大きい前記最大Ｅ／Ｎを伴って生じさせられて、前記間隙内のイオンのＫ（Ｅ）をＥ／Ｎの関数にし、前記一定の間隙距離、前記第１の対称波形の振幅および周波数、ならびに前記第２の対称波形の振幅および周波数は、１００Ｔｄより大きい前記最大Ｅ／Ｎを伴う前記対称電場波形を生じさせることによって、前記間隙内のイオンを断片化するように構成されている、請求項２９に記載の装置。
【請求項32】
前記間隙内の圧力を増加または減少させるための圧送デバイスをさらに備え、前記圧力、前記一定の間隙距離、前記第１の対称波形の振幅および周波数、ならびに前記第２の対称波形の振幅および周波数は、１００Ｔｄより大きい前記最大Ｅ／Ｎを伴う前記対称電場波形を生じさせることによって、前記間隙内のイオンを断片化するように構成されている、請求項３１に記載の装置。
【請求項33】
イオンを断片化するように切り替え可能である微分イオン移動度分光測定のための方法であって、前記方法は、第１の電極と第２の電極との間に一定の間隙距離ｄを提供するために前記第１の電極と並列に前記第２の電極を配置することと、
第１の対称波形を前記第１の電極に印加することと
を含み、
微分イオン移動度分光測定のために、第２の対称波形が、前記第２の電極に印加され、前記第２の対称波形の周波数は、前記第１の対称波形の周波数の高調波であり、前記第１の対称波形の振幅と前記第２の対称波形の振幅との比率および前記第１の対称波形と前記第２の対称波形との間の相対的位相差は、前記第１の電極と前記第２の電極との間の電場を提供するように構成され、前記電場は、非対称であり、ゼロに実質的に等しい時間平均値を有し、
高電場対称波形イオン断片化のために、前記第２の対称波形は、前記第２の電極から除去され、前記第１の対称波形は、前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記間隙内に１００Ｔｄより大きい最大密度正規化電場エネルギーＥ／Ｎを伴う対称電場波形を生じさせ、密度正規化電場エネルギーは、電場強度Ｅをガス数密度Ｎで除算したものであり、前記対称電場波形は、前記対称電場波形の半分の間に前記間隙の中心から距離ｙ＝Ｋ（Ｅ）×Ｅ×ｔだけイオンを半径方向に変位させ、式中、Ｋ（Ｅ）は、移動度係数であり、ｔは、前記対称電場波形の半周期であり、前記対称電場波形は、１００Ｔｄより大きい前記最大Ｅ／Ｎを伴って生じさせられて、前記間隙内のイオンのＫ（Ｅ）をＥ／Ｎの関数にし、前記一定の間隙距離ならびに前記第１の対称波形の振幅および周波数は、１００Ｔｄより大きい前記最大Ｅ／Ｎを伴う前記対称電場波形を生じさせることによって、前記間隙内のイオンを断片化するように構成されている、方法。
【請求項34】
前記間隙内の圧力を増加または減少させることをさらに含み、前記圧力、前記一定の間隙距離、ならびに前記第１の対称波形の振幅および周波数は、１００Ｔｄより大きい前記最大Ｅ／Ｎを伴う前記対称電場波形を生じさせることによって、前記間隙内のイオンを断片化するように構成されている、請求項３３に記載の方法。
【請求項35】
高電場対称波形イオン断片化のために、第３の対称波形が、前記第２の電極に印加され、前記第１の対称波形および第３の波形は、前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記間隙内に最大電場強度Ｅを伴う対称電場波形を生じさせ、前記対称電場波形は、前記対称電場波形の半分の間に前記間隙の中心から距離ｙ＝Ｋ（Ｅ）×Ｅ×ｔだけイオンを半径方向に変位させ、式中、Ｋ（Ｅ）は、移動度係数であり、ｔは、前記対称電場波形の半周期であり、前記対称電場波形は、１００Ｔｄより大きい前記最大Ｅ／Ｎを伴って生じさせられて、前記間隙内のイオンのＫ（Ｅ）をＥ／Ｎの関数にし、前記一定の間隙距離、前記第１の対称波形の振幅および周波数、ならびに前記第３の波形の振幅および周波数は、１００Ｔｄより大きい前記最大Ｅ／Ｎを伴う前記対称電場波形を生じさせることによって、前記間隙内のイオンを断片化するように構成されている、請求項３３に記載の方法。
【請求項36】
前記間隙内の圧力を増加または減少させることをさらに含み、前記圧力、前記一定の間隙距離、前記第１の対称波形の振幅および周波数、ならびに前記第３の波形の振幅および周波数は、１００Ｔｄより大きい前記最大Ｅ／Ｎを伴う前記対称電場波形を生じさせることによって、前記間隙内のイオンを断片化するように構成されている、請求項３５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
（関連出願の引用）
本願は、米国仮特許出願第６２／３１７，５３８号（２０１６年４月２日出願）の利益を主張し、上記出願の内容は、その全体が参照により本明細書に引用される。
本願は、米国仮特許出願第６２／３１７，５３８号（２０１６年４月２日出願）の利益を主張し、上記出願の内容は、その全体が参照により本明細書に引用される。
【0002】
（序論）
本明細書の教示は、高電場非対称波形イオン移動度分光測定（ＦＡＩＭＳ）または微分移動度分光測定（ＤＭＳ）に関する。より具体的には、本明細書の教示は、大気圧において質量分光測定システムから汚染イオンを除去するために、高電場対称波形を用いてＦＡＩＭＳまたはＤＭＳデバイスを動作させるためのシステムおよび方法に関する。
本明細書の教示は、高電場非対称波形イオン移動度分光測定（ＦＡＩＭＳ）または微分移動度分光測定（ＤＭＳ）に関する。より具体的には、本明細書の教示は、大気圧において質量分光測定システムから汚染イオンを除去するために、高電場対称波形を用いてＦＡＩＭＳまたはＤＭＳデバイスを動作させるためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【0003】
質量分析計の性能に影響を及ぼし得る器具汚染が、ますます懸念されている。１つのタイプの汚染は、低質量／電荷比（ｍ／ｚ）値を伴う高移動度イオンを含む。Ｍｅｎｌｙａｄｉｅｖ、他による「Ｌｏｗ－ｍｏｂｉｌｉｔｙ－ｐａｓｓ ｆｉｌｔｅｒ ｂｅｔｗｅｅｎ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｒａｙ ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ ａ ｓｉｎｇｌｅ ｑｕａｄｒｕｐｏｌｅ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ： ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ｍｏｄｅｌｓ ａｎｄ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ」（Ｒａｐｉｄ Ｃｏｍｍｕｎ． Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍ．，２０１４，２８，１３５－１４２）が、このタイプの汚染を説明している。彼らは、これらの高移動度汚染物質イオンが、サンプルの溶媒または基質のエレクトロスプレーイオン化（ＥＳＩ）または基質補助レーザ脱離／イオン化（ＭＡＬＤＩ）を通して生じさせられることを示唆している。彼らは、これらの溶媒または基質由来のイオンが、主として、２５０を下回る（ｍ／ｚ）値を伴う高存在度にあると述べている。彼らは、これらの汚染物質が、スペクトル解釈の複雑性を増加させる、またはイオントラップ質量分光測定における空間電荷効果からの感度に影響を及ぼし得ることを説明している。彼らは、これらの汚染物質が、化学的雑音と見なされ、特に、５０～３００ｍ／ｚのイオンに関して、信号対雑音（Ｓ／Ｎ）比を劣化させ得ることを示している。
【0004】
別のタイプの汚染は、非常に高い質量／電荷比（ｍ／ｚ）値を伴う非常に低い移動度のイオンを含む。これらの汚染物質は、時として、通常、質量分析計によって検出不可能であるｍ／ｚ値を伴うアステロイド、大クラスタ、または荷電粒子を指す。これらの汚染物質は、例えば、１，０００を上回るｍ／ｚ値を有する。これらの汚染物質は、質量分析計によって検出されないが、それらは、依然として、質量分析計の下流の真空イオン光学を汚染し得る。加えて、これらの高ｍ／ｚ汚染物質は、質量分析計の界面または衝突セルにおいて断片化され、より低いｍ／ｚ断片を生産し得、したがって、入口に先立ってそれらを排除することが、重要である。
【0005】
Ｍｅｎｌｙａｄｉｅｖ、他は、高移動度汚染物質が、源（多くの場合、周囲圧力における）と真空界面との間、すなわち、毛細管、ピンホール、またはスキマーコーンに配置される、電場ベースのイオンフィルタを使用して除外され得ることを説明している。彼らは、これらの電場ベースのイオンフィルタを２つのタイプに分類している。
【0006】
第１のタイプは、高電場デバイスである。Ｍｅｎｌｙａｄｉｅｖ、他は、従来の高電場ＦＡＩＭＳまたはＤＭＳデバイスが、低質量化学的雑音にわたる分析物イオンを選択または濾過するために使用されていることを示している。彼らは、Ｓ／Ｎにおける５０倍増加、検出限界における１０倍増加、動的範囲における５倍増加が、ＦＡＩＭＳデバイスを用いて報告されていることを述べている。しかしながら、彼らは、これらのデバイスの正常な適用が、分析物移動度のユーザ知識、微分移動度に対するパラメータの影響、ならびに高周波数および高電圧の実装に依存することを説明している。
【0007】
Ｍｅｎｌｙａｄｉｅｖ、他によって説明される第２のタイプの電場ベースのイオンフィルタは、低電場デバイスである。彼らが説明する１つの軍事由来のイオンフィルタは、イオンおよびガス流に垂直な電場を伴うワイヤグリッドにイオンを通した。彼らは、高移動度イオンが、ワイヤに選択的に引き込まれ、ワイヤとの衝突によって中和される一方、低移動度イオンが、ワイヤグリッドを通過することを説明した。彼らは、そのようなフィルタを低移動度パスフィルタ（ＬＭＰＦ）と呼んだ。
【0008】
Ｍｅｎｌｙａｄｉｅｖ、他はまた、かれら独自の平面ＬＭＰＦを提案した。その平面ＬＭＰＦは、板間のガス流のためのチャネルを伴うテフロン（登録商標）ガスケットによって分離される、２つの長方形金めっき銅板から成っていた。低周波数の低振幅対称波形が、一方の板に印加される一方、他方は、接地された。印加された対称波形は、高移動度イオンを衝突させ、板によって放出されるようにする一方、低移動度イオンは、板に到達せず、フィルタを通過した。
【0009】
Ｍｅｎｌｙａｄｉｅｖ、他は、その低周波数および低電圧平面ＬＭＰＦが、高移動度汚染物質イオンがほぼ１００％の効率で除去され得る質量スペクトルを生じさせることを見出した。しかしながら、低周波数および低電圧平面ＬＭＰＦの比較的に広い応答関数は、これが高周波数および高電圧ＦＡＩＭＳまたはＤＭＳデバイスのＳ／Ｎ比と合致し得ないことを示唆した。加えて、低周波数および低電圧平面ＬＭＰＦは、高移動度汚染物質イオンの除去のみを対象とした。その結果、これは、非常に低い移動度のアステロイド等の他の汚染物質を濾過するために使用され得ない。
【0010】
その結果、高周波数および高電圧ＦＡＩＭＳまたはＤＭＳデバイスに接近するＳ／Ｎ比において汚染物質イオンを濾過または除去し、より低い移動度およびより高いｍ／ｚ値を伴う汚染物質イオンを濾過するためのシステムならびに方法が、必要とされる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0011】
【文献】Ｍｅｎｌｙａｄｉｅｖ ｅｔ．ａｌ．，「Ｌｏｗ－ｍｏｂｉｌｉｔｙ－ｐａｓｓ ｆｉｌｔｅｒ ｂｅｔｗｅｅｎ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｒａｙ ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ ａ ｓｉｎｇｌｅ ｑｕａｄｒｕｐｏｌｅ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ： ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ｍｏｄｅｌｓ ａｎｄ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ」（Ｒａｐｉｄ Ｃｏｍｍｕｎ． Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍ．，２０１４，２８，１３５－１４２）
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0012】
本明細書に説明される種々の実施形態（ＬＭＰＦ、ＦＡＩＭＳ、またはＤＭＳ）は、第１の電極および第２の電極を伴う装置を含む。第２の電極は、第１の電極と第２の電極との間に一定の間隙距離を提供するために、第１の電極と並列に配置される。第１の電極と第２の電極との間の間隙は、例えば、大気圧にある。代替として、ＤＭＳ領域は、より効果的なイオン断片化および／または効果的な間隙濾過のためにＥ／Ｎ比を増加させるために、大気圧を下回るまで圧送され得る。標的イオン種が、間隙の中心に導入され、第１の電極および第２の電極に平行な方向において装置を通って進行する。
【0013】
種々の実施形態は、高移動度イオンを濾過するための高電場対称波形装置として装置を構成するステップを含む。第１の高電圧波形発生器が、第１の電極に電気的に接続される。第１の波形発生器は、第１の対称波形を生じさせるように構成される。第１の対称波形は、２，５００Ｖ／ｃｍを上回る、または１０Ｔｄより大きい最大電場強度を伴う対称電場波形を間隙内に生じさせる。本高電場強度は、間隙内のイオンの移動度係数を電場の関数にする。一定の間隙距離ならびに第１の対称波形の振幅および周波数は、ある値を上回る、またはそれに等しい移動度係数を伴う間隙内のイオンを第１の電極または第２の電極に衝突させ、除去されるようにし、その値を下回る移動度係数を伴う間隙内のイオンに間隙を通過させる、または透過されるようにする、振幅および周波数を伴う電場波形を生じさせることによって、高移動度イオンを濾過するように構成される。
【0014】
種々の実施形態では、第２の高電圧波形発生器が、第２の電極に電気的に接続され、第２の対称波形を生じさせる。第１の波形および第２の波形は、次いで、間隙内に対称電場波形を生じさせるために使用される。第１の対称波形の振幅および周波数ならびに第２の対称波形の振幅および周波数は、次いで、間隙内の高移動度イオンを濾過するように構成される。
【0015】
種々の実施形態は、高移動度イオンを濾過するための高電場対称波形装置として装置を構成する方法を含む。第１の対称波形が、第１の電極に印加され、第１の電極と第２の電極との間の間隙内に、２，５００Ｖ／ｃｍを上回る最大電場強度を伴う対称電場波形を生じさせる。上で説明されるように、一定の間隙距離ならびに第１の対称波形の振幅および周波数は、高移動度イオンを濾過するように構成される。
【0016】
種々の実施形態では、方法は、第２の対称波形を第２の電極に印加するステップを含む。上で説明されるように、第１の波形および第２の波形は、次いで、間隙内に対称電場波形を生じさせるために使用される。いくつかの実施形態では、第２の対称波形は、第１の対称波形の高調波であり得、位相差は、間隙内に対称または非対称のいずれかの波形を提供するために調節され得る。他の実施形態では、正弦波形のうちの少なくとも１つの周波数および／または振幅は、間隙内に対称または非対称のいずれかの波形を提供するために調節され得る。
【0017】
種々の実施形態は、イオンを断片化するための高電場対称波形装置として装置を構成することを含む。再び、第１の高電圧波形発生器が、第１の電極に電気的に接続される。第１の波形発生器は、第１の対称波形を生じさせるように構成される。しかしながら、ここでは、間隙内の圧力が周囲圧力であるとき、第１の対称波形は、２５，０００Ｖ／ｃｍを上回る、または約１００ＴｄのＥ／Ｎを上回る最大電場強度を伴う対称電場波形を間隙内に生じさせる。電極間のガス密度は、大気圧から圧力を減少または増加させることによって調節され得、このアプローチは、Ｅ／Ｎ比を（圧力を減少させることによって）より高く、または（圧力を増加させることによって）より低く調節するために使用され得ることが、当業者に明白となるであろう。具体的には、第１の対称波形の振幅は、間隙内のイオンを断片化するために、１００Ｔｄより大きい最大密度正規化電場強度を伴う電場波形を間隙内に生じさせるように構成される。加えて、第１の対称波形の振幅および周波数は、イオンを移動度濾過するのではなく、間隙内の全てのイオンを透過するように構成される。
【0018】
種々の実施形態では、第２の高電圧波形発生器が、第２の電極に電気的に接続され、第２の対称波形を生じさせる。第１の波形および第２の波形は、次いで、間隙内に対称電場波形を生じさせるために使用される。第１の対称波形の振幅および周波数ならびに第２の対称波形の振幅および周波数は、次いで、間隙内のイオンを断片化および透過するように構成される。
【0019】
種々の実施形態は、イオンを断片化するための高電場対称波形装置として装置を構成する方法を含む。第１の対称波形が、第１の電極に印加され、第１の電極と第２の電極との間の間隙内に１００Ｔｄより大きい最大密度正規化電場強度を伴う対称電場波形を生じさせる。上で説明されるように、第１の対称波形の振幅および周波数は、イオンを断片化および透過するように構成される。
【0020】
種々の実施形態では、方法は、第２の対称波形を第２の電極に印加することによって、イオンを濾過するための異なる波形を印加することを含む。上で説明されるように、第１の波形および第２の波形は、次いで、間隙内に強化された強度の電場（Ｅ／Ｎ）を伴う対称（またはさらには非対称）電場波形を生じさせるために使用される。
【0021】
種々の実施形態は、３つの動作モードのために装置を構成することを含む。第１のモードは、従来の高電場非対称波形分光計（ＦＡＩＭＳ）または微分移動度分光計（ＤＭＳ）としてである。第２のモードは、高移動度イオンを濾過するための高電場対称波形装置としてである。第３のモードは、イオンを断片化するための高電場対称波形装置としてである。
【0022】
種々の実施形態は、装置が、微分イオン移動度分光測定のための高電場非対称波形装置と高移動度イオンを濾過するための高電場対称波形装置との間で切り替え可能であるようにこれを構成することを含む。装置はさらに、第１の高電圧波形発生器と、第２の高電圧波形発生器と、位相調節回路と、スイッチング回路とを含む。第１の波形発生器は、第１の対称波形を生じさせるように構成され、第２の波形発生器は、第２の対称波形を生じさせるように構成される。位相調節回路は、波形発生器のうちの一方または両方の位相を調節するように構成される。
【0023】
微分イオン移動度分光測定のために、スイッチング回路は、第１の波形発生器を第１の電極に電気的に接続し、第２の波形発生器を第２の電極に電気的に接続する。第１の波形および第２の波形の印加からもたらされる、それらの間の間隙内に生成される電場波形は、非対称であり、ゼロに実質的に等しい時間平均値を有する。
【0024】
高移動度イオンの高電場対称波形濾過のために、スイッチング回路は、第１の波形発生器を第１の電極に電気的に接続し、第２の波形発生器を第２の電極から電気的に切断する。第１の波形は、１０Ｔｄより大きい最大密度正規化電場強度を伴う対称電場波形を間隙内に生じさせる。上で説明されるように、一定の間隙距離ならびに第１の対称波形の振幅および周波数は、高移動度イオンを濾過するように構成される。
