特許 7466762 質量スペクトロメータのための分路を伴う磁気セクタ

(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】2024-04-04

(45)【発行日】2024-04-12

(54)【発明の名称】質量スペクトロメータのための分路を伴う磁気セクタ

(51)【国際特許分類】

   H01J 49/32 20060101AFI20240405BHJP

【ＦＩ】

H01J49/32

【請求項の数】 23

(21)【出願番号】P 2023513339

(86)(22)【出願日】2021-08-16

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-09-11

(86)【国際出願番号】 EP2021072753

(87)【国際公開番号】W WO2022043118

(87)【国際公開日】2022-03-03

【審査請求日】2023-04-14

(31)【優先権主張番号】LU102015

(32)【優先日】2020-08-27

(33)【優先権主張国・地域又は機関】LU

(73)【特許権者】

【識別番号】518008275

【氏名又は名称】ルクセンブルク インスティトゥート オブ サイエンス アンド テクノロジー（リスト）

(74)【代理人】

【識別番号】110001173

【氏名又は名称】弁理士法人川口國際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ホアン，ハン・クアン

【審査官】藤本 加代子

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１６－５０３２２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１９－５０９５８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭４９－１２０６８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０５３１７１５１（ＵＳ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０３５７１７５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／００５７８５３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｊ ４０／００－４９／４８

Ｇ０１Ｎ ２７／６０－２７／７０

Ｇ０１Ｎ ２７／９２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

・磁気手段（１１７）、
・第１の磁気部分（１６６）、および、磁気分路（１５２；１５４；１５５）を含む第２の部分を含むヨーク（１６０）、
・第１の磁気部分（１６６）内の偏向ギャップ（１２９）
を含む磁気セクタ（１２０）であって、
前記偏向ギャップ（１２９）内で移動する荷電粒子を偏向させるために、偏向ギャップ（１２９）を通る磁場を発生させるように磁気手段（１１７）が適合されるように構成され、
磁気分路（１５２；１５４；１５５）が、荷電粒子が磁気分路を越えて進むための分路通路（１６８）を含み、磁気分路（１５２；１５４；１５５）が、偏向ギャップ（１２９）から漏れる磁束を第１の磁気部分（１６６）内に導くように配置される、磁気セクタ（１２０）。

【請求項2】

磁気分路（１５２；１５４；１５５）が、第１の磁気部分（１６６）から或る距離において配置され、第１の磁気部分（１６６）に面する、請求項１に記載の磁気セクタ（１２０）。

【請求項3】

磁気セクタ（１２０）、とりわけヨーク（１６０）が、第１の磁気部分（１６６）に磁気分路（１５２；１５４；１５５）を磁気的に結合するための磁気接続手段（１７２）を含む、請求項１または２に記載の磁気セクタ（１２０）。

【請求項4】

磁気分路（１５２；１５４；１５５）の厚さで除算された偏向ギャップ（１２９）の幅の比が、少なくとも２または４であり、磁気分路（１５２；１５４；１５５）の厚さＳＴが、任意選択で、０．１ｍｍから５ｍｍ、または、０．３ｍｍから３ｍｍの範囲に及ぶ、請求項１から３のいずれか一項に記載の磁気セクタ（１２０）。

【請求項5】

磁気セクタ（１２０）が、第１の磁気部分（１６６）と磁気分路（１５２；１５４；１５５）との間の内方分離部（１７１）を含み、内方分離部（１７１）が、偏向ギャップ（１２９）と分路通路（１６８）との間に延在する、請求項１から４のいずれか一項に記載の磁気セクタ（１２０）。

【請求項6】

磁気分路（１５２；１５４；１５５）の厚さＳＴで除算された内方分離部（１７１）の内方幅ＳＷの比が、少なくとも２または４であり、前記比が、多くとも１０または１５である、請求項５に記載の磁気セクタ（１２０）。

【請求項7】

内方分離部（１７１）の内方幅ＳＷが、１ｍｍから１０ｍｍ、または、２ｍｍから６ｍｍの範囲に及ぶ、請求項５または６に記載の磁気セクタ（１２０）。

【請求項8】

磁気分路（１５２；１５４；１５５）が、偏向ギャップ（１２９）と直角をなす、少なくとも１つの磁気プレート（１７０）、好ましくは２つの共平面磁気プレート（１７０）を含み、前記少なくとも１つの磁気プレート（１７０）が、分路通路（１６８）を画定する、請求項１から７のいずれか一項に記載の磁気セクタ（１２０）。

【請求項9】

磁気分路（１５２；１５４；１５５）が、少なくとも１つの磁気プレート（１７０）に関して傾斜される、および、偏向ギャップ（１２９）の方に延在する、少なくとも１つの枝部（１８４）を含み、好ましくは、磁気分路（１５２；１５４；１５５）が、２つの枝部（１８４）を含み、前記枝部（１８４）の各々が、２つの共平面磁気プレート（１７０）のうちの１つから偏向ギャップ（１２９）の方に延在する、請求項８に記載の磁気セクタ（１２０）。

【請求項10】

少なくとも１つの枝部（１８４）と、少なくとも１つの磁気プレートとの間の傾斜角度αが、１０°から９０°、または、３０°から８０°、または、４５°から６０°の範囲に及ぶ、請求項９に記載の磁気セクタ（１２０）。

【請求項11】

磁気手段（１１７）が、少なくとも１つの永久磁石（１２７）、および／または、少なくとも１つのコイル（１８２）を含む、請求項１から１０のいずれか一項に記載の磁気セクタ（１２０）。

【請求項12】

コイル（１８２）が、第１の磁気部分（１６６）と磁気分路（１５２；１５４；１５５）との間の空間（１７１）の大部分において延在する、請求項１１に記載の磁気セクタ（１２０）。

【請求項13】

磁気セクタ（１２０）が、入口面（１２２）および出口面（１２４）を画定し、磁気分路（１５２；１５４；１５５）が、磁気セクタの入口面（１２２）において、もしくは出口面（１２４）において配置され、または、磁気分路が、出口面において配置される第１の磁気分路（１５４）であり、磁気セクタ（１２０）が、入口面（１２２）における第２の磁気分路（１５２）をさらに含み、前記第２の磁気分路（１５４）が、偏向ギャップ（１２９）から漏れる磁束を第１の磁気部分（１６６）内に導くように構成される、請求項１から１２のいずれか一項に記載の磁気セクタ（１２０）。

【請求項14】

磁気セクタ（１２０）が、入口面（１２２）の反対側における反対側の面（１２５）をさらに画定し、磁気セクタ（１２０）が、反対側の面（１２５）における第３の磁気分路（１５５）をさらに含み、第３の磁気分路（１５５）が、入口分路（１５２）と対称的である、請求項１３に記載の磁気セクタ（１２０）。

【請求項15】

ヨーク（１６０）が、第１の磁気部分（１６６）内の、および、磁気分路（１５２；１５４；１５５）から或る距離における主磁気回路（１２３）と、磁気分路（１５２；１５４；１５５）および第１の磁気部分を通る補助磁気ループ（１７４）とを含む、請求項１から１４のいずれか一項に記載の磁気セクタ（１２０）。

【請求項16】

磁気セクタ（１２０）が、２つのポールピース（１２８）を含み、偏向ギャップ（１２９）が、前記２つのポールピース（１２８）の間にある、請求項１から１５のいずれか一項に記載の磁気セクタ。

【請求項17】

分路通路（１６８）の内方幅が、偏向ギャップ（１２９）の内方幅の１００％から１５０％、または、８０％から２００％、任意選択で１００％を表す、請求項１から１６のいずれか一項に記載の磁気セクタ（１２０）。

【請求項18】

ヨーク（１６０）、ポールピース（１２８）、および磁気分路（１５２；１５４；１５５）が、同様の磁性材料、そのような鉄、または、他の強磁性材料を含み、ポールピースが、任意選択で、前記磁性材料を含み、偏向ギャップ（１２９）の幅ＷＧが、分路通路（１６８）の幅ＷＰと等しい、請求項１から１７のいずれか一項に記載の磁気セクタ（１２０）。

