特表 2022-510376 静電線形イオン・トラップによって複数のイオンを同時に分析する装置および方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-01-26

(54)【発明の名称】静電線形イオン・トラップによって複数のイオンを同時に分析する装置および方法

(51)【国際特許分類】

   H01J 49/42 20060101AFI20220119BHJP

   H01J 49/00 20060101ALI20220119BHJP

   H01J 49/02 20060101ALI20220119BHJP

   H01J 49/06 20060101ALI20220119BHJP

【ＦＩ】

H01J49/42 450

H01J49/00 310

H01J49/00 360

H01J49/02 700

H01J49/06

H01J49/06 100

H01J49/42 550

H01J49/42 850

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2021531527

(86)(22)【出願日】2019-01-11

(85)【翻訳文提出日】2021-08-02

(86)【国際出願番号】 US2019013285

(87)【国際公開番号】W WO2020117292

(87)【国際公開日】2020-06-11

(31)【優先権主張番号】62/774,703

(32)【優先日】2018-12-03

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】520477485

【氏名又は名称】ザ・トラスティーズ・オブ・インディアナ・ユニバーシティー

(74)【代理人】

【識別番号】100118902

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 修

(74)【代理人】

【識別番号】100106208

【弁理士】

【氏名又は名称】宮前 徹

(74)【代理人】

【識別番号】100196508

【弁理士】

【氏名又は名称】松尾 淳一

(74)【代理人】

【識別番号】100173565

【弁理士】

【氏名又は名称】末松 亮太

(72)【発明者】

【氏名】ジャロルド，マーティン・エフ

(72)【発明者】

【氏名】ボタマネンコ，ダニエル

【テーマコード（参考）】

5C038

【Ｆターム（参考）】

5C038FF01

5C038FF13

(57)【要約】

電荷検出質量分光分析計は、イオン源と、１対の同軸状に整列されたイオン・ミラー間に配置された電荷検出シリンダを含む静電線形イオン・トラップ（ＥＬＩＴ）と、ＥＬＩＴ内に捕捉されたイオンが電荷検出シリンダを通過する毎に、イオン・ミラー間で前後に発振させるように構成された電界をイオン・ミラー内に選択的に確立する手段と、続いて捕捉された複数のイオンを、異なる平面状イオン発振軌道または異なる円筒状イオン発振軌道によって発振させるように、ＥＬＩＴに入射するイオン・ビームの軌道を制御する手段とを含むことができる。異なる平面状イオン発振軌道は、長手方向軸を中心として互いに角度的に偏位し、各々が長手方向軸に沿って延び、イオン・ミラーの各々において長手方向軸と交差する。異なる円筒状イオン発振軌道は、長手方向軸を中心として互いに半径方向に偏位し、複数の入れ子円筒状軌道を形成し、各円筒状軌道が長手方向軸に沿って延びる。
【選択図】図７

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のイオンを同時に測定する電荷検出質量分光分析計（ＣＤＭＳ）であって、
イオン・ビームを生成し供給するように構成されたイオン源と、
１対の同軸状に整列されたイオン・ミラーと、その間に配置された細長電荷検出シリンダとを含む静電線形イオン・トラップ（ＥＬＩＴ）であって、前記細長電荷検出シリンダが、前記ＥＬＩＴの長手方向軸が各々の中央を通過するように、前記１対のイオン・ミラーと同軸状に整列され、前記１対のイオン・ミラーの内第１イオン・ミラーが、前記長手方向軸を中心とするイオン入射アパーチャを定め、前記供給されたイオン・ビームが、前記イオン入射アパーチャを通って前記ＥＬＩＴに入射する、静電線形イオン・トラップ（ＥＬＩＴ）と、
前記１対のイオン・ミラーに動作可能に結合され、その内部に電界を選択的に確立するための電圧を生成するように構成された少なくとも１つの電圧源であって、前記電界が、前記入射するイオン・ビームにおける複数のイオンを前記ＥＬＩＴ内に捕捉し、前記複数の捕捉したイオンが前記電荷検出シリンダを通過する毎に、前記１対のイオン・ミラー間で前後に発振させるように構成される、少なくとも１つの電圧源と、
前記ＥＬＩＴ内に続いて捕捉された複数のイオンを、対応する複数の異なる平面状イオン発振軌道または対応する複数の異なる円筒状イオン発振軌道によって、その内部で発振させるように、前記ＥＬＩＴのイオン入射アパーチャに入射する前記イオン・ビームの軌道を制御する手段であって、対応する複数の異なる平面状イオン発振軌道が、前記長手方向軸を中心として互いに角度的に偏位し、各々が前記長手方向軸に沿って延び、前記１対のイオン・ミラーの各々において前記長手方向軸と交差し、対応する複数の異なる円筒状イオン発振軌道が、前記長手方向軸を中心として互いに半径方向に偏位し、複数の入れ子円筒状軌道を形成し、各円筒状軌道が前記長手方向軸に沿って延びる、手段と、
を備える、電荷検出質量分光分析計（ＣＤＭＳ）。

【請求項2】

請求項１記載のＣＤＭＳであって、更に、
前記少なくとも１つの電圧源に電気的に結合されたプロセッサと、
内部に命令が格納されているメモリであって、前記命令が前記プロセッサによって実行されると、前記イオン・ミラー内に前記電界を選択的に確立するための電圧を生成するように、前記プロセッサに前記少なくとも１つの電圧源を制御させる、メモリと、
を備える、ＣＤＭＳ。

【請求項3】

請求項２記載のＣＤＭＳにおいて、前記メモリに格納されている命令が、更に、前記プロセッサによって実行されると、前記１対のイオン・ミラーのいずれかまたは双方に、イオン透過電界またはイオン反射電界を選択的に確立するための電圧を生成するように、前記プロセッサに前記少なくとも１つの電圧源を制御させる命令を含み、前記イオン透過電界が、前記１対のイオン・ミラーのそれぞれを通過したイオンを前記長手方向軸に向けて収束するように構成され、前記イオン反射電界が、前記電荷検出シリンダから前記１対のイオン・ミラーのそれぞれに入射するイオンに、停止させ、逆方向に加速させ、逆向きに前記電荷検出シリンダを通過して、前記１対のイオン・ミラーの内他方に向けさせつつ、前記イオンを前記長手方向軸に向けて収束するように構成される、ＣＤＭＳ。

【請求項4】

請求項３記載のＣＤＭＳにおいて、前記メモリに格納されている命令が、更に、前記プロセッサによって実行されると、前記入射するイオン・ビームにおけるイオンが前記１対のイオン・ミラーおよび前記電荷検出シリンダを通過して前記ＥＬＩＴから出射するように、前記１対のイオン・ミラーの各々に前記イオン透過電界を確立するための電圧を生成するように、前記プロセッサに前記少なくとも１つの電圧源を制御させ、続いて、前記１対のイオン・ミラーの各々に前記イオン反射電界を確立することによって前記複数のイオンを前記ＥＬＩＴ内に捕捉するための電圧を生成するように、前記少なくとも１つの電圧源を制御させ、更に前記複数の捕捉されたイオンが前記電荷検出シリンダを通過する毎に、前記複数の捕捉されたイオンを前記１対のイオン・ミラー間を前後に発振させ、対応するイオン電荷をその上に誘発する命令を含む、ＣＤＭＳ。

【請求項5】

請求項３記載のＣＤＭＳであって、更に、前記電荷検出シリンダに動作可能に結合された入力と、前記プロセッサに動作可能に結合された出力とを有する電荷プリアンプを備え、前記電荷プリアンプが、前記通過するイオンによって前記電荷検出シリンダ上に誘発された電荷に応答して、対応する電荷検出信号を生成するように構成され、
前記メモリに格納されている前記命令が、更に、前記プロセッサによって実行されると、前記プロセッサに、前記複数のイオンが前記電荷検出シリンダを複数回通過する間、前記電荷検出信号を前記メモリに記録させ、前記記録した電荷検出信号を処理させて、前記複数の捕捉したイオンの各々について、イオン電荷およびイオン質量電荷比またはイオン質量を判定させる命令を含む、ＣＤＭＳ。

【請求項6】

請求項４または請求項５記載のＣＤＭＳにおいて、前記メモリに格納されている命令が、更に、前記プロセッサによって実行されると、前記１対のイオン・ミラーの前記第１イオン・ミラー内に前記イオン透過電界を維持しつつ、前記１対のイオン・ミラーの第２イオン・ミラー内に前記イオン反射電界を確立するための電圧を生成するように、前記少なくとも１つの電圧源を制御することによって、前記１対のイオン・ミラーの各々に前記イオン反射電界を確立するための電圧を生成するように、前記プロセッサに前記少なくとも１つの電圧源を制御させ、更に前記１対のイオン・ミラーの前記第２イオン・ミラー内に前記イオン反射電界を確立して規定時間の後、前記１対のイオン・ミラーの前記第１イオン・ミラー内に前記イオン反射電界を確立するための電圧を生成するように、前記少なくとも１つの電圧源を制御させる命令を含む、ＣＤＭＳ。

【請求項7】

請求項５記載のＣＤＭＳにおいて、前記メモリに格納されている命令が、更に、前記プロセッサによって実行されると、前記１対のイオン・ミラーの前記第１イオン・ミラー内に前記イオン透過電界を維持しつつ、前記１対のイオン・ミラーの第２イオン・ミラー内に前記イオン反射電界を確立するための電圧を生成するように、前記少なくとも１つの電圧源を制御することによって、前記１対のイオン・ミラーの各々に前記イオン反射電界を確立するための電圧を生成するように、前記プロセッサに前記前記少なくとも１つの電圧源を制御させ、続いて、前記プロセッサが前記電荷検出信号の１つを受け取ったときに、前記１対のイオン・ミラーの前記第１イオン・ミラーに前記イオン反射電界を確立するための電圧を生成するように、前記少なくとも１つの電圧源を制御させる命令を含む、ＣＤＭＳ。

【請求項8】

請求項５記載のＣＤＭＳにおいて、前記メモリに格納されている命令が、更に、前記プロセッサによって実行されると、前記プロセッサが前記電荷検出信号の１つを受け取ったときに、前記１対のイオン・ミラーの各々に同時に前記イオン反射電界を確立するための電圧を生成するように前記少なくとも１つの電圧源を制御することによって、前記１対のイオン・ミラーの各々において前記イオン反射電界を確立するための電圧を生成するように、前記プロセッサに前記少なくとも１つの電圧源を制御させる命令を含む、ＣＤＭＳ。

【請求項9】

請求項１から８までのいずれか１項記載のＣＤＭＳにおいて、前記ＥＬＩＴのイオン入射口に入射する前記イオン・ビームの軌道を制御する手段が、前記長手方向軸に対する前記入射するイオン・ビームの半径方向オフセット、および前記長手方向対する、または前記ＥＬＩＴを通過し前記長手方向軸に平行な少なくとも１つの他の軸に対する、前記入射するイオン・ビームの角度の内少なくとも１つを制御する手段を含む、ＣＤＭＳ。

【請求項10】

請求項１から９までのいずれか１項記載のＣＤＭＳにおいて、前記ＥＬＩＴのイオン入射口に入射する前記イオン・ビームの軌道を制御する手段が、
前記供給されたイオン・ビームの軌道を判定する手段と、
前記供給されたイオン・ビームの軌道を修正すると、前記ＥＬＩＴのイオン入射アパーチャに入射するように、前記供給されたイオン・ビームの軌道を修正する手段と、
を含む、ＣＤＭＳ。

【請求項11】

複数のイオンを同時に測定する電荷検出質量分光分析計（ＣＤＭＳ）であって、
イオン・ビームを生成し供給するように構成されたイオン源と、
１対の同軸状に整列されたイオン・ミラーと、その間に配置された細長電荷検出シリンダとを含む静電線形イオン・トラップ（ＥＬＩＴ）であって、前記細長電荷検出シリンダが、前記ＥＬＩＴの長手方向軸が各々の中央を通過するように、前記１対のイオン・ミラーと同軸状に整列され、前記１対のイオン・ミラーの内第１イオン・ミラーが、前記長手方向軸を中心とするイオン入射アパーチャを定め、前記供給されたイオン・ビームが、前記イオン入射アパーチャを通って前記ＥＬＩＴに入射する、静電線形イオン・トラップ（ＥＬＩＴ）と、
前記１対のイオン・ミラーに動作可能に結合され、内部に電界を選択的に確立するための電圧を生成するように構成された少なくとも１つの電圧源であって、前記電界が、前記入射するイオン・ビームにおける少なくとも２つのイオンを前記ＥＬＩＴ内に捕捉し、前記少なくとも２つの捕捉したイオンが前記電荷検出シリンダを通過する毎に、前記１対のイオン・ミラー間で前後に発振させるように構成される、少なくとも１つの電圧源と、
前記ＥＬＩＴ内に続いて捕捉された前記少なくとも２つのイオンを、少なくとも２本の異なる平面状イオン発振軌道によって、その内部で発振させるように、前記ＥＬＩＴのイオン入射アパーチャに入射する前記イオン・ビームの軌道を制御する手段であって、前記少なくとも２本の異なる平面状イオン発振軌道が、前記長手方向軸を中心として互いに角度的に偏位し、各々が前記長手方向軸に沿って延び、前記１対のイオン・ミラーの各々において前記長手方向軸と交差する、手段と、
を備える、電荷検出質量分光分析計（ＣＤＭＳ）。

【請求項12】

請求項１１記載のＣＤＭＳであって、更に、
前記少なくとも１つの電圧源に電気的に結合されたプロセッサと、
内部に命令が格納されているメモリであって、前記命令が前記プロセッサによって実行されると、前記イオン・ミラー内に前記電界を選択的に確立するための電圧を生成するように、前記プロセッサに前記少なくとも１つの電圧源を制御させる、メモリと、
を備える、ＣＤＭＳ。

【請求項13】

請求項１２記載のＣＤＭＳにおいて、前記メモリに格納されている命令が、更に、前記プロセッサによって実行されると、前記１対のイオン・ミラーのいずれかまたは双方に、イオン透過電界またはイオン反射電界を選択的に確立するための電圧を生成するように、前記プロセッサに前記少なくとも１つの電圧源を制御させる命令を含み、前記イオン透過電界が、前記１対のイオン・ミラーのそれぞれを通過したイオンを前記長手方向軸に向けて収束するように構成され、前記イオン反射電界が、前記電荷検出シリンダから前記１対のイオン・ミラーのそれぞれに入射するイオンに、停止させ、逆方向に加速させ、逆向きに前記電荷検出シリンダを通過して、前記１対のイオン・ミラーの内他方に向けさせつつ、前記イオンを前記長手方向軸に向けて収束するように構成される、ＣＤＭＳ。

【請求項14】

請求項１３記載のＣＤＭＳにおいて、前記メモリに格納されている命令が、更に、前記プロセッサによって実行されると、前記入射するイオン・ビームにおけるイオンが前記１対のイオン・ミラーおよび前記電荷検出シリンダを通過して前記ＥＬＩＴから出射するように、前記１対のイオン・ミラーの各々に前記イオン透過電界を確立するための電圧を生成するように、前記プロセッサに前記少なくとも１つの電圧源を制御させ、続いて、前記１対のイオン・ミラーの各々に前記イオン反射電界を確立することによって前記複数のイオンを前記ＥＬＩＴ内に捕捉するための電圧を生成するように、前記少なくとも１つの電圧源を制御させ、更に前記複数の捕捉されたイオンが前記電荷検出シリンダを通過する毎に、前記複数の捕捉されたイオンを前記１対のイオン・ミラー間を前後に発振させ、対応するイオン電荷をその上に誘発させる命令を含む、ＣＤＭＳ。

【請求項15】

請求項１３記載のＣＤＭＳであって、更に、前記電荷検出シリンダに動作可能に結合された入力と、前記プロセッサに動作可能に結合された出力とを有する電荷プリアンプを備え、前記電荷プリアンプが、前記通過するイオンによって前記電荷検出シリンダ上に誘発された電荷に応答して、対応する電荷検出信号を生成するように構成され、
前記メモリに格納されている前記命令が、更に、前記プロセッサによって実行されると、前記プロセッサに、前記少なくとも２つのイオンが前記電荷検出シリンダを複数回通過する間、前記電荷検出信号を前記メモリに記録させ、前記記録した電荷検出信号を処理させて、前記少なくとも２つの捕捉したイオンの各々について、イオン電荷およびイオン質量電荷比またはイオン質量を判定させる命令を含む、ＣＤＭＳ。

【請求項16】

請求項１４または請求項１５記載のＣＤＭＳにおいて、前記メモリに格納されている命令が、更に、前記プロセッサによって実行されると、前記１対のイオン・ミラーの前記第１イオン・ミラー内に前記イオン透過電界を維持しつつ、前記１対のイオン・ミラーの第２イオン・ミラー内に前記イオン反射電界を確立するための電圧を生成するように、前記少なくとも１つの電圧源を制御することによって、前記１対のイオン・ミラーの各々に前記イオン反射電界を確立するための電圧を生成するように、前記プロセッサに前記少なくとも１つの電圧源を制御させ、前記１対のイオン・ミラーの前記第２イオン・ミラー内に前記イオン反射電界を確立して規定時間の後、前記１対のイオン・ミラーの前記第１イオン・ミラー内に前記イオン反射電界を確立するための電圧を生成するように、前記少なくとも１つの電圧源を制御させる命令を含む、ＣＤＭＳ。

【請求項17】

請求項１５記載のＣＤＭＳにおいて、前記メモリに格納されている命令が、更に、前記プロセッサによって実行されると、前記１対のイオン・ミラーの前記第１イオン・ミラー内に前記イオン透過電界を維持しつつ、前記１対のイオン・ミラーの第２イオン・ミラー内に前記イオン反射電界を確立するための電圧を生成するように、前記少なくとも１つの電圧源を制御することによって、前記１対のイオン・ミラーの各々に前記イオン反射電界を確立するための電圧を生成するように、前記プロセッサに前記少なくとも１つの電圧源を制御させ、続いて、前記プロセッサが前記電荷検出信号の１つを受け取ったときに、前記１対のイオン・ミラーの前記第１イオン・ミラーに前記イオン反射電界を確立するための電圧を生成するように、前記少なくとも１つの電圧源を制御させる命令を含む、ＣＤＭＳ。

【請求項18】

請求項１５記載のＣＤＭＳにおいて、前記メモリに格納されている命令が、更に、前記プロセッサによって実行されると、前記プロセッサが前記電荷検出信号の１つを受け取ったときに、前記１対のイオン・ミラーの各々に同時に前記イオン反射電界を確立するための電圧を生成するように前記少なくとも１つの電圧源を制御することによって、前記１対のイオン・ミラーの各々において前記イオン反射電界を確立するための電圧を生成するように、前記プロセッサに前記少なくとも１つの電圧源を制御させる命令を含む、ＣＤＭＳ。

【請求項19】

請求項１１から１８までのいずれか１項記載のＣＤＭＳにおいて、前記ＥＬＩＴのイオン入射口に入射する前記イオン・ビームの軌道を制御する手段が、前記長手方向軸に対する前記入射するイオン・ビームの半径方向オフセット、および前記長手方向に対する前記入射するイオン・ビームの角度の内少なくとも１つを制御する手段を含む、ＣＤＭＳ。

【請求項20】

請求項１１から１９までのいずれか１項記載のＣＤＭＳにおいて、前記ＥＬＩＴのイオン入射口に入射する前記イオン・ビームの軌道を制御する手段が、
前記供給されたイオン・ビームの軌道を判定する手段と、
前記供給されたイオン・ビームの軌道を修正すると、前記ＥＬＩＴのイオン入射アパーチャに入射するように、前記供給されたイオン・ビームの軌道を修正する手段と、
を含む、ＣＤＭＳ。

【請求項21】

複数のイオンを同時に測定する電荷検出質量分光分析計（ＣＤＭＳ）であって、
イオン・ビームを生成し供給するように構成されたイオン源と、
１対の同軸状に整列されたイオン・ミラーと、その間に配置された細長電荷検出シリンダとを含む静電線形イオン・トラップ（ＥＬＩＴ）であって、前記細長電荷検出シリンダが、前記ＥＬＩＴの長手方向軸が各々の中央を通過するように、前記１対のイオン・ミラーと同軸状に整列され、前記１対のイオン・ミラーの内第１イオン・ミラーが、前記長手方向軸を中心とするイオン入射アパーチャを定め、前記供給されたイオン・ビームが、前記イオン入射アパーチャを通って前記ＥＬＩＴに入射する、静電線形イオン・トラップ（ＥＬＩＴ）と、
前記１対のイオン・ミラーに動作可能に結合され、内部に電界を選択的に確立するための電圧を生成するように構成された少なくとも１つの電圧源であって、前記電界が、前記入射するイオン・ビームにおける少なくとも２つのイオンを前記ＥＬＩＴ内に捕捉し、前記少なくとも２つの捕捉したイオンが前記電荷検出シリンダを通過する毎に、前記１対のイオン・ミラー間で前後に発振させるように構成される、少なくとも１つの電圧源と、
前記ＥＬＩＴ内に続いて捕捉された前記少なくとも２つのイオンを、少なくとも２本の異なる円筒状イオン発振軌道によって、その内部で発振させるように、前記ＥＬＩＴのイオン入射アパーチャに入射する前記イオン・ビームの軌道を制御する手段であって、前記少なくとも２本の異なる円筒状イオン発振軌道が、前記長手方向軸を中心として互いに半径方向に偏位し、各々前記長手方向軸に沿って延びる少なくとも２つの入れ子円筒状軌道を形成する、手段と、
を備える、電荷検出質量分光分析計（ＣＤＭＳ）。