【0025】
種々の実施形態では、高移動度イオンの高電場対称波形濾過のために、スイッチング回路は、第２の波形発生器を第２の電極から電気的に切断しない。代わりに、位相調節回路が、間隙内に対称波形を達成するために、波形の位相差を調節する。例えば、ＦＡＩＭＳ波形は、周波数（ｆ）および振幅（２ａ）を伴う第１の正弦波ならびに周波数（２ｆ）および振幅（ａ）を伴う第２の正弦波を使用して構築されることができる。位相差が０°に調節された場合、ＦＡＩＭＳ分離のために好適な非対称波形が、生成されるであろう。コントローラが、次いで、対称波形を生成するために、波形２の位相差を約９０°に調節し得る。第１の波形および第２の波形は、次いで、間隙内に対称電場波形を生じさせるために使用される。第１の対称波形の振幅および周波数ならびに第２の対称波形の振幅および周波数は、次いで、間隙内のイオンを濾過するように構成される。
【0026】
種々の実施形態は、装置が、微分イオン移動度分光測定のための高電場非対称波形装置と高移動度イオンを濾過するための高電場対称波形装置との間で切り替え可能であるようにこれを構成する方法を含む。微分イオン移動度分光測定のために、第１の正弦波が、第１の電極に印加され、第２の対称波形が、第２の電極に印加される。第１の波形の振幅と第２の波形の振幅との比率および第１の波形と第２の波形との間の相対的位相差は、非対称であり、ゼロに実質的に等しい時間平均値を有する、第１の電極と第２の電極との間の電場を提供するように構成される。
【0027】
高移動度イオンの高電場対称波形濾過のために、第２の対称波形は、第２の電極から除去される。第１の波形は、間隙内に対称電場波形を生じさせる。一定の間隙距離ならびに第１の波形の振幅および周波数は、間隙内の高移動度イオンを濾過するように構成される。
【0028】
種々の実施形態では、高移動度イオンの高電場対称波形濾過のために、第３の対称波形が、第２の電極に印加される。第１の波形および第３の波形は、間隙内に対称電場波形を生じさせる。第１の波形の振幅および周波数ならびに第３の波形の振幅および周波数は、間隙内の高移動度イオンを濾過するように構成される。
【0029】
種々の実施形態は、装置が、微分イオン移動度分光測定のための高電場非対称波形装置とイオンを断片化するための高電場対称波形装置との間で切り替え可能であるようにこれを構成することを含む。装置はまた、第１の高電圧波形発生器と、第２の高電圧波形発生器と、位相調節回路と、スイッチング回路とをさらに含む。第１の波形発生器は、第１の対称波形を生じさせるように構成され、第２の波形発生器は、第２の対称波形を生じさせるように構成される。位相調節回路は、波形発生器のうちの１つの位相を調節するように構成される。
【0030】
微分イオン移動度分光測定のために、スイッチング回路は、第１の波形発生器を第１の電極に電気的に接続し、第２の波形発生器を第２の電極に電気的に接続する。第１の波形および第２の波形の印加からもたらされる、それらの間の間隙内に生成される電場波形は、非対称であり、ゼロに実質的に等しい時間平均値を有する。
【0031】
高電場対称波形イオン断片化のために、スイッチング回路は、第１の波形発生器を第１の電極に電気的に接続し、第２の波形発生器を第２の電極から電気的に切断する。第１の波形は、間隙内に対称電場波形を生じさせる。上で説明されるように、第１の対称波形の振幅は、間隙内のイオンを断片化するために、大気圧間隙に関して２５，０００Ｖ／ｃｍを上回る、または約１００Ｔｄより大きい最大電場強度を伴う電場波形を間隙内に生じさせるように構成される。加えて、第１の対称波形の振幅および周波数ならびに間隙高さは全て、間隙内の全てのイオンを透過するように構成される。代替として、第１の対称波形の振幅および周波数ならびに間隙高さは、高移動度イオンを同時に濾過するように構成され得る。この動作モードは、化学的バックグラウンドを低減させるために有益であり得る。この動作モードは、化学的雑音をより小さい、より高い移動度イオンにデクラスタリングし、次いで、高移動度イオンを濾過することによって、化学的バックグラウンドを低減させるために有益であり得る。
【0032】
種々の実施形態では、高電場対称波形イオン断片化のために、スイッチング回路は、第２の波形発生器を第２の電極から電気的に切断しない。代わりに、位相調節回路が、間隙内に対称電場波形を生じさせるように調節される。第１の対称波形の振幅および周波数ならびに第２の対称波形の振幅および周波数は、次いで、間隙内の具体的（標的）イオンを断片化するように構成される。
【0033】
種々の実施形態は、装置が、微分イオン移動度分光測定のための高電場非対称波形装置とイオンを断片化するための高電場対称波形装置との間で切り替え可能であるようにこれを構成する方法を含む。微分イオン移動度分光測定のために、第１の正弦波が、第１の電極に印加され、第２の対称波形が、第２の電極に印加される。第１の波形の振幅と第２の波形の振幅との比率および第１の波形と第２の波形との間の相対的位相差は、非対称であり、ゼロに実質的に等しい時間平均値を有する、第１の電極と第２の電極との間の電場を提供するように構成される。
【0034】
高電場対称波形イオン断片化のために、第２の対称波形は、第２の電極から除去される。第１の波形は、間隙内に対称電場波形を生じさせる。一定の間隙距離ならびに第１の波形の振幅および周波数は、間隙内のイオンを断片化および透過するように構成される。
【0035】
種々の実施形態では、高移動度イオンの高電場対称波形濾過のために、第３の対称波形が、第２の電極に印加される。第１の波形および第３の波形は、間隙内に対称電場波形を生じさせる。第１の波形の振幅および周波数ならびに第３の波形の振幅および周波数は、間隙内のイオンを断片化および透過するように構成される。
【0036】
本出願者の教示のこれらおよび他の特徴が、本明細書に記載される。
本明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
（項目１）
高移動度イオンを濾過するための高電場対称波形装置であって、前記装置は、
第１の電極と、
第２の電極であって、前記第２の電極は、前記第１の電極と前記第２の電極との間に一定の間隙距離ｄを提供するために前記第１の電極と並列に配置されている、第２の電極と、
前記第１の電極に電気的に接続され、第１の対称波形を生じさせるように構成されている第１の高電圧波形発生器と
を備え、
前記第１の対称波形は、前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記間隙内に１０Ｔｄより大きい最大密度正規化電場強度Ｅ／Ｎを伴う対称電場波形を生じさせ、前記電場波形は、前記電場波形の半分の間に前記間隙の中心から距離ｙ＝Ｋ（Ｅ）×Ｅ×ｔだけイオンを半径方向に変位させ、式中、Ｋ（Ｅ）は、移動度係数であり、ｔは、前記電場波形の半周期であり、
前記一定の間隙距離ならびに前記第１の対称波形の振幅および周波数は、高移動度イオンを濾過するように構成されている、装置。
（項目２）
前記間隙内の圧力を増加または減少させるための圧送デバイスをさらに備え、前記圧力、前記一定の間隙距離、ならびに前記第１の対称波形の振幅および周波数は、高移動度イオンを濾過するように構成されている、項目１に記載の装置。
（項目３）
前記第２の電極に電気的に接続され、第２の対称波形を生じさせるように構成されている第２の高電圧波形発生器をさらに備え、
前記第１の対称波形および前記第２の対称波形は、前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記間隙内に１０Ｔｄより大きい最大密度正規化電場強度Ｅ／Ｎを伴う対称電場波形を生じさせ、前記電場波形は、前記電場波形の半分の間に前記間隙の中心から距離ｙ＝Ｋ（Ｅ）×Ｅ×ｔだけイオンを半径方向に変位させ、式中、Ｋ（Ｅ）は、移動度係数であり、ｔは、前記電場波形の半周期であり、
前記一定の間隙距離、前記第１の対称波形の振幅および周波数、ならびに前記第２の対称波形の振幅および周波数は、高移動度イオンを濾過するように構成されている、項目１に記載の装置。
（項目４）
前記間隙内の圧力を増加または減少させるための圧送デバイスをさらに備え、前記圧力、前記一定の間隙距離、前記第１の対称波形の振幅および周波数、ならびに前記第２の対称波形の振幅および周波数は、高移動度イオンを濾過するように構成されている、項目３に記載の装置。
（項目５）
高移動度イオンを濾過する方法であって、前記方法は、
第１の電極と第２の電極との間に一定の間隙距離ｄを提供するために前記第１の電極と並列に前記第２の電極を配置することと、
第１の対称波形を前記第１の電極に印加することと
を含み、
前記第１の対称波形は、前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記間隙内に１０Ｔｄより大きい最大密度正規化電場強度Ｅ／Ｎを伴う対称電場波形を生じさせ、前記電場波形は、前記電場波形の半分の間に前記間隙の中心から距離ｙ＝Ｋ（Ｅ）×Ｅ×ｔだけイオンを半径方向に変位させ、式中、Ｋ（Ｅ）は、移動度係数であり、ｔは、前記電場波形の半周期であり、
前記一定の間隙距離ならびに前記第１の対称波形の振幅および周波数は、高移動度イオンを濾過するように構成されている、方法。
（項目６）
前記間隙内の圧力を増加または減少させることをさらに含み、前記圧力、前記一定の間隙距離、ならびに前記第１の対称波形の振幅および周波数は、高移動度イオンを濾過するように構成されている、項目５に記載の方法。
（項目７）
第２の対称波形を前記第２の電極に印加することをさらに含み、
前記第１の対称波形および前記第２の対称波形は、前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記間隙内に１０Ｔｄより大きい最大密度正規化電場強度Ｅ／Ｎを伴う対称電場波形を生じさせ、前記電場波形は、前記電場波形の半分の間に前記間隙の中心から距離ｙ＝Ｋ（Ｅ）×Ｅ×ｔだけイオンを半径方向に変位させ、式中、Ｋ（Ｅ）は、移動度係数であり、ｔは、前記電場波形の半周期であり、
前記一定の間隙距離、前記第１の対称波形の振幅および周波数、ならびに前記第２の対称波形の振幅および周波数は、高移動度イオンを濾過するように構成されている、項目５に記載の方法。
（項目８）
前記間隙内の圧力を増加または減少させることをさらに含み、前記圧力、前記一定の間隙距離、前記第１の対称波形の振幅および周波数、ならびに前記第２の対称波形の振幅および周波数は、高移動度イオンを濾過するように構成されている、項目７に記載の方法。
（項目９）
イオンを断片化するための高電場対称波形装置であって、前記装置は、
第１の電極と、
第２の電極であって、前記第２の電極は、前記第１の電極と前記第２の電極との間に一定の間隙距離ｄを提供するために前記第１の電極と並列に配置されている、第２の電極と、
前記第１の電極に電気的に接続され、第１の対称波形を生じさせるように構成されている第１の高電圧波形発生器と
を備え、
前記第１の対称波形は、前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記間隙内に１００Ｔｄより大きい最大密度正規化電場強度Ｅ／Ｎを伴う対称電場波形を生じさせ、前記電場波形は、前記電場波形の半分の間に前記間隙の中心から距離ｙ＝Ｋ（Ｅ）×Ｅ×ｔだけイオンを半径方向に変位させ、式中、Ｋ（Ｅ）は、移動度係数であり、ｔは、前記電場波形の半周期であり、
前記一定の間隙距離ならびに前記第１の対称波形の振幅および周波数は、１００Ｔｄより大きいＥ／Ｎを伴う前記電場波形を生じさせることによって、前記間隙内のイオンを断片化するように構成されている、装置。
（項目１０）
前記間隙内の圧力を増加または減少させるための圧送デバイスをさらに備え、前記圧力、前記一定の間隙距離、ならびに前記第１の対称波形の振幅および周波数は、１００Ｔｄより大きいＥ／Ｎを伴う前記密度正規化電場波形を生じさせることによって、前記間隙内のイオンを断片化するように構成されている、項目９に記載の装置。
（項目１１）
前記第２の電極に電気的に接続され、第２の対称波形を生じさせるように構成されている第２の高電圧波形発生器をさらに備え、
前記第１の対称波形および前記第２の対称波形は、前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記間隙内に１００Ｔｄより大きい最大密度正規化電場強度Ｅ／Ｎを伴う対称電場波形を生じさせ、前記電場波形は、前記電場波形の半分の間に前記間隙の中心から距離ｙ＝Ｋ（Ｅ）×Ｅ×ｔだけイオンを半径方向に変位させ、式中、Ｋ（Ｅ）は、移動度係数であり、ｔは、前記電場波形の半周期であり、
前記一定の間隙距離、前記第１の対称波形の振幅および周波数、ならびに前記第２の対称波形の振幅および周波数は、１００Ｔｄより大きいＥ／Ｎを伴う前記電場波形を生じさせることによって、前記間隙内のイオンを断片化するように構成されている、項目９に記載の装置。
（項目１２）
前記間隙内の圧力を増加または減少させるための圧送デバイスをさらに備え、前記圧力、前記一定の間隙距離、前記第１の対称波形の振幅および周波数、ならびに前記第２の対称波形の振幅および周波数は、１００Ｔｄより大きいＥ／Ｎを伴う前記電場波形を生じさせることによって、前記間隙内のイオンを断片化するように構成されている、項目１１に記載の装置。
（項目１３）
イオンを断片化する方法であって、前記方法は、
第１の電極と第２の電極との間に一定の間隙距離ｄを提供するために前記第１の電極と並列に前記第２の電極を配置することと、
第１の対称波形を前記第１の電極に印加することと
を含み、
前記第１の対称波形は、前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記間隙内に１００Ｔｄより大きい最大密度正規化電場強度Ｅ／Ｎを伴う対称電場波形を生じさせ、前記電場波形は、前記電場波形の半分の間に前記間隙の中心から距離ｙ＝Ｋ（Ｅ）×Ｅ×ｔだけイオンを半径方向に変位させ、式中、Ｋ（Ｅ）は、移動度係数であり、ｔは、前記電場波形の半周期であり、
前記一定の間隙距離ならびに前記第１の対称波形の振幅および周波数は、１００Ｔｄより大きいＥ／Ｎを伴う前記電場波形を生じさせることによって、前記間隙内のイオンを断片化するように構成されている、方法。
（項目１４）
前記間隙内の圧力を増加または減少させることをさらに含み、前記圧力、前記一定の間隙距離、ならびに前記第１の対称波形の振幅および周波数は、１００Ｔｄより大きいＥ／Ｎを伴う前記電場波形を生じさせることによって、前記間隙内のイオンを断片化するように構成されている、項目１３に記載の方法。
（項目１５）
第２の対称波形を前記第２の電極に印加することをさらに含み、
前記第１の対称波形および前記第２の対称波形は、前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記間隙内に１００Ｔｄより大きい最大密度正規化電場強度Ｅ／Ｎを伴う対称電場波形を生じさせ、前記電場波形は、前記電場波形の半分の間に前記間隙の中心から距離ｙ＝Ｋ（Ｅ）×Ｅ×ｔだけイオンを半径方向に変位させ、式中、Ｋ（Ｅ）は、移動度係数であり、ｔは、前記電場波形の半周期であり、
前記一定の間隙距離、前記第１の対称波形の振幅および周波数、ならびに前記第２の対称波形の振幅および周波数は、１００Ｔｄより大きいＥ／Ｎを伴う前記電場波形を生じさせることによって、前記間隙内のイオンを断片化するように構成されている、項目１３に記載の方法。
（項目１６）
前記間隙内の圧力を増加または減少させることをさらに含み、前記圧力、前記一定の間隙距離、前記第１の対称波形の振幅および周波数、ならびに前記第２の対称波形の振幅および周波数は、１００Ｔｄより大きいＥ／Ｎを伴う前記電場波形を生じさせることによって、前記間隙内のイオンを断片化するように構成されている、項目１５に記載の方法。
（項目１７）
高移動度イオンを濾過するための高電場対称波形装置に切り替え可能である微分イオン移動度分光測定のための高電場非対称波形装置であって、前記装置は、
第１の電極と、
第２の電極であって、前記第２の電極は、前記第１の電極と前記第２の電極との間に一定の間隙距離ｄを提供するために前記第１の電極と並列に配置されている、第２の電極と、
調節可能または固定周波数において、かつ調節可能振幅において第１の対称波形を生じさせる高電圧第１波形発生器と、
調節可能または固定周波数において、かつ調節可能振幅において第２の対称波形を電気的に生じさせる高電圧第２波形発生器であって、前記第２の波形の周波数は、前記第１の波形の周波数の高調波である、高電圧第２波形発生器と、
前記波形発生器のうちの少なくとも１つの位相を調節するように構成されている位相調節回路と、
前記第１の波形発生器と前記第１の電極とを電気的に接続または切断することと、前記第２の波形発生器と前記第２の電極とを電気的に接続または切断することとを行うように構成可能であるスイッチング回路と
を備え、
微分イオン移動度分光測定のために、前記スイッチング回路は、前記第１の波形発生器を前記第１の電極に電気的に接続し、かつ前記第２の波形発生器を前記第２の電極に電気的に接続し、前記第１の波形および第２の波形の印加からもたらされる前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記間隙内に生成される電場波形は、非対称であり、ゼロに実質的に等しい時間平均値を有し、
高移動度イオンの高電場対称波形濾過のために、前記スイッチング回路は、前記第１の波形発生器を前記第１の電極に電気的に接続し、かつ前記第２の波形発生器を前記第２の電極から電気的に切断し、前記第１の波形は、前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記間隙内に最大電場強度Ｅを伴う対称電場波形を生じさせ、前記電場波形は、前記電場波形の半分の間に前記間隙の中心から距離ｙ＝Ｋ（Ｅ）×Ｅ×ｔだけイオンを半径方向に変位させ、式中、Ｋ（Ｅ）は、移動度係数であり、ｔは、前記電場波形の半周期であり、前記一定の間隙距離ならびに前記第１の波形の振幅および周波数は、高移動度イオンを濾過するように構成されている、装置。
（項目１８）
前記第１の波形の振幅は、１０Ｔｄより大きい最大密度正規化電場強度Ｅ／Ｎを伴う前記対称電場を生じさせるように構成されている、項目１７に記載の装置。
（項目１９）
前記間隙内の圧力を増加または減少させるための圧送デバイスをさらに備え、前記圧力、前記一定の間隙距離、ならびに前記第１の波形の振幅および周波数は、高移動度イオンを濾過するように構成されている、項目１７に記載の装置。
（項目２０）
高移動度イオンの高電場対称波形濾過のために、前記スイッチング回路は、前記第１の波形発生器を前記第１の電極に電気的に接続し、かつ前記第２の波形発生器を前記第２の電極に電気的に接続し、前記位相調節回路は、前記第１の波形および前記第２の波形が前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記間隙内に最大電場強度Ｅを伴う対称電場波形を生じさせるように、前記波形発生器のうちの少なくとも１つの位相を調節し、前記電場波形は、前記電場波形の半分の間に前記間隙の中心から距離ｙ＝Ｋ（Ｅ）×Ｅ×ｔだけイオンを半径方向に変位させ、式中、Ｋ（Ｅ）は、移動度係数であり、ｔは、前記電場波形の半周期であり、前記第１の波形の振幅および周波数ならびに前記第２の波形の振幅および周波数は、高移動度イオンを濾過するように構成されている、項目１７に記載の装置。