【請求項19】

イオンソース（１１０）と、静電セクタ（１４０）と、磁気セクタ質量分析器と、少なくとも１つの検出システム（１３０）とを含み、磁気セクタ質量分析器が、請求項１から１８のいずれか一項に記載の磁気セクタ（１２０）である、磁気セクタ質量スペクトロメータ（１００）。

【請求項20】

荷電粒子デビエーションプロセス、とりわけ質量電荷比測定プロセスであって、
請求項１から１８のいずれか一項に記載の磁気セクタ（１２０）を設けるステップ（２００）、
偏向ギャップ（１２９）を通る磁場を発生させるステップ（２０４）、
偏向ギャップ（１２９）を通して荷電粒子を移動させるステップ（２０６）、
磁場により偏向ギャップ（１２９）内で荷電粒子を偏向させるステップ（２０８）、
第１の磁気部分の外側で荷電粒子と磁気分路（１５２；１５４；１５５）を交差させるステップ（２１０）
を含む、荷電粒子デビエーションプロセス。

【請求項21】

プロセスが、ヨーク（１６０）に進入するステップ（２０５）であって、そのステップ中、荷電粒子が磁気分路（１５２；１５４；１５５）と交差する、ステップ（２０５）を含み、および／または、プロセスが、ヨークを離れるステップ（２０９）であって、そのステップ中、荷電粒子が磁気分路（１５２；１５４；１５５）と交差する、ステップ（２０９）を含む、請求項２０に記載の荷電粒子デビエーションプロセス。

【請求項22】

とりわけセクタ場質量スペクトロメータのための、磁気セクタ（１２０）のヨーク（１６０）のための磁気分路（１５２；１５４；１５５）を形成するためのヨーク（１６０）部分の使用であって、ヨーク（１６０）が、第１の磁気部分（１６６）と、第１の磁気部分（１６６）を通る偏向ギャップ（１２９）とを囲み、磁気セクタが、磁気手段（１１７）を含み、磁気セクタ（１２０）が、前記偏向ギャップ（１２９）を横切る荷電粒子をデビエーションさせるために、偏向ギャップ（１２９）内で磁場を発生させるように磁気手段（１１７）が適合されるように構成され、磁気分路（１５２；１５４；１５５）が、偏向ギャップ（１２９）と連通する分路通路（１６８）を呈し、磁気セクタ（１２０）が、とりわけ請求項１から１８のいずれか一項に記載のものによる、使用。

【請求項23】

磁気分路（１５２；１５４；１５５）が、ヨーク（１６０）の第１の磁気部分（１６６）に分路通路（１６８）を磁気的に接続するために使用される磁気要素を含む、請求項２２に記載の使用。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、磁気セクタの分野におけるものである。より正確には、本発明は、磁気分路を伴う磁気セクタを提供する。本発明は、また、荷電粒子デビエーション（ｃｈａｒｇｅｄ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｄｅｖｉａｔｉｏｎ）プロセス、および、ヨークの使用を提供する。

【背景技術】

【0002】

質量スペクトロメトリ（ｍａｓｓ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）は、分子または試料を組成する元素を決定するために一般に使用される分析技法である。質量スペクトロメータは、典型的には、イオンのソースと、質量分離器と、検出器とを含む。イオンのソースは、例えば、気相、液相、または固相の試料分子を、イオン、すなわち、電気的に非中性の荷電原子または分子に変換することができるデバイスであり得る。いくつかのイオン化技法が、当技術においてよく知られており、イオンソースデバイスの個別の構造は、本明細書において少しも詳細には説明されないことになる。代替として、質量スペクトロメータにより分析されることになるイオンは、気相、液相、または固相における試料と、レーザ、イオンまたは電子ビームなどの照射源との間の相互作用から結果的に生じ得る。イオン放出試料が、その事例において、イオンのソースであると考えられる。

【0003】

イオンソースにおいて発出するイオンビームは、イオンを、それらのイオンの質量電荷比に従って分離またはソートすることができる質量分析器（ｍａｓｓ ａｎａｌｙｚｅｒ）を使用して分析される。その比は、典型的には、ｍ／ｚと表現され、ｍは、統一原子質量単位における分析物の質量であり、ｚは、イオンにより荷われる電気素量の数である。非相対論的な事例における、ローレンツ力法則、および、ニュートンの運動の第２法則は、電場および／または磁場のもとでの空間内の荷電粒子の運動を特徴付ける。質量スペクトロメータは、それゆえに、イオンソースにより作り出されるイオンを分離するために、様々な知られている組み合わせにおいて電場および／または磁場を用いる。特有の質量電荷比を有するイオンは、質量分析器において特有の軌道をたどる。異なる質量電荷比のイオンは、異なる軌道をたどるので、分析物の組成が、観測される軌道に基づいて決定され得る。波動ビームに含まれる異なる波長のスペクトルの発生を可能とする光学分光計からの類推によれば、質量スペクトロメータは、分子または試料に含まれる異なる質量電荷比のスペクトルの発生を可能とする。

【0004】

イオンを検出するために、様々な知られている検出デバイスが、質量分析器の退出口において用いられ得る。そのような検出器は、位置検知型である、またはそうでないことがあり、当技術においてよく知られている。それらの検出器の機能性は、本明細書の文脈において、それ以上は解説されないことになる。一般的に言えば、検出器デバイスは、インディケータ数の値を測定することができる。その検出器デバイスは、分析物内に存在する各イオンの存在量を計算するためのデータを提供する。

【0005】

セクタ機器は、特有のタイプの質量分析機器である。セクタ機器は、荷電粒子の経路および／または速度に影響を及ぼすために、磁場、または、電場および磁場の組み合わせを使用する。一般的に、イオンの軌道は、セクタ機器を通るそれらのイオンの通行により曲げられ、そのことにより、軽く低速のイオンが、より重い高速のイオンよりも多く偏向される（ｄｅｆｌｅｃｔｅｄ）。磁気セクタ機器は、一般的には、２つの部類に属する。スキャニングセクタ機器においては、単一のタイプのイオンのみが、特有にチューニングされた磁場において検出可能であるように、磁場が変化させられる。或る範囲の場強度をスキャンすることにより、或る範囲の質量電荷比が、逐次的に検出され得る。非スキャニング磁気セクタ機器においては、静磁場が用いられる。或る範囲のイオンが、並列および同時に検出され得る。知られている非スキャニング磁気セクタ機器は、典型的には、マッタウフ－ヘルツォーク（Ｍａｔｔａｕｃｈ－Ｈｅｒｚｏｇ）タイプ質量スペクトロメータと分類される。マッタウフ－ヘルツォークタイプ質量分析器は、２次イオン軌道上で磁気セクタが後に続く、静電セクタ、ＥＳＡからなる。静電セクタおよび磁気セクタの配置によって、典型的には、磁気セクタの退出口平面に沿って、広い範囲の質量電荷比ｍ／ｚを分散することが可能となる。すべてのイオン質量は、（元のマッタウフ－ヘルツォーク構成における）退出口平面に、または、磁気セクタの退出口平面から或る距離に位置する焦点面上に集束させられる。

【0006】

磁気セクタは、典型的には、磁気手段と、ポールピースと、ループをなして磁気回路を閉じるヨークとを含む。ヨークおよびポールピースは、典型的には、鉄などの軟質磁性材料、または、他の強磁性合金から作製される。永久磁石により発生する磁束は、ポールピースと、ヨークと、ポールピース間の空気ギャップとにより形成される、閉じられた磁気回路をたどる。磁場は、典型的には、セクタの空気ギャップの内側で発生し、全体的には、セクタの空気ギャップの内側の一様な場の分布を、および、セクタの外側のフリンジ場を表し示す。