【請求項22】

請求項２１記載のＣＤＭＳであって、更に、
前記少なくとも１つの電圧源に電気的に結合されたプロセッサと、
内部に命令が格納されているメモリであって、前記命令が前記プロセッサによって実行されると、前記イオン・ミラー内に前記電界を選択的に確立するための電圧を生成するように、前記プロセッサに前記少なくとも１つの電圧源を制御させる、メモリと、
を備える、ＣＤＭＳ。

【請求項23】

請求項２２記載のＣＤＭＳにおいて、前記メモリに格納されている命令が、更に、前記プロセッサによって実行されると、前記１対のイオン・ミラーのいずれかまたは双方に、イオン透過電界またはイオン反射電界を選択的に確立するための電圧を生成するように、前記プロセッサに前記少なくとも１つの電圧源を制御させる命令を含み、前記イオン透過電界が、前記１対のイオン・ミラーのそれぞれを通過したイオンを前記長手方向軸に向けて収束するように構成され、前記イオン反射電界が、前記電荷検出シリンダから前記１対のイオン・ミラーのそれぞれに入射するイオンに、停止させ、逆方向に加速させ、逆に前記電荷検出シリンダを通過して、前記１対のイオン・ミラーの内他方に向けさせつつ、前記イオンを前記長手方向軸に向けて収束するように構成される、ＣＤＭＳ。

【請求項24】

請求項２３記載のＣＤＭＳにおいて、前記メモリに格納されている命令が、更に、前記プロセッサによって実行されると、前記入射するイオン・ビームにおけるイオンが前記１対のイオン・ミラーおよび前記電荷検出シリンダを通過して前記ＥＬＩＴから出射するように、前記１対のイオン・ミラーの各々に前記イオン透過電界を確立するための電圧を生成するように、前記プロセッサに前記少なくとも１つの電圧源を制御させ、続いて、前記１対のイオン・ミラーの各々に前記イオン反射電界を確立することによって前記複数のイオンを前記ＥＬＩＴ内に捕捉するための電圧を生成するように、前記少なくとも１つの電圧源を制御させ、更に前記複数の捕捉されたイオンが前記電荷検出シリンダを通過する毎に、前記複数の捕捉されたイオンを前記１対のイオン・ミラー間を前後に発振させ、対応するイオン電荷をその上に誘発させる命令を含む、ＣＤＭＳ。

【請求項25】

請求項２３記載のＣＤＭＳであって、更に、前記電荷検出シリンダに動作可能に結合された入力と、前記プロセッサに動作可能に結合された出力とを有する電荷プリアンプを備え、前記電荷プリアンプが、前記通過するイオンによって前記電荷検出シリンダ上に誘発された電荷に応答して、対応する電荷検出信号を生成するように構成され、
前記メモリに格納されている前記命令が、更に、前記プロセッサによって実行されると、前記プロセッサに、前記少なくとも２つのイオンが前記電荷検出シリンダを複数回通過する間、前記電荷検出信号を前記メモリに記録させ、前記記録した電荷検出信号を処理させて、前記少なくとも２つの捕捉したイオンの各々について、イオン電荷およびイオン質量電荷比またはイオン質量を判定させる命令を含む、ＣＤＭＳ。

【請求項26】

請求項２４または請求項２５記載のＣＤＭＳにおいて、前記メモリに格納されている命令が、更に、前記プロセッサによって実行されると、前記１対のイオン・ミラーの前記第１イオン・ミラー内に前記イオン透過電界を維持しつつ、前記１対のイオン・ミラーの第２イオン・ミラー内に前記イオン反射電界を確立するための電圧を生成するように、前記少なくとも１つの電圧源を制御することによって、前記１対のイオン・ミラーの各々に前記イオン反射電界を確立するための電圧を生成するように、前記プロセッサに前記前記少なくとも１つの電圧源を制御させ、前記１対のイオン・ミラーの前記第２イオン・ミラー内に前記イオン反射電界を確立して規定時間の後、前記１対のイオン・ミラーの前記第１イオン・ミラー内に前記イオン反射電界を確立するための電圧を生成するように、前記少なくとも１つの電圧源を制御させる命令を含む、ＣＤＭＳ。

【請求項27】

請求項２５記載のＣＤＭＳにおいて、前記メモリに格納されている命令が、更に、前記プロセッサによって実行されると、前記１対のイオン・ミラーの前記第１イオン・ミラー内に前記イオン透過電界を維持しつつ、前記１対のイオン・ミラーの第２イオン・ミラー内に前記イオン反射電界を確立するための電圧を生成するように、前記少なくとも１つの電圧源を制御することによって、前記１対のイオン・ミラーの各々に前記イオン反射電界を確立するための電圧を生成するように、前記プロセッサに前記少なくとも１つの電圧源を制御させ、続いて、前記プロセッサが前記電荷検出信号の１つを受け取ったときに、前記１対のイオン・ミラーの前記第１イオン・ミラーに前記イオン反射電界を確立するための電圧を生成するように、前記少なくとも１つの電圧源を制御させる命令を含む、ＣＤＭＳ。

【請求項28】

請求項２５記載のＣＤＭＳにおいて、前記メモリに格納されている命令が、更に、前記プロセッサによって実行されると、前記プロセッサが前記電荷検出信号の１つを受け取ったときに、前記１対のイオン・ミラーの各々に同時に前記イオン反射電界を確立するための電圧を生成するように前記少なくとも１つの電圧源を制御することによって、前記１対のイオン・ミラーの各々において前記イオン反射電界を確立するための電圧を生成するように、前記プロセッサに前記少なくとも１つの電圧源を制御させる命令を含む、ＣＤＭＳ。

【請求項29】

請求項２１から１８までのいずれか１項記載のＣＤＭＳにおいて、前記ＥＬＩＴのイオン入射口に入射する前記イオン・ビームの軌道を制御する手段が、前記長手方向軸に対する前記入射するイオン・ビームの半径方向オフセット、および前記ＥＬＩＴを通過し前記長手方向軸に平行な少なくとも１つの他の軸に対する前記入射するイオン・ビームの角度を制御する手段を含む、ＣＤＭＳ。

【請求項30】

請求項２１から２９までのいずれか１項記載のＣＤＭＳにおいて、前記ＥＬＩＴのイオン入射口に入射する前記イオン・ビームの軌道を制御する手段が、
前記供給されたイオン・ビームの軌道を判定する手段と、
前記供給されたイオン・ビームの軌道を修正すると、前記ＥＬＩＴのイオン入射アパーチャに入射するように、前記供給されたイオン・ビームの軌道を修正する手段と、
を含む、ＣＤＭＳ。

【請求項31】

イオン分離システムであって、
請求項１から３０までのいずれか１項記載のＣＤＭＳと、
前記イオン源によって生成され供給されたイオン・ビームを、少なくとも１つの分子特性の関数として分離するように構成された少なくとも１つのイオン分離機器であって、前記供給されたイオン・ビームの内前記ＥＬＩＴに入射するイオンが、生成されたイオン・ビームから分離され、前記少なくとも１つのイオン分離機器から出射する、少なくとも１つのイオン分離機器と、
を備える、イオン分離システム。

【請求項32】

請求項３１記載のシステムにおいて、前記少なくとも１つのイオン分離機器が、質量電荷比の関数としてイオンを分離する少なくとも１つの機器、イオン移動度の関数としてイオンを時間的に分離する少なくとも１つの機器、イオン保持時間の関数としてイオンを分離する少なくとも１つの機器、および分子サイズの関数としてイオンを分離する少なくとも１つの機器の内の１つまたは任意の組み合わせを含む、システム。

【請求項33】

請求項３２記載のシステムにおいて、前記少なくとも１つのイオン分離機器が、質量分光分析計およびイオン移動度分光分析計の内の１つまたは組み合わせを含む、システム。

【請求項34】

請求項３１から３３までのいずれか１項記載のシステムであって、更に、前記イオン源と前記少なくとも１つのイオン分離機器との間に位置付けられた少なくとも１つのイオン処理機器を備え、前記イオン源と前記少なくとも１つのイオン分離機器との間に位置付けられた前記少なくとも１つのイオン処理機器が、イオンを収集または格納する少なくとも１つの機器、分子特性にしたがってイオンをフィルタリングする少なくとも１つの機器、イオンを解離させる少なくとも１つの機器、およびイオン荷電状態を正規化するまたは移す少なくとも１つの機器の内の１つまたは任意の組み合わせを含む、システム。

【請求項35】

請求項３１から３４までのいずれか１項記載のシステムであって、更に、前記少なくとも１つのイオン分離機器と前記ＥＬＩＴとの間に位置付けられた少なくとも１つのイオン処理機器を備え、前記少なくとも１つのイオン分離機器と前記ＥＬＩＴとの間に位置付けられた前記少なくとも１つのイオン処理機器が、イオンを収集または格納する少なくとも１つの機器、分子特性にしたがってイオンをフィルタリングする少なくとも１つの機器、イオンを解離させる少なくとも１つの機器、およびイオン荷電状態を正規化するまたは移す少なくとも１つの機器の内の１つまたは任意の組み合わせを含む、システム。

【請求項36】

請求項３０から３４までのいずれか１項記載のシステムにおいて、前記システムが、更に、前記ＥＬＩＴから出射したイオンを受け取り、前記ＥＬＩＴから出射し受け取ったイオンを、少なくとも１つの分子特性の関数として、分離するように位置付けられた少なくとも１つのイオン分離機器を備える、システム。

【請求項37】

請求項３６記載のシステムであって、更に、前記ＥＬＩＴと前記少なくとも１つのイオン分離機器との間に位置付けられた少なくとも１つのイオン処理機器を備え、前記ＥＬＩＴと前記少なくとも１つのイオン分離機器との間に位置付けられた少なくとも１つのイオン処理機器が、イオンを収集または格納する少なくとも１つの機器、分子特性にしたがってイオンをフィルタリングする少なくとも１つの機器、イオンを解離させる少なくとも１つの機器、およびイオン荷電状態を正規化するまたは移す少なくとも１つの機器の内の１つまたは任意の組み合わせを含む、システム。

【請求項38】

請求項３６記載のシステムであって、更に、前記ＥＬＩＴから出射したイオンを受け取るようにそれ自体位置付けられた前記少なくとも１つのイオン分離機器から出射したイオンを受け取るように位置付けられた少なくとも１つのイオン処理機器を備え、前記ＥＬＩＴから出射したイオンを受け取るように位置付けられた前記少なくとも１つのイオン分離機器から出射したイオンを受け取るように位置付けられた少なくとも１つのイオン処理機器が、イオンを収集または格納する少なくとも１つの機器、分子特性にしたがってイオンをフィルタリングする少なくとも１つの機器、イオンを解離させる少なくとも１つの機器、およびイオン荷電状態を正規化するまたは移す少なくとも１つの機器の内の１つまたは任意の組み合わせを含む、システム。

【請求項39】

請求項３０から３４までのいずれか１項記載のシステムにおいて、前記システムが、更に、前記ＥＬＩＴから出射したイオンを受け取るように位置付けられた少なくとも１つのイオン処理機器を備え、前記ＥＬＩＴから出射したイオンを受け取るように位置付けられた前記少なくとも１つのイオン処理機器が、イオンを収集または格納する少なくとも１つの機器、分子特性にしたがってイオンをフィルタリングする少なくとも１つの機器、イオンを解離させる少なくとも１つの機器、およびイオン荷電状態を正規化するまたは移す少なくとも１つの機器の内の１つまたは任意の組み合わせを含む、システム。

【請求項40】

イオン分離システムであって、
試料からイオンを生成するように構成されたイオン源と、
前記生成されたイオンを、質量電荷比の関数として、分離するように構成された第１質量分光分析計と、
前記第１質量分光分析計から出射したイオンを受け取るように位置付けられ、前記第１質量分光分析計から出射したイオンを解離するように構成されたイオン解離ステージと、
前記イオン解離ステージから出射した解離イオンを、質量電荷比の関数として、分離するように構成された第２質量分光分析計と、
前記イオン・ビームを生成および供給する前記イオン源が、前記第１質量分光分析計および前記イオン解離ステージのいずれかまたは双方を含むように、前記イオン解離ステージと並列に結合された請求項１から３０までのいずれか１項記載の電荷検出質量分光分析計（ＣＤＭＳ）と、
を備え、
前記第１質量分光分析計から出射した先駆イオンの質量が、前記ＣＤＭＳを使用して測定され、閾値質量未満の質量値を有する前駆イオンの解離イオンの質量電荷比が、前記第２質量分光分析計を使用して測定され、前記閾値質量以上の質量値を有する先駆イオンの解離イオンの質量電荷比および電荷値が、前記ＣＤＭＳを使用して測定される、イオン分離システム。

【請求項41】

静電線形イオン・トラップ（ＥＬＩＴ）に供給されるイオン・ビームにおいて少なくとも２つのイオンを同時に測定する方法であって、前記静電線形イオン・トラップ（ＥＬＩＴ）が、１対の同軸状に整列されたイオン・ミラーと、これらの間に配置された細長電荷検出シリンダであって、前記ＥＬＩＴの長手方向軸が各々の中央を通過するように前記イオン・ミラーと同軸状に整列された、細長電荷検出シリンダとを含み、前記１対のイオン・ミラーの内第１のイオン・ミラーが、前記長手方向軸を中心としてイオン入射アパーチャを定め、前記供給されたイオン・ビームが、前記イオン入射アパーチャを通って前記ＥＬＩＴに入射し、前記方法が、
前記ＥＬＩＴのイオン入射アパーチャに供給された前記イオン・ビームを、前記１対のイオン・ミラーの各々および前記電荷検出シリンダ、ならびに前記１対のイオン・ミラーの内第２のイオン・ミラーによって定められたイオン出射口に通過させるために、イオン透過電界を確立する電圧を前記１対のミラーに印加するように、少なくとも１つの電圧源を制御するステップであって、各イオン透過電界が、これを通過するイオンを前記長手方向に向けて収束するように構成される、ステップと、
前記ＥＬＩＴのイオン入射アパーチャに供給された前記イオン・ビームにおけるイオンの内少なくとも２つを前記ＥＬＩＴに捕捉するために、前記１対のイオン・ミラーに印加する電圧を修正してイオン反射電界を確立するように、前記少なくとも１つの電圧源を制御するステップであって、各イオン反射電界が、前記電荷検出シリンダから前記１対のイオン・ミラーのそれぞれに入射するイオンに、停止させ、逆方向に加速させ、逆向きに前記電荷検出シリンダを通過させて、前記１対のイオン・ミラーの内他方に向けさせつつ、前記イオンを前記長手方向軸に向けて収束するように構成される、ステップと、
前記ＥＬＩＴ内に続いて捕捉された前記少なくとも２つのイオンを、少なくとも２本の異なる平面状イオン発振軌道によって、その内部で発振させるように、前記ＥＬＩＴのイオン入射アパーチャに入射する前記イオン・ビームの軌道を制御するステップであって、前記少なくとも２本の異なる平面状イオン発振軌道が前記長手方向軸を中心として互いに角度的に偏位し、各々が前記長手方向軸に沿って延び、前記１対のイオン・ミラーの各々において前記長手方向軸と交差する、ステップと、
を含む、方法。

【請求項42】

請求項４１記載の方法において、前記イオン・ビームの軌道を制御するステップが、前記イオン・ビームを平行化イオン・ビームとして生成し、前記長手方向軸を中心とする半径方向オフセットの分布で、前記イオン入射アパーチャに入射するように、前記平行化イオン・ビームを制御するステップを含む、方法。

【請求項43】

請求項４１記載の方法において、前記イオン・ビームの軌道を制御するステップが、前記イオン・ビームを平行化イオン・ビームとして生成するステップと、前記イオン入射アパーチャに入射するように、前記平行化イオン・ビームを制御するステップと、次いで、前記１対のイオン・ミラーの前記第１のイオン・ミラー内における前記イオン透過電界を選択的に修正し、その収束パワーを変化させて、前記入射する平行化イオン・ビームに、前記ＥＬＩＴ内部の前記長手方向軸上にある焦点に向かう角度収斂を分与するように、前記少なくとも１つの電圧源を制御するステップとを含む、方法。

【請求項44】

静電線形イオン・トラップ（ＥＬＩＴ）に供給されるイオン・ビームにおいて少なくとも２つのイオンを同時に測定する方法であって、前記静電線形イオン・トラップ（ＥＬＩＴ）が、１対の同軸状に整列されたイオン・ミラーと、これらの間に配置された細長電荷検出シリンダであって、前記ＥＬＩＴの長手方向軸が各々の中央を通過するように前記イオン・ミラーと同軸状に整列された、細長電荷検出シリンダとを含み、前記１対のミラーの内第１のイオン・ミラーが、前記長手方向軸を中心としてイオン入射アパーチャを定め、前記供給されたイオン・ビームが、前記イオン入射アパーチャを通って前記ＥＬＩＴに入射し、前記方法が、
前記ＥＬＩＴのイオン入射アパーチャに供給された前記イオン・ビームを、前記１対のイオン・ミラーの各々および前記電荷検出シリンダ、ならびに前記１対のイオン・ミラーの内第２のイオン・ミラーによって定められたイオン出射口に通過させるために、イオン透過電界を確立する電圧を前記１対のミラーに印加するように、少なくとも１つの電圧源を制御するステップであって、各イオン透過電界が、これを通過するイオンを前記長手方向に向けて収束するように構成される、ステップと、
前記ＥＬＩＴのイオン入射アパーチャに供給された前記イオン・ビームにおけるイオンの内少なくとも２つを前記ＥＬＩＴに捕捉するために、前記１対のイオン・ミラーに印加する電圧を修正し、イオン反射電界を確立するように、前記少なくとも１つの電圧源を制御するステップであって、各イオン反射電界が、前記電荷検出シリンダから前記１対のイオン・ミラーのそれぞれに入射するイオンに、停止させ、逆方向に加速させ、逆向きに前記電荷検出シリンダを通過させて、前記１対のイオン・ミラーの内他方に向けさせつつ、前記イオンを前記長手方向軸に向けて収束するように構成される、ステップと、
前記ＥＬＩＴ内に続いて捕捉された前記少なくとも２つのイオンを、少なくとも２本の異なる円筒状イオン発振軌道によって、その内部で発振させるように、前記ＥＬＩＴのイオン入射アパーチャに入射する前記イオン・ビームの軌道を制御するステップであって、前記少なくとも２本の異なる円筒状イオン発振軌道が前記長手方向軸を中心として互いに半径方向に偏位し、各々前記長手方向軸に沿って延びる少なくとも２つの入れ子円筒状イオン発振軌道を形成する、ステップと、
を含む、方法。

【請求項45】

請求項４４記載の方法において、前記イオン・ビームの軌道を制御するステップが、前記イオン・ビームを平行化イオン・ビームとして生成し、前記イオン入射アパーチャにおける前記長手方向軸に沿った点に、前記平行化ビームを収束し、前記長手方向軸に対して半径方向のオフセットの線に沿って前記イオンの収束点を掃引するステップを含む、方法。

【請求項46】

請求項４４記載の方法において、前記イオン・ビームの軌道を制御するステップが、前記イオン・ビームを平行化イオン・ビームとして生成し、前記平行化ビームを、前記イオン入射アパーチャにおける平面に収束し、前記収束した面を前記長手方向軸に対してずらすステップを含む、方法。

【請求項47】

請求項４４記載の方法において、前記イオン・ビームの軌道を制御するステップが、前記イオン・ビームを、長手方向軸に対して半径方向オフセットの分布と、前記長手方向軸と平行な２本以上の半径方向オフセット線に対する発散角度の分布とを含むイオンの非平行化ビームとして生成するステップと、前記イオン入射アパーチャに入射するように、前記イオンの非平行化ビームを制御するステップとを含む、方法。

【請求項48】

請求項４４から４７までのいずれか１項記載の方法において、前記イオン・ビームの軌道を制御するステップが、前記入射するイオン・ビームの半径方向オフセットのそれぞれの大きさを制御することによって、前記長手方向軸に対する前記少なくとも２つの円筒状イオン発振軌道の内任意のものの内径および外径を制御するステップを含む、方法。

【請求項49】

請求項４４から４８までのいずれか１項記載の方法において、前記イオン・ビームの軌道を制御するステップが、前記入射するイオン・ビームの発散角度のそれぞれの大きさを制御することによって、前記少なくとも２つの円筒状イオン発振軌道の内任意のものの内径と外径との間の厚さを制御するステップを含む、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願に対する相互引用
[0001] 本願は、２０１８年１２月３日に出願された米国仮特許出願第６２／７７４，７０３号の権利および優先権を主張する。この特許出願をここで引用したことにより、その内容全体が本願にも含まれるものとする。

【0002】

政府の実施権
[0002] 本発明は、全米科学財団によって授与された契約第ＣＨＥ１５３１８２３の下で政府支援によって行われた。米国政府は本発明において一定の権利を有する。

【0003】

技術分野
[0003] 本開示は、一般的には、電荷検出質量分光分析機器に関し、更に特定すれば、静電線形イオン・トラップによって複数のイオンを同時に分析する機器に関する。