（項目２１）
前記一定の間隙距離、前記第１の波形の振幅、および前記第２の波形の振幅は、１０Ｔｄより大きい密度正規化電場強度Ｅ／Ｎを伴う前記対称電場を生じさせるように構成されている、項目２０に記載の装置。
（項目２２）
前記間隙内の圧力を増加または減少させるための圧送デバイスをさらに備え、前記一定の間隙距離、前記第１の波形の振幅、および前記第２の波形の振幅は、１０Ｔｄより大きい密度正規化電場強度Ｅ／Ｎを伴う前記対称電場を生じさせるように構成されている、項目２０に記載の装置。
（項目２３）
高移動度イオンを濾過するように切り替え可能である微分イオン移動度分光測定のための方法であって、前記方法は、
第１の電極と第２の電極との間に一定の間隙距離ｄを提供するために前記第１の電極と並列に前記第２の電極を配置することと、
第１の対称波形を前記第１の電極に印加することと
を含み、
微分イオン移動度分光測定のために、第２の対称波形が、前記第２の電極に印加され、前記第２の波形の周波数は、前記第１の波形の周波数の高調波であり、前記第１の波形の振幅と前記第２の波形の振幅との比率および前記第１の波形と前記第２の波形との間の相対的位相差は、前記第１の電極と前記第２の電極との間の電場を提供するように構成され、前記電場は、非対称であり、ゼロに実質的に等しい時間平均値を有し、
高移動度イオンの高電場対称波形濾過のために、前記第２の対称波形は、前記第２の電極から除去され、前記第１の波形は、前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記間隙内に最大電場強度Ｅを伴う対称電場波形を生じさせ、前記電場波形は、前記電場波形の半分の間に前記間隙の中心から距離ｙ＝Ｋ（Ｅ）×Ｅ×ｔだけイオンを半径方向に変位させ、式中、Ｋ（Ｅ）は、移動度係数であり、ｔは、前記電場波形の半周期であり、前記一定の間隙距離ならびに前記第１の波形の振幅および周波数は、高移動度イオンを濾過するように構成されている、方法。
（項目２４）
前記第１の波形の振幅は、１０Ｔｄより大きい最大密度正規化電場強度Ｅ／Ｎを伴う前記対称電場を生じさせるように構成されている、項目２３に記載の方法。
（項目２５）
前記間隙内の圧力を増加または減少させることをさらに含み、前記圧力、前記一定の間隙距離、ならびに前記第１の対称波形の振幅および周波数は、高移動度イオンを濾過するように構成されている、項目２３に記載の方法。
（項目２６）
高移動度イオンの高電場対称波形濾過のために、第３の対称波形が、前記第２の電極に印加され、前記第１の波形および前記第３の波形は、前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記間隙内に最大電場強度Ｅを伴う対称電場波形を生じさせ、前記電場波形は、前記電場波形の半分の間に前記間隙の中心から距離ｙ＝Ｋ（Ｅ）×Ｅ×ｔだけイオンを半径方向に変位させ、式中、Ｋ（Ｅ）は、移動度係数であり、ｔは、前記電場波形の半周期であり、前記一定の間隙距離、前記第１の波形の振幅および周波数、ならびに前記第３の波形の振幅および周波数は、高移動度イオンを濾過するように構成されている、項目２３に記載の方法。
（項目２７）
前記一定の間隙高さ、前記第１の波形の振幅、および前記第３の波形の振幅は、１０Ｔｄより大きい密度正規化電場強度Ｅ／Ｎを伴う前記対称電場を生じさせるように構成されている、項目２６に記載の方法。
（項目２８）
前記間隙内の圧力を増加または減少させることをさらに含み、前記圧力、前記一定の間隙距離、前記第１の波形の振幅および周波数、ならびに前記第３の波形の振幅および周波数は、高移動度イオンを濾過するように構成されている、項目２６に記載の方法。
（項目２９）
イオンを断片化するための高電場対称波形装置に切り替え可能である微分イオン移動度分光測定のための高電場非対称波形装置であって、前記装置は、
第１の電極と、
第２の電極であって、前記第２の電極は、前記第１の電極と前記第２の電極との間に一定の間隙距離ｄを提供するために前記第１の電極と並列に配置されている、第２の電極と、
調節可能または固定周波数において、かつ調節可能振幅において第１の対称波形を生じさせる高電圧第１波形発生器と、
調節可能または固定周波数において、かつ調節可能振幅において第２の対称波形を電気的に生じさせる高電圧第２波形発生器であって、前記第２の波形の周波数は、前記第１の波形の周波数の高調波である、高電圧第２波形発生器と、
前記波形発生器のうちの少なくとも１つの位相を調節するように構成されている位相調節回路と、
前記第１の波形発生器と前記第１の電極とを電気的に接続または切断することと、前記第２の波形発生器と前記第２の電極とを電気的に接続または切断することとを行うように構成可能であるスイッチング回路と
を備え、
微分イオン移動度分光測定のために、前記スイッチング回路は、前記第１の波形発生器を前記第１の電極に電気的に接続し、かつ前記第２の波形発生器を前記第２の電極に電気的に接続し、前記第１の波形および第２の波形の印加からもたらされる前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記間隙内に生成される電場波形は、非対称であり、ゼロに実質的に等しい時間平均値を有し、
高電場対称波形イオン断片化のために、前記スイッチング回路は、前記第１の波形発生器を前記第１の電極に電気的に接続し、かつ前記第２の波形発生器を前記第２の電極から電気的に切断し、前記第１の波形は、前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記間隙内に最大電場強度Ｅを伴う対称電場波形を生じさせ、前記電場波形は、前記電場波形の半分の間に前記間隙の中心から距離ｙ＝Ｋ（Ｅ）×Ｅ×ｔだけイオンを半径方向に変位させ、式中、Ｋ（Ｅ）は、移動度係数であり、ｔは、前記電場波形の半周期であり、前記一定の間隙距離ならびに前記第１の対称波形の振幅および周波数は、１００Ｔｄより大きいＥ／Ｎを伴う前記電場波形を生じさせることによって、前記間隙内のイオンを断片化するように構成されている、装置。
（項目３０）
前記間隙内の圧力を増加または減少させるための圧送デバイスをさらに備え、前記圧力、前記一定の間隙距離、ならびに前記第１の対称波形の振幅および周波数は、１００Ｔｄより大きいＥ／Ｎを伴う前記電場波形を生じさせることによって、前記間隙内のイオンを断片化するように構成されている、項目２９に記載の装置。
（項目３１）
高電場対称波形イオン断片化のために、前記スイッチング回路は、前記第１の波形発生器を前記第１の電極に電気的に接続し、かつ前記第２の波形発生器を前記第２の電極に電気的に接続し、前記位相調節回路は、前記第１の波形および前記第２の波形が、前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記間隙内に最大電場強度Ｅを伴う対称電場波形を生じさせるように、前記波形発生器のうちの少なくとも１つの位相を調節し、前記電場波形は、前記電場波形の半分の間に前記間隙の中心から距離ｙ＝Ｋ（Ｅ）×Ｅ×ｔだけイオンを半径方向に変位させ、式中、Ｋ（Ｅ）は、移動度係数であり、ｔは、前記電場波形の半周期であり、前記一定の間隙距離、前記第１の波形の振幅および周波数、ならびに前記第２の波形の振幅および周波数は、１００Ｔｄより大きいＥ／Ｎを伴う前記電場波形を生じさせることによって、前記間隙内のイオンを断片化するように構成されている、項目２９に記載の装置。
（項目３２）
前記間隙内の圧力を増加または減少させるための圧送デバイスをさらに備え、前記圧力、前記一定の間隙距離、前記第１の波形の振幅および周波数、ならびに前記第２の波形の振幅および周波数は、１００Ｔｄより大きいＥ／Ｎを伴う前記電場波形を生じさせることによって、前記間隙内のイオンを断片化するように構成されている、項目３１に記載の装置。
（項目３３）
イオンを断片化するように切り替え可能である微分イオン移動度分光測定のための方法であって、前記方法は、
第１の電極と第２の電極との間に一定の間隙距離ｄを提供するために前記第１の電極と並列に前記第２の電極を配置することと、
第１の対称波形を前記第１の電極に印加することと
を含み、
微分イオン移動度分光測定のために、第２の対称波形が、前記第２の電極に印加され、前記第２の波形の周波数は、前記第１の波形の周波数の高調波であり、前記第１の波形の振幅と前記第２の波形の振幅との比率および前記第１の波形と前記第２の波形との間の相対的位相差は、前記第１の電極と前記第２の電極との間の電場を提供するように構成され、前記電場は、非対称であり、ゼロに実質的に等しい時間平均値を有し、
高電場対称波形イオン断片化のために、前記第２の対称波形は、前記第２の電極から除去され、前記第１の波形は、前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記間隙内に最大電場強度Ｅを伴う対称電場波形を生じさせ、前記電場波形は、前記電場波形の半分の間に前記間隙の中心から距離ｙ＝Ｋ（Ｅ）×Ｅ×ｔだけイオンを半径方向に変位させ、式中、Ｋ（Ｅ）は、移動度係数であり、ｔは、前記電場波形の半周期であり、前記一定の間隙距離ならびに前記第１の波形の振幅および周波数は、１００Ｔｄより大きいＥ／Ｎを伴う前記電場波形を生じさせることによって、前記間隙内のイオンを断片化するように構成されている、方法。
（項目３４）
前記間隙内の圧力を増加または減少させることをさらに含み、前記圧力、前記一定の間隙距離、ならびに前記第１の波形の振幅および周波数は、１００Ｔｄより大きいＥ／Ｎを伴う前記電場波形を生じさせることによって、前記間隙内のイオンを断片化するように構成されている、項目３３に記載の方法。
（項目３５）
高電場対称波形イオン断片化のために、第３の対称波形が、前記第２の電極に印加され、前記第１の波形および第３の波形は、前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記間隙内に最大電場強度Ｅを伴う対称電場波形を生じさせ、前記電場波形は、前記電場波形の半分の間に前記間隙の中心から距離ｙ＝Ｋ（Ｅ）×Ｅ×ｔだけイオンを半径方向に変位させ、式中、Ｋ（Ｅ）は、移動度係数であり、ｔは、前記電場波形の半周期であり、前記一定の間隙距離、前記第１の波形の振幅および周波数、ならびに前記第３の波形の振幅および周波数は、１００Ｔｄより大きいＥ／Ｎを伴う前記電場波形を生じさせることによって、前記間隙内のイオンを断片化するように構成されている、項目３３に記載の方法。
（項目３６）
前記間隙内の圧力を増加または減少させることをさらに含み、前記圧力、前記一定の間隙距離、前記第１の波形の振幅および周波数、ならびに前記第３の波形の振幅および周波数は、１００Ｔｄより大きいＥ／Ｎを伴う前記電場波形を生じさせることによって、前記間隙内のイオンを断片化するように構成されている、項目３５に記載の方法。
本明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
（項目１）
高移動度イオンを濾過するための高電場対称波形装置であって、前記装置は、
第１の電極と、
第２の電極であって、前記第２の電極は、前記第１の電極と前記第２の電極との間に一定の間隙距離ｄを提供するために前記第１の電極と並列に配置されている、第２の電極と、
前記第１の電極に電気的に接続され、第１の対称波形を生じさせるように構成されている第１の高電圧波形発生器と
を備え、
前記第１の対称波形は、前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記間隙内に１０Ｔｄより大きい最大密度正規化電場強度Ｅ／Ｎを伴う対称電場波形を生じさせ、前記電場波形は、前記電場波形の半分の間に前記間隙の中心から距離ｙ＝Ｋ（Ｅ）×Ｅ×ｔだけイオンを半径方向に変位させ、式中、Ｋ（Ｅ）は、移動度係数であり、ｔは、前記電場波形の半周期であり、
前記一定の間隙距離ならびに前記第１の対称波形の振幅および周波数は、高移動度イオンを濾過するように構成されている、装置。
（項目２）
前記間隙内の圧力を増加または減少させるための圧送デバイスをさらに備え、前記圧力、前記一定の間隙距離、ならびに前記第１の対称波形の振幅および周波数は、高移動度イオンを濾過するように構成されている、項目１に記載の装置。
（項目３）
前記第２の電極に電気的に接続され、第２の対称波形を生じさせるように構成されている第２の高電圧波形発生器をさらに備え、
前記第１の対称波形および前記第２の対称波形は、前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記間隙内に１０Ｔｄより大きい最大密度正規化電場強度Ｅ／Ｎを伴う対称電場波形を生じさせ、前記電場波形は、前記電場波形の半分の間に前記間隙の中心から距離ｙ＝Ｋ（Ｅ）×Ｅ×ｔだけイオンを半径方向に変位させ、式中、Ｋ（Ｅ）は、移動度係数であり、ｔは、前記電場波形の半周期であり、
前記一定の間隙距離、前記第１の対称波形の振幅および周波数、ならびに前記第２の対称波形の振幅および周波数は、高移動度イオンを濾過するように構成されている、項目１に記載の装置。
（項目４）
前記間隙内の圧力を増加または減少させるための圧送デバイスをさらに備え、前記圧力、前記一定の間隙距離、前記第１の対称波形の振幅および周波数、ならびに前記第２の対称波形の振幅および周波数は、高移動度イオンを濾過するように構成されている、項目３に記載の装置。
（項目５）
高移動度イオンを濾過する方法であって、前記方法は、
第１の電極と第２の電極との間に一定の間隙距離ｄを提供するために前記第１の電極と並列に前記第２の電極を配置することと、
第１の対称波形を前記第１の電極に印加することと
を含み、
前記第１の対称波形は、前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記間隙内に１０Ｔｄより大きい最大密度正規化電場強度Ｅ／Ｎを伴う対称電場波形を生じさせ、前記電場波形は、前記電場波形の半分の間に前記間隙の中心から距離ｙ＝Ｋ（Ｅ）×Ｅ×ｔだけイオンを半径方向に変位させ、式中、Ｋ（Ｅ）は、移動度係数であり、ｔは、前記電場波形の半周期であり、
前記一定の間隙距離ならびに前記第１の対称波形の振幅および周波数は、高移動度イオンを濾過するように構成されている、方法。
（項目６）
前記間隙内の圧力を増加または減少させることをさらに含み、前記圧力、前記一定の間隙距離、ならびに前記第１の対称波形の振幅および周波数は、高移動度イオンを濾過するように構成されている、項目５に記載の方法。
（項目７）
第２の対称波形を前記第２の電極に印加することをさらに含み、
前記第１の対称波形および前記第２の対称波形は、前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記間隙内に１０Ｔｄより大きい最大密度正規化電場強度Ｅ／Ｎを伴う対称電場波形を生じさせ、前記電場波形は、前記電場波形の半分の間に前記間隙の中心から距離ｙ＝Ｋ（Ｅ）×Ｅ×ｔだけイオンを半径方向に変位させ、式中、Ｋ（Ｅ）は、移動度係数であり、ｔは、前記電場波形の半周期であり、
前記一定の間隙距離、前記第１の対称波形の振幅および周波数、ならびに前記第２の対称波形の振幅および周波数は、高移動度イオンを濾過するように構成されている、項目５に記載の方法。
（項目８）
前記間隙内の圧力を増加または減少させることをさらに含み、前記圧力、前記一定の間隙距離、前記第１の対称波形の振幅および周波数、ならびに前記第２の対称波形の振幅および周波数は、高移動度イオンを濾過するように構成されている、項目７に記載の方法。
（項目９）
イオンを断片化するための高電場対称波形装置であって、前記装置は、
第１の電極と、
第２の電極であって、前記第２の電極は、前記第１の電極と前記第２の電極との間に一定の間隙距離ｄを提供するために前記第１の電極と並列に配置されている、第２の電極と、
前記第１の電極に電気的に接続され、第１の対称波形を生じさせるように構成されている第１の高電圧波形発生器と
を備え、
前記第１の対称波形は、前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記間隙内に１００Ｔｄより大きい最大密度正規化電場強度Ｅ／Ｎを伴う対称電場波形を生じさせ、前記電場波形は、前記電場波形の半分の間に前記間隙の中心から距離ｙ＝Ｋ（Ｅ）×Ｅ×ｔだけイオンを半径方向に変位させ、式中、Ｋ（Ｅ）は、移動度係数であり、ｔは、前記電場波形の半周期であり、
前記一定の間隙距離ならびに前記第１の対称波形の振幅および周波数は、１００Ｔｄより大きいＥ／Ｎを伴う前記電場波形を生じさせることによって、前記間隙内のイオンを断片化するように構成されている、装置。
（項目１０）
前記間隙内の圧力を増加または減少させるための圧送デバイスをさらに備え、前記圧力、前記一定の間隙距離、ならびに前記第１の対称波形の振幅および周波数は、１００Ｔｄより大きいＥ／Ｎを伴う前記密度正規化電場波形を生じさせることによって、前記間隙内のイオンを断片化するように構成されている、項目９に記載の装置。
（項目１１）
前記第２の電極に電気的に接続され、第２の対称波形を生じさせるように構成されている第２の高電圧波形発生器をさらに備え、
前記第１の対称波形および前記第２の対称波形は、前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記間隙内に１００Ｔｄより大きい最大密度正規化電場強度Ｅ／Ｎを伴う対称電場波形を生じさせ、前記電場波形は、前記電場波形の半分の間に前記間隙の中心から距離ｙ＝Ｋ（Ｅ）×Ｅ×ｔだけイオンを半径方向に変位させ、式中、Ｋ（Ｅ）は、移動度係数であり、ｔは、前記電場波形の半周期であり、
前記一定の間隙距離、前記第１の対称波形の振幅および周波数、ならびに前記第２の対称波形の振幅および周波数は、１００Ｔｄより大きいＥ／Ｎを伴う前記電場波形を生じさせることによって、前記間隙内のイオンを断片化するように構成されている、項目９に記載の装置。
（項目１２）
前記間隙内の圧力を増加または減少させるための圧送デバイスをさらに備え、前記圧力、前記一定の間隙距離、前記第１の対称波形の振幅および周波数、ならびに前記第２の対称波形の振幅および周波数は、１００Ｔｄより大きいＥ／Ｎを伴う前記電場波形を生じさせることによって、前記間隙内のイオンを断片化するように構成されている、項目１１に記載の装置。
（項目１３）
イオンを断片化する方法であって、前記方法は、
第１の電極と第２の電極との間に一定の間隙距離ｄを提供するために前記第１の電極と並列に前記第２の電極を配置することと、
第１の対称波形を前記第１の電極に印加することと
を含み、
前記第１の対称波形は、前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記間隙内に１００Ｔｄより大きい最大密度正規化電場強度Ｅ／Ｎを伴う対称電場波形を生じさせ、前記電場波形は、前記電場波形の半分の間に前記間隙の中心から距離ｙ＝Ｋ（Ｅ）×Ｅ×ｔだけイオンを半径方向に変位させ、式中、Ｋ（Ｅ）は、移動度係数であり、ｔは、前記電場波形の半周期であり、