【0007】

理想的な磁気セクタは、セクタの内側の一様磁場をもたらし、これはセクタの物理的境界の外側でゼロに急激に降下しているはずである。残念ながら、これは実際には起こらない。実際、セクタの物理的進入口および退出口境界における磁場強度は、空気ギャップの外側で、空気ギャップの内側の値からゼロに急激には降下しない。その磁場強度は、むしろ、空気ギャップの内側の或る距離から、物理的境界の外側の或る距離までで、ゼロに徐々に減少する。空気ギャップの外側の漏れ磁場のこのロングテール分布は、フリンジ場またはフリンジング場と呼ばれる。この磁気フリンジ場は、典型的には、使用される材料、磁気セクタのサイズ、空気ギャップの幅、および、発生する磁場強度に応じて、磁気セクタの外側の数ミリメートルから数センチメートルに延在する。

【0008】

磁気セクタ場のこの挙動は、一般に、いくつかの用途において望ましくなく、なぜならば、その磁気セクタ場は、対応するフリンジ場エリアの中に配置される他のデバイスに著しく干渉し得るからである。セクタ場質量スペクトロメータにおいて、荷電粒子検出システムが、質量スペクトルを形成するために、イオンを、それらのイオンが磁気セクタを退出する後に収集するために一般に使用される。検出システムは、単一の検出器、いくつかの単一の検出器のマルチコレクタ、または、焦点面検出器を含み得る。検出器は、典型的には、磁気セクタデバイスのフリンジ場が無視できない空間の中に位置を定められる。フリンジ場の存在は、色々なやり方で検出器に影響を及ぼし得る。

【0009】

フリンジ場は、質量スペクトル上にまがいのピークを発生させ得る。実際、検出器媒体とのイオンビームの相互作用が、２次電子放出を発生させ、その２次電子放出が、検出器表面を漏れ出て、磁気フリンジ場の影響力のもとで、検出器表面に戻るように円運動をさせられる。この２次電子放出は、検出される質量スペクトル上にまがいのピークまたは背景ノイズを作り出し得る。

【0010】

さらに、フリンジ場は、検出器および他のデバイスの動作に影響を及ぼし得る。ｃｈａｎｎｅｌｔｒｏｎ（ＣＥＭ）またはマイクロチャネルプレース（ｍｉｃｒｏｃｈａｎｎｅｌ ｐｌａｃｅ）（ＭＣＰ）検出器においてなど、電子増倍原理の使用に基づく、知られている検出器において、磁場は、それらの検出器の前置増幅特性に影響力を及ぼし得る。ＣＥＭおよびＭＣＰは共に、高アスペクト比チャネルに沿った入射粒子の相互作用から発生する電子２次放出物を増倍することにより、検出される荷電粒子（または光）信号を前置増幅するという同じ原理に基づく。磁場の存在は、増倍される電子放出物の運動に、およびそれゆえに、検出器の増幅特性に影響力を及ぼし得る。その上、ＣＥＭ／ＭＣＰとアノードとの間の空間内に存在する強い磁場は、ＣＥＭ／ＭＣＰチャネルからの電子雲がアノードに達することを防止し得る。このことは、検出器の検出能力における損失を引き起こし得る。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

従来技術の不利な点のうちの少なくともいくつかを克服するデバイスを提示することが、本発明の目的である。特に、測定精度を改善することが、本発明の目的である。磁気セクタの外側に広がる磁束を低減することが、また本発明の目的である。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本発明の態様によれば、磁気セクタが提供される。磁気セクタは：磁気手段と、第１の磁気部分を含むヨークと、第１の磁気部分内の偏向ギャップとを含み；磁気セクタは、前記偏向ギャップ内で移動する荷電粒子を偏向させるために、偏向ギャップを通る磁場を発生させるように磁気手段が適合されるように構成され、ヨークが、荷電粒子のための分路通路を含む磁気分路をさらに含み、前記磁気分路が、偏向ギャップから漏れる磁束を第１の磁気部分内に導くように構成される。本発明の態様によれば、磁気セクタが提供される。磁気セクタは、磁気手段と、第１の磁気部分、および、磁気分路を含む第２の部分を含むヨークとを含む。磁気セクタは、第１の磁気部分内の偏向ギャップをさらに含む。磁気セクタは、前記偏向ギャップ内で移動する荷電粒子を偏向させるために、偏向ギャップを通る磁場を発生させるように磁気手段が適合されるように構成される。磁気分路は、荷電粒子が磁気分路を越えて進むための分路通路を含み、磁気分路は、偏向ギャップから漏れる磁束を第１の磁気部分内に導くように配置される。

【0013】

好ましくは、磁気セクタが、入口面の反対側における反対側の面をさらに画定し、磁気セクタが、反対側の面における第３の磁気分路をさらに含み、第３の磁気分路が、任意選択で、入口分路と対称的である。

【0014】

好ましくは、磁気分路が、第１の磁気部分から或る距離において配置され得るものであり、および／または、第１の磁気部分に面する。

【0015】

好ましくは、磁気セクタ、とりわけヨークが、第１の磁気部分に磁気分路を磁気的に結合する磁気接続手段を含み得る。好ましくは、磁気セクタまたはヨークが、第１の磁気部分に磁気分路を磁気的に結合するための磁気接続手段を含み得る。

【0016】

好ましくは、磁気分路の厚さで除算された偏向ギャップの幅の比が、少なくとも：２または４であり得るものであり；磁気分路の厚さが、任意選択で：０．１ｍｍから５ｍｍ、または、０．３ｍｍから３ｍｍの範囲に及ぶ。

【0017】

好ましくは、磁気セクタが、第１の磁気部分と磁気分路との間の内方分離部を含み得るものであり、内方分離部が、偏向ギャップと分路通路との間に延在し、内方分離部が、任意選択で、分路通路から偏向ギャップを分離する。

【0018】

好ましくは、磁気分路の厚さで除算された内方分離部の内方幅の比が、少なくとも２または４であり得るものであり、前記比が、多くとも１０または１５である。好ましくは、内方分離部が、磁気セクタの中のへこみもしくは空洞であり、または、それらのへこみもしくは空洞を画定する。

【0019】

好ましくは、内方分離部の内方幅が：１ｍｍから１０ｍｍ、または、２ｍｍから６ｍｍの範囲に及び得る。

【0020】

好ましくは、磁気分路が、偏向ギャップと直角をなし得る、少なくとも１つの磁気プレート、好ましくは２つの共平面磁気プレートを含み得、前記少なくとも１つの磁気プレート、または２つの共平面磁気プレートは、それぞれ分路通路を画定する。

【0021】

好ましくは、磁気分路が、少なくとも１つの磁気プレートに関して傾斜され得る、および、偏向ギャップの方に延在する、少なくとも１つの枝部を含み、好ましくは、磁気分路が、２つの枝部を含み得るものであり、前記枝部の各々が、２つの共平面磁気プレートのうちの１つから偏向ギャップの方に延在する。

【0022】

好ましくは、少なくとも１つの枝部と、少なくとも１つの磁気プレートとの間の傾斜角度αが：１０°から９０°、または、３０°から８０°、または、４５°から６０°の範囲に及び得る。

【0023】

好ましくは、磁気手段が、少なくとも１つの永久磁石、および／または、少なくとも１つのコイルを含み得る。

【0024】

好ましくは、コイルが、第１の磁気部分と磁気分路との間の空間の大部分において延在し得る。

【0025】

好ましくは、磁気セクタが、入口面および出口面を画定し得るものであり、磁気分路が、磁気セクタの入口面において、もしくは出口面において配置され得るものであり；または、磁気分路が、出口面において配置される第１の磁気分路であり得るものであり、磁気セクタが、入口面における第２の磁気分路をさらに含み得るものであり、前記第２の磁気分路が、偏向ギャップから漏れる磁束を第１の磁気部分内に導くように構成され得るものであり、ならびに／または、第２の磁気分路が、第１の磁気部分に動作可能に接続され得る。