【従来技術】

【0004】

[0004] 質量分光分析法は、イオン質量および電荷にしたがって物質の気体イオンを分離することによって、物質の化学成分の識別を可能にする。このような分離イオンの質量を判定するために、種々の機器が開発されており、このような機器の１つに電荷検出質量分光分析計（ＣＤＭＳ：charge detection mass spectrometer）がある。ＣＤＭＳは、イオン毎に個々に、測定されたイオンの質量電荷比および測定されたイオン電荷の関数として、イオン質量を判定する、従来からの単一粒子機器および技法である。質量電荷比を、通例、「ｍ／ｚ」と呼ぶ。このようなＣＤＭＳ機器の中には、イオンが電荷検出シリンダ全域にわたって前後に発振させられる静電線形イオン・トラップ（ＥＬＩＴ：electrostatic linear ion trap）検出器を採用するものがある。このような電荷検出シリンダにイオンを複数回通過させることによって、イオン毎に複数回の測定を可能にし、次いでこのような複数の測定値を処理して、イオンｍ／ｚおよび電荷を判定し、これらからイオン質量を計算することができる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

[0005] 単一粒子ＣＤＭＳは、時間を浪費するプロセスであり、質量スペクトルを測定して入手するために、通例、数時間を要する。試料分析期間を短縮するＣＤＭＳ機器および技法を開発することが望ましい。

【課題を解決するための手段】

【0006】

[0006] 本開示は、添付する請求項に記載する特徴の内１つ以上、および／または以下の特徴ならびにその組み合わせの内１つ以上を含むことができる。第１の態様において、 複数のイオンを同時に測定する電荷検出質量分光分析計（ＣＤＭＳ）は、イオン・ビームを生成し供給するように構成されたイオン源と、１対の同軸状に整列されたイオン・ミラーと、その間に配置された細長電荷検出シリンダとを含む静電線形イオン・トラップ（ＥＬＩＴ）であって、細長電荷検出シリンダが、ＥＬＩＴの長手方向軸が各々の中央を通過するように、１対のイオン・ミラーと同軸状に整列され、１対のイオン・ミラーの内第１イオン・ミラーが、長手方向軸を中心とするイオン入射アパーチャを定め、供給されたイオン・ビームが、イオン入射アパーチャを通ってＥＬＩＴに入射する、静電線形イオン・トラップ（ＥＬＩＴ）と、１対のイオン・ミラーに動作可能に結合され、内部に電界を選択的に確立するための電圧を生成するように構成された少なくとも１つの電圧源であって、電界が、入射するイオン・ビームにおける複数のイオンをＥＬＩＴ内に捕捉し、複数の捕捉したイオンが 電荷検出シリンダを通過する毎に、１対のイオン・ミラー間で前後に発振させるように構成される、少なくとも１つの電圧源と、ＥＬＩＴ内に続いて捕捉された複数のイオンを、対応する複数の異なる平面状イオン発振軌道または対応する複数の異なる円筒状イオン発振軌道によって、その内部で発振させるように、ＥＬＩＴのイオン入射アパーチャに入射するイオン・ビームの軌道を制御する手段であって、対応する複数の異なる平面状イオン発振軌道が、長手方向軸を中心として互いに角度的に偏位し、各々が長手方向軸に沿って延び、１対のイオン・ミラーの各々において長手方向軸と交差し、対応する複数の異なる円筒状イオン発振軌道が、長手方向軸を中心として互いに半径方向に偏位し、複数の入れ子円筒状軌道を形成し、各円筒状軌道が長手方向軸に沿って延びる、手段とを備えることができる。

【0007】

[0007] 第２の態様において、複数のイオンを同時に測定する電荷検出質量分光分析計（ＣＤＭＳ）は、イオン・ビームを生成し供給するように構成されたイオン源と、１対の同軸状に整列されたイオン・ミラーと、その間に配置された細長電荷検出シリンダとを含む静電線形イオン・トラップ（ＥＬＩＴ）であって、細長電荷検出シリンダが、ＥＬＩＴの長手方向軸が各々の中央を通過するように、１対のイオン・ミラーと同軸状に整列され、１対のイオン・ミラーの内第１イオン・ミラーが、長手方向軸を中心とするイオン入射アパーチャを定め、供給されたイオン・ビームが、イオン入射アパーチャを通ってＥＬＩＴに入射する、静電線形イオン・トラップ（ＥＬＩＴ）と、１対のイオン・ミラーに動作可能に結合され、内部に電界を選択的に確立するための電圧を生成するように構成された少なくとも１つの電圧源であって、電界が、入射するイオン・ビームにおける少なくとも２つのイオンをＥＬＩＴ内に捕捉し、少なくとも２つの捕捉したイオンが電荷検出シリンダを通過する毎に、１対のイオン・ミラー間で前後に発振させるように構成される、少なくとも１つの電圧源と、ＥＬＩＴ内に続いて捕捉された少なくとも２つのイオンを、少なくとも２本の異なる平面状イオン発振軌道によって、その内部で発振させるように、ＥＬＩＴのイオン入射アパーチャに入射するイオン・ビームの軌道を制御する手段であって、少なくとも２本の異なる平面状イオン発振軌道が、長手方向軸を中心として互いに角度的に偏位し、各々が長手方向軸に沿って延び、１対のイオン・ミラーの各々において長手方向軸と交差する、手段とを備えることができる。

【0008】

[0008] 第３の態様において、複数のイオンを同時に測定する電荷検出質量分光分析計（ＣＤＭＳ）は、イオン・ビームを生成し供給するように構成されたイオン源と、１対の同軸状に整列されたイオン・ミラーと、その間に配置された細長電荷検出シリンダとを含む静電線形イオン・トラップ（ＥＬＩＴ）であって、細長電荷検出シリンダが、ＥＬＩＴの長手方向軸が各々の中央を通過するように、１対のイオン・ミラーと同軸状に整列され、１対のイオン・ミラーの内第１イオン・ミラーが、長手方向軸を中心とするイオン入射アパーチャを定め、供給されたイオン・ビームが、イオン入射アパーチャを通ってＥＬＩＴに入射する、静電線形イオン・トラップ（ＥＬＩＴ）と、１対のイオン・ミラーに動作可能に結合され、内部に電界を選択的に確立するための電圧を生成するように構成された少なくとも１つの電圧源であって、電界が、入射するイオン・ビームにおける少なくとも２つのイオンをＥＬＩＴ内に捕捉し、少なくとも２つの捕捉したイオンが電荷検出シリンダを通過する毎に、１対のイオン・ミラー間で前後に発振させるように構成される、少なくとも１つの電圧源と、 ＥＬＩＴ内に続いて捕捉された少なくとも２つのイオンを、少なくとも２本の異なる円筒状イオン発振軌道によって、その内部で発振させるように、ＥＬＩＴのイオン入射アパーチャに入射するイオン・ビームの軌道を制御する手段であって、少なくとも２本の異なる円筒状イオン発振軌道が、長手方向軸を中心として互いに半径方向に偏位し、各々長手方向軸に沿って延びる少なくとも２つの入れ子円筒状軌道を形成する、手段とを備えることができる。

【0009】

[0009] 第４の態様において、イオン分離システムは、第１、第２、または第３の態様のいずれかにおいて先に記載したＣＤＭＳと、イオン源によって生成され供給されたイオン・ビームを、少なくとも１つの分子特性の関数として分離するように構成された少なくとも１つのイオン分離機器であって、供給されたイオン・ビームの内ＥＬＩＴに入射するイオンが、生成されたイオン・ビームから分離され、少なくとも１つのイオン分離機器から出射する、少なくとも１つのイオン分離機器とを備えることができる。

【0010】

[0010] 第５の態様において、イオン分離システムは、試料からイオンを生成するように構成されたイオン源と、生成されたイオンを、質量電荷比の関数として分離するように構成された第１質量分光分析計と、第１質量分光分析計から出射したイオンを受け取るように位置付けられ、第１質量分光分析計から出射したイオンを解離するように構成されたイオン解離ステージと、イオン解離ステージから出射した解離イオンを、質量電荷比の関数として、分離するように構成された第２質量分光分析計と、イオン・ビームを生成および供給するイオン源が、第１質量分光分析計およびイオン解離ステージのいずれかまたは双方を含むように、イオン解離ステージと並列に結合された、第１、第２、第３の態様のいずれかにおいて先に記載した電荷検出質量分光分析計（ＣＤＭＳ）とを備えることができる。第１質量分光分析計から出射した先駆イオンの質量が、ＣＤＭＳを使用して測定され、閾値質量未満の質量値を有する前駆イオンの解離イオンの質量電荷比が、第２質量分光分析計を使用して測定され、閾値質量以上の質量値を有する先駆イオンの解離イオンの質量電荷比および電荷値が、ＣＤＭＳを使用して測定される。

【0011】

[0011] 第６の態様において、静電線形イオン・トラップ（ＥＬＩＴ）に供給されるイオン・ビームにおいて少なくとも２つのイオンを同時に測定する方法を提供する。静電線形イオン・トラップ（ＥＬＩＴ）は、１対の同軸状に整列されたイオン・ミラーと、これらの間に配置された細長電荷検出シリンダであって、ＥＬＩＴの長手方向軸が各々の中央を通過するようにイオン・ミラーと同軸状に整列された、細長電荷検出シリンダとを含み、１対のミラーの内第１のイオン・ミラーが、長手方向軸を中心としてイオン入射アパーチャを定め、供給されたイオン・ビームが、イオン入射アパーチャを通ってＥＬＩＴに入射する。この方法は、ＥＬＩＴのイオン入射アパーチャに供給されたイオン・ビームを、１対のイオン・ミラーの各々および電荷検出シリンダ、ならびに１対のイオン・ミラーの内第２のイオン・ミラーによって定められたイオン出射口に通過させるために、イオン透過電界を確立する電圧を１対のミラーに印加するように、少なくとも１つの電圧源を制御するステップであって、各イオン透過電界が、これを通過するイオンを長手方向に向けて収束するように構成される、ステップと、ＥＬＩＴのイオン入射アパーチャに供給されたイオン・ビームにおけるイオンの内少なくとも２つをＥＬＩＴに捕捉するために、１対のイオン・ミラーに印加する電圧を修正してイオン反射電界を確立するように、少なくとも１つの電圧源を制御するステップであって、各イオン反射電界が、電荷検出シリンダから１対のイオン・ミラーのそれぞれに入射するイオンに、停止させ、逆方向に加速させ、逆向きに電荷検出シリンダを通過させて、１対のイオン・ミラーの内他方に向けさせつつ、イオンを長手方向軸に向けて収束するように構成される、ステップと、ＥＬＩＴ内に続いて捕捉された少なくとも２つのイオンを、少なくとも２本の異なる平面状イオン発振軌道によって、その内部で発振させるように、ＥＬＩＴのイオン入射アパーチャに入射するイオン・ビームの軌道を制御するステップであって、少なくとも２本の異なる平面状イオン発振軌道が長手方向軸を中心として互いに角度的に偏位し、各々が長手方向軸に沿って延び、１対のイオン・ミラーの各々において長手方向軸と交差する、ステップとを含むことができる。

【0012】

[0012] 第７の態様において、静電線形イオン・トラップ（ＥＬＩＴ）に供給されるイオン・ビームにおいて少なくとも２つのイオンを同時に測定する方法を提供する。静電線形イオン・トラップ（ＥＬＩＴ）は、１対の同軸状に整列されたイオン・ミラーと、これらの間に配置された細長電荷検出シリンダであって、ＥＬＩＴの長手方向軸が各々の中央を通過するようにイオン・ミラーと同軸状に整列された、細長電荷検出シリンダとを含み、１対のミラーの内第１のイオン・ミラーが、長手方向軸を中心としてイオン入射アパーチャを定め、供給されたイオン・ビームが、イオン入射アパーチャを通ってＥＬＩＴに入射する。この方法は、ＥＬＩＴのイオン入射アパーチャに供給されたイオン・ビームを、１対のイオン・ミラーの各々および電荷検出シリンダ、ならびに１対のイオン・ミラーの内第２のイオン・ミラーによって定められたイオン出射口に通過させるために、イオン透過電界を確立する電圧を１対のミラーに印加するように、少なくとも１つの電圧源を制御するステップであって、各イオン透過電界が、これを通過するイオンを長手方向に向けて収束するように構成される、ステップと、ＥＬＩＴのイオン入射アパーチャに供給されたイオン・ビームにおけるイオンの内少なくとも２つをＥＬＩＴに捕捉するために、１対のイオン・ミラーに印加する電圧を修正し、イオン反射電界を確立するように、少なくとも１つの電圧源を制御するステップであって、各イオン反射電界が、電荷検出シリンダから１対のイオン・ミラーのそれぞれに入射するイオンに、停止させ、逆方向に加速させ、逆向きに電荷検出シリンダを通過させて、１対のイオン・ミラーの内他方に向けさせつつ、イオンを長手方向軸に向けて収束するように構成される、ステップと、ＥＬＩＴ内に続いて捕捉された少なくとも２つのイオンをその内部で発振させるように、ＥＬＩＴのイオン入射アパーチャに入射するイオン・ビームの軌道を制御するステップであって、少なくとも２本の異なる円筒状イオン発振軌道が長手方向軸を中心として互いに半径方向に偏位し、各々長手方向軸に沿って延びる少なくとも２つの入れ子円筒状イオン発振軌道を形成する、ステップとを含むことができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】制御および測定コンポーネントが結合された静電線形イオン・トラップ（ＥＬＩＴ）の実施形態を含むＣＤＭＳシステムの簡略図である。

【図2A】図１に示すＥＬＩＴにおいて、イオン・ミラーＭ１のミラー電極を制御してイオン透過電界を内部に生成する、イオン・ミラーＭ１の拡大図である。

【図2B】図１に示すＥＬＩＴにおいて、イオン・ミラーＭ２のミラー電極を制御してイオン反射電界を内部に生成する、イオン・ミラーＭ２の拡大図である。

【図3】図１に示すプロセッサの実施形態の簡略図である。

【図4A】図１のＥＬＩＴの簡略図であり、少なくとも１つのイオンをＥＬＩＴに捕獲し(capture)、イオン・ミラー間および電荷検出シリンダ全域において前後にイオン（１つまたは複数）を発振させて、複数の電荷検出イベントを測定および記録するための、イオン・ミラーのシーケンス制御ならびに動作を明確に示す。

【図4B】図１のＥＬＩＴの簡略図であり、少なくとも１つのイオンをＥＬＩＴに捕獲し(capture)、イオン・ミラー間および電荷検出シリンダ全域において前後にイオン（１つまたは複数）を発振させて、複数の電荷検出イベントを測定および記録するための、イオン・ミラーのシーケンス制御ならびに動作を明確に示す。

【図4C】図１のＥＬＩＴの簡略図であり、少なくとも１つのイオンをＥＬＩＴに捕獲し(capture)、イオン・ミラー間および電荷検出シリンダ全域において前後にイオン（１つまたは複数）を発振させて、複数の電荷検出イベントを測定および記録するための、イオン・ミラーのシーケンス制御ならびに動作を明確に示す。

【図5A】三次元直交座標系を重ね合わせ、座標系の原点をＥＬＩＴのイオン入射口に位置付けた、図１～図２ＢのＥＬＩＴの簡略斜視断面図である。

【図5B】図示する座標系のＹ－Ｚ平面に沿って見たときの、図５ＡのＥＬＩＴのイオン入射口の一部の拡大図である。

【図5C】図示する座標系のＸ－Ｙ平面に沿って見たときの、図５ＡのＥＬＩＴのイオン入射口の一部の拡大図である。

【図6】図５Ａ～図５Ｃに示す三次元座標系に関連する図１～図２Ｂおよび図５ＡのＥＬＩＴ内における、平面状イオン発振軌道例のプロットである。

【図7】図５Ａ～図５Ｃに示す三次元座標系に関連する図１～図２Ｂおよび図５ＡのＥＬＩＴ内における、円筒状イオン発振軌道例のプロットである。

【図8】図５Ａ～図５Ｃに示す三次元座標系に関連する図１～図２Ｂおよび図５ＡのＥＬＩＴ内に同時に捕捉された、２つのイオンの直交平面状発振軌道(orthogonal planar oscillation trajectories)例を表す、図６と同様のプロットである。

【図9】図５Ａ～図５Ｃに示す三次元座標系に関連する図１～図２Ｂおよび図５ＡのＥＬＩＴ内に同時に捕捉された、２つのイオンの入れ子円筒状発振軌道(nested cylindrical oscillation trajectories)例を表す、図７と同様のプロットである。

【図10】断面線１０－１０に沿って見たときの、図９の２つの入れ子円筒状発振軌道プロットの断面図である。

【図11】ＥＬＩＴに入射するイオンの軌道を選択的に制御し、平面状または円筒状発振軌道の分布によって、複数のイオンの同時捕捉を達成するための軌道制御装置を含む電荷検出質量分光分析計の実施形態の簡略図である。

【図12】図１１の軌道制御装置を動作させるためのプロセスの実施形態を示す簡略フロー・チャートである。

【発明を実施するための形態】

【0014】

[0028] 本開示の原理の理解を促進するという目的のために、これより添付図面に示す複数の例示的な実施形態を参照し、これらを説明するために特定的な文言を使用する。

【0015】

[0029] 本開示は、各々静電線形イオン・トラップ（ＥＬＩＴ）内において異なる発振軌道を有する複数のイオンの同時捕捉および個別測定を可能にするように、ＥＬＩＴに入射するイオンの軌道を制御することによって、電荷検出質量分光分析計（ＣＤＭＳ）のＥＬＩＴ検出器を用いて、複数のイオンを同時に分析するための装置および技法に関する。一実施形態では、ＥＬＩＴ内において、捕捉されたイオンが互いに相互作用する可能性が非常に低い、平面状発振軌道外形(geometry)を優先する(favor)ように、イオン入射軌道を制御することができる。他の実施形態では、ＥＬＩＴ内において、捕捉されたイオンが互いにさほど相互作用しない、円筒状発振軌道外形を優先するように、イオン入射軌道を制御することができる。いずれの場合でも、このようにＥＬＩＴを用いて複数のイオンを同時に分析することにより、従来の単一イオン捕捉技法を使用して達成可能なものよりも、試料分析時間を大幅に短縮することができる。

【0016】

[0030] ＥＬＩＴの動作に関して、そして本開示に限って言えば、「電荷検出イベント」(charge detection event)という語句は、イオンが１回ＥＬＩＴの電荷検出器を通過することに伴う電荷の検出と定義し、「イオン測定イベント」(on measurement event)という語句は、選択された回数または選択された時間期間における、電荷検出器全域にわたるイオンの前後の発振から生じる電荷検出イベントの集合体と定義する。以下で詳しく説明するように、電荷検出器全域にわたるイオンの前後の発振は、ＥＬＩＴ内においてイオンの捕捉を制御することによって行われるので、「イオン測定イベント」という語句は、代わりに、ここでは「イオン捕捉イベント」または単に「捕捉イベント」と呼ぶこともでき、そして「イオン測定イベント」、「イオン捕捉イベント」、「捕捉イベント」という語句、およびこれらの変形は、互いに同義であると理解されることとする。

【0017】

[0031] 図１を参照すると、制御および測定コンポーネントが結合された、静電線形イオン捕捉（ＥＬＩＴ）１４の実施形態を含む電荷検出質量分光分析計（ＣＤＭＳ）システム１０が示されている。図示する実施形態では、ＣＤＭＳシステム１０は、ＥＬＩＴ１４の入射口に動作可能に結合されたイオン源１２を含む。例えば、イオン源１２は、実例として、試料からイオンを生成する任意の従来からのデバイス、装置、または技法、例えば、エレクトロスプレイ、あるいは他の従来のイオン生成デバイスでもよく、もしくは含んでもよく、更に、例えば、イオン質量、イオン質量電荷比、イオン移動度、または他の分子特性に基づいて、イオンを分離するための１つ以上のデバイスおよび／または機器、例えば、イオンの質量電荷比、イオン移動度、または他の分子特性に基づいてイオンをフィルタリングするための１つ以上のデバイスおよび／または機器、イオンを収集および／または格納するための１つ以上のデバイスまたは機器、例えば、１つ以上のイオン・トラップ、イオンを解離させるための１つ以上のデバイスおよび／または機器、１つ以上の分子特性にしたがってイオンの荷電状態を正規化するまたは移すための１つ以上のデバイスまたは機器、および／またはイオン流の方向に対して任意の順序で配列されたこれらの任意の組み合わせを含んでもよい。

【0018】

[0032] 図示する実施形態では、ＥＬＩＴ１４は、実例として、接地チェンバ(ground chamber)または円筒状ＧＣによって包囲され、対向するイオン・ミラーＭ１、Ｍ２に動作可能に結合された電荷検出器ＣＤを含む。イオン・ミラーＭ１、Ｍ２は、それぞれ、電荷検出器ＣＤの反対側の両端に位置付けられている。イオン・ミラーＭ１は、イオン源１２と電荷検出器ＣＤの一端部との間に動作可能に位置付けられ、イオン・ミラーＭ２は、電荷検出器ＣＤの逆端に動作可能に位置付けられている。各イオン・ミラーＭ１、Ｍ２は、その内部にそれぞれのイオン・ミラー領域、または空洞Ｒ１、Ｒ２を定める。イオン・ミラーＭ１、Ｍ２の領域Ｒ１、Ｒ２、電荷検出器ＣＤ、および電荷検出器ＣＤとイオン・ミラーＭ１、Ｍ２との間の空間は、一体となって、中心を貫通する長手方向軸２０を定める。長手方向軸２０は、実例として、ＥＬＩＴ１４を貫通し、イオン・ミラーＭ１、Ｍ２の間を通過する理想的なイオン移動路を表す。これについては、以下で更に詳しく説明する。