前記一定の間隙距離ならびに前記第１の対称波形の振幅および周波数は、１００Ｔｄより大きいＥ／Ｎを伴う前記電場波形を生じさせることによって、前記間隙内のイオンを断片化するように構成されている、方法。
（項目１４）
前記間隙内の圧力を増加または減少させることをさらに含み、前記圧力、前記一定の間隙距離、ならびに前記第１の対称波形の振幅および周波数は、１００Ｔｄより大きいＥ／Ｎを伴う前記電場波形を生じさせることによって、前記間隙内のイオンを断片化するように構成されている、項目１３に記載の方法。
（項目１５）
第２の対称波形を前記第２の電極に印加することをさらに含み、
前記第１の対称波形および前記第２の対称波形は、前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記間隙内に１００Ｔｄより大きい最大密度正規化電場強度Ｅ／Ｎを伴う対称電場波形を生じさせ、前記電場波形は、前記電場波形の半分の間に前記間隙の中心から距離ｙ＝Ｋ（Ｅ）×Ｅ×ｔだけイオンを半径方向に変位させ、式中、Ｋ（Ｅ）は、移動度係数であり、ｔは、前記電場波形の半周期であり、
前記一定の間隙距離、前記第１の対称波形の振幅および周波数、ならびに前記第２の対称波形の振幅および周波数は、１００Ｔｄより大きいＥ／Ｎを伴う前記電場波形を生じさせることによって、前記間隙内のイオンを断片化するように構成されている、項目１３に記載の方法。
（項目１６）
前記間隙内の圧力を増加または減少させることをさらに含み、前記圧力、前記一定の間隙距離、前記第１の対称波形の振幅および周波数、ならびに前記第２の対称波形の振幅および周波数は、１００Ｔｄより大きいＥ／Ｎを伴う前記電場波形を生じさせることによって、前記間隙内のイオンを断片化するように構成されている、項目１５に記載の方法。
（項目１７）
高移動度イオンを濾過するための高電場対称波形装置に切り替え可能である微分イオン移動度分光測定のための高電場非対称波形装置であって、前記装置は、
第１の電極と、
第２の電極であって、前記第２の電極は、前記第１の電極と前記第２の電極との間に一定の間隙距離ｄを提供するために前記第１の電極と並列に配置されている、第２の電極と、
調節可能または固定周波数において、かつ調節可能振幅において第１の対称波形を生じさせる高電圧第１波形発生器と、
調節可能または固定周波数において、かつ調節可能振幅において第２の対称波形を電気的に生じさせる高電圧第２波形発生器であって、前記第２の波形の周波数は、前記第１の波形の周波数の高調波である、高電圧第２波形発生器と、
前記波形発生器のうちの少なくとも１つの位相を調節するように構成されている位相調節回路と、
前記第１の波形発生器と前記第１の電極とを電気的に接続または切断することと、前記第２の波形発生器と前記第２の電極とを電気的に接続または切断することとを行うように構成可能であるスイッチング回路と
を備え、
微分イオン移動度分光測定のために、前記スイッチング回路は、前記第１の波形発生器を前記第１の電極に電気的に接続し、かつ前記第２の波形発生器を前記第２の電極に電気的に接続し、前記第１の波形および第２の波形の印加からもたらされる前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記間隙内に生成される電場波形は、非対称であり、ゼロに実質的に等しい時間平均値を有し、
高移動度イオンの高電場対称波形濾過のために、前記スイッチング回路は、前記第１の波形発生器を前記第１の電極に電気的に接続し、かつ前記第２の波形発生器を前記第２の電極から電気的に切断し、前記第１の波形は、前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記間隙内に最大電場強度Ｅを伴う対称電場波形を生じさせ、前記電場波形は、前記電場波形の半分の間に前記間隙の中心から距離ｙ＝Ｋ（Ｅ）×Ｅ×ｔだけイオンを半径方向に変位させ、式中、Ｋ（Ｅ）は、移動度係数であり、ｔは、前記電場波形の半周期であり、前記一定の間隙距離ならびに前記第１の波形の振幅および周波数は、高移動度イオンを濾過するように構成されている、装置。
（項目１８）
前記第１の波形の振幅は、１０Ｔｄより大きい最大密度正規化電場強度Ｅ／Ｎを伴う前記対称電場を生じさせるように構成されている、項目１７に記載の装置。
（項目１９）
前記間隙内の圧力を増加または減少させるための圧送デバイスをさらに備え、前記圧力、前記一定の間隙距離、ならびに前記第１の波形の振幅および周波数は、高移動度イオンを濾過するように構成されている、項目１７に記載の装置。
（項目２０）
高移動度イオンの高電場対称波形濾過のために、前記スイッチング回路は、前記第１の波形発生器を前記第１の電極に電気的に接続し、かつ前記第２の波形発生器を前記第２の電極に電気的に接続し、前記位相調節回路は、前記第１の波形および前記第２の波形が前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記間隙内に最大電場強度Ｅを伴う対称電場波形を生じさせるように、前記波形発生器のうちの少なくとも１つの位相を調節し、前記電場波形は、前記電場波形の半分の間に前記間隙の中心から距離ｙ＝Ｋ（Ｅ）×Ｅ×ｔだけイオンを半径方向に変位させ、式中、Ｋ（Ｅ）は、移動度係数であり、ｔは、前記電場波形の半周期であり、前記第１の波形の振幅および周波数ならびに前記第２の波形の振幅および周波数は、高移動度イオンを濾過するように構成されている、項目１７に記載の装置。
（項目２１）
前記一定の間隙距離、前記第１の波形の振幅、および前記第２の波形の振幅は、１０Ｔｄより大きい密度正規化電場強度Ｅ／Ｎを伴う前記対称電場を生じさせるように構成されている、項目２０に記載の装置。
（項目２２）
前記間隙内の圧力を増加または減少させるための圧送デバイスをさらに備え、前記一定の間隙距離、前記第１の波形の振幅、および前記第２の波形の振幅は、１０Ｔｄより大きい密度正規化電場強度Ｅ／Ｎを伴う前記対称電場を生じさせるように構成されている、項目２０に記載の装置。
（項目２３）
高移動度イオンを濾過するように切り替え可能である微分イオン移動度分光測定のための方法であって、前記方法は、
第１の電極と第２の電極との間に一定の間隙距離ｄを提供するために前記第１の電極と並列に前記第２の電極を配置することと、
第１の対称波形を前記第１の電極に印加することと
を含み、
微分イオン移動度分光測定のために、第２の対称波形が、前記第２の電極に印加され、前記第２の波形の周波数は、前記第１の波形の周波数の高調波であり、前記第１の波形の振幅と前記第２の波形の振幅との比率および前記第１の波形と前記第２の波形との間の相対的位相差は、前記第１の電極と前記第２の電極との間の電場を提供するように構成され、前記電場は、非対称であり、ゼロに実質的に等しい時間平均値を有し、
高移動度イオンの高電場対称波形濾過のために、前記第２の対称波形は、前記第２の電極から除去され、前記第１の波形は、前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記間隙内に最大電場強度Ｅを伴う対称電場波形を生じさせ、前記電場波形は、前記電場波形の半分の間に前記間隙の中心から距離ｙ＝Ｋ（Ｅ）×Ｅ×ｔだけイオンを半径方向に変位させ、式中、Ｋ（Ｅ）は、移動度係数であり、ｔは、前記電場波形の半周期であり、前記一定の間隙距離ならびに前記第１の波形の振幅および周波数は、高移動度イオンを濾過するように構成されている、方法。
（項目２４）
前記第１の波形の振幅は、１０Ｔｄより大きい最大密度正規化電場強度Ｅ／Ｎを伴う前記対称電場を生じさせるように構成されている、項目２３に記載の方法。
（項目２５）
前記間隙内の圧力を増加または減少させることをさらに含み、前記圧力、前記一定の間隙距離、ならびに前記第１の対称波形の振幅および周波数は、高移動度イオンを濾過するように構成されている、項目２３に記載の方法。
（項目２６）
高移動度イオンの高電場対称波形濾過のために、第３の対称波形が、前記第２の電極に印加され、前記第１の波形および前記第３の波形は、前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記間隙内に最大電場強度Ｅを伴う対称電場波形を生じさせ、前記電場波形は、前記電場波形の半分の間に前記間隙の中心から距離ｙ＝Ｋ（Ｅ）×Ｅ×ｔだけイオンを半径方向に変位させ、式中、Ｋ（Ｅ）は、移動度係数であり、ｔは、前記電場波形の半周期であり、前記一定の間隙距離、前記第１の波形の振幅および周波数、ならびに前記第３の波形の振幅および周波数は、高移動度イオンを濾過するように構成されている、項目２３に記載の方法。
（項目２７）
前記一定の間隙高さ、前記第１の波形の振幅、および前記第３の波形の振幅は、１０Ｔｄより大きい密度正規化電場強度Ｅ／Ｎを伴う前記対称電場を生じさせるように構成されている、項目２６に記載の方法。
（項目２８）
前記間隙内の圧力を増加または減少させることをさらに含み、前記圧力、前記一定の間隙距離、前記第１の波形の振幅および周波数、ならびに前記第３の波形の振幅および周波数は、高移動度イオンを濾過するように構成されている、項目２６に記載の方法。
（項目２９）
イオンを断片化するための高電場対称波形装置に切り替え可能である微分イオン移動度分光測定のための高電場非対称波形装置であって、前記装置は、
第１の電極と、
第２の電極であって、前記第２の電極は、前記第１の電極と前記第２の電極との間に一定の間隙距離ｄを提供するために前記第１の電極と並列に配置されている、第２の電極と、
調節可能または固定周波数において、かつ調節可能振幅において第１の対称波形を生じさせる高電圧第１波形発生器と、
調節可能または固定周波数において、かつ調節可能振幅において第２の対称波形を電気的に生じさせる高電圧第２波形発生器であって、前記第２の波形の周波数は、前記第１の波形の周波数の高調波である、高電圧第２波形発生器と、
前記波形発生器のうちの少なくとも１つの位相を調節するように構成されている位相調節回路と、
前記第１の波形発生器と前記第１の電極とを電気的に接続または切断することと、前記第２の波形発生器と前記第２の電極とを電気的に接続または切断することとを行うように構成可能であるスイッチング回路と
を備え、
微分イオン移動度分光測定のために、前記スイッチング回路は、前記第１の波形発生器を前記第１の電極に電気的に接続し、かつ前記第２の波形発生器を前記第２の電極に電気的に接続し、前記第１の波形および第２の波形の印加からもたらされる前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記間隙内に生成される電場波形は、非対称であり、ゼロに実質的に等しい時間平均値を有し、
高電場対称波形イオン断片化のために、前記スイッチング回路は、前記第１の波形発生器を前記第１の電極に電気的に接続し、かつ前記第２の波形発生器を前記第２の電極から電気的に切断し、前記第１の波形は、前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記間隙内に最大電場強度Ｅを伴う対称電場波形を生じさせ、前記電場波形は、前記電場波形の半分の間に前記間隙の中心から距離ｙ＝Ｋ（Ｅ）×Ｅ×ｔだけイオンを半径方向に変位させ、式中、Ｋ（Ｅ）は、移動度係数であり、ｔは、前記電場波形の半周期であり、前記一定の間隙距離ならびに前記第１の対称波形の振幅および周波数は、１００Ｔｄより大きいＥ／Ｎを伴う前記電場波形を生じさせることによって、前記間隙内のイオンを断片化するように構成されている、装置。
（項目３０）
前記間隙内の圧力を増加または減少させるための圧送デバイスをさらに備え、前記圧力、前記一定の間隙距離、ならびに前記第１の対称波形の振幅および周波数は、１００Ｔｄより大きいＥ／Ｎを伴う前記電場波形を生じさせることによって、前記間隙内のイオンを断片化するように構成されている、項目２９に記載の装置。
（項目３１）
高電場対称波形イオン断片化のために、前記スイッチング回路は、前記第１の波形発生器を前記第１の電極に電気的に接続し、かつ前記第２の波形発生器を前記第２の電極に電気的に接続し、前記位相調節回路は、前記第１の波形および前記第２の波形が、前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記間隙内に最大電場強度Ｅを伴う対称電場波形を生じさせるように、前記波形発生器のうちの少なくとも１つの位相を調節し、前記電場波形は、前記電場波形の半分の間に前記間隙の中心から距離ｙ＝Ｋ（Ｅ）×Ｅ×ｔだけイオンを半径方向に変位させ、式中、Ｋ（Ｅ）は、移動度係数であり、ｔは、前記電場波形の半周期であり、前記一定の間隙距離、前記第１の波形の振幅および周波数、ならびに前記第２の波形の振幅および周波数は、１００Ｔｄより大きいＥ／Ｎを伴う前記電場波形を生じさせることによって、前記間隙内のイオンを断片化するように構成されている、項目２９に記載の装置。
（項目３２）
前記間隙内の圧力を増加または減少させるための圧送デバイスをさらに備え、前記圧力、前記一定の間隙距離、前記第１の波形の振幅および周波数、ならびに前記第２の波形の振幅および周波数は、１００Ｔｄより大きいＥ／Ｎを伴う前記電場波形を生じさせることによって、前記間隙内のイオンを断片化するように構成されている、項目３１に記載の装置。
（項目３３）
イオンを断片化するように切り替え可能である微分イオン移動度分光測定のための方法であって、前記方法は、
第１の電極と第２の電極との間に一定の間隙距離ｄを提供するために前記第１の電極と並列に前記第２の電極を配置することと、
第１の対称波形を前記第１の電極に印加することと
を含み、
微分イオン移動度分光測定のために、第２の対称波形が、前記第２の電極に印加され、前記第２の波形の周波数は、前記第１の波形の周波数の高調波であり、前記第１の波形の振幅と前記第２の波形の振幅との比率および前記第１の波形と前記第２の波形との間の相対的位相差は、前記第１の電極と前記第２の電極との間の電場を提供するように構成され、前記電場は、非対称であり、ゼロに実質的に等しい時間平均値を有し、
高電場対称波形イオン断片化のために、前記第２の対称波形は、前記第２の電極から除去され、前記第１の波形は、前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記間隙内に最大電場強度Ｅを伴う対称電場波形を生じさせ、前記電場波形は、前記電場波形の半分の間に前記間隙の中心から距離ｙ＝Ｋ（Ｅ）×Ｅ×ｔだけイオンを半径方向に変位させ、式中、Ｋ（Ｅ）は、移動度係数であり、ｔは、前記電場波形の半周期であり、前記一定の間隙距離ならびに前記第１の波形の振幅および周波数は、１００Ｔｄより大きいＥ／Ｎを伴う前記電場波形を生じさせることによって、前記間隙内のイオンを断片化するように構成されている、方法。
（項目３４）
前記間隙内の圧力を増加または減少させることをさらに含み、前記圧力、前記一定の間隙距離、ならびに前記第１の波形の振幅および周波数は、１００Ｔｄより大きいＥ／Ｎを伴う前記電場波形を生じさせることによって、前記間隙内のイオンを断片化するように構成されている、項目３３に記載の方法。
（項目３５）
高電場対称波形イオン断片化のために、第３の対称波形が、前記第２の電極に印加され、前記第１の波形および第３の波形は、前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記間隙内に最大電場強度Ｅを伴う対称電場波形を生じさせ、前記電場波形は、前記電場波形の半分の間に前記間隙の中心から距離ｙ＝Ｋ（Ｅ）×Ｅ×ｔだけイオンを半径方向に変位させ、式中、Ｋ（Ｅ）は、移動度係数であり、ｔは、前記電場波形の半周期であり、前記一定の間隙距離、前記第１の波形の振幅および周波数、ならびに前記第３の波形の振幅および周波数は、１００Ｔｄより大きいＥ／Ｎを伴う前記電場波形を生じさせることによって、前記間隙内のイオンを断片化するように構成されている、項目３３に記載の方法。
（項目３６）
前記間隙内の圧力を増加または減少させることをさらに含み、前記圧力、前記一定の間隙距離、前記第１の波形の振幅および周波数、ならびに前記第３の波形の振幅および周波数は、１００Ｔｄより大きいＥ／Ｎを伴う前記電場波形を生じさせることによって、前記間隙内のイオンを断片化するように構成されている、項目３５に記載の方法。
【図面の簡単な説明】
【0037】
当業者は、下記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、本教示の範囲をいかようにも限定することを意図されない。
【0038】
【0039】
【0040】
【0041】
【0042】
【0043】
【0044】
【0045】
【0046】
【0047】
【0048】
【0049】
【0050】
【0051】
【0052】
【0053】
【0054】
【0055】
【0056】
【0057】
【0058】
【0059】
【0060】
【発明を実施するための形態】
【0061】
本教示の１つ以上の実施形態が詳細に説明される前に、当業者は、本教示が、その用途において、以下の詳細な説明に記載される、または図面に図示される構造の詳細、構成要素の配列、およびステップの配列に限定されないことを理解するであろう。また、本明細書で使用される語句および専門用語は、説明を目的としており、限定として見なされるべきではないことを理解されたい。
【0062】
（コンピュータ実装システム）
図１は、本教示の実施形態が実装され得る、コンピュータシステム１００を図示するブロック図である。コンピュータシステム１００は、情報を通信するためのバス１０２または他の通信機構と、情報を処理するためにバス１０２と結合されるプロセッサ１０４とを含む。コンピュータシステム１００はまた、プロセッサ１０４によって実行されるべき命令を記憶するために、バス１０２に結合されるランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）または他の動的記憶デバイスであり得る、メモリ１０６を含む。メモリ１０６はまた、プロセッサ１０４によって実行されるべき命令の実行中、一時的変数または他の中間情報を記憶するために使用され得る。コンピュータシステム１００はさらに、プロセッサ１０４のための静的情報および命令を記憶するために、バス１０２に結合される読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）１０８または他の静的記憶デバイスを含む。磁気ディスクまたは光ディスク等の記憶デバイス１１０が、情報および命令を記憶するために提供され、バス１０２に結合される。
図１は、本教示の実施形態が実装され得る、コンピュータシステム１００を図示するブロック図である。コンピュータシステム１００は、情報を通信するためのバス１０２または他の通信機構と、情報を処理するためにバス１０２と結合されるプロセッサ１０４とを含む。コンピュータシステム１００はまた、プロセッサ１０４によって実行されるべき命令を記憶するために、バス１０２に結合されるランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）または他の動的記憶デバイスであり得る、メモリ１０６を含む。メモリ１０６はまた、プロセッサ１０４によって実行されるべき命令の実行中、一時的変数または他の中間情報を記憶するために使用され得る。コンピュータシステム１００はさらに、プロセッサ１０４のための静的情報および命令を記憶するために、バス１０２に結合される読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）１０８または他の静的記憶デバイスを含む。磁気ディスクまたは光ディスク等の記憶デバイス１１０が、情報および命令を記憶するために提供され、バス１０２に結合される。