【0026】

好ましくは、ヨークが、第１の磁気部分内の、および、磁気分路から或る距離における主磁気ループと、磁気分路および第１の磁気部分を通る補助磁気ループとを含み得る。

【0027】

好ましくは、磁気セクタが、２つのポールピースを含み得るものであり、偏向ギャップが、前記２つのポールピースの間にある。

【0028】

好ましくは、分路通路の内方幅が：偏向ギャップの内方幅の１００％から１５０％、または、８０％から２００％、任意選択で１００％を表し得る。

【0029】

好ましくは、ヨークおよび磁気分路が、同様の磁性材料、そのような鉄、または、強磁性材料を含み、ポールピースが、任意選択で、前記磁性材料を含み、偏向ギャップの幅が、分路通路の幅と等しい。

【0030】

好ましくは、磁気セクタが、磁気分路を通って偏向ギャップを広げ得る粒子通路を含み得る。

【0031】

好ましくは、偏向ギャップが、粒子通路および／または粒子経路であり得る。

【0032】

好ましくは、ヨークが、一部品であり得るものであり、および／または、積層された磁気シートを含む。

【0033】

好ましくは、ヨークおよび磁気手段が、イオンなどの荷電粒子をデビエーションさせるために、偏向ギャップ内に磁場を発生させるように構成され得る。

【0034】

好ましくは、磁気セクタが、荷電粒子を、それらの荷電粒子の質量電荷比に依存して、空気ギャップの中の磁場によりデビエーションさせるように適合され得る。

【0035】

好ましくは、磁気分路が、とりわけ粒子経路に沿って、磁気手段に面し得る。

【0036】

好ましくは、磁気分路が、第１の磁気部分の外側の外方分路であり得る。

【0037】

好ましくは、磁気接続手段が、第１の磁気部分に少なくとも１つのプレートを磁気的および／または物理的に接続し得る。

【0038】

好ましくは、第１の磁気部分が、ヨークの主磁気部分および／または主磁気本体であり得る。

【0039】

好ましくは、磁気分路が、とりわけ偏向ギャップ中間平面に関して対称的であり得る。

【0040】

好ましくは、磁気分路が、ヨーク内で一体化され、および／または、ヨークとともに一体で形成され得る。

【0041】

好ましくは、磁気手段が、少なくとも２つの磁気ユニットを含み得るものであり、偏向ギャップが、前記２つの磁気ユニットの間に延在し得る。

【0042】

好ましくは、内方分離部が、磁気分路について、ならびに、第１の磁気部分について、ならびに任意選択で、ポールピースおよび磁気手段について接触し得る。

【0043】

好ましくは、ヨークが、第１の磁気部分と磁気分路との間の内方分離部を含み得る。

【0044】

好ましくは、磁気セクタが、荷電粒子のための粒子凹部（ｐａｒｔｉｃｌｅ ｒｅｃｅｓｓ）を含み得るものであり、前記荷電粒子が前記粒子凹部により磁気セクタと交差するように前記粒子凹部が構成され、内方分離部および偏向ギャップが、前記粒子凹部の一部分である。

【0045】

好ましくは、磁気分路が、分路通路の境を定める平坦な縁部または棚部を含み得る。

【0046】

好ましくは、ヨークが、磁性材料、とりわけ強磁性材料を含む磁気ヨークであり得る。

【0047】

好ましくは、ヨークが、間に偏向ギャップがインターリーブされる２つの隣接部分と、前記２つの隣接部分を接続するブリッジ部分とを含み得るものであり、磁気分路が、前記２つの隣接部分に近接する。

【0048】

好ましくは、ヨークが、第１の磁気部分の中の主磁気回路を含み得る。

【0049】

好ましくは、ヨークが、分路およびヨークを通る少なくとも１つの補助磁気回路を含み得る。

【0050】

好ましくは、補助磁気ループが、偏向ギャップおよび分路通路と交差し得る。

【0051】

好ましくは、第１の磁気部分の最小セクションまたは平均セクションが、磁気分路の；それぞれ最小セクションまたは平均セクションよりも大きく、好ましくは少なくとも２倍、より好ましくは少なくとも４倍大きくあり得る。

【0052】

好ましくは、磁気分路が、第１の磁気部分に近接し得る、および／または、面する。

【0053】

好ましくは、第１の磁気部分が、ヨークの主磁気部分または主本体である。

【0054】

磁気分路が、第１の磁気部分内の偏向ギャップに、磁束、とりわけフリンジ場を導くように構成されるという事実は、本発明の本質的な態様ではない。磁気分路は、第１の磁気部分に動作可能に接続され得る。第１の磁気部分は、本発明の本質的な特徴ではない。その第１の磁気部分は、ヨークの主本体により置換され得る。

【0055】

とりわけ質量スペクトロメータのための、磁気セクタなどの磁気システムであって、
・荷電粒子を移動させるための、空気ギャップなどの偏向ギャップを含む主磁気回路、
・偏向ギャップを通って移動する荷電粒子を偏向させるために、主磁気回路内に磁場を発生させるように適合された磁気手段
を含み、
・分路通路と；
・ヨークの中の、ならびに、分路通路および偏向ギャップと交差する、および／または、偏向ギャップに分路通路を結び付ける、磁気分路回路と；
をさらに含む、磁気システムを提供することが、本発明の別の態様である。

【0056】

・内方通路を伴う、ヨークの第１の磁気部分などの主磁気コアであって、その内方通路を通って荷電粒子が、前記粒子の電荷に応じて、例えば、粒子の質量電荷比に応じてデビエーションされる、主磁気コア、
・前記電気を荷わされた粒子をデビエーションさせるために、主磁気コアの中の、およびとりわけ、内方平面状経路を通る磁場を発生させるように適合された磁気源手段、
・平面状経路に近接する、および、主磁気コアに磁気的に結合される、磁気分路を含む第２の磁気部分
を含む、粒子デビエーションシステムを提供することが、本発明の別の態様である。

【0057】

・第１の磁気部分を伴うヨーク、
・第１の磁気部分内に配置される偏向ギャップ、
・荷電粒子が移動することを意図される偏向ギャップを通る磁場を発生させるように構成される磁気手段
を含み、ヨークが、
・荷電粒子のための分路通路を含む磁気分路、
・第１の磁気部分と磁気分路との間の磁気接続界面
をさらに含む、磁気セクタを提供することが、本発明の別の態様である。

【0058】

イオンソースと、静電セクタと、磁気セクタ質量分析器と、少なくとも１つの検出システムとを含み、磁気セクタ質量分析器が、本発明の態様による磁気セクタである、磁気セクタ質量スペクトロメータを提供することが、本発明の別の態様である。

【0059】

好ましくは、検出システムと分路との間の距離が、多くとも：１００ｍｍ、または５０ｍｍ、または３０ｍｍであり得る。

【0060】

荷電粒子デビエーションプロセス、とりわけ質量電荷比測定プロセスであって：第１の磁気部分を囲むヨークと、第１の磁気部分内の偏向ギャップとを含む磁気セクタを設けるステップ；第１の磁気部分に磁気的に結合される磁気分路を含む第２の磁気部分を設けるステップ、偏向ギャップを通る磁場を発生させるステップ、偏向ギャップを通して荷電粒子を移動させるステップ、
磁場により偏向ギャップ内で荷電粒子を偏向させるステップ、第１の磁気部分の外側で荷電粒子と磁気分路を交差させるステップを含み；磁気セクタが、とりわけ本発明による、荷電粒子デビエーションプロセスを提供することが、本発明の別の態様である。

【0061】

本発明のさらなる態様によれば、荷電粒子デビエーションプロセス、とりわけ質量電荷比測定プロセスが提供される。プロセスは：
－ 本発明の態様による磁気セクタを設けるステップ；
－ 偏向ギャップを通る磁場を発生させるステップ；
－ 偏向ギャップを通して荷電粒子を移動させるステップ；
－ 磁場により偏向ギャップ内で荷電粒子を偏向させるステップ；
－ 第１の磁気部分の外側で荷電粒子と磁気分路を交差させるステップ
を含む。

【0062】

好ましくは、プロセスが、ヨークに進入するステップであって、そのステップ中、荷電粒子が磁気分路と交差する、ステップを含み得るものであり、および／または、プロセスが、ヨークを離れるステップであって、そのステップ中、荷電粒子が磁気分路と交差する、ステップを含む。