【0019】

[0033] 図示する実施形態では、電圧源Ｖ１、Ｖ２が、それぞれ、イオン・ミラーＭ１、Ｍ２に電気的に接続されている。各電圧源Ｖ１、Ｖ２は、実例として、１つ以上の切り替え可能なＤＣ電圧源を含む。ＤＣ電圧源は、ある数Ｎのプログラム可能または制御可能な電圧を選択的に生成するように、制御またはプログラミングすることができる。ここで、Ｎは任意の正の整数としてよい。以下で詳しく説明するように、イオン・ミラーＭ１、Ｍ２の各々の２つの異なる動作モードの１つを確立するための、このような電圧の実例について、図２Ａおよび図２Ｂに関して以下で説明する。いずれの場合でも、イオンは、ＥＬＩＴ１４内において、長手方向軸２２の近くを移動する。長手方向軸２２は、電圧源Ｖ１、Ｖ２によって選択的に確立される電界の影響下で、電荷検出器ＣＤおよびイオン・ミラーＭ１、Ｍ２の中央を貫通する。

【0020】

[0034] 電圧源Ｖ１、Ｖ２は、実例をあげると、Ｐ本の信号経路によって、電気的に従来のプロセッサ１６に接続されて示されている。プロセッサ１６は、命令が内部に格納されているメモリ１８を含む。命令がプロセッサ１６によって実行されると、それぞれのイオン・ミラーＭ１、Ｍ２の領域Ｒ１、Ｒ２内に、イオン透過電界ＴＥＦおよびイオン反射電界ＲＥＦをそれぞれ選択的に確立するために、所望のＤＣ出力電圧を生成するようにプロセッサ１６に電圧源Ｖ１、Ｖ２を制御させる。Ｐは、任意の正の整数としてよい。ある代替実施形態では、電圧源Ｖ１、Ｖ２のいずれかまたは双方が、１つ以上の一定出力電圧を選択的に生成するようにプログラミングされてもよい。他の代替実施形態では、電圧源Ｖ１、Ｖ２のいずれかまたは双方が、任意の所望の形状の１つ以上の時間可変出力電圧を生成するように構成されてもよい。尚、代替実施形態では、もっと多いまたはもっと少ない電圧源がミラーＭ１、Ｍ２に電気的に接続されてもよいことは理解されよう。

【0021】

[0035] 電荷検出器ＣＤは、実例として、導電性電荷検出シリンダの形態で設けられている。導電性電荷検出シリンダは、電荷感応プリアンプ(charge sensitive preamplifier)ＣＰの信号入力に電気的に接続され、電荷プリアンプＣＰの信号出力はプロセッサ１６に電気的に接続されている。実例として、イオン源１２からＥＬＩＴ１４内にイオンを導入させ、ＥＬＩＴ１４がイオンを選択的に捕獲し閉じ込めて、捕獲されたイオンが内部で発振して繰り返し電荷検出器ＣＤを通過するように、電圧源Ｖ１、Ｖ２を制御する。イオンがＥＬＩＴ１４内に捕獲され、即ち、捕捉され、イオン・ミラーＭ１、Ｍ２間を前後に発振することにより、電荷プリアンプＣＰは、実例として、イオンがイオン・ミラーＭ１、Ｍ２間で電荷検出シリンダＣＤを通過するときに電荷検出シリンダＣＤ上に誘発される電荷（ＣＨ）を検出し、それに対応する電荷検出信号（ＣＨＤ）を生成するように、従来通りに動作可能である。複数のイオン電荷および発振期間値が、電荷検出器ＣＤにおいて、内部に捕獲されたイオン毎に測定され、以下で更に詳しく説明するように、結果が記録され、処理されて、イオン電荷および質量値を判定する。

【0022】

[0036] 更に、プロセッサ１６は、実例として、１つ以上の周辺デバイス２０（ＰＤ）に結合されている。周辺デバイス２０（ＰＤ）は、周辺デバイス信号入力（１つまたは複数）（ＰＤＳ）をプロセッサ１６に供給し、および／またはプロセッサ１６は周辺デバイス２０（ＰＤ）に信号周辺デバイス信号出力(signal peripheral device signal output)（１つまたは複数）（ＰＤＳ）を供給する。ある実施形態では、周辺デバイス２０は、従来のディスプレイ・モニタ、プリンタ、および／または他の出力デバイスの内少なくとも１つを含み、このような実施形態では、メモリ１８は、プロセッサ１６によって実行されると、格納およびディジタル化された電荷検出信号の分析を表示および／または記録するように、プロセッサ１６に、１つ以上のこのような出力周辺デバイス２０を制御させる命令が、内部に格納されている。

【0023】

[0037] これより図２Ａおよび図２Ｂを参照して、図１に図示したＥＬＩＴ１４のイオン・ミラーＭ１、Ｍ２の実施形態をそれぞれ示す。実例として、イオン・ミラーＭ１、Ｍ２は互いに同一であり、各々が、離間された４つの導電性ミラー電極のカスケード状配列を含む。イオン・ミラーＭ１、Ｍ２の各々について、第１ミラー電極３０_１は厚さＷ１を有し、直径Ｐ１の中央を貫通する通路を定める。エンドキャップ３２が第１ミラー電極３０_１の外面に固定またそうでなければ結合され、中央を貫通するアパーチャＡ１を定める。アパーチャＡ１は、対応するイオン・ミラーＭ１、Ｍ２それぞれへおよび／または対応するイオン・ミラーＭ１、Ｍ２それぞれからのイオンの入射口および／または出射口として機能する。イオン・ミラーＭ１の場合、エンドキャップ３２は、図１に示すイオン源１２のイオン出射口に結合されるか、またはその一部となる。各エンドキャップ３２のアパーチャＡ１は、実例として、直径Ｐ２を有する。

【0024】

[0038] 各イオン・ミラーＭ１、Ｍ２の第２ミラー電極３０_２は、第１ミラー電極３０_１から、幅Ｗ２を有する空間だけ離間されている。第２ミラー電極３０_２は、ミラー電極３０_１と同様、厚さＷ１を有し、直径Ｐ２の中央を貫通する通路を定める。各イオン・ミラーＭ１、Ｍ２の第３ミラー電極３０_３も同様に、第２ミラー電極３０_２から幅Ｗ２の空間だけ離間されている。第３ミラー電極３０_３は、厚さＷ１を有し、中央を貫通する幅Ｐ１の通路を定める。

【0025】

[0039] 第４ミラー電極３０_４は、第３ミラー電極３０_３から幅Ｗ２の空間だけ離間されている。第４ミラー電極３０_４は、実例として、Ｗ１の厚さを有し、電荷検出器ＣＤの周囲に配置された接地シリンダＧＣのそれぞれの端部によって形成される。第４ミラー電極３０_４は、中央を貫通するアパーチャＡ２を定める。アパーチャＡ２は、実例として、円錐形状をなし、接地シリンダＧＣの内面と外面との間で、接地シリンダＧＣの内面において定められた直径Ｐ３から、接地シリンダＧＣの外面（それぞれのイオン・ミラーＭ１、Ｍ２の内面でもある）における直径Ｐ１まで線形に増大する。

【0026】

[0040] ミラー電極３０_１～３０_４の間に定められた空間は、ある実施形態では、空隙、即ち、真空ギャップでもよく、他の実施形態では、このようなギャップに１つ以上の非導電性材料、例えば、誘電体材料を充填してもよい。ミラー電極３０_１～３０_４およびエンドキャップ３２は、軸方向に整列されており、即ち、共線状であり、長手方向軸２２が、整列された各通路の中央を貫通し、更にアパーチャＡ１、Ａ２の中央を貫通するようになっている。ミラー電極３０_１～３０_４間の空間が１つ以上の非導電性材料を含む実施形態では、このような材料も同様に、それらを貫通するそれぞれの通路を定める。これらの通路は、ミラー電極３０_１～３０_４を貫通して定められた通路と軸方向に整列され、即ち、共線状であり、実例としてＰ２以上の直径を有する。実例をあげると、Ｐ１＞Ｐ３＞Ｐ２であるが、他の実施形態では、他の相対的直径構成も可能である。

【0027】

[0041] 領域Ｒ１が、イオン・ミラーＭ１のアパーチャＡ１、Ａ２間に定められ、他の領域Ｒ２も、同様に、イオン・ミラーＭ２のアパーチャＡ１、Ａ２間に定められている。領域Ｒ１、Ｒ２は、実例をあげると、互いに形状および容積が同一である。

【0028】

[0042] 先に説明したように、電荷検出器ＣＤは、実例として、イオン・ミラーＭ１、Ｍ２のそれぞれ対応するものの間に位置付けられ、幅Ｗ３の空間だけ離間された細長い導電性シリンダの形態で設けられている。一実施形態では、Ｗ１＞Ｗ３＞Ｗ２、およびＰ１＞Ｐ３＞Ｐ２であるが、代替実施形態では、他の相対的幅構成も可能である。いずれの場合でも、長手方向軸２２は、実例として、長手方向軸２２がイオン・ミラーＭ１、Ｍ２および電荷検出シリンダＣＤの結合体(combination)の中央を貫通するように、電荷検出シリンダＣＤを貫通して定められた通路の中央を貫通する。動作において、接地シリンダＧＣは、実例として、各イオン・ミラーＭ１、Ｍ２の第４ミラー電極３０_４が常時接地電位となるように、接地電位に制御される。ある代替実施形態では、イオン・ミラーＭ１、Ｍ２のいずれかまたは双方の第４ミラー電極３０_４は、任意の所望のＤＣ基準電位に、または切り替え可能なＤＣに、または他の時間可変電圧源に設定されてもよい。

【0029】

[0043] 図２Ａおよび図２Ｂに示す実施形態では、電圧源Ｖ１、Ｖ２は、各々、４つのＤＣ電圧Ｄ１～Ｄ４を生成し、電圧Ｄ１～Ｄ４をそれぞれのイオン・ミラーＭ１、Ｍ２のミラー電極３０_１～３０_４のそれぞれに供給するように各々構成されている。ミラー電極３０_１～３０_４の内１つ以上が常時接地電位に保持される実施形態では、このようなミラー電極３０_１～３０_４の１つ以上が、代わりに、それぞれの電圧源Ｖ１、Ｖ２の接地基準に電気的に接続されてもよく、対応する１つ以上の電圧出力Ｄ１～Ｄ４が省略されてもよい。あるいはまたは加えて、ミラー電極３０_１～３０_４の内任意の２つ以上が同じ非ゼロＤＣ値に制御される実施形態では、任意のこのような２つ以上のミラー電極３０_１～３０_４が電圧出力Ｄ１～Ｄ４の内の１つに電気的に接続されてもよく、出力電圧Ｄ１～Ｄ４の内余分なものは省略されてもよい。

【0030】

[0044] 各イオン・ミラーＭ１、Ｍ２は、実例として、電圧Ｄ１～Ｄ４の選択的印加によって、イオン透過モード（図２Ａ）とイオン反射モード（図２Ｂ）との間で制御可能であり切り替え可能である。イオン透過モードでは、それぞれの電圧源Ｖ１、Ｖ２によって生成された電圧Ｄ１～Ｄ４がそれぞれの領域Ｒ１、Ｒ２においてイオン透過電界（ＴＥＦ）を確立し、イオン反射モードでは、それぞれの電圧源Ｖ１、Ｖ２によって生成された電圧Ｄ１～Ｄ４が、それぞれの領域Ｒ１、Ｒ２においてイオン反射電界（ＲＥＦ）を確立する。図２Ａにおける例によって示されるように、一旦イオン源１２からのイオンがイオン・ミラーＭ１の入射アパーチャＡ１を抜けてイオン・ミラーＭ１の領域Ｒ１に飛び込むと、このイオンは、Ｖ１の電圧Ｄ１～Ｄ４の選択的制御によってイオン・ミラーＭ１の領域Ｒ１内に確立されたイオン透過電界ＴＥＦによって、イオン・トラップの長手方向２２に向かって収束されていく。イオン・ミラーＭ１の領域Ｒ１における透過電界のイオン軌道上での収束効果の結果、イオン・ミラーＭ１のアパーチャＡ２を抜けてイオン・ミラーＭ１の領域Ｒ１から出射するイオンは、電荷検出器ＣＤを貫通する狭い軌道に到達し(attain)、即ち、長手方向軸２２に近い電荷検出器ＣＤを通るイオン移動経路(path of ion travel)を維持する。電圧源Ｖ２の電圧Ｄ１～Ｄ４の同様の制御によって、イオン・ミラーＭ２の領域Ｒ２内において、同じイオン透過電界ＴＥＦを選択的に確立することもできる。イオン透過モードでは、Ｍ２のアパーチャＡ２を抜けて電荷検出シリンダＣＤから領域Ｒ２に入射するイオンは、領域Ｒ２内におけるイオン透過電界ＴＥＦによって、長手方向軸２２に向けて収束され、イオン・ミラーＭ２の出射アパーチャＡ１を通過する。

【0031】

[0045] 図２Ｂにおける例によって示されるように、Ｖ２の電圧Ｄ１～Ｄ４の選択的制御によってイオン・ミラーＭ２の領域Ｒ２内に確立されたイオン反射電界ＲＥＦは、Ｍ２のイオン入射アパーチャＡ２を抜けて電荷検出シリンダＣＤからイオン領域Ｒ２に入射するイオンを減速および停止させるように作用し、イオン軌道３８によって示すように、停止したイオンを逆方向に直ちに加速させて、Ｍ２のアパーチャＡ２を抜けて、Ｍ２に隣接する電荷検出シリンダCＤの端部にまで進ませるように作用し、このイオンをイオン・ミラーＭ２の領域Ｒ２内において中央長手方向軸２2に向けて収束し、電荷検出器CＤを貫通するイオンの狭い軌道を維持するように作用する。電圧源Ｖ１の電圧Ｄ１～Ｄ４の同様の制御によって、イオン・ミラーＭ１の領域Ｒ１内に、同じイオン反射電界ＲＥＦを選択的に確立することもできる。イオン反射モードにおいて、Ｍ１のアパーチャＡ２を抜けて電荷検出シリンダＣＤから領域Ｒ１に入ったイオンは、領域Ｒ１内部に確立されたイオン反射電界ＲＥＦによって減速および停止させられ、次いで逆方向に加速されて、Ｍ１のアパーチャＡ２を抜けてＭ１に隣接する電荷検出シリンダＣＤの端部にまで進められ、イオン・ミラーＭ１の領域Ｒ１内において中央長手方向軸２２に向かって収束され、電荷検出器ＣＤを貫通するイオンの狭い軌道を維持する。イオン・トラップの長さにわたって横断し、イオンがイオン・トラップの長さに沿って前後に移動し続けることを可能にするように、イオン領域Ｒ１、Ｒ２におけるイオン反射電界ＲＥＦによって反射されたイオンは、捕捉されたと見なされる。

【0032】

[0046] イオン・ミラーＭ１、Ｍ２のそれぞれを、前述のイオン透過および反射モードに制御するために、そしてイオン透過および反射モード間で制御するために、電圧源Ｖ１、Ｖ２によってそれぞれ生成される１組の出力電圧Ｄ１～Ｄ２の複数の例を、以下の表１に示す。尚、Ｄ１～Ｄ４の以下の値は、一例として提示されるに過ぎず、Ｄ１～Ｄ４の内１つ以上に、代わりに他の値を使用してもよいことは理解されよう。

【0033】

【表1】

【0034】

[0047] イオン・ミラーＭ１、Ｍ２および電荷検出シリンダＣＤは、図１～図２Ｂでは、それらを通過する円筒状通路を定めるように示されているが、代替実施形態では、長手方向軸２２が中央を通過する通路（１つまたは複数）の１つ以上が、円形でない断面エリアおよび外周を表すように、イオン・ミラーＭ１、Ｍ２のいずれかまたは双方、および／または電荷検出シリンダＣＤが、それらを通過する非円筒状通路を定めてもよいことは理解されよう。更に他の実施形態では、断面外周の形状に関係なく、イオン・ミラーＭ１を貫通するように定められる通路の断面エリアは、イオン・ミラーＭ２を貫通するように定められる通路とは異なってもよい。

【0035】

[0048] これより図３を参照して、図１に示したプロセッサ１６の実施形態を示す。図示する実施形態では、プロセッサ１６は従来の増幅回路４０を含む。増幅回路４０は、電荷プリアンプＣＰによって生成された電荷検出信号ＣＨＤを受け取る入力と、従来のアナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器４２の入力に電気的に接続された出力とを有する。Ａ／Ｄ変換器４２の出力は、第１コンピューティング・デバイスまたは回路５０（Ｐ１）に電気的に接続されている。増幅器４０は、電荷プリアンプＣＰによって生成された電荷検出信号ＣＨＤを増幅するように、従来通りに動作可能であり、一方Ａ／Ｄ変換器は、増幅された電荷検出信号をディジタル電荷検出信号ＣＤＳに変換するように、従来通りに動作可能である。コンピューティング・デバイス５０は、実例として、１つ以上の従来のメモリ・ユニットを含み、またはこれに結合され、コンピューティング・デバイス５０は、実例として、イオン測定イベントにおける電荷検出イベント毎に、電荷検出信号ＣＤＳを内部に格納し、処理回路５０のメモリに格納されるイオン測定イベント記録が複数の電荷検出イベント測定値を含むように動作可能である。

【0036】

[0049] 図３に示すプロセッサ１６は、更に、従来の比較器４４を含む。比較器４４は、電荷プリアンプＣＰによって生成された電荷検出信号ＣＨＤを受け取る第１入力と、閾値電圧生成器（ＴＧ）４６によって生成された閾値電圧ＣＴＨを受け取る第２入力と、コンピューティング・デバイス５０に電気的に接続された出力とを有する。比較器４４は、実例をあげると、その出力においてトリガ信号ＴＲを生成するように、従来通りに動作可能である。トリガ信号ＴＲは、閾値電圧ＣＴＨの振幅(magnitude)に対する電荷検出信号ＣＤＨの振幅に依存する。一実施形態では、例えば、比較器４４は、ＣＨＤがＣＴＨ未満である限り、基準電圧、例えば、接地電位またはその付近の「インナクティブ」トリガ信号ＴＲを生成するように動作可能であり、更にＣＨＤがＣＴＨ以上のとき、回路４０、４２、４４、４６、５０の供給電圧またはその付近の「アクティブ」ＴＲ信号を生成するように動作可能である。代替実施形態では、比較器４４は、ＣＨＤがＣＴＨ未満である限り、供給電圧またはその付近の「インナクティブ」トリガ信号ＴＲを生成するように動作可能であってもよく、更にＣＨＤがＣＴＨ以上のとき、基準電位またはその付近の「アクティブ」トリガ信号 ＴＲを生成するように動作可能である。尚、他の異なるトリガ信号振幅および／または異なるトリガ信号極性も、このような異なるトリガ信号振幅および／または異なるトリガ信号極性がコンピューティング・デバイス５０によって区別可能である限り、トリガ信号ＴＲの「インナクティブ」および「アクティブ」状態を確定するために使用することができることは、当業者には認められよう。更に、このような他の異なるトリガ信号振幅および／または異なるトリガ信号極性は、本開示の範囲内に該当することを意図していることも理解されよう。いずれの場合でも、比較器４４は、基準電圧と供給電圧との間における出力の素早い切り替わりを防止するために、更に所望量のヒステリシスを含むように、従来通りに設計することもできる。

【0037】

[0050] 図示する実施形態では、コンピューティング・デバイス５０は、閾値電圧生成器４６を制御して、閾値電圧ＣＴＨを生成するように動作可能、即ち、プログラミングされる。一実施形態では、閾値電圧生成器４６は、実例をあげると、従来の制御可能なＤＣ電圧源の形態で実装される。制御可能なＤＣ電圧源は、例えば、１つのシリアル・ディジタル信号または複数のパラレル・ディジタル信号の形態のディジタル閾値制御信号ＴＨＣに応答して、ディジタル閾値制御信号ＴＨＣによって定められる極性および振幅を有するアナログ閾値電圧ＣＴＨを生成するように構成される。代替実施形態では、閾値電圧生成器４６は、従来のディジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）変換器の形態で設けられてもよい。ディジタル／アナログ（D／A）変換器は、シリアルまたはパラレル・ディジタル閾値電圧ＴＣＨ に応答して、ディジタル閾値制御信号ＴＨＣによって定められる振幅、およびある実施形態では極性を有するアナログ閾値電圧ＣＴＨを生成するように構成される。このようなある実施形態では、Ｄ／Ａ変換器がプロセッサ回路５０の一部を形成してもよい。尚、所望の振幅および／または極性の閾値電圧ＣＴＨを選択的に生成するための他の従来の回路および技法も、当業者には認められよう。そして、任意のこのような他の従来の回路および／または技法は、本開示の範囲内に該当することを意図していることは理解されよう。