【0063】
コンピュータシステム１００は、バス１０２を介して、コンピュータユーザに情報を表示するために、ブラウン管（ＣＲＴ）または液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）等のディスプレイ１１２に結合され得る。英数字および他のキーを含む入力デバイス１１４が、情報およびコマンド選択をプロセッサ１０４に通信するために、バス１０２に結合される。別のタイプのユーザ入力デバイスは、方向情報およびコマンド選択をプロセッサ１０４に通信するため、かつディスプレイ１１２上のカーソル移動を制御するためのマウス、トラックボール、またはカーソル方向キー等のカーソル制御装置１１６である。本入力デバイスは、典型的には、デバイスが平面内で位置を規定することを可能にする、第１の軸（すなわち、Ｘ）および第２の軸（すなわち、Ｙ）の２つの軸における２自由度を有する。
【0064】
コンピュータシステム１００は、本教示を実施することができる。本教示のある実装によると、結果は、プロセッサ１０４が、メモリ１０６内に含有される１つ以上の命令の１つ以上のシーケンスを実行することに応答して、コンピュータシステム１００によって提供される。そのような命令は、記憶デバイス１１０等の別のコンピュータ読み取り可能な媒体から、メモリ１０６内に読み込まれ得る。メモリ１０６内に含有される命令のシーケンスの実行は、プロセッサ１０４に、本明細書に説明されるプロセスを実施させる。代替として、有線回路が、本教示を実装するために、ソフトウェア命令の代わりに、またはそれとの組み合わせにおいて使用され得る。したがって、本教示の実装は、ハードウェア回路およびソフトウェアの任意の特定の組み合わせに限定されない。
【0065】
種々の実施形態では、コンピュータシステム１００は、ネットワーク化システムを形成するために、ネットワークを横断して、コンピュータシステム１００のような１つ以上の他のコンピュータシステムに接続されることができる。ネットワークは、インターネット等のプライベートネットワークまたはパブリックネットワークを含むことができる。ネットワーク化システムでは、１つ以上のコンピュータシステムは、データを記憶し、これを他のコンピュータシステムに提供することができる。データを記憶および提供する、１つ以上のコンピュータシステムは、クラウドコンピューティングシナリオにおいて、サーバまたはクラウドと称されることができる。１つ以上のコンピュータシステムは、例えば、１つ以上のウェブサーバを含むことができる。データをサーバまたはクラウドに送信し、それからデータを受信する、他のコンピュータシステムは、例えば、クライアントまたはクラウドデバイスと称されることができる。
【0066】
本明細書で使用されるような用語「コンピュータ読み取り可能な媒体」は、実行のために、命令をプロセッサ１０４に提供する際に関与する、任意の媒体を指す。そのような媒体は、限定ではないが、不揮発性媒体、揮発性媒体、および伝送媒体を含む、多くの形態をとり得る。不揮発性媒体は、例えば、記憶デバイス１１０等の光学または磁気ディスクを含む。揮発性媒体は、メモリ１０６等の動的メモリを含む。伝送媒体は、バス１０２を備えるワイヤを含む、同軸ケーブル、銅ワイヤ、および光ファイバを含む。
【0067】
コンピュータ読み取り可能な媒体またはコンピュータプログラム製品の一般的形態は、例えば、フロッピディスク、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ、もしくは任意の他の磁気媒体、ＣＤ－ＲＯＭ、デジタルビデオディスク（ＤＶＤ）、Ｂｌｕ－ｒａｙ（登録商標） Ｄｉｓｃ、任意の他の光学媒体、サムドライブ、メモリカード、ＲＡＭ、ＰＲＯＭ、およびＥＰＲＯＭ、ＦＬＡＳＨ－ＥＰＲＯＭ、任意の他のメモリチップもしくはカートリッジ、またはコンピュータが読み取り得る任意の他の有形媒体を含む。
【0068】
種々の形態のコンピュータ読み取り可能な媒体が、実行のために、１つ以上の命令の１つ以上のシーケンスをプロセッサ１０４に搬送する際に関与し得る。例えば、命令は、最初に、遠隔コンピュータの磁気ディスク上で搬送され得る。遠隔コンピュータは、命令をその動的メモリ内にロードし、モデムを使用して、電話回線を経由して命令を送信することができる。コンピュータシステム１００にローカルのモデムが、データを電話回線上で受信し、データを赤外線信号に変換するために、赤外線送信機を使用することができる。バス１０２に結合された赤外線検出器が、赤外線信号において搬送されるデータを受信し、データをバス１０２上に置くことができる。バス１０２は、データをメモリ１０６に搬送し、それから、プロセッサ１０４は、命令を読み出し、実行する。メモリ１０６によって受信された命令は、随意に、プロセッサ１０４による実行前または後のいずれかで、記憶デバイス１１０上に記憶され得る。
【0069】
種々の実施形態によると、方法を実施するためにプロセッサによって実行されるように構成される命令は、コンピュータ読み取り可能な媒体上に記憶される。コンピュータ読み取り可能な媒体は、デジタル情報を記憶するデバイスであり得る。例えば、コンピュータ読み取り可能な媒体は、ソフトウェアを記憶するための当分野で公知であるようなコンパクトディスク読み取り専用メモリ（ＣＤ－ＲＯＭ）を含む。コンピュータ読み取り可能な媒体は、実行されるように構成される命令を実行するために好適なプロセッサによってアクセスされる。
【0070】
本教示の種々の実装の以下の説明は、例証および説明を目的として提示されている。これは、包括的ではなく、本教示を開示される精密な形態に限定しない。修正および変形例が、上記の教示に照らして可能である、または本教示の実践から取得され得る。加えて、説明される実装は、ソフトウェアを含むが、本教示は、ハードウェアおよびソフトウェアの組み合わせとして、またはハードウェア単独で実装され得る。本教示は、オブジェクト指向および非オブジェクト指向両方のプログラミングシステムを用いて実装され得る。
【0071】
（高周波数および高電圧イオンフィルタ）
上で説明されるように、質量分析計の性能に影響を及ぼし得る器具汚染が、ますます懸念されている。汚染は、高移動度イオンおよび低移動度イオンの両方によって引き起こされ得る。高移動度汚染物質イオンは、従来の高周波数および高電圧ＦＡＩＭＳまたはＤＭＳデバイスを使用して除去されている。高移動度汚染物質イオンはまた、低周波数および低電圧デバイスを使用して除去されている。
上で説明されるように、質量分析計の性能に影響を及ぼし得る器具汚染が、ますます懸念されている。汚染は、高移動度イオンおよび低移動度イオンの両方によって引き起こされ得る。高移動度汚染物質イオンは、従来の高周波数および高電圧ＦＡＩＭＳまたはＤＭＳデバイスを使用して除去されている。高移動度汚染物質イオンはまた、低周波数および低電圧デバイスを使用して除去されている。
【0072】
低移動度パスフィルタ（ＬＭＰＦ）と呼ばれる、１つの例示的低周波数および低電圧デバイスは、板間のガス流のためのチャネルによって分離される２つの長方形板から成っていた。低周波数の低振幅対称波形が、一方の板に印加される一方、他方は、接地された。印加された対称波形は、高移動度イオンを衝突させ、板によって放出されるようにする一方、低移動度イオンは、板に到達せず、フィルタを通過した。
【0073】
本低周波数および低電圧平面ＬＭＰＦは、高移動度汚染物質イオンがほぼ１００％の効率で除去され得る質量スペクトルを生産した。しかしながら、低周波数および低電圧平面ＬＭＰＦの比較的に広い応答関数は、これが高周波数および高電圧ＦＡＩＭＳまたはＤＭＳデバイスのＳ／Ｎ比と合致し得ないことを示唆した。加えて、低周波数および低電圧平面ＬＭＰＦは、高移動度汚染物質イオンの除去のみを対象とした。その結果、これは、非常に低い移動度のアステロイド等の他の汚染物質を濾過するために使用され得ない。
【0074】
その結果、高周波数および高電圧ＦＡＩＭＳまたはＤＭＳデバイスに接近するＳ／Ｎ比において汚染物質イオンを濾過または除去し、より低い移動度およびより高いｍ／ｚ値を伴う汚染物質イオンを濾過するためのシステムならびに方法が、必要とされる。本明細書で使用されるような用語「ＦＡＩＭＳ」または「ＤＭＳ」は、同義語であり、同義的である。その結果、用語「ＦＡＩＭＳ」が、本明細書の残りにおいて使用される。
【0075】
（ＦＡＩＭＳデバイス性質）
種々の実施形態では、従来のＦＡＩＭＳデバイスが、イオン汚染物質濾過のために有用である２つの性質を有することが、観察される。第１の性質は、電場の強度に基づいて、イオンをデクラスタリングおよび／または断片化する能力である。第２の性質は、周波数依存性有効間隙に基づいて、デバイスを通してイオンを透過する能力である。
種々の実施形態では、従来のＦＡＩＭＳデバイスが、イオン汚染物質濾過のために有用である２つの性質を有することが、観察される。第１の性質は、電場の強度に基づいて、イオンをデクラスタリングおよび／または断片化する能力である。第２の性質は、周波数依存性有効間隙に基づいて、デバイスを通してイオンを透過する能力である。
【0076】
（強力な電場の影響下でのデクラスタリングまたは断片化）
イオンが強力な電場の影響下でガス状媒体中を移動するとき、その運動エネルギーは、増加し、これは、増加させられたイオン温度につながる。イオン加熱の程度は、バルクガス分子
との衝突間に取得される平均運動エネルギーイオンに依存する。イオンが衝突間に電場から取得する運動エネルギーは、
に等しく、式中、ｅは、電気素量であり、Ｅは、電場であり、Ｎは、数密度であり、Ωは、断面衝突積分である。強力な電場では、イオンは、錯体をデクラスタリングする、または共有結合を断片化するために十分な内部エネルギーを得ることができる。
イオンが強力な電場の影響下でガス状媒体中を移動するとき、その運動エネルギーは、増加し、これは、増加させられたイオン温度につながる。イオン加熱の程度は、バルクガス分子
【数1】
【数2】
【0077】
ＦＡＩＭＳでは、強力な非対称電場が、使用され、断片化のプロセスを実証する文献に、いくつかの例が存在する。例えば、ＦＡＩＭＳデバイスが、大気圧においてイミダゾールのダイマーをモノマー状態に断片化し得ることが示されている。ＦＡＩＭＳデバイス（０．５ｍｍ間隙高さ）の板を横断する１，１００Ｖの無線周波数（ＲＦ）分離電圧（ＳＶ）を使用して、イミダゾールのダイマーのカチオンＭ２Ｈ＋が、ＭＨ＋信号の強度の対応する増加とともに完全に排除された。同様に、イミダゾールを含有するアニオンの断片化
もまた、観察された。その結果、ＦＡＩＭＳデバイスでは、断片化が、十分に強力な非対称（ＲＦ）波形が印加されるとき、イオンの加熱に起因して起こる。
【数3】
【0078】
（有効分析間隙およびその電場の周波数に対する依存性）
ＦＡＩＭＳシステムは、典型的には、離間される２つの平行電極を伴う、質量分析計の真空入口にシールされる移動度セルを含み得る。シール設計アプローチは、輸送ガス流を提供し、これは、移動度セルを通してイオンおよび荷電粒子を搬送する。非対称波形電場の影響下で、イオンは、イオンの高電場移動度と低電場移動度との間の差異に基づいて、移動度セル内で分離され得る。標的イオン種が、それらが質量分析計に向かって掃引される際に標的イオンを濾過するために、補償電圧（ＣｏＶ）と呼ばれる直流（ＤＣ）電圧および分離電圧（ＳＶ）と呼ばれる非対称波形交流（ＡＣ）電圧の具体的組み合わせを２つの板間に印加することによって選択され得る。異なるイオンに関するＣｏＶ値の範囲は広く変動し得るので、単一のＣｏＶ値を伴う全てのイオンを透過することは、可能ではない。有効間隙という用語は、移動度セル間隙高さ（板間の間隔）と非対称波形に起因するイオンの半径方向発振の半径方向変位との差異を説明するために、ＦＡＩＭＳにおいて以前から使用されている。
ＦＡＩＭＳシステムは、典型的には、離間される２つの平行電極を伴う、質量分析計の真空入口にシールされる移動度セルを含み得る。シール設計アプローチは、輸送ガス流を提供し、これは、移動度セルを通してイオンおよび荷電粒子を搬送する。非対称波形電場の影響下で、イオンは、イオンの高電場移動度と低電場移動度との間の差異に基づいて、移動度セル内で分離され得る。標的イオン種が、それらが質量分析計に向かって掃引される際に標的イオンを濾過するために、補償電圧（ＣｏＶ）と呼ばれる直流（ＤＣ）電圧および分離電圧（ＳＶ）と呼ばれる非対称波形交流（ＡＣ）電圧の具体的組み合わせを２つの板間に印加することによって選択され得る。異なるイオンに関するＣｏＶ値の範囲は広く変動し得るので、単一のＣｏＶ値を伴う全てのイオンを透過することは、可能ではない。有効間隙という用語は、移動度セル間隙高さ（板間の間隔）と非対称波形に起因するイオンの半径方向発振の半径方向変位との差異を説明するために、ＦＡＩＭＳにおいて以前から使用されている。
【0079】
図２は、セル内のプロリンイオンに関するシミュレートされた半径方向発振を示す、ＦＡＩＭＳ移動度セルの断面側面図２００である（分析間隙高さ＝１ｍｍ）。本例は、ｄ＞＞イオン発振距離（ΔＳ）である、広い間隙内のイオン移動を実証する。
【0080】
半径方向発振２１０を伴うイオンの軌跡が、板２２１および２２２間にシミュレートされる。プロリンイオンは、例えば、３ＭＨｚの周波数において発振される。移動度セル間隙高さ２３０は、板２２１および２２２間の距離である。移動度セル間隙高さ２３０は、本例に関して、１ｍｍである。距離２４０は、イオン半径方向発振２１０の半径方向変位である。イオン半径方向発振２１０に関する移動度セルの合計有効間隙は、したがって、移動度セル間隙高さ２３０と距離２４０との間の差異である。言い換えると、有効間隙は、距離２５１および２５２の和である。
【0081】
図２に示されるもののようなより大きい有効間隙が、移動度セルを通した効果的なイオン透過のために望ましい。対照的に、有効間隙が０ｍｍに接近すると（高強度ＡＣ電圧を印加する、周波数を減少させる、圧力を減少させる、または間隙高さを減少させることによって達成され得る）、全てのイオンは、大きい半径方向発振に起因して、板上で中和され得る。ＦＡＩＭＳ移動度セルは、通常、これを考慮するように設計され、１つの経験則は、所与の移動度セルに関する合計間隙高さの少なくとも８５％である有効間隙を維持することである。これは、標的イオン種に対して高イオン透過率を提供するために、その最大発振距離が減少されるべきであり、これは、ＡＣ電圧の周波数を増加させる、またはその振幅を低減させることによって達成され得ることを意味する。
【0082】
図３は、図２の移動度セルの間隙高さの１０分の１である間隙高さ（０．１ｍｍ）を伴うＦＡＩＭＳ移動度セルの断面側面図３００である。図３は、２つの異なる周波数におけるセル内のプロリンイオンに関する２つの異なるシミュレートされた半径方向発振（３７０および３１０）を示す。半径方向発振３４０が、図２のために使用されるＡＣ波形の同一の周波数（３Ｍｈｚ）に関して取得され、第２の軌跡３７０が、増加させられた周波数を使用して生成された。移動度セル間隙高さ３３０は、板３２１および３２２間の距離である。移動度セル間隙高さ３３０は、例えば、０．１ｍｍである、または図２の移動度セルの間隙高さの１０分の１である。
【0083】
第１の半径方向発振３１０が、例えば、３ＭＨｚの周波数を用いて板３２１および３２２間にシミュレートされる。距離３４０は、第１のイオン半径方向発振３１０の半径方向変位である。第１のイオン半径方向発振３１０に関する移動度セルの有効間隙は、したがって、移動度セル間隙高さ３３０と距離３４０との間の差異である。言い換えると、有効間隙は、距離３５１および３５２の和である。
【0084】
第２の半径方向発振３６０が、例えば、１０ＭＨｚのより高い周波数を用いて板３２１および３２２間にシミュレートされる。距離３７０は、第２のイオン半径方向発振３６０の半径方向変位である。第２のイオン半径方向発振３６０に関する移動度セルの有効間隙は、したがって、移動度セル間隙高さ３３０と距離３７０との間の差異である。言い換えると、有効間隙は、距離３８１および２８２の和である。
【0085】
再び図２を参照すると、イオン半径方向発振２１０は、約７０μｍ範囲（距離２４０）にわたって延在し、９３０μｍ（距離２５１および２５２）または間隙高さ２３０の９３％の有効間隙をもたらす。しかしながら、状況は、３ＭＨｚ発生器を用いた第１のイオン半径方向発振３１０に関する有効間隙が約３０μｍ（距離３５１および３５２）である図３において非常に異なる。明確なこととして、第２のイオン半径方向発振３６０を生じさせるために発生器の周波数を１０ＭＨｚに増加することは、有効間隙（距離３８１および３８２）を改良する。
【0086】
所与のイオンに関する半径方向発振は、イオン移動度とともに増加し、より低いｍ／ｚを伴うイオン（その結果、より高い移動度）が、より高いｍ／ｚを伴うイオンを上回る半径方向発振を有することが予期されることを意味する。ＦＡＩＭＳにおける目標は、有効間隙を最大限にすることである。
【0087】
（対称波形を伴うＦＡＩＭＳデバイス）
従来から構成されるように、ＦＡＩＭＳデバイスは、イオン汚染物質濾過のために有用である２つの性質を有するが、それらは、このタスクのためにあまり好適ではない。上で説明されるように、これらのデバイスの正常な適用は、分析物イオン移動度のユーザ知識に依存する。加えて、従来のＦＡＩＭＳデバイスにおける断片化は、問題となり得る。ＦＡＩＭＳセル内のイオン断片ならびに前駆体イオンおよび生成イオンが異なる最適なＣｏＶ値を有するとき、これは、ＣｏＶランプデータの不連続につながるので、これは、問題となり得る。加えて、集団全体ではなく、正しく最適化されたＣｏＶを有するイオン集団の非常にわずかな部分のみが、透過されるであろう。
従来から構成されるように、ＦＡＩＭＳデバイスは、イオン汚染物質濾過のために有用である２つの性質を有するが、それらは、このタスクのためにあまり好適ではない。上で説明されるように、これらのデバイスの正常な適用は、分析物イオン移動度のユーザ知識に依存する。加えて、従来のＦＡＩＭＳデバイスにおける断片化は、問題となり得る。ＦＡＩＭＳセル内のイオン断片ならびに前駆体イオンおよび生成イオンが異なる最適なＣｏＶ値を有するとき、これは、ＣｏＶランプデータの不連続につながるので、これは、問題となり得る。加えて、集団全体ではなく、正しく最適化されたＣｏＶを有するイオン集団の非常にわずかな部分のみが、透過されるであろう。
【0088】
種々の実施形態では、ＦＡＩＭＳデバイスは、汚染物質イオンを濾過するように修正される。特に、ＦＡＩＭＳ移動度セルは、非対称波形ではなく、半径方向対称波形をその２つの電極板間に印加するように構成される。そのようなデバイスは、低ｍ／ｚ化学的雑音等の高移動度イオン汚染物質を除去するために、またはアステロイド等の低移動度イオン汚染物質をデクラスタリングもしくは断片化するために、別個に動作されることができる。両方の場合において、対称波形は、高振幅（高電圧および高電場を意味する）および高周波数とともに印加される。また、両方の場合において、いかなるＤＣオフセット電圧も、ＦＡＩＭＳ移動度セルの電極に印加されず（ＣｏＶ＝０Ｖ）、したがって、それらがチャネルを辿って発振する際、チャネルの中心からのイオンのいかなる正味移動も存在しない。