【0063】

好ましくは、交差させるステップにおいて、分路内の磁場が、ヨーク内の磁場の多くとも５％を表し得る。

【0064】

磁気セクタのヨークから漏れる磁束を低減するためのプロセスであって：
第１の磁気部分を画定するヨークと、第１の磁気部分内の偏向ギャップとを含む磁気セクタを設けるステップ、
偏向ギャップを横切る荷電粒子をデビエーションさせるために、偏向ギャップを通る磁場を発生させるステップ、
分路通路を伴う磁気分路を設けるステップであって、前記磁気分路が、ヨークの第１の磁気部分に磁場を向かわせる、ステップを含み、
磁気セクタが、とりわけ本発明による、プロセスを提供することが、本発明の別の態様である。

【0065】

とりわけセクタ場質量スペクトロメータのための、磁気セクタのヨークのための磁気分路を形成するためのヨーク部分の使用であって、ヨークが、第１の磁気部分と、第１の磁気部分を通る偏向ギャップとを囲み、磁気セクタが、磁気手段を含み、磁気セクタが、前記偏向ギャップを横切る荷電粒子をデビエーションさせるために、偏向ギャップ内で磁場を発生させるように磁気手段が適合されるように構成され、磁気分路が、偏向ギャップと連通する分路通路を呈し、磁気セクタが、とりわけ本発明による、使用を提供することが、本発明の別の態様である。

【0066】

好ましくは、磁気分路が、ヨークの第１の磁気部分に分路通路を磁気的に接続するために使用される磁気要素を含み得る。

【0067】

磁気セクタの偏向ギャップから漏れるフリンジ場および／または磁束を低減するためのヨークの部分の使用であって、ヨークが、第１の磁気部分と、磁気分路部分と、第１の磁気部分を通る偏向ギャップとを含み、磁気セクタが、前記偏向ギャップ内で移動する荷電粒子をデビエーションさせるために、磁場を発生させるように適合された磁気手段を含み、磁気分路部分が、偏向ギャップから、偏向ギャップに関して或る距離における分路通路を呈し、磁気セクタが、とりわけ本発明による、使用を提供することが、本発明の別の目的である。

【0068】

好ましくは、磁気要素が、接続手段を含む。

【0069】

本発明の異なる態様は、互いに組み合わされ得る。加えて、本発明の各態様の好ましい特徴は、反対のことが明示的に述べられない限り、本発明の他の態様と組み合わされ得る。

【0070】

本発明の技術的利点
本発明は、磁気セクタにより発生するフリンジ場の程度または伝搬を低減する。荷電粒子がそれらの荷電粒子の質量電荷比に従って偏向されるように通る空気ギャップから漏れる磁束が、分路により捕捉され取り込まれ、次いで、直接的にヨークに戻るように注入される。その結果、磁気セクタにより関与されるデビエーションは、理想的なモデルに、より近くなり、フリンジ場は、存在しない、または、最小限である。偏向プロセスは、制御するのがより容易であり、測定される質量電荷比は、より正確である。検出器におけるまがいのピークの現象は低減される。他のデバイスへの磁気セクタからの磁気フリンジ場の影響力は低減される。

【0071】

厚さおよび幅の選定は、磁気セクタの磁気効率とコンパクト性との間の妥協点を提供する。

【0072】

本発明のいくつかの実施形態が、本発明の範囲を制限しない図として例示される。

【図面の簡単な説明】

【0073】

【図1】本発明の好ましい実施形態によるスペクトロメータデバイスの概略例示図を提供する図である。

【図2】本発明の好ましい実施形態による磁気セクタの図１において引かれた線２－２に沿った貫通切断の図である。

【図3】本発明の好ましい実施形態による磁気セクタの図１において引かれた線３－３に沿った貫通切断の図である。

【図4】本発明の好ましい実施形態による磁気セクタの図１において引かれた線２－２または線３－３に沿った貫通切断の図である。

【図5】本発明の好ましい実施形態による磁気セクタによりデビエーションされる粒子ビームに沿った磁束変動のグラフである。

【図6】本発明の好ましい実施形態による磁気セクタ内および外の磁束変動のグラフである。

【図7】本発明の好ましい実施形態による荷電粒子デビエーションプロセスのダイアグラムブロックの図である。

【発明を実施するための形態】

【0074】

本節は、好ましい実施形態に、および、図に基づいてさらに詳細に本発明を説明する。同様の参照番号が、本発明の異なる実施形態の全体を通して、同様の、または同じ概念を説明するために使用されることになる。

【0075】

本明細書において説明される特有の実施形態について説明される特徴は、反対のことが明示的に述べられない限り、他の実施形態の特徴と組み合わされ得ることが留意されるべきである。当技術において一般に知られている特徴は、本発明に特有である特徴に重点を置くために、明示的に述べられないことになる。例えば、本発明によるスペクトロメータデバイスが、電気供給部により給電されることは、そのような供給部が明示的に、図上で参照されず、説明において言及されもしないとしても明らかなことである。

【0076】

図１は、本発明の好ましい実施形態によるスペクトロメータデバイス１００の概略例示図を与える。

【0077】

デバイス１００は、質量スペクトロメトリの技法により分析されることになる試料を導入するための入口（示されない）を有するエンクロージャを設ける。エンクロージャは、真空を包囲し、イオンソース１１０と、磁気セクタ１２０と、少なくとも１つの検出器１３０とを含む。この説明の全体を通して、単語、検出器は、異なる質量電荷比のイオンを検出および定量化して、結果的に生じるスペクトルを計算する、および、結果的に生じるスペクトルを表示することができるデバイスを指し示すために使用されることになる。そのようなデバイスまたはデバイスアセンブリは、当技術においてよく知られている。

【0078】

任意選択の静電セクタ１４０が、イオンソース１１０と磁気セクタ１２０との間に設けられ得る。したがって、イオンビーム１１２に沿って、静電セクタ１４０は、イオンソース１１０の下流、および、磁気セクタ１２０の上流にある。

【0079】

イオンソース１１０、または、イオンのソースは、イオンビーム１１２を発生させ、そのイオンビーム１１２は、磁気セクタ１２０の、入口面１２２とも指定される進入口平面に、イオンソースと入口面１２２との間のドリフト空間を通って進んだ後或る角度で達する。磁気セクタは、磁場を発生させ、その磁場は、イオンに、それらのイオンの特有の質量電荷比ｍ／ｚに依存する、特有に湾曲した軌道をたどらせる。

【0080】

本実施形態において、磁気セクタ１２０は、全体的には、矩形形状を呈する。しかしながら、磁気セクタは、また、１つの側部で全体的に湾曲した形状を有し得るものであり、その側部は、退出口平面とも指定されるイオン出口面１２４を含む側部と反対側にある。磁気セクタ１２０は、空気ギャップセクタの中に磁場分布をもたらすことができる磁気回路と理解される。磁気セクタ１２０は、第３の面とも指定される、いわゆる反対側の面１２５をさらに含み得る。反対側の面１２５は、出口面１２４に近接する。その反対側の面１２５は、入口面１２２の反対側にあり、および／または、入口面１２２と対称的であり得る。出口面１２４は、入口面１２２から反対側の面１２５まで延在する。

【0081】

磁気セクタ１２０から漏れ出る磁束を制御するために、および減ずるために、分路手段１５０が設けられる。分路手段１５０は、入口面１２２における入口分路１５２、および／または、出口面１２４における出口分路１５４を含む。分路、例えば出口分路１５４の間の距離は４ｃｍである。分路手段１５０は、磁気セクタ１２０内で一体化されることが理解され得る。分路手段１５０は、反対側の面１２５における第３の分路１５５をさらに含み得る。第３の分路１５５は、入口分路１５２と同様であり得る。第３の分路１５５は、入口分路１５２と対称的であり得る。その第３の分路１５５は、フリンジ場が、磁気セクタ１２０に近く置かれる任意の他のデバイスに影響力を及ぼすことを防止するように構成される。