【0038】

[0051] コンピューティング・デバイス５０は、図２Ａ、図２Ｂに関して先に説明したように、電圧源Ｖ１、Ｖ２を制御して、イオン・ミラーＭ１、Ｍ２の領域Ｒ１、Ｒ２内にそれぞれ選択的にイオン透過および反射電界を確立するように動作可能である。一実施形態では、コンピューティング・デバイス５０は、実例として、丁度説明したように、電荷検出イベントおよびイオン測定イベントのために電荷検出信号ＣＤＳを収集および格納し、閾値電圧 ＣＴＨの振幅および／または極性を判定するまたは導き出す元となる閾値制御信号（１つまたは複数）ＴＨＣを生成し、更に、比較器４４によって生成されたトリガ出力信号ＴＲを監視することによって判定された閾値電圧ＣＴＨに対する電荷検出信号ＣＨＤに基づいて、電圧源Ｖ１、Ｖ２を制御するようにプログラミングされたフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ)の形態で設けられる。この実施形態では、図１に関して説明したメモリ１８は、ＦＰＧＡのプログラミングに統合され、その一部を形成する。代替実施形態では、コンピューティング・デバイス５０は、１つ以上の従来のマイクロプロセッサまたはコントローラ、およびその内部に組み込まれまたはそれに結合され、命令が内部に格納されている１つ以上の付随するメモリ・ユニットを含んでもよく、および／またはそれらの形態で設けられてもよい。命令が１つ以上のマイクロプロセッサまたはコントローラによって実行されると、１つ以上のマイクロプロセッサまたはコントローラに、丁度説明したように動作させる。他の代替実施形態では、コンピューティング・デバイス５０は、先に説明した通りに動作するように設計された１つ以上の従来のハードウェア回路または特定用途のハードウェア回路の形態で純粋に、または１つ以上のこのようなハードウェア回路と、先に説明した通りに動作するためにメモリに格納された命令を実行するように動作可能な少なくとも１つのマイクロプロセッサまたはコントローラとの組み合わせとして実装されてもよい。

【0039】

[0052] いずれの場合でも、図３に示したプロセッサ１６の実施形態は、更に、実例として、第１コンピューティング・デバイス５０に結合され、更に図１に示す１つ以上の周辺デバイス２０にも結合された第２コンピューティング・デバイス５２を含む。ある代替実施形態では、コンピューティング・デバイス５２は１つ以上の周辺デバイス２０の内少なくとも１つを含んでもよい。いずれの場合でも、コンピューティング・デバイス５２は、実例として、第１コンピューティング・デバイス５０によって格納されたイオン測定イベント情報を処理して、イオン質量情報を判定するように動作可能である。コンピューティング・デバイス５２は、１つ以上の従来のマイクロプロセッサおよび／またはコントローラ、１つ以上のプログラマブル回路、例えば、１つ以上のフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ、および／または１つ以上の特定用途集積回路（ＡＳＩＣ）であってもよく、またはこれらを含んでもよい。ある実施形態では、コンピューティング・デバイス５２は、イオン質量情報の分析の少なくとも一部の量を判定、表示、格納、および実行するために、イオン測定イベント情報を処理することができる、即ち、十分な計算パワーを有する任意の従来のコンピュータまたはコンピューティング・デバイスの形態で設けられてもよい。一実施形態では、コンピューティング・デバイス５２は従来のパーソナル・コンピュータ（ＰＣ）の形態で設けられてもまたは含まれてもよいが、他の実施形態では、コンピューティング・デバイス５２は、更に大きなまたは小さなコンピューティング・パワーを有する１つ以上のコンピュータもしくはコンピューティング・デバイスであってもよく、あるいは含んでもよい。

【0040】

[0053] 電圧源Ｖ１、Ｖ２は、実例として、イオンをイオン源１２からＥＬＩＴ１４に導入させ、次いで導入されたイオンを選択的に捕獲させ、捕獲されたイオンがＭ１およびＭ２間で電荷検出器ＣＤを繰り返し通過するように、ＥＬＩＴ１４内に閉じ込めて発振させるために、イオン・ミラーＭ１の領域Ｒ１およびイオン・ミラーＭ２の領域Ｒ２にイオン透過電界およびイオン反射電界を選択的に確立するように、コンピューティング・デバイス５０によって制御される。図４Ａ～図４Ｃを参照すると、図１のＥＬＩＴ１４の簡略図が示され、ＥＬＩＴ１４のイオン・ミラーＭ１、Ｍ２のこのようなシーケンス制御および動作の例を表す。以下の例では、コンピューティング・デバイス５０が、そのプログラミングにしたがって、電圧源Ｖ１、V２の動作を制御するというように説明するが、代替実施形態では、電圧源Ｖ１の動作および／または電圧源Ｖ１の動作は、少なくとも部分的に、コンピューティング・デバイス５２によって、そのプログラミングにしたがって制御されてもよいことは理解されよう。

【0041】

[0054] 図４Ａに示すように、ＥＬＩＴ制御シーケンスが開始すると、コンピューティング・デバイス５０が電圧源Ｖ１を制御して、イオン・ミラーＭ１の領域Ｒ１内にイオン透過電界を確立することによって、イオン・ミラーＭ１をイオン透過動作モード（Ｔ）に制御し、更に電圧源Ｖ２を制御して、同様にイオン・ミラーＭ２の領域Ｒ２内にイオン透過電界を確立することによって、イオン・ミラーＭ２をイオン透過動作モード（Ｔ）に制御する。その結果、イオン源１２によって生成されたイオンは、イオン・ミラーＭ１内に引き込まれ、領域Ｒ１内に確立されたイオン透過電界によって、Ｍ１を透過し、即ち、加速して、電荷検出シリンダＣＤ内に入る。次いで、イオンは、電荷検出シリンダＣＤを通過し、イオン・ミラーＭ２に入射し、図４Ａに図示したイオン軌道６０によって示すように、Ｍ２の領域Ｒ２内部に確立されたイオン透過電界が、イオンを透過即ち加速させて、Ｍ２の出射アパーチャＡ１を通過させる。

【0042】

[0055] これより図４Ｂを参照すると、イオン・ミラーＭ１、Ｍ２の双方が選択した時間期間だけ、および／または、例えば、コンピューティング・デバイス５０によって捕獲された電荷検出信号ＣＤＳを監視することによって、イオン透過に成功するまでイオン透過動作モードで動作した後、コンピューティング・デバイス５０は、実例として、電圧源Ｖ２を制御して、図示のように、イオン・ミラーＭ２の領域Ｒ２内にイオン反射電界を確立しつつ、イオン・ミラーＭ１をイオン透過動作モード（Ｔ）に維持することによって、イオン・ミラーＭ２をイオン反射動作モード（Ｒ）に制御するように動作可能である。その結果、イオン源１２によって生成されたイオンはイオン・ミラーＭ１に飛び込み、図４Ａに関して丁度説明したように、領域Ｒ１内に確立されたイオン透過電界によって、Ｍ１を透過して電荷検出シリンダＣＤに入射する。次いで、イオンは電荷検出シリンダＣＤを通過し、イオン・ミラーＭ２に入射し、ここで、図４Ｂにおけるイオン軌道６２によって示すように、Ｍ２の領域Ｒ２内に確立されたイオン反射電界がイオンを反射し、逆方向に移動させ、電荷検出シリンダＣＤ内に戻す。

【0043】

[0056] これより図４Ｃを参照すると、 イオン反射電界がイオン・ミラーＭ２の領域Ｒ２内に確立された後、そしてイオンがＥＬＩＴ１４内を移動しているとき、イオンをＥＬＩＴ１４内に捕捉するために、プロセッサ回路５０は、電圧源Ｖ１を制御して、イオン・ミラーＭ１の領域Ｒ１内にイオン反射電界を確立することによって、イオン・ミラーＭ１をイオン反射動作モード（Ｒ）に制御しつつ、イオン・ミラーＭ２をイオン反射動作モード（Ｒ）に維持するように動作可能である。ある実施形態では、コンピューティング・デバイス５０は、実例として、ＥＬＩＴ１４を「ランダム捕捉モード」または「連続捕捉モード」に制御するように動作可能、即ち、プログラミング可能である。ランダム捕捉モードでは、コンピューティング・デバイス５０は、 ＥＬＩＴ１４が図４Ｂに示した状態、即ち、Ｍ１をイオン透過モード、Ｍ２をイオン反射モードとして、選択した時間期間動作した後、イオン・ミラーＭ１を反射動作モード（Ｒ）に制御するように動作可能である。選択した時間期間が経過し終えるまで、ＥＬＩＴ１４は図４Ｂに示す状態において動作するように制御される。

【0044】

[0057] ランダム捕捉動作モードを使用すると、イオンがＥＬＩＴ１４内に保有されているという確認が全くなく、Ｍ１をイオン反射動作モードに時間的に制御する(timed control)ために、ＥＬＩＴ１４内にイオンを捕捉する確率は比較的低い。ランダム捕捉動作モードの間にＥＬＩＴ１４内に捕捉されるイオンの数は、ポアソン分布に従い、単一イオン捕捉イベントの回数を最大化するようにイオン入射信号強度を調節すると、ランダム捕捉イベントにおける捕捉イベントの約３７％だけが、単一イオンを保有する(contain)ことを示すことができる。イオン入射信号強度が小さすぎる場合、捕捉イベントの殆どは空であり、大きすぎる場合、殆どが複数のイオンを保有することになる。

【0045】

[0058] 他の実施形態では、コンピューティング・デバイス５０は、ＥＬＩＴ１４を「トリガ捕捉モード」に制御するように動作可能である、即ち、プログラミングされる。トリガ捕捉モードでは、実例として、単一イオンを捕捉する確率が実質的に高くなる。トリガ捕捉モードの第１バージョンでは、コンピューティング・デバイス５０は、比較器４４によって生成されたトリガ信号ＴＲを監視し、トリガ信号ＴＲが「インナクティブ」状態から「アクティブ」状態に変化した場合／とき、ＥＬＩＴ１４内にイオンを捕捉するために、電圧源Ｖ１を制御して、イオン・ミラーＭ１を反射動作モード（Ｒ）に制御する。ある実施形態では、プロセッサ回路５０は、トリガ信号ＴＲの状態の変化の検出時に直ちに、電圧源Ｖ１を制御して、イオン・ミラーＭ１を反射モード（Ｒ）に制御するように動作可能であってもよく、他の実施形態では、プロセッサ回路５０は、トリガ信号ＴＲの状態の変化を検出した後における既定のまたは選択可能な遅延期間の経過時に、電圧源Ｖ１を制御して、反射モード（Ｒ）にイオン・ミラーＭ１を制御するように動作可能であってもよい。いずれの場合でも、トリガ信号ＴＲの「インナクティブ」状態から「アクティブ」状態への状態変化は、電荷プリアンプＣＰによって生成される電荷検出信号ＣＨＤが閾値電圧ＣＴＨに達するかまたは超過することによって生じ、したがって、内部に保有されたイオンによって電荷検出シリンダＣＤ上に誘発された電荷の検出に対応する。このように電荷検出シリンダＣＤ内にイオンが保有されると、イオン・ミラーＭ１を反射動作モード（Ｒ）に制御するためのコンピューティング・デバイス５０による電圧源Ｖ１の制御の結果、ＥＬＩＴ１４内部に単一イオンを捕捉する確率を、ランダム捕捉モードと比較して(relative to)、実質的に高めることになる。 つまり、イオンがイオン・ミラーＭ１を通ってＥＬＩＴ１４に入射し、最初に電荷検出シリンダＣＤを通過してイオン・ミラーＭ２に向かっているとして検出されると、または図４Ｂに示すようにイオン・ミラーＭ２の領域Ｒ２内に確立されているイオン反射電界によって反射された後に逆方向に電荷検出シリンダＣＤを通過したとして検出されると、このイオンをＥＬＩＴ１４内に捕捉するために、図４Ｃに示すように、イオン・ミラーＭ１を反射モード（Ｒ）に制御する。また、ランダム捕捉動作モードに関して先に端的に説明したように、トリガ捕捉によって信号強度を最適化することも望ましい。トリガ捕捉モードにおいてイオン入射信号強度を最適化すると、例えば、単一イオン捕捉イベントと全ての把握した(acquired)捕捉イベントとの間の比率として定義される捕捉効率は、ランダム捕捉の３７％と比較すると、９０％に近づくことができることが示されている。しかしながら、イオン入射信号強度が大きすぎると、捕捉効率は９０％未満になるので、イオン入射信号強度を低下させる必要がある。

【0046】

[0059] トリガ捕捉モードの第２バージョンでは、図４Ｂに示したプロセスまたはステップを省略または迂回し、図４Ａに示したようにＥＬＩＴ１４が動作して、コンピューティング・デバイス５０は、比較器４４によって生成されたトリガ信号ＴＲを監視し、トリガ信号ＴＲが「インナクティブ」から「アクティブ」状態に変化した場合／とき、イオンをＥＬＩＴ１４内に捕捉即ち捕獲するために、電圧源Ｖ１、Ｖ２の双方を制御し、それぞれのイオン・ミラーＭ１、Ｍ２を反射動作モード（Ｒ）に制御するように動作可能である。つまり、イオンがイオン・ミラーＭ１を通ってＥＬＩＴ１４に入射し、図４Ａに示すように、最初に電荷検出シリンダＣＤを通過しイオン・ミラーＭ２に向かっているものとして検出されると、イオン・ミラーＭ１およびＭ２は双方共、イオンをＥＬＩＴ１４内に捕捉するために、図４Ｃに示すように反射モード（Ｒ）に制御される。

【0047】

[0060] いずれの場合でも、イオンをＥＬＩＴ１４内に捕捉するためにイオン・ミラーＭ１、Ｍ２の双方をイオン反射動作モード（Ｒ）に制御することにより、イオンは、図４Ｃに図示したイオン軌道６４によって示すように電荷検出シリンダＣＤを通過する毎に、イオン・ミラーＭ１およびＭ２の領域Ｒ１およびＲ２内にそれぞれ確立されている逆向きのイオン反射電界によって、イオン・ミラーＭ１およびＭ２間を前後に発振させられる。一実施形態では、コンピューティング・デバイス５０は、捕捉されたイオンが電荷検出シリンダＣＤを、選択した回数だけ、通過するまで、図４Ｃに示す動作状態を維持するように動作可能である。代替実施形態では、コンピューティング・デバイス５０は、Ｍ１を（そして実施形態によってはＭ２も）イオン反射動作モード（Ｒ）に制御した後、選択した時間期間だけ、図４Ｃに示す動作状態を維持するように動作可能である。いずれの実施形態でも、イオンが電荷検出シリンダＣＤを通過する毎に得られるイオン検出イベント情報は、コンピューティング・デバイス５０内にまたはコンピューティング・デバイス５０によって、一時的に格納される。イオンが選択した回数だけ電荷検出シリンダＣＤを通過したとき、または選択した時間期間だけイオン・ミラーＭ１、Ｍ２間を前後に発振したとき、コンピューティング・デバイス５０内にまたはコンピューティング・デバイス５０によって格納されたイオン検出イベントの総数は、イオン測定イベントを定め、完了時に、イオン測定イベントがコンピューティング・デバイス５２に受け渡されるか、またはコンピューティング・デバイス５２によって引き出される。次いで、図４Ａ～図４Ｃに示すシーケンスは、図４Ａに示すシーケンスに戻り、イオン・ミラーＭ１、Ｍ２の領域Ｒ１、Ｒ２内にそれぞれイオン透過電界を確立することによって、イオン・ミラーＭ１、Ｍ２をそれぞれイオン透過動作モード（Ｔ）に制御するように、電圧源Ｖ１、Ｖ２はコンピューティング・デバイス５０によって前述のように制御される。次いで、図示するシーケンスを所望の回数だけ繰り返す。

【0048】

[0061] 一実施形態では、イオン測定イベント・データは、例えば、コンピューティング・デバイス５２またはコンピューティング・デバイス５０によるコンピューティング、記録した電荷検出イベントの集合体、即ち、記録したイオン測定イベント・データのフーリエ変換によって処理される。実例をあげると、コンピューティング・デバイス５２は、例えば、従来の高速フーリエ変換（ＦＦＴ）アルゴリズムのような、しかしこれには限定されない、任意の従来のディジタル・フーリエ変換（ＤＦＴ）技法を使用して、このようなフーリエ変換を計算するように動作可能である。いずれの場合でも、実例として、コンピューティング・デバイス５２は次にイオン質量電荷比値（ｍ／ｚ）、イオン電荷値（ｚ）、およびイオン質量値（ｍ）を、各々計算したフーリエ変換の関数として計算するように動作可能である。コンピューティング・デバイス５２は、実例として、計算した結果をメモリ１８に格納するように動作可能であり、および／または観察および／または更なる分析のために結果を表示するために、周辺デバイス２０の１つ以上を制御するように動作可能である。

【0049】

[0062] ＥＬＩＴ１４の対向するイオン・ミラーＭ１、Ｍ２間で前後に発振するイオン（１つまたは複数）の質量電荷比（ｍ／ｚ）は、以下の式にしたがって、発振するイオン（１つまたは複数）の基本周波数ｆｆの二乗に反比例することが一般に理解されている。

【0050】

[0063] ｍ／ｚ＝Ｃ／ｆｆ^２

【0051】

[0064] ここで、Ｃはイオン・エネルギの関数であり、更にそれぞれのＥＬＩＴ１４の寸法の関数でもある定数であり、基本周波数ｆｆは、従来通りに、 計算されたフーリエ変換から直接決定される。イオン電荷の値ｚは、イオン発振サイクルの回数を考慮に入れて、ＦＴ基本周波数の振幅ＦＴＭＡＧに比例する。場合によっては、イオン電荷ｚを決定する目的のために、ＦＦＴの高調波周波数の１つ以上の振幅（１つまたは複数）を、基本周波数の振幅に追加してもよい。いずれの場合でも、次に、ｍ／ｚおよびｚの積としてイオン質量ｍを計算する。つまり、プロセッサ回路５２は、ｍ／ｚ＝Ｃ／ｆｆ^２、ｚ＝Ｆ（ＦＴＭＡＧ）およびｍ＝（ｍ／ｚ）（ｚ）を計算するように動作可能である。

【0052】

[0065] イオン源１２によってイオンが生成される元となるあらゆる個々の試料について、複数回の、例えば、数百または数千回、あるいはそれ以上のイオン捕捉イベントが通例実行され、このようなイオン捕捉イベントの各々に対して、イオン質量電荷、イオン電荷、およびイオン質量値を判定／計算する。一方、このような複数のイオン捕捉イベントに対するイオン質量電荷、イオン電荷、およびイオン質量値は組み合わされて、試料に関するスペクトル情報を形成する。このようなスペクトル情報は、実例として、異なる形態をなしてもよい。その例には、イオン・カウント対質量電荷比、イオン電荷対イオン質量（例えば、イオン電荷／質量散乱プロットの形態で）、イオン・カウント対イオン質量、イオン・カウント対イオン電荷等を含むが、これらに限定されるのではない。

【0053】

[0066] 電荷検出質量分光分析法（ＣＤＭＳ）は、従来では、単一イオン分析技法であり、イオンの電荷および質量電荷比（ｍ／ｚ）の測定のために、イオンをイオン検出または測定ステージに誘導し、次いで、イオンの電荷および質量電荷比（ｍ／ｚ）からイオンの質量を判定する。このプロセスは、分析対象試料の質量スペクトルを生成するために、複数回、例えば、数百回または数千回繰り返される。イオン検出または測定ステージは、例えば、オービトラップ質量アナライザ、静電線形イオン・トラップ（ＥＬＩＴ）、あるいは他の単一イオン測定ステージまたは機器を含むがこれらには限定されない、様々な異なる形態のいずれでも採用することができる。図１～図４Ｃに示した構造を含み先に詳しく説明したＥＬＩＴでは、いずれの場合でも、ＥＬＩＴに入射したイオンは、これらの入射軌道が概略的にＥＬＩＴの長手方向軸と共線となるように、通例、イオン入射アパーチャの中央に向かって強く(tightly)収束される。従来のＥＬＩＴ動作では、単一イオン捕捉イベントだけを分析する。何故なら、ＥＬＩＴ全域にわたって前後に発振する２つ以上の捕捉イオンは、通例、互いに相互作用する確率が容認できない程に高く、ＥＬＩＴ内におけるそれらの発振軌道の安定性に悪影響を及ぼし、ｍ／ｚおよび電荷測定の精度低下を招くからである。

【0054】

[0067] ＥＬＩＴにおいてイオンのｍ／ｚおよび電荷を精度高く測定するためには、その長手方向発振周波数は、できるだけ安定でなければならない。複数のイオンがＥＬＩＴに入射して捕捉されたとき、捕捉されたイオンは、それらの間の距離に比例する反発力を互いに及ぼし合う。この反発力は、ＥＬＩＴ内におけるイオン発振軌道を逸らせ、このような相互作用の結果として、イオンが運動量を交換するので、発振するイオンのエネルギも変化する。捕捉イベント中におけるイオン発振軌道およびエネルギの変動は望ましくない。何故なら、これらは、イオン発振周波数を判定することができる確信度を低下させ、これによってｍ／ｚ測定値の精度を低下させるからである。また、イオン発振軌道の変動は、イオン電荷判定における確信度を低下させる。何故なら、このような変動は、イオン・ミラーＭ１、Ｍ２の領域Ｒ１、Ｒ２へのイオン貫入距離に影響を及ぼし、電荷検出信号ＣＨのデューティ・サイクルを変化させ（例えば、図４Ａ～図４Ｃ参照）、信号高調波の分布における確信度を低下させるからである。

【0055】

[0068] これより図５Ａおよび図６～図７を参照して、図１～図２Ｂおよび図４Ａ～図４ＣのＥＬＩＴ１４内における異なるイオン発振軌道について、複数の捕捉イオン間におけるクーロン反発が最小化される場合を検討する。具体的に図５Ａを参照すると、図１～図２Ｂおよび図４Ａ～図４ＣのＥＬＩＴ１４、およびその上に重ね合わされた三次元直交座標系の斜視断面図が示されている。図示する例では、ｚ軸は電荷検出シリンダＣＤならびにイオン・ミラーＭ１およびＭ２の領域Ｒ１およびＲ２それぞれの中央を貫通し、したがって図１および図２Ａ～図２Ｂに示すように、ＥＬＩＴ１４の中央長手方向軸２２と共線状である。この説明に限って言えば、ＥＬＩＴ１４の領域Ｒ１、Ｒ２および電荷検出シリンダＣＤは、この座標系において、図５Ａに一例として示すように、ｚ軸に対して垂直に延びるｘ軸が、領域Ｒ１、Ｒ２および電荷検出シリンダＣＤを二分する外側矢状面(lateral plane)または横断面を定めるように、円筒対称であると仮定する。この座標系のｙ軸も同様にｚ軸に対して垂直に延び、領域Ｒ１、Ｒ２および電荷検出シリンダＣＤを二分する中央(medial)（または垂直または長手方向）面を定める。ｘ、ｙ、およびｘ軸のゼロ交点は、図５Ｂにおいて最良に示されるように、エンドキャップ３２の内壁と面一となっている、ＥＬＩＴ１４のイオン入射口Ａ１に、任意に位置付けられている。