【0089】
種々の実施形態では、高移動度イオン汚染物質を濾過するために、正弦波形が、ＦＡＩＭＳ移動度セルの電極を横断して印加される。正弦、余弦、方形波形、またはこれらの波形の任意の組み合わせを含む、任意の対称波形が使用され得ることが、当業者によって理解されるであろう。正弦波形の振幅および周波数は、より低い移動度を伴うイオンを依然として透過しながら、高移動度のイオンに関して有効間隙をゼロに選択的に調節するように最適化される。種々の実施形態では、ＦＡＩＭＳ移動度セルの間隙高さもまた、高移動度イオン汚染物質を濾過するように最適化される。ＦＡＩＭＳ移動度セルのこの動作は、選択された値を上回る移動度を伴う全てのイオンを排除する、低移動度パスフィルタ（ＬＭＰＦ）を生じさせる。このセルは、通常、質量スペクトルにおいて観察される、低ｍ／ｚ化学的バックグラウンドを排除することができる。
【0090】
種々の実施形態では、低移動度イオン汚染物質をデクラスタリングまたは断片化するために、正弦波形がまた、ＦＡＩＭＳ移動度セルの電極を横断して印加される。正弦波形は、それらがセルを通して移動する際に輸送ガス内で搬送されているイオンを発振させる。正弦波形の振幅は、入口オリフィスに先立つデクラスタリングまたは断片化のためにイオンを加熱するように最適化される。正弦波形の周波数は、移動度濾過を伴わずに全てのイオンを真空システムに透過するように最適化される。この動作モードは、アステロイドを含む、下流の質量分析計に到達するクラスタ化されたピークを限定するために最も有用であり得る。
【0091】
種々の実施形態では、対称波形を伴う２つまたはそれを上回るＦＡＩＭＳデバイスが、高移動度汚染物質イオンおよび低移動度汚染物質イオンの両方を除去するために、連続して使用される。例えば、対称波形を伴う第１のＦＡＩＭＳデバイスが、低移動度イオン汚染物質をデクラスタリングまたは断片化するように動作される。結果として生じる高移動度生産物は、次いで、対称波形を伴う第２のＦＡＩＭＳデバイスに透過される。第２のＦＡＩＭＳデバイスは、低移動度汚染物質イオンの高移動度生産物およびこれが受容する任意の他の高移動度汚染物質イオンを濾過するように動作される。いくつかの実施形態では、単一のＦＡＩＭＳデバイスが、より高い移動度の断片を生成するようにより低い移動度のイオンを断片化し、次いで、有効間隙を調節することによってより高い移動度の断片を濾過することによって、高移動度汚染物質イオンおよび低移動度汚染物質イオンの両方を除去する。
【0092】
（高強度対低強度電場）
上で説明されるように、Ｍｅｎｌｙａｄｉｅｖ、他の低周波数および低電圧平面ＬＭＰＦはまた、ＦＡＩＭＳ移動度セルと類似する構造の電極を横断して対称波形を印加した。しかしながら、Ｍｅｎｌｙａｄｉｅｖ、他は、高周波数および高電圧を伴う対称波形から遠ざかるように明示的に教示した。
上で説明されるように、Ｍｅｎｌｙａｄｉｅｖ、他の低周波数および低電圧平面ＬＭＰＦはまた、ＦＡＩＭＳ移動度セルと類似する構造の電極を横断して対称波形を印加した。しかしながら、Ｍｅｎｌｙａｄｉｅｖ、他は、高周波数および高電圧を伴う対称波形から遠ざかるように明示的に教示した。
【0093】
彼らは、対称波形の半分の間、イオンが、ｙ＝Ｋ×Ｅ×ｔによる距離ｙだけ半径方向に移動され、式中、Ｋは、移動度係数であり、Ｅは、電場強度であり、ｔ＝Ｔ／２は、波形の半周期であることを説明した。彼らは、移動度係数Ｋの変化を防止するために、そのデバイスの電場強度を限定（それに十分に低い電圧を印加）したことを具体的に述べた。言い換えると、彼らは、Ｋが一定のＫ（０）のままであり、電圧とともに変動しないであろうように、そのデバイスに低電圧を印加した。彼らは、これが、高電場強度が移動度係数Ｋを電場とともに（または電圧とともに）変化させ、電場ＥまたはＫ（Ｅ）の関数になるＦＡＩＭＳデバイスと異なることを述べた。より高い電圧は、有効間隙を維持するためにより高い周波数を要求し、したがって、より高い電圧から遠ざかるように教示することによって、彼らはまた、より高い周波数から遠ざかるように教示した。
【0094】
Ｍｅｎｌｙａｄｉｅｖ、他は、これらの２つの異なるタイプのデバイスが異なる方法でイオンに物理的に影響を及ぼすので、低電圧および弱い電場（低電場形態）、低周波数、ならびにＫ０によって特徴付けられるデバイスを、高電圧および強力な電場（高電場形態）、高周波数、ならびにＫ（Ｅ）によって特徴付けられるデバイスから区別した。低電場条件下で、イオンエネルギーは、ガス分子の熱エネルギーと比較して低く、したがって、イオン運動は、電場に起因する小さい重ねられるドリフト成分によって大いにランダムである。しかしながら、高電場形態では、イオンは、実質的に熱エネルギーを超える平均エネルギーを取得し、力線に沿った指向される運動ならびに分子との衝突に起因する運動の追加のランダム成分をもたらす。これらの条件下で、軌跡は、散乱プロセスによって影響を受け、移動度は、電場依存性になり、これは、もはや一定の値ではない。したがって、高電場において動作するとき、イオン－分子相互作用の性質における根本的変化が存在する。
【0095】
移動度変化に加えて、高電場における動作は、断片化を誘発することができる。Ｍｅｎｌｙａｄｉｅｖ、他と対照的に、高電圧において動作することは、ビリヤードボール間の衝突がビリヤードボールを変形または断片化させるように、強力な大砲を使用してあるビリヤードボールを他のビリヤードボールに発射するようなものである。本場合では、ビリヤードボールの軌跡の計算は、単なる速度および質量の関数ではない。代わりに、軌跡は、ビリヤードボールの材料またはイオンの原子の物理的変形もしくは変化の関数である。
【0096】
原子または分子に関して、変形は、実際には、分子の外側電子軌道の衝突である。衝突は、したがって、それらの軌道の相互作用の関数である。電圧が十分に高い場合、一連の衝突は、実際には、共有結合の断片化につながり得る。したがって、イオン移動度デバイスを低電場から高電場に変化させることは、イオン移動度をＫ（０）だけではなく、電場依存性領域に変換する。
【0097】
当分野で理解されるように、時として、「電場エネルギー」と称される電場から取得される平均イオンエネルギーを決定する機能パラメータは、圧力ｐまたはガス数密度Ｎで除算した電場強度Ｅ、つまり、それぞれ、Ｅ／ｐまたはＥ／Ｎである。イオン移動度対Ｅ／Ｎのプロット化は、当分野で明確に理解される慣例であり、説明の便宜および簡潔化のために本明細書で使用される。故に、電場強度を上昇させることによって電場エネルギーを増加させることはまた、ガス圧力（したがって、数密度）を低下させることによって、または電場強度を上昇させることとガス圧力を低下させることの両方の組み合わせによって遂行され得ることを理解されたい。この理由から、タウンゼント（Ｔｄ）単位またはＥ／Ｎの観点から電場強度を議論することが便宜的であり、それによって、大気圧において、窒素分子に関する数密度は、２９５Ｋにおいて２．５×１０１９分子／ｃｍ３である。したがって、５，０００Ｖ／ｃｍ電場は、およそ２×１０－１６Ｖｃｍ２×（１×１０１７Ｔｄ）＝２０Ｔｄであろう。
【0098】
図４は、特定のイオン種の移動度係数Ｋ（Ｅ／Ｎ）が電場強度（Ｅ／Ｎ）とともに変動する様子を示すプロット４００である。移動度係数曲線４１０は、密度正規化電場強度が約１０Ｔｄに到達するまで、移動度の係数が一定のＫ（０）であることを示す。１０Ｔｄの後、移動度係数４１０は、電場の非線形関数Ｋ（Ｅ）になる。移動度係数曲線４１０は、分極性媒体を通して移動するイオンに特徴的である。密度正規化電場が約１０Ｔｄを上回って増加すると、イオン速度は、ガス分子の熱速度と比較して増加し、（イオンとガス分子との間の）長期相互作用の寄与および分極効果は、最小限にされ、これは、イオン速度の増加につながる。これらの条件下で、イオン移動度は、増加する。しかしながら、非常に高い電場（約１００Ｔｄまたはそれを上回るＥ／Ｎ）において、イオンとガス分子との間の剛体球相互作用が、イオンの挙動に寄与し始め、これは、電場が増加するとともに減少される移動度につながる。移動度における本減少は、通常、相互作用電位のより反発的な部分をサンプリングするより高いエネルギーのイオン－分子相互作用と関連付けられる。図４に実証されるように、イオン分子相互作用は、非常に低い電場および高電場において実質的に異なる。異なるイオン種が、異なる電場依存性移動度挙動を呈し、これは、化学的識別および濾過目的のために使用され得ることが、当業者に明白となるであろう。例えば、イオン移動度係数Ｋ（Ｅ）はまた、単調に増加する、または電場が増加するとともに減少し得る。
【0099】
再び、低電場強度（Ｅ／Ｎ＜１０Ｔｄ）に関して、（質量に関連する一定の移動度係数Ｋ（０）に基づく）イオン最大発振距離が、以下から決定されることができる。
言い換えると、低電場強度Ｅ／Ｎ＜１０Ｔｄに関して、類似する質量値を伴うイオンが、類似する発振を有する。異なるイオンの移動度係数が、図４にプロットされ、その異なるイオンが、図４にプロットされるイオンの質量と近接する質量を有していた場合、異なるイオンの移動度係数は、＜１０Ｔｄの電場において類似するＫ（０）を有するであろう。用語「質量」および「ｍ／ｚ」は、本明細書で同義的に使用されることに留意されたい。概して、質量分析測定が、ｍ／ｚにおいて成され、電荷を乗算することによって質量に変換される。
【数4】
【0100】
低電場イオン移動と対照的に、高電場強度（Ｅ／Ｎ＞１０Ｔｄ）に関して、イオン発振は、電場に対する移動度係数Ｋ（Ｅ）の係数の依存性を含むはずである。これは、Ｋ（Ｅ）がもはや質量に直接関連しないことを意味する。質量に関連しないイオン分離が、可能である。言い換えると、高電場強度に関して、類似する質量値を伴うイオンは、有意に異なる移動度を有することができ、これは、その分離および識別のために使用されることができる。したがって、異なるイオンの移動度係数が、図４にプロットされ、その異なるイオンが、図４にプロットされるイオンの質量と近接する質量を有していた場合、移動度係数４１０の非線形部分は、異なり得る。
【0101】
（イオン濾過のための高強度対称波形を伴う装置）
図５は、種々の実施形態による、高移動度イオンを除去するための高電場対称波形装置の概略図５００である。装置は、第１の電極５１０と、第２の電極５２０と、第１の高電圧波形発生器５１５とを含む。第１の電極５１０および第２の電極５２０は、例えば、平行ストリップ電極、平行板電極、同心円筒、球形、または他の形状湾曲要素等であり得る。全てのこれらの異なる可能性として考えられる構成に共通するものは、第２の電極５２０である。第２の電極５２０は、第１の電極５１０と第２の電極５２０との間に一定の間隙距離（高さ）ｄを提供するために、第１の電極と並列に配置される。加えて、分析間隙に沿って指向される層状ガスフローストリームが存在し、本フローストリームは、分析間隙に沿って全てのイオン種を牽引するために使用される。間隙内のガス圧力は、周囲圧力に近接し得る、または用途に応じて、これは、例えば、大気圧よりも低い、または高くあり得る。
図５は、種々の実施形態による、高移動度イオンを除去するための高電場対称波形装置の概略図５００である。装置は、第１の電極５１０と、第２の電極５２０と、第１の高電圧波形発生器５１５とを含む。第１の電極５１０および第２の電極５２０は、例えば、平行ストリップ電極、平行板電極、同心円筒、球形、または他の形状湾曲要素等であり得る。全てのこれらの異なる可能性として考えられる構成に共通するものは、第２の電極５２０である。第２の電極５２０は、第１の電極５１０と第２の電極５２０との間に一定の間隙距離（高さ）ｄを提供するために、第１の電極と並列に配置される。加えて、分析間隙に沿って指向される層状ガスフローストリームが存在し、本フローストリームは、分析間隙に沿って全てのイオン種を牽引するために使用される。間隙内のガス圧力は、周囲圧力に近接し得る、または用途に応じて、これは、例えば、大気圧よりも低い、または高くあり得る。
【0102】
第１の高電圧波形発生器５１５が、第１の電極５１０に電気的に接続される。第１の高電圧波形発生器５１５は、第１の対称または高調波波形を生じさせるように構成される。第１の対称波形は、第１の電極５１０と第２の電極５２０との間の間隙内に、最大電場強度Ｅｏを伴う対称正弦電場波形を生じさせる、正弦波形Ｅ（ｔ）＝Ｅｏ×Ｓｉｎ（ωｔ－φ）であり得る。Ｅｏが２，５００Ｖ／ｃｍを上回る、または１０Ｔｄより大きい電場強度を有するとき、間隙内のイオンの移動度係数は、通常、Ｅ／Ｎに対する依存性を示す。
【0103】
高調波電場波形の影響下で、イオン５３０は、ガス流の影響下のイオンの軸方向移動に垂直な方向に発振する。イオン５３０が、電場波形の半分の間に間隙の中心から方向５３２に半径方向に変位される距離ｙは、ｙ＝Ｋ（Ｅ）×Ｅ×ｔによって与えられ、式中、Ｋ（Ｅ）は、移動度係数であり、ｔは、電場波形の半周期である。
【0104】
一定の間隙距離ならびに第１の対称波形の振幅および周波数は、Ｋ（Ｅ）≧（ｄ／（２×Ｅ×ｔ））を伴う間隙内のイオンを第１の電極または第２の電極に衝突させ、除去されるようにする、Ｅｏおよびｔを伴う電場波形を生じさせることによって、高移動度イオンを濾過するように構成される。生じさせられるＥおよびｔはまた、Ｋ（Ｅ）＜（ｄ／（２×Ｅ×ｔ））を伴う間隙内のイオンに間隙を通過させる、または透過されるようにする。
【0105】
種々の実施形態では、装置はさらに、間隙内の圧力を増加または減少させるための圧送デバイス（図示せず）を含むことができる。その結果、圧力、一定の間隙距離、ならびに第１の対称波形の振幅および周波数は、高移動度イオンを濾過するように構成される。
【0106】
種々の実施形態では、第１の高電圧波形発生器５１５は、プロセッサまたはコントローラ（図示せず）と通信する。プロセッサまたはコントローラは、限定ではないが、図１のシステム、コンピュータ、マイクロプロセッサ、または第１の高電圧波形発生器５１５に制御情報およびデータを送信し、それからそれらを受信することが可能な任意のデバイスであり得る。プロセッサまたはコントローラは、例えば、質量分析計のプロセッサまたはコントローラであり得る。
【0107】
図５では、第１の電極５１０と第２の電極５２０との間の間隙内の対称電場波形は、１つの発生器である第１の高電圧波形発生器５１５からの１つの正弦波形のみを使用して生じさせられる。第２の電極５２０は、例えば、接地される。種々の実施形態では、両方の電極は、質量分析計のための統合された入口を形成するために、具体的ＤＣ電位にフローティングされ得る。種々の実施形態では、第１の電極５１０と第２の電極５２０との間の間隙内の対称電場波形は、２つの波形発生器からの２つの正弦波形を使用して生じさせられる。
【0108】
図６は、種々の実施形態による、２つの波形発生器を使用して高移動度イオンを除去するための高電場対称波形装置の概略図６００である。装置は、第１の電極５１０と、第２の電極５２０と、第１の高電圧波形発生器５１５と、第２の高電圧波形発生器６２５とを含む。第２の電極５２０は、第１の電極５１０と第２の電極５２０との間に一定の間隙距離ｄを提供するために、第１の電極と並列に配置される。
【0109】
第１の高電圧波形発生器５１５が、第１の電極５１０に電気的に接続される。第１の高電圧波形発生器５１５は、第１の対称波形を生じさせるように構成される。第２の高電圧波形発生器６２５が、第２の電極５２０に電気的に接続される。第２の高電圧波形発生器６２５は、第２の対称波形を生じさせるように構成される。第１の対称波形は、限定ではないが、対称正弦波形であり得る。第２の対称波形は、限定ではないが、対称正弦波形であり得る。
【0110】
第１の対称波形および第２の対称波形は、第１の電極５１０と第２の電極５２０との間の間隙内に最大電場強度Ｅを伴う対称電場波形を生じさせる。間隙内のイオンの移動度係数ＫをＥの関数にするために、Ｅは、２，５００Ｖ／ｃｍを上回る、または１０Ｔｄより大きい密度正規化電場強度を有する。電場波形は、方向５３１に進行するイオン５３０を間隙の中心から方向５３２に半径方向に変位させる。イオン５３０が、電場波形の半分の間に間隙の中心から方向５３２に半径方向に変位される距離ｙは、ｙ＝Ｋ（Ｅ）×Ｅ×ｔによって与えられ、式中、Ｋ（Ｅ）は、移動度係数であり、ｔは、電場波形の半周期である。
【0111】
第１の対称波形の振幅および周波数、第２の対称波形の振幅および周波数、ならびに間隙高さは、Ｋ（Ｅ）≧（ｄ／（２×Ｅ×ｔ））を伴う間隙内のイオンを第１の電極または第２の電極に衝突させ、除去されるようにする、Ｅおよびｔを伴う電場波形を生じさせることによって、高移動度イオンを濾過するように構成される。生じさせられるＥおよびｔはまた、Ｋ（Ｅ）＜（ｄ／（２×Ｅ×ｔ））を伴う間隙内のイオンに間隙を通過させる、または透過されるようにする。
【0112】
種々の実施形態では、図６の装置はさらに、間隙内の圧力を増加または減少させるための圧送デバイス（図示せず）を含むことができる。その結果、圧力、一定の間隙距離、第１の対称波形の振幅および周波数、ならびに第２の対称波形の振幅および周波数は、高移動度イオンを濾過するように構成される。
【0113】
種々の実施形態では、第１の高電圧波形発生器５１５および第２の高電圧波形発生器６２５の両方は、プロセッサまたはコントローラ（図示せず）と通信する。プロセッサまたはコントローラは、限定ではないが、図１のシステム、コンピュータ、マイクロプロセッサ、または第１の高電圧波形発生器５１５および第２の高電圧波形発生器６２５に制御情報およびデータを送信し、それからそれらを受信することが可能な任意のデバイスであり得る。プロセッサまたはコントローラは、例えば、質量分析計のプロセッサまたはコントローラであり得る。
【0114】
（イオン濾過のための方法）
図７は、種々の実施形態による、高移動度イオンを除去する方法を示すフローチャート７００である。
図７は、種々の実施形態による、高移動度イオンを除去する方法を示すフローチャート７００である。
【0115】
図７の方法のステップ７１０において、第２の電極が、第１の電極と第２の電極との間に一定の間隙距離ｄを提供するために、第１の電極と並列に配置される。
【0116】
スッテップ７２０において、第１の対称波形が、第１の電極に印加され、第１の電極と第２の電極との間の間隙内に１０Ｔｄより大きい最大密度正規化電場強度Ｅ／Ｎを伴う対称電場波形を生じさせる。電場波形は、電場波形の半分の間に間隙の中心から距離ｙ＝Ｋ（Ｅ）×Ｅ×ｔだけイオンを半径方向に変位させ、式中、Ｋ（Ｅ）は、移動度係数であり、ｔは、電場波形の半周期である。
【0117】
第１の対称波形の振幅および周波数ならびに間隙高さ（ｄ）は、高移動度イオンを中和するように構成される。それらは、Ｋ（Ｅ）≧（ｄ／（２×Ｅ×ｔ））を伴う間隙内のイオンを第１の電極または第２の電極に衝突させ、除去されるようにし、Ｋ（Ｅ）＜（ｄ／（２×Ｅ×ｔ））を伴う間隙内のイオンに間隙を通過させる、Ｅおよびｔを伴う電場波形を生じさせることによって、高移動度イオンを濾過する。
【0118】