【0082】

図２は、磁気セクタ１２０の好ましい設計を例示する。磁気セクタは、図１において引かれた線２－２に沿った貫通切断によって表される。本例示において、出口面１２４は、右手に配置される。

【0083】

機器は、磁石１２７およびポールピース１２８を保持するヨーク１６０を含む。より一般的には、ヨーク１６０は、磁気コアまたは磁気アセンブリである。ヨークは、積層体を形成するいくつかの金属シートを含み得るものであり、シートは、本視図と直角をなして延在する並びを表現するために、互いに対して置かれる。そうして、第１の磁気部分１６６の本断面は、シートのうちの１つに対応し得る。第１の磁気部分１６６は、ヨーク１６０の主部分または主本体に対応し得る。

【0084】

磁石１２７およびポールピース１２８の配置は、外側から内側に、磁石がポールピースにより従われるというようなものである。中央のポールピース１２８間において、偏向ギャップ１２９とも指定されるギャップ空間１２９が存在する。進入口平面１２２を通って磁気セクタに進入し、出口面１２４を通って磁気セクタを退出するイオンは、偏向ギャップ空間１２９内で進行する。

【0085】

ヨーク１６０との組み合わせにおいて、磁石１２７およびポールピース１２８は、磁気回路を形成し、ポールピース１２８間の偏向ギャップ１２９の内側で強い磁場を発生させる。磁気ループとも指定される磁気回路は、磁気セクタ１２０の主磁気回路１２３と考えられ得る。いくつかの例示的な束線（ｆｌｕｘ ｌｉｎｅ）ＦＬが、主磁気回路１２３内で表される。第１の磁気回路とも指定される主磁気回路１２３は、第１の磁気部分１６６内に封じ込められる。

【0086】

磁石１２７は、永久磁石であり得る。好ましくは、少なくとも４０ＭＧＯｅ（３２０ｋＪ／ｍ^３）の高い最大エネルギー積を伴うネオジム－鉄－ホウ素磁石が、磁石の質量を低減するために使用される。好ましい実施形態において、磁石１２７の厚さは、６ｍｍである。ポールピース１２８は、偏向ギャップ１２９内の磁場の一様性を維持するために、６ｍｍの好ましい厚さを有する。４５ＭＧＯｅの最大エネルギー積を伴うネオジム鉄ホウ素の（Ｎｅｏｄｙｍｉｕｍ Ｉｒｏｎ Ｂｏｒｎ）磁石が使用される。磁石１２７は、任意の適した磁気手段１１７により置換され得る。

【0087】

例示として、ヨーク１６０は、１５ｍｍの厚さＴ１を有する。磁気セクタの縁部の付近のフリンジング場領域を最小化するために、高い透磁率を有する純鉄が、ヨークおよびポールピースの両方のために用いられる。偏向ギャップ１２９は、好ましくは４ｍｍの幅ＷＧを有する。ポールピース間のギャップ内の、好ましい設計によって達成され得る最大磁場は、０．５８Ｔである。

【0088】

ヨーク１６０は、全体的には、「Ｕ」形状または「Ｕ」断面を含み得る。ヨーク１６０は、隣接部分１６２、および、隣接部分１６２を接続するブリッジ部分１６４を呈する。後者は、磁石１２７の対を支持し、それらの磁石１２７の間にポールピース１２８がインターリーブされる。隣接部分１６２は、互いに、および、偏向ギャップ１２９に平行であり；しかるに、ブリッジ部分１６４は直角をなす。ブリッジ部分１６４は、隣接部分１６２と同じほど厚く、厚さＴ１を呈し得る。ヨーク１６０は、第１の磁気部分１６６を画定する。隣接部分１６２、およびことによると、ブリッジ部分１６４は、第１の磁気部分１６６の一部分である。第１の磁気部分１６６は、ヨーク１６０の主本体を形成する。

【0089】

ヨーク１６０は、第１の磁気部分１６６とは分離しており別個である、第２の磁気部分を含む。第２の磁気部分は、分路手段１５０の出口分路１５４を形成する、または含む。出口分路１５４は、磁気セクタ１２０の出口面１２４を物理的に形成する。その出口分路１５４は、その磁気セクタ１２０上の端壁を形成する。分路はヨークの一部分であるので、ヨークの部分が分路を形成するために使用されることが推論され得る。

【0090】

分路１５４は、磁石１２７およびポールピース１２８に面する。その分路１５４は、好ましくは、偏向ギャップ１２９に沿って全面的に延在する。出口分路１５４は、ブリッジング部分１６４に平行である。分路１５４は、第１の磁気部分１６６から、とりわけ隣接部分１６２から突出する。分路１５４は、粒子が磁気セクタ１２０から分路１５４を越えて漏れ出るための、分路通路１６８、開口部または貫通孔を画定する。分路通路１６８は、偏向ギャップ１２９と連通している。分路通路によって、荷電粒子が、磁気セクタの内側の、分路の第１の側部から、分路の第２の反対側の側部に、磁気セクタの外側に進むことが可能となる。分路通路によって、荷電粒子が、分路を通って進むことが可能となる。それらの分路通路および偏向ギャップは、同様または同一の幅、例えば幅ギャップＷＧを表し示す。分路通路１６８は、出口面１２４に少なくとも部分的に沿って延在し得る、分路１５４を通るスロットを形成する。分路通路１６８は、磁気セクタ１２０の外側に射出される荷電粒子のための開口部を画定する。

【0091】

分路１５４は、少なくとも１つの磁気プレート１７０、好ましくは２つの磁気プレート１７０を含む。そうして、分路１５４は、隣接部分１６２のうちの１つと各々が関連付けられる、２つの磁気要素から形成される。磁気プレート１７０は、磁性材料から作製される。磁気プレート１７０は、平行および共平面である。磁気プレート１７０は、互いに面する、および、分路通路１６８の境目を定める、平行な縁部を含む。プレート１７０は、磁石１２７、ポールピース１２８、および、隣接部分１６２の端部を覆い隠す。

【0092】

分路１５４は、内方分離部１７１を含む。内方分離部１７１は、プレート１７０に沿って広がる。内方分離部は、磁気セクタの中のへこみまたは空洞、容積を画定する。反対側の側部において、内方分離部１７１の境界または壁が、磁石１２７、ポールピース１２８、および、隣接部分１６２の先端部により画定される。内方分離部１７１の幅は、分路１５４の厚さＳＴよりも大きく、例えば、少なくとも２倍大きい。分路１５４の厚さＳＴは、プレート１７０の厚さに対応し、なぜならば、それらのプレート１７０が分路１５４の主部分を形成するからである。第１の磁気セクションの、とりわけ隣接部分１６２の厚さＴ１は、分路１５４の厚さＳＴよりも、少なくとも：５または１０倍大きい。

【0093】

分路１５４は、分路１５４と第１の磁気部分１６６との間の磁気接続を可能にする接続手段１７２をさらに含む。より正確には、接続手段１７２は、隣接部分１６２に磁気プレート１７０を物理的に接続する。接続手段１７２は、磁性材料を含む。それらの接続手段１７２は、プレート１７０と一体であり得る。接続手段１７２は、プレート１７０から第１の磁気部分１６６に突き出る。そうして、補助磁気回路１７４が、隣接部分１６２との組み合わせにおいて形成される。これらの補助磁気回路１７４は、偏向ギャップ１２９の上方および下方に形成される。補助磁気回路１７４は、内方空間１７１を取り囲む。したがって、偏向ギャップ１２９から漏れ出る磁束線１７６が、プレート１７０の自由端部により捕らえられる。よって、このフリンジ場は、磁気セクタから離れて延在せず、荷電粒子の偏向プロセスは、制御下のままである。寄生体挙動が制限される。