【0056】

[0069] ＥＬＩＴ１４内において、複数の捕捉イオン間におけるクーロン反発を最小に抑える、単一イオン発振軌道の２つの限定形態が確認されている。このような単一イオン発振軌道の１つを図６の例によって、平面状イオン発振軌道８０の形態で示し、他方を図７の例によって、円筒状イオン発振軌道９０の形態で示す。

【0057】

[0070] 平面状イオン発振軌道８０は、実例として、ＥＬＩＴ１４の領域Ｒ１、Ｒ２およびＣＤ全域を前後に移動するイオンの平面状軌道を表す。図６に示す例では、平面状イオン発振軌道８０は、裾広がりの底辺を有する平面錐台８２、裾広がりの底面を有し、反転されているがそれ以外は同一の平面錐台８４、および錐台８２、８４を繋ぐ概略的に矩形の平面８６を含む。反対側にある平面錐台８２、８４は、実例として、それぞれ、イオン・ミラーＭ１、Ｍ２の領域Ｒ１、Ｒ２内における、裾広がりの円錐形イオン軌道を表し、矩形平面８６は、実例として、電荷検出シリンダＣＤを通過する平面状イオン軌道を表す。つまり、図６に示す平面状イオン発振軌道８０におけるイオンは、ＥＬＩＴ１４全域を前後に発振し、イオンがｚ軸２２に沿って移動するに連れて、その発振軌道がｘ－ｙ平面における１本の線に大きく制約されるように、平面状発振軌道が長手方向（ｚ）軸２２に沿って延びる。また、図６に示すように、平面状イオン発振軌道８０は、各発振中に少なくとも１回 ｚ軸２２を通過する。即ち、領域Ｒ１において１回（必ずしも電荷検出シリンダＣＤの長手方向中心を通過するとは限らない）、そして領域Ｒ２において１回である。

【0058】

[0071] 図７における例によって示される円筒状イオン発振軌道９０は、ＥＬＩＴ１４の領域Ｒ１、Ｒ２、およびＣＤの全域を前後に移動するイオンの全体的に円筒状の軌道を表す。図示する例では、円筒状イオン発振軌道９０は、裾広がりの底辺を有する錐台９２、裾広がりの底辺を有し、反転されているがそれ以外は同一の錐台９４、および錐台９２、９４を繋ぐ中央円筒９６を含む。図６に示す平面状軌道８０と同様、反対側にある錐台９２、９４は、実例として、それぞれ、イオン・ミラーＭ１、Ｍ２の領域Ｒ１、Ｒ２内部における、裾広がりの円錐形イオン軌道を表し、中央の円筒９６は、実例として、電荷検出シリンダＣＤを通過する円筒状イオン軌道を表す。図７に示す円筒状イオン発振軌道９０におけるイオンは、実例として、それがｚ軸２２に沿ってＥＬＩＴ１４全域を前後に発振するに連れて、円筒状発振軌道９０がｚ軸２２に沿って、そしてｚ軸２２を中心として延びるように、ｘ－ｙ平面において軌道運動を受ける。このような軌道運動の結果、円筒状イオン発振軌道９０は、同様に図７に示すように、領域Ｒ１、Ｒ２のいずれにおいても、またはＥＬＩＴ１４のいずれの他の領域においても、ｚ軸２２を通過しない。

【0059】

[0072] 図６および図７にそれぞれ示した平面状および円筒状イオン発振軌道８０、９０は、各々、イオン入射状態、具体的には、イオン入射軌道に大きく依存することが確認されている。したがって、ＥＬＩＴ１４の領域Ｒ１のアパーチャＡ１に入射するイオンの軌道を、図６に示す形式の平面状イオン発振軌道を優先するように、または図７に示す形態の円筒状イオン発振軌道を優先するように、制御することができる。具体的には、イオン入射軌道のこのような制御は、ｚ軸２２に対する入射イオンの半径方向オフセットの量または大きさ(magnitude)を制御すること、およびｚ軸２２に対するイオン入射角度を制御することの内１つ、またはこれらの組み合わせという形態を取ることができる。「ｚ軸に対するイオン入射角度」とは、ここでは代わりに、「角度発散」(angular divergence)と呼んでもよく、これら２つの用語は相互交換可能であると見なされることは理解されよう。

【0060】

[0073] ＥＬＩＴ１４に入射するイオンの半径方向オフセットとは、一般に、ｚ軸２２とｚ軸２２と平行な線との間の距離である。例えば、図５Ｂを参照すると、破線ｏｚはｚ軸２２と平行であるが、ｚ軸２２から偏位しており、したがって、ｏｚは半径方向オフセット状態の一例を表す。図５Ｂに示すように、半径方向オフセット線ｏｚに沿ってＥＬＩＴ１４の領域Ｒ１のアパーチャＡ１に入射するイオン７０は、したがって、「ｏｚ」の半径方向オフセットのみを有するイオン入射軌道Ｔ１、即ち、実質的に角度発散がない、または角度発散を無視し得るイオン入射軌道Ｔ１（逆に、実質的に０°の角度発散を有する）を表す。他方において、ＥＬＩＴ１４に入射するイオンの角度発散は、一般に、ｚ軸２２に対する角度、または半径方向オフセットがある場合には、イオンがＥＬＩＴ１４に入射するときの半径方向オフセットに対する角度となる。また図５Ｂに示すように、ｚ軸２２に対して角度ＤＡ１でＥＬＩＴ１４の領域Ｒ１のアパーチャＡ１に入射する(traveling into)イオン７２は、したがって、ＤＡ１の発散角度のみを有するイオン入射軌道Ｔ１、即ち、ｚ軸２２に対して実質的に半径方向オフセットがない、または無視し得るイオン入射軌道Ｔ１を表す。最後に、半径方向オフセットｏｚに対して角度ＤＡ２でＥＬＩＴ１４の領域Ｒ１のアパーチャＡ１に入射するように図５Ｂに示すイオン７４は、ｚ軸２２に対して「ｏｚ」の半径方向オフセットと、半径方向オフセットｏｚに対してＤＡ２の発散角度とを双方共有するイオン入射軌道Ｔ３を表す。尚、ＥＬＩＴ１４に入射するイオンが半径方向オフセットおよび角度発散を有する場合、これら２つはｘ－ｙ平面において同じ方向に沿っているとよいが、必ずしもその必要はないことは注記してしかるべきである。

【0061】

[0074] 例えば、半径方向オフセットおよび／または角度発散に関するイオン入射軌道は、ＥＬＩＴ１４に入射するイオンが、ＥＬＩＴ１４内において平面状イオン発振軌道または円筒状イオン発振軌道のどちらに従うかを決定する。例えば、ｚ軸２２上でイオン・ミラーＭ１のアパーチャＡ１に入射するイオンは、発散角度があってもなくても、図６に示す形式の平面状イオン発振軌道を辿る(adopt)。イオン・ミラーＭ１のアパーチャＡ１に入射するイオンが、ｚ軸２２に対して半径方向オフセットがあるが発散角度がない（または無視できる）場合、例えば、平行化(collimated)入射軌道の場合も同様に、平面状イオン発振軌道を辿る。他方で、イオン・ミラーＭ１のアパーチャＡ１に入射するイオンが、ｚ軸２２に対して半径方向オフセットと、オフセット軸以外のいずれかの方向を指し示す発散角度とを有する場合、円筒状イオン発振軌道を辿ることになる。

【0062】

[0075] ＥＬＩＴ１４は、前述のように、円筒対称であると仮定しているので、イオン・ミラーＭ１、Ｍ２のイオン反射動作モード中に領域Ｒ１、Ｒ２内に誘発される三次元イオン反射電界（ＲＦＥ）は、図５Ｃにおける例によって示されるように、ｘ－ｙ平面に沿ったＥＬＩＴ１４のイオン・ミラーＭ１全域における任意の位置における二次元半径方向スライス(two-dimensional radial slice)に関して記述することができる。図５Ｃを参照すると、イオン・ミラーＭ１の領域Ｒ１内にあるイオン７８は、半径方向距離ｒだけｚ軸から半径方向に偏位して示されている。領域Ｒ１内では（そしてイオン・ミラーＭ２の領域Ｒ２内でも同様に）、図２Ｂに関して先に説明したように、イオン反射電界ＲＥＦは、電荷検出シリンダＣＤからＲ１に入射するイオン７８を、逆方向に電荷検出シリンダＣＤに向けてそしてその中まで反射するように動作する。イオン７８を逆方向に電荷検出シリンダＣＤに向けて反射することに加えて、イオン反射電界ＲＥＦはイオンをｚ軸に向けて強制する。この力は、実例として、ベクトルＦによって図５Ｃのｘ－ｙ平面において表され、丁度説明したように、ベクトルＦの方向は常にｚ軸に向かって指し示す(point toward)。

【0063】

[0076] イオン・ミラーＭ１の領域Ｒ１内に位置付けられたイオン７８の速度は、図５Ｃのｘ－ｙ平面においてベクトルｖによって表される。イオン速度ベクトルｖは、ｘ－ｙ座標系と角度α_ｖを形成し、電界強度ベクトルＦも同様にｘ－ｙ座標系と角度α_Ｆを形成する。力ベクトル角度α_Ｆと速度ベクトル角度α_ｖとの間の差は、図５Ｃに示す角度βとなる。ここで、βは２つのベクトルＦおよびｖの共線性(collinearity)からのイオン７８の偏差(deviation)を表す。角度βが０°または１８０°になるように、速度ベクトルｖが力ベクトルＦと整列されるとき、イオン７８は、図６に示す形式の平面状イオン発振軌道を取る(assume)。他方で、力ベクトルＦと速度ベクトルｖとの間の角度βが０°よりもかなり大きいときまたは１８０°よりもかなり小さいとき、イオン７８は、図７に示す形態の円筒状イオン発振軌道を取る。入射イオンの半径方向オフセットおよび角度発散がｘ－ｙ平面において同じ方向であるときに、入射イオンの角度発散または半径方向オフセットがゼロであるかまたは十分に小さい場合、速度ベクトルｖはｚ軸に向かって指し示し、イオン発振軌道は平面となる。しかしながら、角度発散および半径方向オフセットがｘ－ｙ平面において異なる角度である場合、イオン発振軌道は円筒状となる。

【0064】

[0077] ＥＬＩＴ１４に入射する複数のイオンの入射軌道を適切に制御することによって、ＥＬＩＴ１４全域にわたって同時に前後に発振する複数の捕捉イオン間における相互作用、つまりクーロン反発の可能性が、容認できる程低くなる、平面状イオン発振軌道の分布を優先することが可能になる。図８を参照すると、例えば、同時に捕捉されＥＬＩＴ１４内部を前後に発振する複数のイオン１００の平面分布を表すプロットが示されている。図示する例では、イオン１００の平面分布は、ｘ－ｙ平面において角度Ａ_Ｒを定める２つの平面状イオン発振軌道８０、８０’を含む。各平面状イオン発振軌道８０、８０’は、ＥＬＩＴ１４内に捕捉されＥＬＩＴ１４内を発振する１つのイオンを表す。図８に示す例では、ＥＬＩＴ１４は、このように、２つのイオンを捕捉し、各イオンはその内部を前後に発振し、２本の異なる平面状イオン発振軌道８０、８０’の内１つに従い、各々一意のα_Ｆを有する。一方のイオンのα_Ｆと他方のイオンのα_Ｆとの間の差は、角度Ａ_Ｒとなる。図示する例では、Ａ_Ｒは、２つの平面８０、８０’が直交するように、約９０°となっているが、代わりに、Ａ_Ｒは９０°よりも大きくてもまたは小さくてもよいことは理解されよう。また、図８に示すように、２つのイオンは、潜在的に、ｚ軸に沿ってのみ互いに相互作用する可能性がある。ここで、２つの平面８０、８０’は互いに交差するので、ある実施形態では、２つのイオン間の相互作用の可能性は、容認できる程に低いとして差し支えない。尚、図８に示す２つのイオンの平面状イオン分布は、一例として提示したに過ぎないこと、そして他の実施態様では、 各々異なる平面状イオン発振軌道を有し、９０°未満の角度Ａ_Ｒだけ隣接する平面状イオン発振軌道から偏位する２つ以上のイオンを捕捉するように、イオン入射軌道を制御できることは理解されよう。このように、異なる平面状イオン発振軌道を有する２つ以上のイオンは、ｚ軸２２を中心として、それらのそれぞれの平面角度Ａ_Ｒだけ角度的に互いから偏位する。

【0065】

[0078] 図５Ｂおよび図５Ｃに関して先に論じたイオン入射状態を想定すると、ＥＬＩＴ１４内においてイオンの平面分布を優先するイオン入射軌道は、実例として、様々な異なる方法で制御することができる。その例には、イオンの半径方向分布が大きい平行化イオン・ビームをイオン・ミラーＭ１のアパーチャＡ１に注入しつつ、電源Ｖ１の電圧Ｄ１～Ｄ４を接地に保持し、ビームの中央長手方向軸をｚ軸２２を中心として保持し、ｚ軸２２を中心とする半径方向オフセットの分布を生成すること、そして平行化イオン・ビームをイオン・ミラーＭ１のアパーチャＡ１に注入し、次いでＶ１の電圧Ｄ１～Ｄ４を操作して、ｚ軸２２上にある焦点に向かう角度収斂(angular convergence)をイオン・ビームに分与することによって、イオン・ミラーＭ１におけるイオン領域Ｒ１のイオン透過電界の収束パワーを変化させることが含まれるが、これらに限定されるのではない。このようなイオン入射軌道制御はいずれも、２つ以上のイオンをＥＬＩＴ１４内に捕捉することを可能にし、ＥＬＩＴ１４内において２つ以上の対応する平面状イオン発振軌道を優先する。各軌道は、ｚ軸２２に沿って延び隣接する軌道に対して、ｘ－ｙ平面において角度Ａ_Ｒを形成する。ＥＬＩＴ１４内を前後に発振するイオンの平面分布を優先するように、イオン入射軌道を適切に制御するために、種々の単一ステージまたはマルチステージ機器を、図１に示すイオン源１２の一部として実装する、またはイオン源１２とＥＬＩＴ１４との間に配置することができる。このような機器の１つの実施形態例を図１１に示し、以下で詳しく説明する。

【0066】

[0079] ＥＬＩＴ１４に入射する複数のイオンの入射軌道を適切に制御することによって、ＥＬＩＴ１４全域にわたって同時に前後に発振する複数の捕捉イオン間の密接な相互作用、つまり、クーロン反発の可能性を最小限に抑える、円筒状イオン発振軌道の分布を優先することが可能になる。その例には、平行化イオン・ビームをｚ軸２２に沿った点に収束し、ｚ軸２２に対して半径方向オフセットの線に沿ってこの点を掃引し、平行化イオン・ビームを、イオン・ミラーＭ１のアパーチャＡ１における平面に収束してｚ軸２２からずらし、平行化されていないイオン・ビームをＥＬＩＴ１４に注入することが含まれるが、これらに限定されるのではない。図９を参照すると、例えば、ＥＬＩＴ１４内に同時に捕捉され前後に発振する複数のイオン１１０の円筒状分布を表すプロットが示されている。図示する例では、イオン１１０の円筒状分布は、２本の円筒状イオン発振軌道９０、９０’を含み、円筒状イオン発振軌道９０’は円筒状イオン発振軌道９０の中に完全に入れ子になっている(nested)。各円筒状イオン発振軌道９０、９０’は、ＥＬＩＴ１４内部に捕捉され内部で発振する１つのイオンを表す。図９に示す例では、ＥＬＩＴ１４には、したがって、２つのイオンが捕捉され、各イオンはその内部を前後に発振し、２本の異なる円筒状イオン発振軌道９０、９０’の内１つに従い、１つの軌道９０’が他の軌道９０の中に完全に入れ子になっている。この構成により、軌道９０に従うイオンは、したがって、軌道９０‘に従うイオンと有意に相互作用する機会がなくなり、そしてその逆も成り立つ。尚、図９に示す２つのイオンの円筒状イオン分布は、一例として提示したに過ぎず、他の実施態様では、３つ以上のイオンを捕捉し、順次円筒状イオン発振軌道の入れ子になるように、イオン入射軌道を制御できることは理解されよう。

【0067】

[0080] これより図１０を参照すると、外側の円筒状イオン発振軌道９０が、図９の断面線１０－１０に沿って内径ＩＲ_１および外径ＯＲ_１を有するように示されている。ここで、ＩＲ_１とＯＲ_１との間の半径方向距離は、円筒状軌道９０の厚さを定める。内側の円筒状イオン発信軌道９０’も同様に、図９の切断線１０－１０に沿って内径ＩＲ_２および外形ＯＲ_２を有し、ＩＲ_２およびＯＲ_２間の半径方向距離は、円筒状軌道９０’の厚さを定める。外側の円筒状イオン発振軌道９０の内径ＩＲ_１と内側の円筒状イオン発振軌道９０’の外径ＯＲ_２との間の半径方向距離はＤ_Ｒである。

【0068】

[0081] 円筒状イオン発振軌道の内径および外径は、ｚ軸２２に対するイオン入射軌道の半径方向オフセットの大きさを制御することによって、制御することができる。つまり、複数のイオンが、半径方向に分布して、イオン・ミラーＭ１のアパーチャＡ１を通ってＥＬＩＴ１４に入射する場合、ＥＬＩＴ１４内に結果的にできる複数の円筒状イオン発振軌道は、各々、異なる独立した半径を有し、これは複数の捕捉イオン間における密接な相互関係の可能性を最小に抑えることに寄与する。軌道の平均半径に対する円筒状イオン発振軌道の厚さも同様に、ｚ軸２２と平行な半径方向オフセット線に対するイオン入射軌道の角度発散の大きさを制御することによって、制御することができる。例えば、最も薄い円筒状イオン発振軌道が生じるのは、βが９０°に近づくときである。薄い円筒状イオン発振軌道は、多くの円筒状イオン発振軌道をＥＬＩＴ１４内に入れ子にする、または積み重ねる(stack)ことが望ましい実施形態では好ましい。平面状イオン発振軌道と比較すると、ＥＬＩＴ１４は、その内部を前後に同時に発振する遙かに多いイオンを、入れ子円筒状イオン発振軌道によって収容することができる。何故なら、このような入れ子円筒状イオン発振軌道の各々は、ＥＬＩＴ１４内において一意の領域、即ち、全ての他の円筒状イオン発振軌道によって占有されるものとは離れており別個である領域を占有するからである。

【0069】

[0082] 図５Ｂおよび図５Ｃに関して先に論じたイオン入射条件を仮定すると、ＥＬＩＴ１４内に円筒状イオン分布を優先するイオン入射軌道は、実例として、様々な異なる方法で制御することができる。その例には、イオンの平面分布に関して先に説明した技法例において、イオンが半径方向オフセットの分布だけでなく発散角度の分布も有するように、平行化されていないイオン・ビームを用いてそのようにする１つ以上が含まれるが、それらに限定されるのではない。いずれの場合でも、入射イオンの半径方向オフセットがＥＬＩＴ１４のｚ軸２２から半径方向に(radial distance)に増加するに連れて、ｚ軸２２に向かって指し示す力ベクトルＦ（図５Ｃ参照）の大きさも増加する。特定の速度ベクトルｖについて、比較的大きい半径方向オフセットでＥＬＩＴ１４に入射したイオンから生じた円筒状イオン発振軌道の内径は、したがって、比較的小さい半径方向オフセットでＥＬＩＴ１４に入射したイオンから生じた円筒状イオン発振軌道の内径よりも小さい。何故なら、前者に作用する力ベクトルＦの大きさは、後者に作用するそれよりも小さいからである。

【0070】

[0083] 更に、入射するイオンの半径方向オフセットが増加するに連れて、入射イオンの、力ベクトルＦから離れて指し示す速度ベクトルｖの大きさによって表される、発散角度も、入射イオンに円筒状イオン発振軌道を辿らせるために、増加しなければならない。これは、速度ベクトルｖが力ベクトルＦと同じ平面に沿って指し示す場合、即ち、βが０または１８０度である場合、イオンの運動は力ベクトルの影響のみを受け、これによって、図５Ｃに関して先に説明したように、力ベクトルＦと同じ平面内にある発振軌道を、入射イオンに辿らせるからである。イオンの速度ベクトルｖ成分が力ベクトルＦと共平面でない場合、即ち、βが０よりも大きいまたは１８０よりも小さい任意の角度の場合はいずれも、イオンがｚ軸２２に沿って前後に発振しつつ、ｘ－ｙ平面においてイオンを回転させる。何故なら、イオンには、その回転方向に作用する力がないからである。ＥＬＩＴ１４内に捕捉されたイオンが受けるｚ方向２２に向かう力ベクトルＦの大きさは、イオンの半径方向オフセットに直接比例する。イオンに作用する力ベクトルＦは、半径方向オフセットと共に増加するので、発振するイオンは、ｚ軸２２から離れるに連れて、より大きなｚ軸２２に向かう力ベクトルＦを受け、その発振軌道を力ベクトルＦによって支配させ、一層平面状になる。この効果を補償し、ＥＬＩＴ１４内の全ての半径方向オフセットにおいて円筒状イオン発振軌道の形成を誘発するために、力ベクトルＦの大きさが増加するに連れて、力ベクトルＦに垂直な方向における速度ベクトルｖの大きさも、入射イオンが円筒状発振軌道を辿ることを確保する相応の量だけ増加しなければならない。ＥＬＩＴ１４内において前後に発振するイオンの円筒状分布を優先するようにイオン入射軌道を適切に制御するために、種々の単一ステージまたはマルチステージ機器を、図１に示すイオン源１２の一部として実装するか、またはイオン源１２とＥＬＩＴ１４との間に配置することができる。このような１つの機器の実施形態例を図１１に示し、以下で詳しく説明する。