種々の実施形態では、第２の対称波形が、第２の電極に印加される。第１の対称波形および第２の対称波形は、第１の電極と第２の電極との間の間隙内に１０Ｔｄより大きい最大密度正規化電場強度Ｅ／Ｎを伴う対称電場波形を生じさせる。一定の間隙距離、第１の対称波形の振幅および周波数、ならびに第２の対称波形の振幅および周波数は、電場波形を生じさせることによって、高移動度イオンを濾過するように構成される。波形が本質的に正弦波であることは重要ではなく、方形波形もまた機能するであろうことが、当業者に明白となるであろう。
【0119】
（イオンを断片化するための高強度対称波形を伴う装置）
図５に再び目を向けると、図５の高電場対称波形装置はまた、イオンを断片化するために使用されることができる。断片化に関して、第１の高電圧波形発生器５１５の第１の対称波形は、第１の電極５１０と第２の電極５２０との間の間隙内に、より高い最大電場強度Ｅを伴う対称電場波形を生じさせるように構成される。具体的には、第１の対称波形の振幅は、間隙内のイオンを断片化するために、１００Ｔｄより大きいＥ／Ｎを伴う電場波形を間隙内に生じさせるように構成される。加えて、第１の対称波形の振幅および周波数は、間隙内のイオン毎の距離ｙがｄ／２を下回るように、Ｅおよびｔを伴う電場波形を生じさせることによって、間隙内の全てのイオンを透過するように構成され得、したがって、間隙内の各イオン種は、その移動度係数Ｋ（Ｅ）に対応する、異なる発振振幅を用いて間隙を通して透過される。上で説明されるように、距離ｙは、イオン５３０が、電場波形の半分の間に間隙の中心から方向５３２に半径方向に変位される距離であり、ｙ＝Ｋ（Ｅ）×Ｅ×ｔによって与えられ、式中、Ｋ（Ｅ）は、移動度係数であり、ｔは、電場波形の半周期である。代替として、第１の対称波形の振幅および周波数は、最も高い移動度のイオン種を除去するように構成され得る。
図５に再び目を向けると、図５の高電場対称波形装置はまた、イオンを断片化するために使用されることができる。断片化に関して、第１の高電圧波形発生器５１５の第１の対称波形は、第１の電極５１０と第２の電極５２０との間の間隙内に、より高い最大電場強度Ｅを伴う対称電場波形を生じさせるように構成される。具体的には、第１の対称波形の振幅は、間隙内のイオンを断片化するために、１００Ｔｄより大きいＥ／Ｎを伴う電場波形を間隙内に生じさせるように構成される。加えて、第１の対称波形の振幅および周波数は、間隙内のイオン毎の距離ｙがｄ／２を下回るように、Ｅおよびｔを伴う電場波形を生じさせることによって、間隙内の全てのイオンを透過するように構成され得、したがって、間隙内の各イオン種は、その移動度係数Ｋ（Ｅ）に対応する、異なる発振振幅を用いて間隙を通して透過される。上で説明されるように、距離ｙは、イオン５３０が、電場波形の半分の間に間隙の中心から方向５３２に半径方向に変位される距離であり、ｙ＝Ｋ（Ｅ）×Ｅ×ｔによって与えられ、式中、Ｋ（Ｅ）は、移動度係数であり、ｔは、電場波形の半周期である。代替として、第１の対称波形の振幅および周波数は、最も高い移動度のイオン種を除去するように構成され得る。
【0120】
種々の実施形態では、図５の高電場対称波形装置はさらに、２つの波形発生器を使用してイオンを断片化するように修正されることができる。図６に再び目を向けると、図６の高電場対称波形装置はまた、イオンを断片化するために使用されることができる。
【0121】
断片化に関して、第１の高電圧波形発生器５１５の第１の対称波形および第２の高電圧波形発生器６２５の第２の対称波形は、第１の電極５１０と第２の電極５２０との間の間隙内に、より高い最大電場強度Ｅを伴う対称電場波形を生じさせるように構成される。具体的には、第１の対称波形の振幅および第２の対称波形の振幅は、２５，０００Ｖ／ｃｍを上回るＥを伴う電場波形を間隙内に生じさせるように構成される。
【0122】
高調波電場の振幅を増加させることは、２つの方法で達成されることができる。第１に、第１の電極に対して、例えば、正弦波形Ｖ（ｔ）＝Ｖｏ＊ｓｉｎωｔを印加し、高調波電圧（Ｖｏ）の振幅を増加させることによる。代替方法は、第２の高調波電圧６２５が第２の電極５２９に印加された、図６に提示される実施形態である。本場合では、波形は、第１の電極５１０に追加されたものと同一であったが、偏移された相対的位相差を伴い、負の正弦波形Ｖ（ｔ）＝Ｖｏ×ｓｉｎ（ω（ｔ－π）＝－Ｖｏ×ｓｉｎωｔを達成する（図１３ｂ参照）。高調波電場の強度を増加させるための第３の方法は、間隙内の圧力を減少させ、Ｅ／Ｎ比を増加させることである。加えて、一定の間隙距離、第１の対称波形の振幅および周波数、ならびに第２の対称波形の振幅および周波数は、間隙内のイオン毎の距離ｙがｄ／２を下回るように、Ｅｍａｘ＝２Ｅｏおよびｔを伴う電場波形を生じさせることによって、間隙内の全てのイオンを透過するように構成され、したがって、間隙内の各イオンは、間隙を通して透過される。
【0123】
（イオンを断片化する方法）
図８は、種々の実施形態による、イオンを断片化し、断片イオンを透過する方法を示すフローチャート８００である。
図８は、種々の実施形態による、イオンを断片化し、断片イオンを透過する方法を示すフローチャート８００である。
【0124】
図８の方法のステップ８１０において、第２の電極が、第１の電極と第２の電極との間に一定の間隙距離ｄを提供するために、第１の電極と並列に配置される。
【0125】
スッテップ８２０において、第１の対称波形が、第１の電極に印加され、第１の電極と第２の電極との間の間隙内に、１００Ｔｄより大きい密度正規化最大電場強度Ｅ／Ｎを伴う対称電場波形を生じさせる。電場波形は、電場波形の半分の間に間隙の中心から距離ｙ＝Ｋ（Ｅ）×Ｅ×ｔだけイオンを半径方向に変位させ、式中、Ｋ（Ｅ）は、移動度係数であり、ｔは、電場波形の半周期である。
【0126】
一定の間隙距離ならびに第１の対称波形の振幅および周波数は、１００Ｔｄより大きいＥ／Ｎを伴う電場波形を生じさせることによって、間隙内のイオンを断片化し、間隙内のイオン毎の距離ｙがｄ／２を下回るように、Ｅおよびｔを伴う電場波形を生じさせることによって、間隙内の全てのイオンを透過するように構成され、したがって、間隙内の各イオンは、間隙を通して透過される。代替として、Ｅおよびｔは、間隙内のより高い移動度のイオンを濾過するように確立されることができる。
【0127】
種々の実施形態では、第２の対称波形が、第２の電極に印加される。第１の対称波形および第２の対称波形は、第１の電極と第２の電極との間の間隙内に、１００Ｔｄより大きい密度正規化最大電場強度Ｅ／Ｎを伴う対称電場波形を生じさせる。一定の間隙距離、第１の対称波形の振幅および周波数、ならびに第２の対称波形の振幅および周波数は、電場波形を生じさせることによって、イオンを断片化および透過するように構成される。
【0128】
（対称波形に切り替え可能なＦＡＩＭＳデバイス）
米国特許第７，８３８，８２２号（以降では「第’８２２号特許」）は、それぞれ、対称正弦波形を生じさせる２つの高電圧波形発生器が、２つの電極間の間隙内に非対称電場波形を生じさせるために使用されるＦＡＩＭＳデバイスを対象とする。図９は、第’８２２号特許のＦＡＩＭＳデバイスの概略図である。
米国特許第７，８３８，８２２号（以降では「第’８２２号特許」）は、それぞれ、対称正弦波形を生じさせる２つの高電圧波形発生器が、２つの電極間の間隙内に非対称電場波形を生じさせるために使用されるＦＡＩＭＳデバイスを対象とする。図９は、第’８２２号特許のＦＡＩＭＳデバイスの概略図である。
【0129】
動作時、時変非対称電場９６１が、２つの電極９１５および９２５間に生成される。同時に、イオンが、輸送ガス流に起因して、２つの電極間の間隙に沿って進行する。高値時変非対称電場が、ｙ方向においてイオンに正味ドリフトを付与する。種々の実施形態では、１つの高電圧波形発生器９１０が、１つの電極９１５を駆動する一方、第２の高電圧波形発生器９２０が、第２の電極９２５を駆動する。補助直流（ＤＣ）電力供給源９３０が、加算回路デバイス９４０を用いて１つの発生器９２０からの出力に追加され、略一定のＤＣバイアスまたはオフセットを電場９６１に印加することができる。代替として、ＤＣは、両方の電極を横断して分割されることができる。本ＤＣバイアスは、例えば、「平衡」条件におけるイオンの選択された種を電極間に配置するために使用されることができ、したがって、それらは、ｙ方向において実質的にいかなるドリフトも伴わずに電極を通過するであろう。２つの高電圧波形ドライバ９１０および９２０ならびにＤＣ供給源９３０は、共通の接地９９０を共有する。回路要素および電極は、高速信号を搬送するために好適な電気ケーブル９５０と接続されることができる。
【0130】
位相調節回路（図示せず）が、高電圧波形発生器９１０または高電圧波形発生器９２０の位相を調節する。高電圧波形発生器９１０は、第１の対称波形を生じさせるように構成され、高電圧波形発生器９２０は、第２の対称波形を生じさせるように構成される。第２の波形は、第１の波形の高調波であり得、第１の波形の振幅と第２の波形の振幅との比率および第１の波形と第２の波形との間の位相差は、非対称であり、ゼロに実質的に等しい時間平均値を有する、第１の電極９１５と第２の電極９２５との間の電場を生じさせる。
【0131】
種々の実施形態では、第’８２２号特許のデバイスのようなＦＡＩＭＳデバイスは、電極間に対称電場を生じさせるように修正される。対称電場は、次いで、イオンを濾過する、またはイオンを断片化および透過するために使用される。ＦＡＩＭＳデバイスは、３つの動作モード間で切り替え可能であるように修正される。第１のモードは、第’８２２号特許に説明されるように、微分移動度分光測定である。第２のモードは、イオン濾過である。第３のモードは、イオン断片化である。
【0132】
種々の実施形態では、例えば、図９のＦＡＩＭＳデバイスは、スイッチング回路（図示せず）を追加することによって修正される。電極９１５を接地に切り替え、ＤＣ電圧供給源９３０をオフにすることによって、第２の対称波形のみが、電極９２５に印加され、２つの追加の動作モードを可能にする対称電場を生じさせる。同様に、電極９２５を接地に切り替えることによって、第１の対称波形のみが、電極９１５に印加され、対称電場を生じさせる。当業者は、電極が接地以外のＤＣ電位にフローティングされ得ることを理解するであろう。
【0133】
種々の実施形態では、例えば、図９のＦＡＩＭＳデバイスはまた、波形発生器９１０または９２０の位相を調節し、ＤＣ電圧供給源９３０をオフに切り替えることによって修正される。第１の対称波形および第２の対称波形は、次いで、電極９１５および９２５間に対称電場をともに生産し、２つの追加の動作モードを可能にすることができる。
【0134】
（移動度によるイオン選択のために切り替え可能なＦＡＩＭＳデバイス）
図１０は、種々の実施形態による、高移動度イオンを除去するための高電場対称波形装置に切り替え可能である、微分イオン移動度分光測定のための高電場非対称波形装置の概略図１０００である。装置は、第１の電極１０１０と、第２の電極１０２０と、第１の高電圧波形発生器１０１５と、第２の高電圧波形発生器１０２５と、位相調節回路１０４０と、スイッチング回路１０５０とを含む。第１の電極１０１０および第２の電極１０２０は、例えば、平行ストリップ電極、平行板電極、同心円筒、湾曲要素等であり得る。第２の電極１０２０は、第１の電極１０１０と第２の電極１０２０との間に一定の間隙距離ｄを提供するために、第１の電極と並列に配置される。第１の電極１０１０と第２の電極１０２０との間の間隙は、例えば、大気圧にある、低減された圧力にある、または大気圧よりも高くあり得る。
図１０は、種々の実施形態による、高移動度イオンを除去するための高電場対称波形装置に切り替え可能である、微分イオン移動度分光測定のための高電場非対称波形装置の概略図１０００である。装置は、第１の電極１０１０と、第２の電極１０２０と、第１の高電圧波形発生器１０１５と、第２の高電圧波形発生器１０２５と、位相調節回路１０４０と、スイッチング回路１０５０とを含む。第１の電極１０１０および第２の電極１０２０は、例えば、平行ストリップ電極、平行板電極、同心円筒、湾曲要素等であり得る。第２の電極１０２０は、第１の電極１０１０と第２の電極１０２０との間に一定の間隙距離ｄを提供するために、第１の電極と並列に配置される。第１の電極１０１０と第２の電極１０２０との間の間隙は、例えば、大気圧にある、低減された圧力にある、または大気圧よりも高くあり得る。
【0135】
第１の高電圧波形発生器１０１５は、固定または調節可能周波数において、かつ調節可能振幅において第１の対称波形を生じさせるように構成される。第２の高電圧波形発生器１０２５は、固定または調節可能周波数において、かつ調節可能振幅において第２の対称波形を生じさせるように構成される。第２の波形の周波数は、第１の波形の周波数の高調波である。位相調節回路１０４０は、第１の高電圧波形発生器１０１５および第２の高電圧波形発生器１０２５のうちの少なくとも１つの位相を調節するように構成される。スイッチング回路１０５０は、例えば、スイッチ１０５１を使用して、第１の波形発生器１０１５を、第１の電極１０１０に電気的に接続する、またはそれから切断するように構成可能である。スイッチング回路１０５０はまた、例えば、スイッチ１０５２を使用して、第２の波形発生器１０２５を、第２の電極１０２０に電気的に接続する、またはそれから切断するように構成可能である。
【0136】
微分イオン移動度分光測定のために、スイッチング回路１０５０は、第１の波形発生器１０１５を第１の電極１０２０に電気的に接続し、第２の波形発生器１０２５を第２の電極１０２０に電気的に接続する。第１の波形および第２の波形の印加からもたらされる、第１の電極１０１０と第２の電極１０２０との間の間隙内に生成される電場波形は、非対称であり、ゼロに実質的に等しい時間平均値を有する。
【0137】
種々の実施形態では、図１０の装置はさらに、ＤＣ電圧源１０６０を含むことができる。ＤＣ電圧源１０６０は、スイッチング回路１０５０のスイッチ１０５３を通して、加算回路デバイス１０７０を用いて第２の波形発生器１０２５の出力に追加され、略一定または可変ＤＣバイアスもしくはオフセットを、第１の電極１０１０と第２の電極１０２０との間の間隙内に生成される非対称電場に印加することができる。
【0138】
高移動度イオンの高電場対称波形濾過のために、スイッチング回路１０５０は、第１の波形発生器１０１５を第１の電極１０１０に電気的に接続し、第２の波形発生器１０２５を第２の電極１０２０から電気的に切断する。第１の波形は、第１の電極１０１０と第２の電極１０２０との間の間隙内に最大電場強度Ｅを伴う対称電場波形を生じさせる。第１の波形は、例えば、１０Ｔｄより大きい最大密度正規化電場強度Ｅ／Ｎを伴う電場波形を生じさせるように構成される。
【0139】
電場波形は、電場波形の半分の間に方向１０３１に進行するイオン１０３０を間隙の中心からある距離だけ方向１０３２に半径方向に変位させる。イオン１０３０が、電場波形の半分の間に間隙の中心から方向１０３２に半径方向に変位される距離ｙは、ｙ＝Ｋ（Ｅ）×Ｅ×ｔによって与えられ、式中、Ｋ（Ｅ）は、移動度係数であり、ｔは、電場波形の半周期である。第１の波形の振幅および周波数ならびに間隙高さは、Ｋ（Ｅ）≧（ｄ／（２×Ｅ×ｔ））を伴う間隙内のイオンを第１の電極１０１０または第２の電極１０２０に衝突させ、除去されるようにし、Ｋ（Ｅ）＜（ｄ／（２×Ｅ×ｔ））を伴う間隙内のイオンに間隙を通過させる、Ｅおよびｔを伴う電場波形を生じさせることによって、高移動度イオンを濾過するように構成される。
【0140】
種々の実施形態では、対称電場波形が、第１の波形および第２の波形を使用して、間隙内に生じさせられる。高移動度イオンの高電場対称波形濾過のために、スイッチング回路１０５０は、第１の波形発生器１０１５を第１の電極１０１０に電気的に接続し、第２の波形発生器１０２５を第２の電極１０２０に電気的に接続する。位相調節回路１０４０は、第１の波形発生器１０１５または第２の波形発生器１０２５の位相を調節し、組み合わせられた対称波形を生じさせる。言い換えると、非対称波形から対称波形に移行させるために、位相調節回路１０４０は、第１の波形発生器１０１５および第２の波形発生器１０２５の相対的位相を変化させる。第１の波形および第２の波形は、第１の電極と第２の電極との間の間隙内に最大電場強度Ｅを伴う対称電場波形を生じさせる。第１の波形の振幅および周波数ならびに第２の波形の振幅および周波数は、Ｋ（Ｅ）≧（ｄ／（２×Ｅ×ｔ））を伴う間隙内のイオンを第１の電極または第２の電極に衝突させ、除去されるようにし、Ｋ（Ｅ）＜（ｄ／（２×Ｅ×ｔ））を伴う間隙内のイオンに間隙を通過させる、Ｅおよびｔを伴う電場波形を生じさせることによって、高移動度イオンを濾過するように構成される。第１の波形および第２の波形は、例えば、１０Ｔｄより大きい最大密度正規化電場強度Ｅ／Ｎを伴う電場波形を生じさせるように構成される。
【0141】
（イオン濾過に切り替え可能であるＤＭＳのための方法）
図１１は、種々の実施形態による、高移動度イオンを除去するために切り替え可能である、微分イオン移動度分光測定のための方法を示すフローチャート１１００である。
図１１は、種々の実施形態による、高移動度イオンを除去するために切り替え可能である、微分イオン移動度分光測定のための方法を示すフローチャート１１００である。
【0142】
図１１の方法のステップ１１１０において、第２の電極が、第１の電極と第２の電極との間に一定の間隙距離ｄを提供するために、第１の電極と並列に配置される。
【0143】
ステップ１１２０において、微分イオン移動度分光測定のために、第１の対称波形が、第１の電極に印加され、第２の対称波形が、第２の電極に印加される。第２の波形の周波数は、第１の波形の周波数の高調波である。第１の波形の振幅と第２の波形の振幅との比率および第１の波形と第２の波形との間の相対的位相差は、非対称であり、ゼロに実質的に等しい時間平均値を有する、第１の電極と第２の電極との間の適切な電場を提供するように構成される。
【0144】
ステップ１１３０において、高移動度イオンの高電場対称波形濾過のために、第２の対称波形は、第２の電極から除去される。第１の波形は、第１の電極と第２の電極との間の間隙内に最大電場強度Ｅを伴う対称電場波形を生じさせる。電場波形は、電場波形の半分の間に間隙の中心から距離ｙ＝Ｋ（Ｅ）×Ｅ×ｔだけイオンを半径方向に変位させ、式中、Ｋ（Ｅ）は、移動度係数であり、ｔは、電場波形の半周期である。一定の間隙距離ならびに第１の波形の振幅および周波数は、Ｋ（Ｅ）≧（ｄ／（２×Ｅ×ｔ））を伴う間隙内のイオンを第１の電極または第２の電極に衝突させ、除去されるようにし、Ｋ（Ｅ）＜（ｄ／（２×Ｅ×ｔ））を伴う間隙内のイオンに間隙を通過させる、Ｅおよびｔを伴う電場波形を生じさせることによって、高移動度イオンを濾過するように構成される。第１の波形は、例えば、１０Ｔｄより大きい最大密度正規化電場強度Ｅ／Ｎを伴う電場波形を生じさせるように構成される。
【0145】
種々の実施形態では、高移動度イオンの高電場対称波形濾過のために、第３の対称波形が、第２の電極に印加される。第１の波形および第３の波形は、第１の電極と第２の電極との間の間隙内に最大電場強度Ｅを伴う対称電場波形を生じさせる。第１の波形の振幅および周波数ならびに第３の波形の振幅および周波数は、Ｋ（Ｅ）≧（ｄ／（２×Ｅ×ｔ））を伴う間隙内のイオンを第１の電極または第２の電極に衝突させ、除去されるようにし、Ｋ（Ｅ）＜（ｄ／（２×Ｅ×ｔ））を伴う間隙内のイオンに間隙を通過させる、Ｅおよびｔを伴う電場波形を生じさせることによって、高移動度イオンを濾過するように構成される。種々の実施形態では、一定の間隙高さ、第１の波形の振幅、および第３の波形の振幅は、１０Ｔｄより大きい密度正規化電場強度Ｅ／Ｎを伴う対称電場を生じさせるように構成される。３つの高調波を伴う本構成は、種々の具体的用途のために、対称波形形状および振幅を最適化するための追加の柔軟性を提供する。