【0094】

ヨーク１６０は、分路のための固定手段を含み得る。固定手段は、接続手段１７２を通って進む、および、第１の磁気部分１６６の中に伸びる、ねじを含み得る。

【0095】

本実施形態において、出口分路１５４との関係において規定される特徴は、また、分路手段１５０の入口分路に当てはまる。入口分路および出口分路は、同様であり得る。

【0096】

図３は、本発明の好ましい実施形態による分路手段１５０の入口分路１５２の詳細視図を提供する。本視図は、図１において見える線３－３に沿った貫通切断に対応する。ヨーク１６０は、部分的に表される。表されるエリアは、磁気セクタ１２０の入口面１２２におけるものである。

【0097】

本断面において、第１の磁気部分１６６は、部分的に表される。偏向ギャップ１２９から始まって、ポールピース１２８、磁石１２７、および隣接部分１６２が、前記ギャップ１２９の上側側部および下側側部において設けられる。したがって、磁石１２７、ポールピース１２８、および隣接部分１６２が、偏向ギャップ１２９の上方の上側積層体、および、下側積層体を形成する。ブリッジング部分１６４は、背景内にあり、偏向ギャップ１２９を通して見えるものである。

【0098】

ヨーク１６０は、また第３の磁気部分と呼称され得る、別の第２の磁気部分を含み得る。第３の磁気部分は、第１の磁気部分１６６とは、および、出口分路とは、分離しており別個である。第３の磁気部分は、分路手段１５０の入口分路１５２を形成する。入口分路１５２は、磁気セクタ１２０の入口面１２２を物理的に形成する。その入口分路１５２は、端壁または側壁を形成する。分路は、ヨーク内で、そのヨークのうちの１つが分路を作り出すために使用したように一体化される。

【0099】

分路１５２は、偏向ギャップ中間平面ＭＰに対する対称的である。中間平面ＭＰは、偏向ギャップ１２９の中部幅または中部高さにあり得る。分路１５２は、磁石１２７およびポールピース１２８に面する。その分路１５２は、偏向ギャップ１２９にずっと沿って延在する。入口分路１５２は、ブリッジング部分１６４に関して傾斜される、または、ブリッジング部分１６４と直角をなす、平面を形成する。分路１５２は、第１の磁気部分１６６から、とりわけ隣接部分１６２から延在する。分路１５２は、粒子が磁気セクタ１２０に進入するための、分路通路１６８、貫通孔または開口部を画定する。分路通路１６８は、分路１５２を通るスロットを形成し得る。分路通路１６８は、入口面１２２に沿って広がる。分路通路によって、荷電粒子が、磁気セクタの外側から内側に、入口分路を越えて進むことが可能となる。

【0100】

分路１５２は、その磁気プレート１７０の長さの一部分にわたって延在するスリットなどの開口部を有する少なくとも１つの磁気プレート１７０、または代替として、好ましくは、互いに上方の２つの磁気プレート１７０を含む。後者の選択肢において、分路１５２は、隣接部分１６２のうちの１つと各々が関連付けられる、２つの他の磁気要素を囲む。磁気プレート１７０は、磁性材料から作製される。磁気プレート１７０は、平行および共平面である。磁気プレート１７０は、偏向ギャップ１２９に平行な、および、分路通路１６８と隣接する、平行な縁部を含む。したがって、入口および出口分路を伴う分路手段１５０は、４つのプレート１７０と、２つの通路１６８とを含む。

【0101】

分路１５２は、内方分離部１７１を含む。内方分離部１７１は、ヨーク１６０内で深くなる。内方分離部１７１は、粒子凹部１７８により接続される。換言すれば、ヨーク１６０は、偏向ギャップ１２９および分路通路１６８を囲む、自由空間などの、連続的な粒子凹部１７８を画定する。粒子凹部１７８によって、入口面から出口面への荷電粒子運動が可能となる。

【0102】

内方分離部１７１は、磁石１２７、ポールピース１２８、および、隣接部分１６２の先端部と接触する。内方分離部１７１の内方幅ＳＷまたは分離部幅ＳＷは、分路１５２の、とりわけプレート１７０の厚さＳＴよりも大きく、例えば、少なくとも：２または４または６または１２倍大きい。

【0103】

ヨーク１６０は、分路１５２と第１の磁気部分１６６との間の磁気接続を可能にする接続手段１７２をさらに含む。より正確には、接続手段１７２は、隣接部分１６２に磁気プレート１７０を物理的に接続する。接続手段１７２は、磁性材料を含む。それらの接続手段１７２は、隣接部分１６２と一体であり得る。接続手段１７２は、隣接部分１６２からプレート１７０に突出する。本例示において、プレート１７０は、隣接部分１６２を覆い、それらの隣接部分１６２上でねじ留めされ得る。代替法において、接続手段は、図２において説明されたように、分路の一部分である。

【0104】

ヨーク１６０は、磁気界面１８０などの界面１８０を画定する。磁気界面１８０は、分路手段１５０と隣接部分１６２との間にある。接続手段１７２は、前記界面１８０において配設される。界面１８０は、第１の磁気部分に分路を磁気的につなぐ。

【0105】

そうして、補助磁気回路１７４が、隣接部分１６２との組み合わせにおいて形成される。これらの補助磁気回路１７４は、偏向ギャップ１２９の上方および下方に形成される。補助磁気回路１７４は、内方空間１７１を取り囲む。したがって、偏向ギャップ１２９から漏れ出る磁束線１７６が、プレート１７０内に、それらのプレート１７０の自由端部において進入する。よって、このフリンジ場は遮断され、フリンジ場の伝搬は防止される。

【0106】

分路１５２の厚さＳＴは、偏向ギャップ１２９の幅ＷＧよりも小さい。厚さＳＴで除算された幅ＷＧの比は、少なくとも：２または４または６または１０または２０である。この比は：２から４０、または、４から２０、または、５から１２の間に含まれ得るものであり；ただし前述の値は、それらの値が示す範囲に含まれる。磁気分路１５２の厚さＳＴは：０．１０ｍｍから５．００ｍｍ、または、０．３０ｍｍから３．００ｍｍの範囲に及び得る。偏向ギャップ１２９の幅ＷＧは、分路通路１６８の幅ＷＰと同様である、または等しい。

【0107】

磁気分路１５２は、内方幅１７１よりも薄い。磁気分路１５２の厚さＳＴで除算された内方分離部１７１の幅ＳＷの比は、少なくとも：２または４または１０である。この比は、３０または２０または１５または１０または８よりも小さくあり得るものであり；ただし前述の値は、それらの値が示す範囲に含まれる。

【0108】

ギャップ幅、分離部幅、または、隣接部分１６２の厚さＴ１と比較されると薄い分路は；その分路内の磁気飽和を促進する。そうして、主および補助磁気回路内の磁束の割合を制御することが可能である。

【0109】

入口磁気分路１５２との関係において上記で詳述された教示は、出口磁気分路に置き換えられる。

【0110】

図４は、磁気セクタ１２０の別の好ましい設計を例示する。磁気セクタ１２０は、図１において引かれた線２－２に沿った貫通切断によって表される。本例示において、出口面１２４は、右側に配置される。非制限的な形で、下記の教示は、また、入口面、および、反対側の面に適用される。教示は、先の実施形態において説明された分路手段１５０の、入口磁気分路１５２に、出口磁気分路１５４、および、第３の磁気分路１５５に適用され得る。

【0111】

本分路１５２、１５４、１５５は、図１から３のいずれか、および、それらの組み合わせとの関係において説明された分路と同様であり得る。磁気セクタ１２０は、部分的に表される。同じことが第１の磁気部分１６６に当てはまることが結果的に生じる。隣接部分１６２のセグメントのみが表され、分路１５２、１５４、１５５に近接する。

【0112】

本例示において、磁気手段１１７は、コイル１８２を含む。コイル１８２は、隣接部分１６２間；偏向ギャップ１２９の上方および下の方にある。コイルは、磁気コアとして働く、および、また同じように、空気ギャップを、その空気ギャップ内に磁場をもたらすために形成する、ポール１２８の周りに巻かれる。