【0071】

[0084] 以上のことに基づくと、図９における例によって示した、入れ子円筒状イオン発振軌道は、ＥＬＩＴ１４内に捕捉された複数のイオン間の相互作用を最小に抑えるという観点では、図８における例によって示した、角度分散(angularly distributed)平面状イオン発振軌道よりも優れている。しかしながら、角度分散平面状イオン発振軌道は、ＥＬＩＴ１４内におけるイオン相互作用の潜在性を完全には排除しないが、このようなイオン相互作用の確率は、従来のイオン入射制御技法と比較すると、大幅に低下する。更に、図１～図２Ｂに示し先に説明したＥＬＩＴ１４の設計に基づくと、入れ子円筒状イオン発振軌道の発振周波数安定性は、角度分散平面状イオン発振軌道のそれよりも優れている。言い換えると、ＥＬＩＴ１４内における捕捉イベント中のイオン発振周波数の変動は、円筒状イオン発振軌道よりも平面状イオン発振軌道の方が大きい。ＥＬＩＴ１４内における発振周波数が、イオンの質量電荷比（ｍ／ｚ）を判定するために使用されるので、ｍ／ｚ判定の不確実性は、したがって、平面状イオン発振軌道よりも円筒状イオン発振軌道の方が小さいと予測される。これは、他のＥＬＩＴ設計には該当しない場合もあり、実際には、添付図面に示し本明細書において説明した概念は、図１～図２Ｂに示し本明細書において説明したＥＬＩＴ１４とは１つ以上の態様において異なるＥＬＩＴ設計および構成でも実現できることは、理解されてしかるべきである。更に、発振周波数のこのような変動を低減するように、ＥＬＩＴ１４の設計を修正すること、および／またはＥＬＩＴもしくは他のイオン・トラップを設計することも可能である。

【0072】

[0085] また、ＥＬＩＴ１４の電荷検出シリンダＣＤを長手方向軸に沿って２つの半体に分割し、図３に示すように、別個の検出回路を各電荷検出シリンダ半体に接続して、各半体から来る信号を独立して分析すること、または差動増幅器を使用して、２つの電荷検出シリンダ半体間で差動測定を実行することのいずれも可能である。別個の回路を半体毎に使用する前者の場合、半体毎にディジタル化した信号を高速フーリエ変換によって分析し、基本周波数ピークの大きさを、捕捉イベントの間における各電荷検出シリンダ半体に対するイオンの平均近接度に関係付けることができる。言い換えると、図１０における９０のＯＲ_１のような外径を有する円筒状イオン発振軌道は、２つの電荷検出シリンダ半体から特定の平均距離において発振する。フーリエ変換における基本周波数ピークの大きさは、イオンが電荷検出シリンダ半体にどれだけ接近したかに依存する。このことから、円筒状イオン発振軌道の外径を推論し、イオン発振軌道分布から生じる実際のイオンのｍ／ｚからの偏差を考慮するように、測定されたイオンのｍ／ｚを訂正するために使用することができる。後者の場合、２つの電荷検出シリンダ半体間における信号の相違を監視するために、差動増幅器を使用することができる。イオン発振周波数がｚ軸２２に非常に近いとき、即ち、その外径が小さいとき、半体間の信号に小さな差を生成する。何故なら、イオンは各半体から同様の距離にあるからである。しかしながら、大きな外径を有するイオン発振軌道は、一方の電荷検出シリンダ半体に、他方よりも遙かに近くなり、その結果、２つの半体間の信号に大きな差が出る。ディジタル化した差動増幅器信号から基本周波数の大きさを測定し、イオン発振軌道の外径に関係付けるために、高速フーリエ変換を採用することができ、軌道分布から生じるイオンの測定ｍ／ｚにおける偏差を訂正するために、三次元イオン発振軌道を確認する方法として、これを役立てることができる。あるいは、電荷検出シリンダＣＤをそのまま残すこともでき、追加の電荷検出シリンダをトラップの任意の他の領域に配置することもでき、発振イオンが、イオン発振軌道を表す誘発影像電荷(induced image charge)を、追加のシリンダ上に生成する。

【0073】

[0086] 先に説明したように、イオン入射軌道、即ち、ＥＬＩＴ１４に入射するイオンの軌道を、ＥＬＩＴ１４内において平面状または円筒状イオン発振軌道の分布を優先するように調整する(tune)ことが可能であり、各軌道を優先するためにイオン入射軌道を制御するいくつかの技法例を、先に端的に説明した。平面状イオン発振軌道の分布を優先するようにイオン入射軌道を制御するこのような例は、実例として、イオンの半径方向分布が大きい平行化イオン・ビームをイオン・ミラーＭ１のアパーチャＡ１に注入しつつ、電源Ｖ１の電圧Ｄ１～Ｄ４を接地に保持し、ビームの中央長手方向軸をｚ軸２２を中心として保持し、ｚ軸２２を中心とする半径方向オフセットの分布を生成すること、そして平行化イオン・ビームをイオン・ミラーＭ１のアパーチャＡ１に注入し、Ｖ１の電圧Ｄ１～Ｄ４を操作して、ｚ軸２２上にある焦点に向かう角度収斂を、イオン・ビームに分与することによって、イオン・ミラーＭ１におけるイオン領域Ｒ１のイオン透過電界の収束パワーを変化させることが含まれるが、これらに限定されるのではない。あるいは、平行化イオン・ビームをｚ軸２２に沿った点に収束し、ｚ軸２２に対して半径方向オフセットの線に沿ってこの点を掃引し、平行化イオン・ビームを、イオン・ミラーＭ１のアパーチャＡ１における平面に収束してｚ軸２２からずらし、半径方向オフセットの分布だけでなく角度発散の分布も含む、平行化されていないイオン・ビーム、即ち、収斂または発散ビームをイオン・ミラーＭ１のアパーチャＡ１に注入することが、円筒状イオン発振軌道の分布を優先するようにイオン入射軌道を制御する技法例である。このようなイオン入射軌道の制御はいずれも、ＥＬＩＴ１４内に２つ以上のイオンを捕捉することを可能にし、平面状または円筒状イオン発振軌道の分布をそれぞれ優先する。これに関して、電荷検出質量分光分析計（ＣＤＭＳ）１００の実施形態を図１１に示す。電荷検出質量分光分析計（ＣＤＭＳ）１００は、図１に示し先に説明したイオン源１２を含む。イオン源１２は、図１～図２Ｂに示し先に説明したＥＬＩＴ１４を含む。電荷検出質量分光分析計（ＣＤＭＳ）１００は、ＥＬＩＴ１４におけるそしてＥＬＩＴ１４による複数のイオンの同時捕捉を達成し、ＥＬＩＴ１４内における平面状または円筒状イオン発振軌道の分布を優先するように、イオン源１２から出射してＥＬＩＴ１４に入射するイオンの軌道を選択的に制御するイオン軌道制御装置１０１の実施形態例を含む。

【0074】

[0087] これより図１１を参照すると、イオン軌道制御装置１０１は、実例として、イオン源１２とＥＬＩＴ１４との間に配置され、１つ以上の電圧源１０８および信号検出回路１１０に動作可能に結合された、マルチステージ・イオン軌道制御機器１０５を含む。１つ以上の電圧源は、実例として、選択可能な極性および／または振幅の１つ以上の一定またはスイッチングＤＣ電圧を生成するように構成された任意の数の従来の電圧源と、選択可能な周波数および／またはピーク振幅の１つ以上の時間可変電圧、即ち、ＡＣ電圧を生成するように構成された任意の数の従来の電圧源を含むことができる。１つ以上の電圧源１０８の内の１つまたは任意の組み合わせは、手動で制御可能でもよく、および／または従来のプロセッサ１１２に動作可能に結合し、これをプロセッサ制御することもできる。また、電圧源１０８の内１つ以上は、イオン源１２の１つ以上の動作的機能を制御するために使用することもでき、ある実施形態では、１つ以上の電圧源１０８は、図１に示し、先に説明したようにＥＬＩＴ１４の動作を制御するように動作可能な電圧源Ｖ１およびＶ２を含むこともできる。

【0075】

[0088] 信号検出回路１１０は、実例として、１つ以上の従来の信号センサと、イオン軌道制御機器１０５の１つ以上の動作状態を検出する従来の信号検出回路とを含む。ある実施形態では、信号検出回路１１０は、図１に示し先に説明したようなＥＬＩＴ１４に動作可能に結合された電荷プリアンプＣＰを含むことができる。いずれの場合でも、信号検出回路１１０は、プロセッサ１１２に動作可能に結合され、したがって、回路１１０によって検出された信号は、その処理のために、プロセッサ１１２に供給される。

【0076】

[0089] プロセッサ１１２は、実例として、プロセッサ１１４のための動作命令を格納し、プロセッサ１１２によって収集および／または処理されたデータを格納するために、少なくとも１つの従来のメモリ１１４を含むか、または動作可能に結合されている。これはイオン軌道制御機器１０５の動作および制御に関係するので、メモリ・ユニット（１つまたは複数）１１４は、実例として、１組以上の命令が内部に格納されている。これらの命令がプロセッサ１１２によって実行されると、信号検出回路１１０によって生成された１つ以上の信号に少なくとも部分的に基づいて、ＥＬＩＴ１４におけるそしてＥＬＩＴ１４による複数のイオンの同時捕捉を達成するように、イオン源１２から出射しＥＬＩＴ１４に入射するイオンの軌道を選択的に制御し、ＥＬＩＴ１４に入射するイオンに、ＥＬＩＴ１４内において平面状または円筒状イオン発振軌道の分布を辿らせるように、プロセッサ１１２に電圧源１０８の内１つ以上を制御させる。プロセッサ１１２は、１つ以上の従来のマイクロプロセッサおよび／またはコントローラ、１つ以上のフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）、１つ以上の特定用途集積回路（ＡＳＩＣ）、１つ以上の従来のパーソナル、ラップトップ、デスクトップ、タブレット、またはその他のコンピュータ等の内任意の１つもしくはこれらの組み合わせという形態で、１つ以上の
従来のコンピューティング・デバイスを含むことができる。

【0077】

[0090] 図示する実施形態では、イオン軌道制御機器１０５は、多数の縦続接続されたイオン軌道制御ステージを含む。尚、このようなステージは一例として図示されるに過ぎず、機器１０５の代替実施形態はもっと多いまたはもっと少ないイオン軌道制御ステージを含んでもよいことは理解されよう。いずれの場合でも、図１１に示す機器１０５は、実例として、影像電荷検出アレイ・ステージ１０２を含む。影像電荷検出アレイ・ステージ１０２は、イオン源１２によって生成されたイオンを一端において受け取るように構成されたイオン入射口と、逆端において、イオン・ディフレクタ／オフセット・ステージ１０４のイオン入射口に動作可能に結合されたイオン出射口とを有する。イオン・ディフレクタ／オフセット・ステージ１０４は、イオン収束ステージ１０６のイオン入射口に動作可能に結合されたイオン出射口を有する。イオン収束ステージ１０６のイオン出射口は、イオン収束ステージ１０６から出射するイオンが、イオン・ミラーＭ１のアパーチャＡ１を通って、ＥＬＩＴ１４に入射するように、ＥＬＩＴ１４のイオン・ミラーＭ１のイオン入射アパーチャＡ１に動作可能に結合されている。

【0078】

[0091] 影像電荷検出アレイ・ステージ１０２は、実例として、従来の影像電荷検出器の少なくとも２つの離間したアレイ１０２Ａ、１０２Ｂを含む。イオンがビームの形態でイオン源１２から出射し、影像電荷検出器アレイ１０２Ａ、１０２Ｂを順次通過するに連れて、信号検出回路１１０の一部として含まれる従来の影像電荷検出回路は、それぞれの影像電荷検出信号をプロセッサ１１２に供給し、プロセッサ１１２は、これらの影像電荷検出信号から、各アレイ１０２Ａ、１０２Ｂを順次通過するイオンの位置を判定するように動作可能である。この情報から、ステージ１０２から出射するイオン・ビームの軌道を判定することができる。尚、影像電荷検出アレイ・ステージ１０２は、２つの離間された影像電荷検出アレイだけを含むように、図１１に示しここで説明したが、ステージ１０２の代替実施形態は、もっと多いまたはもっと少ない離間された影像電荷検出器アレイを含んでもよいことは理解されよう。

【0079】

[0092] イオン・ディフレクタ／オフセット・ステージ１０４は、実例として、１つ以上の従来のイオン・ディフレクタおよび／または１つ以上の従来のイオン・オフセット装置を含む。ステージ１０２から出射したイオン・ビームの軌道を計算し、これに基づいて、プロセッサ１１２は、実例として、先に詳しく説明したような、ＥＬＩＴ１４内において選択されたイオン発振軌道の平面状または円筒状分布を優先するイオン入射軌道を達成するために必要なイオン・ビーム軌道に対する、例えば、リアル・タイムの調節値を計算するように動作可能である。このように計算された調節値は、実例として、制御信号の形態で、ステージ１０４内にある１つ以上のイオン・ディフレクタおよび／または１つ以上のイオン・オフセット装置に供給され、１つ以上のイオン・ディフレクタおよび／または１つ以上のイオン・オフセット装置は、このような制御信号に応答して、例えば、ｚ軸２２に対するイオン・ビームの半径方向オフセット、ならびにｚ軸２２に対するイオン・ビームの角度および／またはＥＬＩＴ１４を通過しｚ軸２２と平行な軸に対するイオン・ビームの角度のいずれかもしくは双方を制御することによって、そこを通過するイオン・ビームの軌道を選択的に変更する。

【0080】

[0093] イオン収束ステージ１０６は、実例として、１つ以上の従来のイオン収束エレメントを含む。イオン・ディフレクタ／オフセット・ステージ１０４から出射するイオン・ビームの調節された軌道は、１つ以上のイオン収束エレメントを通過するに連れて、適切に収束され、イオン収束ステージ１０６から出射するイオン・ビームは、先に説明したように、イオン・ミラーＭ１のイオン入射アパーチャＡ１を通って、ＥＬＩＴ１４内に渡される。

【0081】

[0094] 図１１における破線表現によって示すように、イオン軌道制御機器１０５によって生成されるイオン入射軌道の一例は、平行化されたイオン・ビーム１２０であり、これは、ＥＬＩＴ１４のｚ軸２２から半径方向に偏位し、ＥＬＩＴ１４内において平面状イオン発振軌道の分布を優先するように、先に説明した技法の内任意のものを使用して、適切に操作される。また、図１１の破線表現によって示すように、イオン軌道制御機器１０５によって生成されるイオン入射軌道の他の例は、平行化されないイオン・ビーム１３０でもよい。これは、ＥＬＩＴ１４のｚ軸２２から半径方向に偏位し、発散角度の分布を含み、ＥＬＩＴ１４内において円筒状イオン発振軌道の分布を優先するように、先に説明した技法の内任意のものを使用して、適切に操作される。

【0082】

[0095] ある代替実施形態では、イオン軌道制御機器１０５は、少なくとも１つの従来のイオン・トラップであってもよく、またはこれを含んでもよい。従来のイオン・トラップは、その内部にイオンを収集し、収集したイオンを、イオン・トラップを通過するｚ軸２２に向けて収束し、次いで収集したイオンを選択的に放出するように、従来の方法でプロセッサ１１２によって制御される。放出時に、出射するイオンはｚ軸２２を中心として半径方向に広がり、その後１つ以上の収束エレメントによってＥＬＩＴ１４に収束することができる。この実施形態では、イオン・トラップから出射するイオン・ビームは、ｚ軸２２を中心として半径方向に分散されるイオンの角度分布を含み、このようなイオン入射軌道は、したがって、円筒状イオン発振軌道の分布を優先する。

【0083】

[0096] イオン軌道制御機器１０５に加えてまたはその代わりに、１つ以上の磁界および電界生成器を、ＥＬＩＴ１４に対して適切に位置付け、ＥＬＩＴ１４内においてイオン発振軌道を制御または誘導するように、選択的に制御することができる。例えば、生成された磁界線がｚ軸２２に沿って広がる場合、ＥＬＩＴ１４内に捕捉されたイオンは、ＥＬＩＴ１４全域にわたって前後に発振するときに、サイクロトロン運動を受ける。また、イオン源１２とＥＬＩＴ１４との間に、ＥＬＩＴ１４のｚ軸２２と整列して位置付けられた磁力線内に、平行化イオン・ビームを注入することができる。レンズは、イオンがこのレンズを通過するときに、半径方向ローレンツ力をイオンに分与する。レンズは、ｚ軸２２からのイオンの距離に比例する大きさを有し、円筒状イオン発振軌道を発生させることができる方向の半径方向速度を、イオンに与えることができる。レンズの磁界強度は、平面状または円筒状イオン発振軌道の形成を優先する軌道で、イオンをＥＬＩＴ１４に入射させるように、レンズ・コイルにおける電流を変化させることによって調節することができる。このような制御は、ＥＬＩＴ１４内における所望のイオン発振軌道またはイオン発振軌道の分布を誘発または強化することができる。

【0084】

[0097] 尚、他の従来の機器、および本明細書において説明したイオン入射状態にしたがってイオン入射軌道を誘導および制御するために使用することができる従来の機器の組み合わせからも、添付図面に示し本明細書において説明したＥＬＩＴ１４のような、静電線形イオン・トラップによるイオン発振軌道の平面状または円筒状分布は得られることは、当業者には認められよう。このような他の従来の機器およびそれらの組み合わせはいずれも、本開示によって想定されており、本開示の範囲内に該当することを意図していることは理解されよう。

【0085】

[0098] いずれにしても、図１～図４Ｃに関して先に説明したように、イオン発振軌道の平面状または円筒状分布のいずれかにより、複数のイオンがＥＬＩＴ１４全域にわたって前後に発振し、ＥＬＩＴ１４を通過する複数のイオンによってＥＬＩＴ１４の電荷検出シリンダＣＤ上に誘発される電荷は、電荷プリアンプＣＰによって検出され、対応する電荷検出信号ＣＨＤが、捕捉イベントの期間にわたって、プロセッサ１６に渡される。捕捉イベントの間に格納された電荷検出信号の集合体が、前述のように、従来の高速フーリエ変換アルゴリズムを使用して処理されるとき、各々複数の捕捉イオンの各１つに対応する、複数の基礎周波数ピークが現われる。したがって、このような基礎ピークの各々に関連付けられた高調波ピークは容易に識別することができ、次いで、先に説明したように、イオン電荷、質量電荷、および質量を複数の捕捉イオンの各々について判定することができる。

【0086】

[0099] これより図１２Ａを参照すると、イオン分離機器２００の実施形態の簡略図が示されている。イオン分離機器２００は、本明細書において図示および説明したＥＬＩＴ１４を含むことができ、本明細書において図示および説明した電荷検出質量分光分析計１００を含むことができ、ＥＬＩＴ１４の上流側においてイオン源１２の一部を形成することができる任意の数のイオン処理機器を含むことができ、および／またはＥＬＩＴ１４から出射するイオン（１つまたは複数）を更に処理するためにＥＬＩＴ１４の下流側に配置することができる任意の数のイオン処理機器を含むことができる。これに関して、イオン源１２は、図１２Ａでは、Ｑ個のイオン源ステージＩＳ_１～ＩＳ_Ｑを含むように示されている。イオン源ステージＩＳ_１～ＩＳ_Ｑは、イオン源１２であっても、イオン源１２の一部を形成するのでもよい。ここで、Ｑは任意の正の整数でよい。あるいはまたは加えて、イオン処理機器２０２が、図１２Ａにおいて、ＥＬＩＴ１４のイオン出射口に結合されるように示され、イオン処理機器２１０は、任意の数Ｒのイオン処理ステージＯＳ_１～ＯＳ_Ｒを含むことができる。ここで、Ｒは任意の正の整数でよい。

【0087】

[00100] これよりイオン源１２に移ると、ＥＬＩＴに入射するイオンのイオン源１２は、イオン源ステージＩＳ_１～ＩＳ_Ｑの１つ以上の形態で、先に説明したような１つ以上の従来のイオン源であってもまたは含んでもよく、更に、１つ以上の分子特性にしたがって（例えば、イオン質量、イオン質量対電荷、イオン移動度、イオン保持時間等にしたがって）イオンを分離するための１つ以上の従来の機器、および／またはイオンを収集および／または格納するため（例えば、１つ以上の四重極、六重極、および／または他のイオン・トラップ）、イオンを（例えば、イオン質量、イオン質量対電荷、イオン移動度、イオン保持時間等のような１つ以上の分子特性にしたがって）フィルタリングするため、イオンを断片化するまたそうでなければ解離させるため、イオン荷電状態を正規化するまたは移す(shift)ため等の１つ以上の従来のイオン処理機器を含むことができることは理解されよう。尚、イオン源１２は、任意のこのような従来のイオン源、イオン分離機器、および／またはイオン処理機器の内１つまたは任意の組み合わせを任意の順序で含んでもよいこと、そしてある実施形態は、任意のこのような従来のイオン源、イオン分離機器、および／またはイオン処理機器を複数個隣接してまたは離間して含んでもよいことは理解されよう。