【0146】
（イオンを断片化するために切り替え可能なＦＡＩＭＳデバイス）
図１０に再び目を向けると、図１０の微分イオン移動度分光測定のための高電場非対称波形装置はまた、種々の実施形態に従って、イオンを断片化するための高電場対称波形装置に切り替え可能であり得る。断片化に関して、スイッチング回路１０５０はまた、第１の波形発生器１０１５を第１の電極１０１０に電気的に接続し、第２の波形発生器１０２５を第２の電極１０２０から電気的に切断する。しかしながら、第１の波形は、第１の電極１０１０と第２の電極１０２０との間の間隙内に、より高い最大電場強度Ｅを伴う対称電場波形を生じさせる。具体的には、第１の波形の振幅は、１００Ｔｄより大きいＥ／Ｎを伴う電場波形を生じさせることによって、間隙内のイオンを断片化するように構成される。加えて、一定の間隙距離ならびに第１の波形の振幅および周波数は、間隙内のイオン毎の距離ｙがｄ／２を下回るように、Ｅおよびｔを伴う電場波形を生じさせることによって、間隙内の全てのイオンを透過するように構成され、したがって、間隙内の各イオンは、間隙を通して透過される。
図１０に再び目を向けると、図１０の微分イオン移動度分光測定のための高電場非対称波形装置はまた、種々の実施形態に従って、イオンを断片化するための高電場対称波形装置に切り替え可能であり得る。断片化に関して、スイッチング回路１０５０はまた、第１の波形発生器１０１５を第１の電極１０１０に電気的に接続し、第２の波形発生器１０２５を第２の電極１０２０から電気的に切断する。しかしながら、第１の波形は、第１の電極１０１０と第２の電極１０２０との間の間隙内に、より高い最大電場強度Ｅを伴う対称電場波形を生じさせる。具体的には、第１の波形の振幅は、１００Ｔｄより大きいＥ／Ｎを伴う電場波形を生じさせることによって、間隙内のイオンを断片化するように構成される。加えて、一定の間隙距離ならびに第１の波形の振幅および周波数は、間隙内のイオン毎の距離ｙがｄ／２を下回るように、Ｅおよびｔを伴う電場波形を生じさせることによって、間隙内の全てのイオンを透過するように構成され、したがって、間隙内の各イオンは、間隙を通して透過される。
【0147】
いくつかの実施形態では、第１の波形は、イオン、クラスタ、または他の大きい種を断片化するように構成され、第１の波形の振幅および周波数ならびに間隙高さは、それらをフィルタ電極と衝突させることによって、高移動度断片を同時に濾過するように構成される。
【0148】
上で説明されるように、距離ｙは、イオン１０３０が、電場波形の半分の間に間隙の中心から方向１０３２に半径方向に変位される距離であり、ｙ＝Ｋ（Ｅ）×Ｅ×ｔによって与えられ、式中、Ｋ（Ｅ）は、移動度係数であり、ｔは、電場波形の半周期である。
【0149】
種々の実施形態では、図１０の高電場非対称波形装置はまた、２つの波形発生器を使用してイオンを断片化するように修正されることができる。高電場対称波形イオン断片化のために、スイッチング回路１０５０は、第１の波形発生器１０１５を第１の電極１０１０に電気的に接続し、第２の波形発生器１０２５を第２の電極１０２０に電気的に接続する。位相調節回路１０４０は、第１の波形発生器１０１５または第２の波形発生器１０２５の位相を調節し、組み合わせられた対称波形を生じさせる。言い換えると、非対称波形から対称波形に移行させるために、位相調節回路１０４０は、第１の波形発生器１０１５または第２の波形発生器１０２５の位相を調節する。第１の波形および第２の波形は、第１の電極と第２の電極との間の間隙内に、より大きい最大電場強度Ｅを伴う対称電場波形を生じさせる。具体的には、一定の間隙距離、第１の波形の振幅、および第２の波形の振幅は、１００Ｔｄより大きいＥ／Ｎを伴う電場波形を生じさせることによって、間隙内のイオンを断片化するように構成される。加えて、第１の波形の振幅および周波数ならびに第２の波形の振幅および周波数は、間隙内のイオン毎の距離ｙがｄ／２を下回るように、Ｅおよびｔを伴う電場波形を生じさせることによって、間隙内の全てのイオンを透過するように構成され、したがって、間隙内の各イオンは、間隙を通して透過される。
【0150】
（イオン断片化に切り替え可能であるＤＭＳのための方法）
図１２は、種々の実施形態による、イオンを断片化することに切り替え可能である、微分イオン移動度分光測定のための方法を示すフローチャート１２００である。
図１２は、種々の実施形態による、イオンを断片化することに切り替え可能である、微分イオン移動度分光測定のための方法を示すフローチャート１２００である。
【0151】
図１２の方法のステップ１２１０において、第２の電極が、第１の電極と第２の電極との間に一定の間隙距離ｄを提供するために、第１の電極と並列に配置される。
【0152】
ステップ１２２０において、微分イオン移動度分光測定のために、第１の正弦波が、第１の電極に印加され、第２の対称波形が、第２の電極に印加される。第２の波形の周波数は、第１の波形の周波数の高調波である。第１の波形の振幅と第２の波形の振幅との比率および第１の波形と第２の波形との間の相対的位相差は、非対称であり、ゼロに実質的に等しい時間平均値を有する、第１の電極と第２の電極との間の電場を提供するように構成される。
【0153】
ステップ１２３０において、高電場対称波形イオン断片化のために、第２の対称波形は、第２の電極から除去される。第１の波形は、第１の電極と第２の電極との間の間隙内に最大電場強度Ｅを伴う対称電場波形を生じさせる。電場波形は、電場波形の半分の間に間隙の中心から距離ｙ＝Ｋ（Ｅ）×Ｅ×ｔだけイオンを半径方向に変位させ、式中、Ｋ（Ｅ）は、移動度係数であり、ｔは、電場波形の半周期である。一定の間隙距離ならびに第１の波形の振幅および周波数は、１００Ｔｄより大きいＥ／Ｎを伴う電場波形を生じさせることによって、間隙内のイオンを断片化し、間隙内のイオン毎の距離ｙがｄ／２を下回るように、Ｅおよびｔを伴う電場波形を生じさせることによって、間隙内の全てのイオンを透過するように構成され、したがって、間隙内の各イオンは、間隙を通して透過され、これは、断片化および有効間隙濾過を組み合わせることが望ましい場合、必要ではないであろう。
【0154】
種々の実施形態では、高電場対称波形イオン断片化のために、第３の対称波形が、第２の電極に印加される。第１の波形および第３の波形は、第１の電極と第２の電極との間の間隙内に最大電場強度Ｅを伴う対称電場波形を生じさせる。第１の波形の振幅および周波数ならびに第３の波形の振幅および周波数は、１００Ｔｄより大きいＥを伴う電場波形を生じさせることによって、間隙内のイオンを断片化し、間隙内のイオン毎の距離ｙがｄ／２を下回るように、Ｅおよびｔを伴う電場波形を生じさせることによって、間隙内の全てのイオンを透過するように構成され、したがって、間隙内の各イオンは、間隙を通して透過される。
【0155】
（イオン濾過に関する実験データ）
図１０の装置は、高移動度イオンを濾過するために使用された。間隙高さｄは、２６５μｍであった。第１の波形発生器１０１５は、３ＭＨｚの第１の対称波形を第１の電極１０１０に印加し、第２の波形発生器１０２５は、６ＭＨｚの第２の対称波形を第２の電極１０２０に印加した。
図１０の装置は、高移動度イオンを濾過するために使用された。間隙高さｄは、２６５μｍであった。第１の波形発生器１０１５は、３ＭＨｚの第１の対称波形を第１の電極１０１０に印加し、第２の波形発生器１０２５は、６ＭＨｚの第２の対称波形を第２の電極１０２０に印加した。
【0156】
図１３Ａは、種々の実施形態による、図１０の電極に印加される例示的波形および結果として生じる非対称波形を示すプロット１３００である。第１の対称波形１３１０は、３ＭＨｚの周波数を有し、図１０の第１の電極１０１０に印加される。図１３の第２の対称波形１３２０は、６ＭＨｚの周波数を有し、図１０の第２の電極１０２０に印加される。本構成は、下記のデータを生じさせるために使用されたが、他の電気的構成もまた、可能である。
【0157】
例えば、図１３Ｂは、等しい振幅および周波数の２つの正弦波形（１３５１および１３５２）が第１および第２の電極に印加される構成を示す。相対的位相は、間隙内に２倍の振幅を伴う追加の正弦波形１３６０を生成するように調節される。種々の形状の単一の高調波、２次高調波構成、３次高調波構成等を含む、多くの他の波形もまた、使用され得る。
【0158】
図１３Ａに再び目を向けると、微分イオン移動度分光測定のために、第１の波形１３１０の振幅と第２の波形１３２０の振幅との比率および第１の波形１３１０と第２の波形１３２０との間の相対的位相差は、非対称であり、ゼロに実質的に等しい時間平均値を有する、図１０の第１の電極１０１０と第２の電極１０２０との間の電場を提供するように構成される。図１３の波形１３３０は、微分イオン移動度分光測定のために第１の波形１３１０および第２の波形１３２０によって生じさせられる非対称電場である。
【0159】
高移動度イオンの高電場対称波形濾過のために、図１０のスイッチング回路１０５０は、１つの波形のみを電極１０１０および１０２０に印加するために使用された。ウシ血清アルブミン（ＢＳＡ）消化物が、ＥＳＩ源を使用してイオン化された。ＤＭＳセルは、参照することによって本明細書に組み込まれる先に説明されるような質量分析計（米国特許第８，０８４，７３６号）の入口オリフィスにシールされ、電極ＤＣ電位は、最も高い強度の質量スペクトルに到達するように、質量分析計入口オリフィスに対してフローティングされた。ＤＭＳを通したガス流は、スロットル／ブリードガスポートを使用して制御された。粗引ポンプがブリードガスポートに取り付けられると、大気圧を下回って圧力を低減させるために十分なガスをＤＭＳセルから抜去することが、可能であった。大気圧を下回る圧力を用いて動作させることは、これが、固定された対称波形振幅を用いて動作しながら、増加させられたＥ／Ｎを達成することを可能にしたので、イオンを断片化するために有益であった。
【0160】
ＢＳＡ消化物イオンは、電極１０１０および１０２０間の間隙の中に透過された。最初に、いかなる波形も、電極１０１０および１０２０に印加されなかった。ＢＳＡ消化物サンプルの質量スペクトルが、質量分析器を使用して取得された。
【0161】
図１４は、種々の実施形態による、波形がいずれの電極にも印加されなかったときの図１０の装置の間隙を通して引き込まれたウシ血清アルブミン（ＢＳＡ）消化物サンプルに関するＱ１走査プロット１４００である。プロット１４００は、ＢＳＡ消化物ペプチドイオンピークおよび化学的雑音に対応する多数のピークを示す。
【0162】
図１０のスイッチング回路１０５０を使用して、第２の波形発生器１０２５が、次いで、２，４００Ｖピーク間を伴う６ＭＨｚの第２の対称波形を第２の電極１０２０に印加するように構成された。スイッチング回路１０５０を使用して、いかなる波形も、第１の電極１０１０に印加されなかった。第２の対称波形が、第１の電極１０１０と第２の電極１０２０との間の間隙内に、ＢＳＡ消化物イオンに印加される対称電場波形を生産した。
【0163】
図１５は、種々の実施形態による、６ＭＨｚ、２，４００Ｖピーク間正弦波形が１つの電極に印加されたときの図１０の装置の間隙内のＢＳＡ消化物イオンのＱ１走査プロット１５００である。プロット１５００は、１つの電極に印加される単一の高調波波形（６ＭＨｚ）によって生じさせられる対称電場波形が、領域１５１０内の（低ｍ／ｚを伴う）高移動度イオンを濾過することが可能であったことを示す。領域１５１０は、０～３００のｍ／ｚ値を含む。さらに劇的な信号低減が、同一の振幅であるが、より低い周波数（３ＭＨｚ）の波形を使用して見出された。
【0164】
図１６は、種々の実施形態による、波形が図１４のようにいずれの電極にも印加されないが、異なる強度スケールを伴ったときの図１０の装置の間隙内のＢＳＡ消化物イオンのＱ１走査プロット１６００である。再び、プロット１６００は、任意のイオン濾過の前のＢＳＡ消化物イオンおよび化学的雑音を示す。
【0165】
図１０のスイッチング回路１０５０を使用して、第１の波形発生器１０１５が、次いで、３ＭＨｚの第１の対称波形を第１の電極１０１０に印加するように構成された。スイッチング回路１０５０を使用して、いかなる波形も、第２の電極１０２０に印加されなかった。第１の対称波形が、第１の電極１０１０と第２の電極１０２０との間の間隙内に、ＢＳＡ消化物イオンに印加される対称電場波形を生産した。３つのＱ１走査スペクトルが、第１の電極に印加される３つの異なる振幅の高調波電圧、すなわち、１，５００、２，０００、および２，５００Ｖピーク間に関して取得された。
【0166】
【0167】
【0168】
【0169】
図１７－１９は、図１５と比較して、より低い周波数の３Ｍｈｚを使用することが、より劇的な信号低減を生産したことを示す。（６ＭＨｚの代わりに）３ＭＨｚ波形の振幅が増加するにつれて、濾過された高移動度イオンの範囲は、より大きいｍ／ｚに向かって拡大した。
【0170】
本一連の実験では、ＤＭＳスペクトルにおけるペプチドピークは、濾過する正弦電場の振幅の変化とともに同一の強度を維持した。同時に、ＲＦ濾過を用いて、特に、最大ＡＣ電圧（２，５００Ｖ）を用いて取得されたスペクトルにおける化学的雑音が、低減された。これは、溶媒クラスタ、イオン錯体のデクラスタリング、および不可視アステロイドを含む重イオンの断片化の生産物であり得る、軽イオン種を除去する効率についての強力な証拠を提供する。高調波電位の強度を調節することによって、生成されたスペクトルを調節し、特定の用途のために最適化することが、可能である。
【0171】
図１７－１９間の比較は、正弦波形の振幅を増加させることはまた、望ましくない溶媒クラスタを含むより高いｍ／ｚの一部のイオンに関する信号を低減させたことを示す。これは、例えば、デクラスタリングまたは断片化に起因し、高電場形態における動作を要求する。
【0172】
（強力なＡＣ電場の影響下でのイオン断片化の直接観察）
図１０の装置も同様に、分析間隙内のイオンを断片化するために使用された。再び、間隙高さｄは、２６５μｍであった。高電場対称波形イオン断片化のために、図１０のスイッチング回路１０５０は、６ＭＨｚの周波数を伴う１つの正弦波形のみを電極１０１０および１０２０のうちの１つに印加するために使用された。
図１０の装置も同様に、分析間隙内のイオンを断片化するために使用された。再び、間隙高さｄは、２６５μｍであった。高電場対称波形イオン断片化のために、図１０のスイッチング回路１０５０は、６ＭＨｚの周波数を伴う１つの正弦波形のみを電極１０１０および１０２０のうちの１つに印加するために使用された。
【0173】
バリンイオンを備えるサンプルが、装置の中に導入された。バリン前駆体イオン（ＭＨ＋）は、１１８のｍ／ｚを有し、バリン生成イオンは、７２の生成イオンを有する。装置によって透過されるイオンは、質量分析計を使用して、バリン前駆体イオンおよびバリン生成イオンに関して監視された。
【0174】
最初に、６ＭＨｚの周波数を伴う正弦波形が、１つの電極に印加される１５００Ｖピーク間振幅とともに印加され、バリン前駆体イオンをバリン生成イオンに断片化した。０．３５分の時間において、正弦波形は、バリン前駆体イオンを単純に透過するために除去された。正弦波形の印加および除去は、図２０および２１に示されるように、数回繰り返された。
【0175】
図２０は、種々の実施形態による、バリン前駆体イオンを断片化するために、６ＭＨｚの周波数および１，５００Ｖピーク間の振幅を伴う正弦波形が、図１０の装置の１つの電極に周期的に印加された実験に関するバリン生成イオンに関する抽出されたイオンクロマトグラム（ＸＩＣ）プロット２０００である。プロット２０００は、バリン生成イオンが、正弦波形が印加された時間中に生じさせられたことを示す。バリン生成イオンの生産は、正弦波形がイオンを断片化するために使用され得ることを検証する。
【0176】
図２１は、種々の実施形態による、バリン前駆体イオンを断片化するために、６ＭＨｚの周波数および１，５００Ｖピーク間の振幅を伴う正弦波形が、図１０の装置の１つの電極に周期的に印加された実験に関するバリン前駆体イオンに関するＸＩＣプロット２１００である。プロット２１００は、バリン前駆体イオンが、正弦波形が印加されていない時間中に透過され、前駆体イオン信号が、正弦波形が印加されたときの断片化に起因して枯渇したことを示す。
【0177】
最後に、実験が、アステロイド内にカプセル化されるイオン電流が低減され得るかどうかを決定するために実行された。上で説明されるように、アステロイドは、質量分析計の典型的な質量範囲外のｍ／ｚ値を伴う大きいイオンクラスタ錯体である。本場合では、これらは、ｍ／ｚ＞１，０００を伴うイオンである。
【0178】
図２２は、種々の実施形態による、６ＭＨｚの周波数および２，３００Ｖピーク間の振幅を伴う正弦波形が、図１０の装置の１つの電極に周期的に印加された実験に関する、ｍ／ｚ≧１，０００のアステロイド生成イオン走査に関する全イオンクロマトグラム（ＴＩＣ）プロット２２００である。正弦波形は、時間周期２２１０中に印加されず、時間周期２２２２中に印加された。アステロイドに関するＴＩＣは、正弦波形がＲＦ加熱のために印加されたとき、約２７％だけ減少した。それらは、半径方向ＲＦ加熱がアステロイド集団を限定し、潜在的に、長期ロバスト性を改良し得ることを示唆するので、これらの結果は、奨励される。
【0179】
本教示は、種々の実施形態と併せて説明されるが、本教示が、そのような実施形態に限定されることは意図されない。対照的に、本教示は、当業者によって理解されるであろうように、種々の代替、修正、および均等物を包含する。例えば、方法論は、重不可視アステロイドイオン錯体の存在を制御するために好適である。非常に大きいクラスタを断片化するために、有意により高い電場が、要求され得るが、しかしながら、重イオンは、より小さい発振振幅を有し、したがって、加熱のためにさらに高いＡＣ電場を要求するであろう。
【0180】
さらに、種々の実施形態を説明する際、本明細書は、特定のシーケンスのステップとして方法および／またはプロセスを提示している場合がある。しかしながら、方法またはプロセスが、本明細書に記載される特定の順序のステップに依拠しない範囲について、方法またはプロセスは、説明される特定のシーケンスのステップに限定されるべきではない。当業者が理解するであろうように、他のシーケンスのステップも、可能であり得る。したがって、本明細書に記載される特定の順序のステップは、請求項に対する限定として解釈されるべきではない。加えて、方法および／またはプロセスを対象とする請求項は、記載される順序におけるそのステップの実施に限定されるべきではなく、当業者は、シーケンスが変動され得、依然として、種々の実施形態の精神および範囲内に留まることを容易に理解することができる。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13A】
【図13B】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