【0113】

コイル１８２が給電されるとき、コイル１８２は、ヨーク１６０内で、およびとりわけ、主磁気ループ１２３も画定する主磁気回路１２３内で磁束を発生させる。束線ＦＬは、主磁気回路１２３の中にある。その一方で、漏れ束が、偏向ギャップ１２９において主磁気回路１２３を漏れ出る。このことは、２次束線１７６により表される。これらの２次束線１７６は、補助磁気回路１７４に囲まれる。２次束線１７６は、偏向ギャップ１２９を周って進み行き：磁気プレート１７０内に、接続手段１７２内に、および、第１の磁気部分１６６内に広がる。２次束線１７６は、コイル１８２と交差する環を画定する。偏向ギャップ１２９の中部高さにある中間線ＭＬに沿って、磁束は、磁気セクタ１２０の外側で著しく減少する。磁気セクタの近傍における検出器は、寄生体磁束により乱されない。検出される補助ピークは、制限または防止される。

【0114】

本例示から明らかなように、コイルは、とりわけプレート１７０と第１の磁気部分１６６との間の、内方空間１７１の幅ＳＷの少なくとも５０％にわたって延在する。換言すれば、コイルは、第１の磁気部分１６６と分路１５２、１５４、１５５との間の空間の大部分において延在する。内方空間１７１の幅ＳＷは、偏向ギャップ１２９の幅ＷＧよりも大きく、例えば、少なくとも：２または３倍大きくあり得る。

【0115】

本実施形態において、分路１５２、１５４、１５５は、翼部１８４とも指定される枝部１８４を含む。枝部１８４は、互いに向かい合う、磁気プレート１７０の端部にある。各枝部１８４は、関連付けられるプレート１７０に関して傾斜される。各枝部１８４は、対応するプレート１７０に関して角度αを伴うデビエーションを形成し得る。角度αは：１０°から８０°、または、３０°から６０°の範囲に及び得る。

【0116】

枝部１８４は、偏向ギャップ１２９の方を向く縁部１８６を含む。ギャップＧは、分路１５２、１５４、１５５の厚さＳＴよりも大きい長さを含む。分路厚さＳＴは、ギャップＧよりも少なくとも２分の１または４分の１である。

【0117】

プレート１７０は、接続手段１７２に枝部１８４を結び付ける。接続手段１７２は、隣接部分１６２およびプレート１７０とは：分離され別個であり得る。本例示において、接続手段１７２は、矩形断面を呈する。しかしながら、それらの接続手段１７２は、異なる形状を有し得る。接続手段１７２は、枝部１８４と反対側にあるプレート１７０の縁部において取り付けられる。そうして、色々な磁性材料が選定され得る。組み立て方法およびセッティングは、色々なステップが存在するときに、より容易であり得る。

【0118】

代替として、接続手段は、図２および図３それぞれにおいて説明されたように、第１の磁気部分の分路の一部分である。

【0119】

図５は、磁気セクタの偏向ギャップの中間線ＭＬに沿ってプロットされた磁場を例示するグラフである。例示的な中間線ＭＬは、図４において提供される。磁気セクタは、先の図において説明されたような磁気セクタと同一であり得る。本グラフは、出口面１２４からの漏れ出しの後の、偏向ギャップ１２９内の、および、磁気セクタの環境内の磁場変動を強調する。

【0120】

第１の破線１９１、または、第１の曲線は、磁気分路を伴わない磁気セクタの磁束を例示する。例示的な磁気セクタは、３０ｍｍのサイズを有し、４ｍｍの空気ギャップを伴う。ポールピースおよびヨークの両方は、鉄から作製される。空気ギャップの内側の約０．５９Ｔの一様磁場が発生する。この一様磁場は、空気ギャップの物理的境界の内側の約５ｍｍから降下し始め、物理的境界から４０ｍｍよりも多いほど遠い距離において、ゼロまたは無視できる値に徐々に減少する。物理的境界から１０ｍｍにおいて、約６０ｍＴのフリンジ場が、依然として残ってしまっている。この磁場は、重大なパーセンテージと考えられる、一様な場の強度の約１０％を表す。

【0121】

第２の破線１９２は、図２による磁気分路を伴う磁気セクタの磁束を例示する。第３の破線１９３は、図４による磁気分路を伴う磁気セクタの磁束を例示する。本グラフから明らかなように、本発明は、出口面１２４の下流の磁束を際立って低減する。約７ｍｍにおいて、磁束は、ほとんど０Ｔ、または無視できる値である。

【0122】

図６は、磁気セクタの偏向ギャップの中間線ＭＬに沿ってプロットされた磁場を例示するグラフである。例示的な中間線ＭＬは、図４において提供される。磁気セクタは、先の図において説明されたような磁気セクタと同一であり得る。本グラフは、入口面１２２の上流の磁場変動を明白に示す。磁束は、偏向ギャップ１２９で、全体的に一様である。

【0123】

第４の破線曲線１９４は、磁気分路を伴わない磁気セクタの磁束を例示する。この例示的な磁気セクタは、図５の例示的な磁気セクタと同様であり得る。

【0124】

第５の破線１９５は、図３による磁気分路を伴う磁気セクタの磁束を例示する。第６の破線１９６は、図４による磁気分路を伴う磁気セクタの磁束を例示する。

【0125】

本グラフから明らかなように、本発明は、磁気セクタの入口面１２２の上流のフリンジ場を制限する。進入口の約７ｍｍ前において、磁束は、ほとんど０Ｔである。対照的に、本発明なしでは、磁気漏れから結果的に生じるフリンジ場は、入口物理的平面の４０ｍｍ上流で重大なままである。

【0126】

図７は、磁気セクタの手段による荷電粒子デビエーションプロセスのダイアグラムを例示する。磁気セクタは、先の図のいずれか、および、それらの組み合わせにおいて説明された磁気セクタと同様または同一であり得る。

【0127】

デビエーションプロセスは、以下のステップ：
・第１の磁気部分を囲むヨークと、第１の磁気部分内の偏向ギャップとを含む磁気セクタを設けるステップ２００、
・第１の磁気部分に磁気的に結合される磁気分路を含む第２の磁気部分を設けるステップ２０２、
・偏向ギャップを通る磁場を発生させるステップ２０４、
・偏向ギャップを通して荷電粒子を移動させるステップ２０６、
・磁場により偏向ギャップ内で荷電粒子を偏向させるステップ２０８、
・第１の磁気部分の外側の場所において荷電粒子と磁気分路を交差させるステップ２１０
を含む。

【0128】

プロセスは、質量電荷比測定プロセスであり得る。

【0129】

設けるステップ２００において、磁気セクタは、スペクトロメータデバイスの一部分であり得る。スペクトロメータデバイスは、図１の教示によるものであり得る。

【0130】

移動させるステップ２０６の前に、荷電粒子デビエーションプロセスは、ヨークに進入するステップ２０５であって、そのステップ中、荷電粒子が入口磁気分路と交差する、ステップ２０５をさらに含み得る。

【0131】

偏向させるステップ２０８の後に、荷電粒子デビエーションプロセスは、ヨークを離れるステップ２０９であって、そのステップ中、荷電粒子が出口磁気分路と交差する、ステップ２０９をさらに含み得る。

【0132】

好ましくは、交差させるステップ２１０において、分路内の磁場が、ヨーク内の磁場の多くとも５％を表す。

【0133】

好ましくは、分路が、磁気飽和しきい値を含み、交差させるステップにおいて、分路が、磁気飽和しきい値の少なくとも：５０％または８０％または９０％の磁場を含む。

【0134】

選択肢または代替として、交差させるステップ２１０は、（また）移動させるステップ２０６の前、および、偏向させるステップ２０８の前である。このステップ規定は、磁気セクタが、入口分路、または、入口分路および出口分路の組み合わせを含むときに生起する。

【0135】

本説明において、入口磁気分路および／または出口磁気分路との関係において画定される特徴は、また、反対のことが明示的に述べられない限り、第３の分路に当てはまる。

【0136】

特定の好ましい実施形態の詳述された説明は、単に例示として与えられるものであり、なぜならば、本発明の範囲の中での様々な変更および修正が、当業者に明らかであることになるからであることが理解されるべきである。保護の範囲は、以下の請求項のセットにより定義される。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】