【0088】

[00101] これよりイオン処理機器２０２に移ると、機器２０２は、イオン処理ステージＯＳ_１～ＯＳ_Ｒの１つ以上の形態で、１つ以上の分子特性にしたがって（例えば、イオン質量、イオン質量対電荷、イオン移動度、イオン保持時間等にしたがって）イオンを分離するための１つ以上の従来の機器、イオンを収集および／または格納するための１つ以上の従来の機器（例えば、１つ以上の四重極、六重極、および／または他のイオン・トラップ）、イオンを（例えば、イオン質量、イオン質量対電荷、イオン移動性、イオン保持時間等のような１つ以上の分子特性にしたがって）フィルタリングするための１つ以上の従来の機器、イオンを断片化するまたそうでなければ解離させるための１つ以上の従来の機器、イオン荷電状態を正規化するまたは移すための１つ以上の従来のイオン処理機器等であってもよく、または含んでもよいことは理解されよう。尚、イオン処理機器２０２は、任意のこのような従来のイオン分離機器および／またはイオン処理機器の内１つまたは任意の組み合わせを任意の順序で含んでもよいこと、そしてある実施形態は、任意のこのような従来のイオン分離機器および／またはイオン処理機器を複数個隣接してまたは離間して含んでもよいことは理解されよう。イオン源１２および／またはイオン処理機器２０２が１つ以上の質量分光分析計を含む実施態様ではいずれも、任意の１つ以上のこのような質量分光分析計は任意の従来の設計でもよく、例えば、飛行時間（ＴＯＦ：time-of-flight）質量分光分析計、リフレクトロン質量分光分析計、フーリエ変換イオン・サイクロトロン共鳴（ＦＴＩＣＲ：Fourier transform ion cyclotron resonance）質量分光分析計、四重極型質量分光分析計、三連四重極型質量分光分析計、磁場型質量分光分析計等を含むが、これらに限定されるのではない。

【0089】

[00102] 図１２Ａに示すイオン分離機器２００の１つの具体的な実施態様として、イオン源１２は、実例として、３つのステージを含み、イオン処理機器２０２を除外する。これは決して限定と見なしてはならない。この実施態様例では、イオン源ステージＩＳ_１は従来のイオン源、例えば、エレクトロスプレイ、ＭＡＬＤＩ等であり、イオン源ステージＩＳ_２は、従来のイオン・フィルタ、例えば、四重極または六重極イオン・ガイドであり、イオン源ステージＩＳ_３は、先に説明した型式の内いずれかの質量分光分析計である。この実施形態では、イオン源ステージＩＳ_２は、従来通りに、下流質量分光分析計による分析のために、所望の分子特性を有するイオンを予め選択し、このように予め選択したイオンだけを質量分光分析計に受け渡すように制御され、ＥＬＩＴ１４によって同時に分析された複数のイオンが、予め選択されたイオンとなり、質量電荷比にしたがって質量分光分析計によって分離される。予め選択されたイオンがイオン・フィルタから出射すると、例えば、指定されたイオン質量または質量電荷比を有するイオン、指定されたイオン質量またはイオン質量電荷比よりも高いおよび／または低いイオン質量またはイオン質量電荷比を有するイオン、指定されたイオン質量またはイオン質量電荷比の範囲内のイオン質量またはイオン質量電荷比を有するイオン等となることができる。この例のある代替実施形態では、イオン源ステージＩＳ_２が質量分光分析計であってもよく、イオン源ステージＩＳ_３がイオン・フィルタであってもよく、イオン・フィルタが、下流ＥＬＩＴ１４による分析のために、質量分光分析計から出射するイオンの内、所望の分子特性を有するイオンを予め選択するために、丁度説明したように、他の方法で動作可能であってもよい。
この例の他の代替実施態様では、イオン源ステージＩＳ_２がイオン・フィルタであってもよく、イオン源ステージＩＳ_３が、質量分光分析計とその後ろにある他のイオン・フィルタを含んでもよく、イオン・フィルタは、各々、丁度説明したように動作する。

【0090】

[00103] 図１２Ａに示すイオン分離機器２００の他の具体的な実施態様として、イオン源１２は、実例として、２つのステージを含み、ここでもイオン処理機器２０２を除外する。これは、決して限定とみなしてはならない。この実施態様例では、イオン源ステージＩＳ_１は、従来のイオン源、例えば、エレクトロスプレイ、ＭＡＬＤＩ等であり、イオン源ステージＩＳ_２は、先に説明した型式の内いずれかの従来の質量分光分析計である。この実施態様では、機器２００は電荷検出質量分光分析計（ＣＤＭＳ）１００の形態を取り、ＥＬＩＴ１４は、質量分光分析計から出射した複数のイオンを同時に分析するように動作可能である。

【0091】

[00104] 図１２Ａに示すイオン分離機器２００の更に他の具体的な実施態様として、イオン源１２は、実例として、２つのステージを含み、イオン処理機器２０２を除外する。これは決して限定とみなしてはならない。この実施態様例では、イオン源ステージＩＳ_１は、従来のイオン源、例えば、エレクトロスプレイ、ＭＡＬＤＩ等であり、イオン処理ステージＯＳ_２は、従来の単一ステージまたはマルチステージ・イオン移動度分光分析計である。この実施態様では、イオン移動度分光分析計は、イオン源ステージＩＳ_１によって生成されたイオンを、イオン移動度の１つ以上の関数にしたがって経時的に分離するように動作可能であり、ＥＬＩＴ１４は、イオン移動度分光分析計から出射した複数のイオンを同時に分析するように動作可能である。この例の代替実施態様では、イオン処理機器２０２は、従来の単一ステージまたはマルチステージ・イオン移動度分光分析計を、唯一のステージＯＳ_１として（またはマルチステージ機器のステージＯＳ_１として）含んでもよい。この代替実施態様では、ＥＬＩＴ１４は、イオン源ステージＩＳ_１によって生成された複数のイオンを同時に分析するように動作可能であり、イオン移動度分光分析計ＯＳ_１は、ＥＬＩＴ１４から出射したイオンを、イオン移動度の１つ以上の関数にしたがって、経時的に分離するように動作可能である。この例の他の代替実施態様として、単一ステージまたはマルチステージ・イオン移動度分光分析計が、イオン源ステージＩＳ_１およびＥＬＩＴ１４双方の後ろにあってもよい。この代替実施態様では、イオン源ステージＩＳ_１の後ろにあるイオン移動度分光分析計が、イオン源ステージＩＳ_１によって生成されたイオンを、イオン移動度の１つ以上の関数にしたがって経時的に分離するように動作可能であり、ＥＬＩＴ１４が、イオン源ステージのイオン移動度分光分析計から出射した複数のイオンを同時に分析するように動作可能であり、ＥＬＩＴ１４の後ろにあるイオン処理ステージＯＳ_１のイオン移動度分光分析計が、ＥＬＩＴ１４から出射したイオンを、イオン移動度の１つ以上の関数にしたがって経時的に分離するように動作可能である。この段落において説明した実施形態のいずれの実施態様においても、更に他の変形では、イオン源１２および／またはイオン処理機器２０２において、単一ステージまたはマルチステージ・イオン移動度分光分析計の上流および／または下流に動作可能に位置付けられた質量分光分析計を含んでもよい。

【0092】

[00105] 図１２Ａに示すイオン分離機器２００の更に他の具体的な実施態様として、イオン源１２は、実例として、２つのステージを含み、イオン処理機器２０２を除外する。これは決して限定とみなしてはならない。この実施態様例では、イオン源ステージＩＳ_１は従来の液体クロマトグラフ、例えば、分子保持時間にしたがって溶液中の分子を分離するように構成されたＨＰＬＣ等であり、イオン源ステージＩＳ_２は、従来のイオン源、例えば、エレクトロスプレイ等である。この実施態様では、液体クロマトグラフは、溶液中の分子成分を分離するように動作可能であり、イオン源ステージＩＳ_２は、液体クロマトグラフから出た溶液流からイオンを生成するように動作可能であり、ＥＬＩＴ１４は、イオン源ステージＩＳ_２によって生成された複数のイオンを同時に分析するように動作可能である。この例の代替実施態様では、イオン源ステージＩＳ_１は、代わりに、溶液中の分子を大きさによって分離するように動作可能な従来のサイズ排除クロマトグラフィ（ＳＥＣ：size-exclusion chromatograph）にしてもよい。他の代替実施態様では、イオン源ステージＩＳ_１が、従来の液体クロマトグラフと、その後ろに従来のＳＥＣとを含んでもよく、またはこの逆を含んでもよい。この実施態様では、イオンが、イオン源ステージＩＳ_２によって、２回分離された溶液から生成される。１回目は分子保持時間にしたがって分離され、続いて２回目は分子サイズにしたがって分離される、またはこの逆でもよい。複数の同時に捕捉されたイオンを保有する捕捉イベントを分析することができると、質量分光分析計がクロマトグラフ技法に結合される実験において、非常に価値がある。クロマトグラフにおいて分子が十分に分離されているとき、これらはクロマトグラフから勢いよく溶出する。各々の持続時間は秒から分単位であり、各噴出(burst)は、クロマトグラフへの試料注入毎に、各分子に１回だけ発生する。クロマトグラフから出射するイオンの存在量(abundance)は、溶出時間の関数として、溶出特性と見なすことができる。これらの噴出が質量分光分析計に導入されると、イオン・ビーム強度はクロマトグラフ溶出特性の関数となる。単一イオン捕捉イベントのみを分析し、質量スペクトルの生成のために１時間にわたって十分なデータを収集する必要がある従来のＣＤＭＳの実施態様とは異なり、複数のイオンの同時捕捉、およびそれに続く複数イオン捕捉イベントの分析は、質量スペクトルを収集するために必要な時間を大幅に短縮し、数分で質量スペクトルを取得することが可能になる。また、これは、クロマトグラフからの分離された分子の溶出と一致するイオン・ビーム強度における突出(burst)を、溶出特性と同じ時間枠においてＣＤＭＳによって特徴付けできることを意味する。この段落において説明した実施形態のいずれの実施態様においても、更に他の変形では、イオン源ステージＩＳ_２とＥＬＩＴ１４との間に動作可能に位置付けられた質量分光分析計を含んでもよい。

【0093】

[00106] これより図１２Ｂを参照すると、イオン分離機器２１０の他の実施形態の簡略ブロック図が示されている。実例として、イオン分離機器２１０は、マルチステージ質量分光分析機器２２０を含み、更に、ＥＬＩＴ１４を含むＣＤＭＳ１００も含み、更に実施形態によっては、高質量イオン分析コンポーネントとして実装される、前述のようなイオン軌道制御装置１０５を含む。図示する実施形態では、マルチステージ質量分光分析機器２２０は、本明細書において図示および説明したイオン源（ＩＳ）１２、その後ろにありこれに結合された第１の従来の質量分光分析計（ＭＳ１）２０４、その後ろにありこれに結合された従来のイオン解離ステージ（ＩＤ）２０６であって、例えば、衝突誘発解離（ＣＩＤ）、表面誘発解離（ＳＩＤ）、電子捕獲解離（ＥＣＤ）、および／または光誘発解離（ＰＩＤ）等の内１つ以上によって、質量分光分設計２０４から出射したイオンを解離させるように動作可能な、従来のイオン解離ステージ（ＩＤ）２０６、その後ろにありこれに結合された第２の従来の質量分光分析計（ＭＳ２）２０８、その後ろにある、例えば、マイクロチャネル・プレート検出器または他の従来のイオン検出器のような従来のイオン検出器（Ｄ）２１２を含む。ＣＤＭＳ１００が選択的に質量分光分析計２０４および／またはイオン解離ステージ２０６からイオンを受け取ることができるように、ＣＤＭＳ１００はイオン解離ステージ２０６と並列に結合されている。

【0094】

[00107] 例えば、イオン分離機器２２０のみを使用するＭＳ／ＭＳは、定着した手法であり、特定の分子重量の先駆イオンが、それらのｍ／ｚ値に基づいて、第１質量分光分析計２０４（ＭＳ１）によって分離される。質量で選択された先駆イオンは、例えば、衝突誘発解離、表面誘発解離、電子捕獲解離、または光誘発解離によって、イオン解離ステージ２０６において断片化される。断片イオンは、次いで、第２質量分光分析計２０８（ＭＳ２）によって分析される。ＭＳ１およびＭＳ２双方において、先駆イオンおよび断片イオンのｍ／ｚ値だけが測定される。高質量イオンでは、荷電状態が解明されず、したがってｍ／ｚ値のみに基づいて特定の分子重量の先駆イオンを選択するのは不可能である。しかしながら、図１２Ｂに示すように、機器２２０をＣＤＭＳ１００に結合することによって、ｍ／ｚ値の狭い範囲を選択し、次いでＣＤＭＳ１００を使用して、ｍ／ｚによって選択された先駆イオンの質量を判定することが可能になる。質量分光分析計２０４、２０８は、例えば、磁場型質量分光分析計、飛行時間質量分光分析計、または四重極質量分光分析計の内１つまたは任意の組み合わせでもよいが、代替実施形態では、他の型式の質量分光分析計も使用することができる。いずれの場合でも、ｍ／ｚによって選択され、既知の質量を有し、ＭＳ１から出射した先駆イオンは、イオン解離ステージ２０６において断片化することができ、次いで、結果的に得られた断片イオンをＭＳ２によって（ｍ／ｚ比率のみが測定される）および／またはＣＤＭＳ機器１００によって（複数のイオンのｍ／ｚ比率および電荷が同時に測定される）分析することができる。低質量の断片、即ち、閾値の質量値、たとえば、１０，０００Ｄａ（または他の質量値）よりも低い質量値を有する、先駆イオンの解離イオンは、したがって、従来のＭＳによって、ＭＳ２を使用して分析することができ、一方高質量の断片（電荷状態は解明されていない）、即ち、閾値の質量値以上の質量値を有する先駆イオンの解離イオンは、ＣＤＭＳ１００によって分析することができる。

【0095】

[00108] 尚、添付図面において示し先に説明したシステム１０、１００、２００、２１０のいずれかにおいて実装されるＥＬＩＴ１４の種々のコンポーネントの寸法、およびその中で確立される電界の大きさは、実例として、ＥＬＩＴ１４内において、電荷検出シリンダＣＤにおいてイオン（１つまたは複数）によって費やされる時間と、１回の完全な発振サイクル中にイオン（１つまたは複数）がイオン・ミラーＭ１、Ｍ２の組み合わせおよび電荷検出シリンダＣＤを横断することによって費やされる総時間との比率に対応する、イオン発振の所望のデューティ・サイクルを確立するように選択できることは理解されよう。例えば、約５０％のデューティ・サイクルは、測定信号の高調波周波数成分によって行われる基本周波数の振幅判定において、ノイズを低減する目的には望ましいとしてよい。例えば、５０％のような所望のデューティ・サイクルを達成するためのこのような寸法および動作上の考慮事項に関する詳細は、２０１８年１月１２日に出願された同時係属中の米国特許出願第６２／６１６，８６０号、２０１８年６月４日に出願された同時係属中の米国特許出願第６２／６８０，３４３号、および２０１９年１月１１日に出願された、同時係属中の国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１９＿＿＿＿号において図示および説明されている。これらは、全てELECTROSTATIC LINEAR ION TRAP DESIGN FOR CHARGE DETECTION MASS SPECTROMETRY（電荷検出質量分光分析のための静電線形イオン捕捉設計）と題され、これらの特許出願をここで引用したことにより、その内容全体が全て明示的に本願にも含まれるものとする。

【0096】

[00109] 更に、添付図面において示し本明細書において説明したシステム１０、１００、２００、２１０のいずれかにおいて、例えば、トリガ捕捉または他の電荷検出イベントのために、１つ以上の電荷検出最適化技法を、ＥＬＩＴ１４と共に使用してもよいことは理解されよう。このような電荷検出最適化技法のいくつかの例が、２０１８年６月４日に出願された同時係属中の米国特許出願第６２／６８０，２９６号、および２０１９年１月１１日に出願された同時係属中の国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１９／ 号において図示および説明されている。これらは、双方共、APPARATUS AND METHOD FOR CAPTURING IONS IN AN ELECTROSTATIC LINEAR ION TRAP（静電線形イオン・トラップにおけるイオン捕獲装置および方法）と題し、これらの特許出願をここで引用したことにより、その内容全体が全て明示的に本願にも含まれるものとする。

【0097】

[00110] 更に、１つ以上の電荷較正または再設定装置が、ＥＬＩＴ１４の電荷検出シリンダＣＤと共に、添付図面に示し本明細書において説明したシステム１０、１００、２００、２１０の内任意のものにおいて使用されてもよいことも理解されよう。１つのこのような電荷較正またはリセット装置の例が、２０１８年６月４日に出願された同時係属中の米国特許出願第６２／６８０，２７２号、および２０１９年１月１１日に出願された同時係属中の国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１９＿＿＿＿号において図示および説明されている。これらは双方共、APPARATUS AND METHOD FOR CALIBRATING OR RESETTING A CHARGE DETECTOR（電荷検出器を較正または再設定するための装置および方法）と題し、これらの特許出願をここで引用したことにより、その内容全体が全て明示的に本願にも含まれるものとする。

【0098】

[00111] 更にまた、添付図面に示したＥＬＩＴ１４は、同様に添付図面に示し本明細書において説明したシステム１０、１００、２００、２１０の内任意のものの一部として、本明細書において説明したが、代わりに、２つ以上のＥＬＩＴを有するまたは２つ以上のＥＬＩＴ領域を有する少なくとも１つのＥＬＩＴアレイの形態、および／または２つ以上のＥＬＩＴ領域を含む任意の１つのＥＬＩＴの形態で設けられてもよいこと、そして本明細書において説明した概念は、１つ以上のこのようなＥＬＩＴおよび／またはＥＬＩＴアレイを含むシステムにも直接適用できることも理解されよう。このようないくつかのＥＬＩＴおよび／またはＥＬＩＴアレイの例は、２０１８年６月４日に出願された同時係属中の米国特許出願第６２／６８０，３１５号、および２０１９年１月１１日に出願された同時係属中の国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１９＿＿＿＿号において図示および説明されている。これらは双方共、ION TRAP ARRAY FOR HIGH THROUGHPUT CHARGE DETECTION MASS SPECTROMETRY（高スループット電荷検出質量分光分析のためのイオン・トラップ・アレイ）と題し、これらの特許出願をここで引用したことにより、その内容全体が全て明示的に本願にも含まれるものとする。

【0099】

[00112] 更に、１つ以上のイオン源最適化装置および／または技法は、本明細書において図示および説明したイオン源１２の１つ以上の実施形態と共に、添付図面に示し本明細書において説明したシステム１０、１５０、１８０、２００、２２０のいずれかの一部としてまたはこれと組み合わせて使用されてもよいことも理解されよう。その一部の例が、２０１８年６月４日に出願され、HYBRID ION FUNNEL-ION CARPET (FUNPET) ATMOSPHERIC PRESSURE INTERFACE FOR CHARGE DETECTION MASS SPECTROMETRY（電荷検出質量分光分析のための混成イオン・ファンネル－イオン・カーペット（ＦＵＮＰＥＴ）大気圧インターフェース）と題する同時係属中の米国特許出願第６２／６８０，２２３号、および２０１９年１月１１日に出願に出願され、INTERFACE FOR TRANSPORTING IONS FROM AN ATMOSPHERIC PRESSURE ENVIRONMENT TO A LOW PRESSURE ENVIRONMENT（大気圧環境から低圧環境にイオンを輸送するためのインターフェース）と題する同時係属中の国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１９／ において図示および説明されている。これらの特許出願をここで引用したことにより、その内容全体が全て明示的に本願にも含まれるものとする。

【0100】

[00113] 更にまた、添付図面に図示し本明細書において説明したシステム１０、１００，２００、２１０はいずれは、リアル・タイム分析および／またはリアル・タイム制御技法にしたがって動作するように構成されたシステムにおいて、またはその一部として、実装できることも理解されよう。その例の一部が、２０１８年６月４日に出願された同時係属中の米国特許出願第６２／６８０，２４５号、および２０１９年１月１１日に出願された同時係属中の国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１９／ 号において図示および説明されている。これらは双方共、CHARGE DETECTION MASS SPECTROMETRY WITH REAL TIME ANALYSIS AND SIGNAL OPTIMIZATION（リアル・タイム分析および信号最適化による電荷検出質量分析法）と題し、これらの特許出願をここで引用したことにより、その内容全体が全て明示的に本願にも含まれるものとする。

【0101】

[00114] 図面および以上の説明において本開示を詳しく図示し説明したが、これは性質上限定ではなく例示と見なされるものであり、その例示的な実施形態が図示および説明されたに過ぎないこと、そして本開示の主旨に該当する全ての変更および修正が保護されることが望まれることは理解されよう。例えば、添付図面に示し本明細書において説明したＥＬＩＴ１４は、一例として設けられたに過ぎず、以上で説明した概念、構造、および技法は、種々の代替設計のＥＬＩＴにも直接実施できることは理解されよう。このような代替ＥＬＩＴ設計はいずれも、例えば、２つ以上のＥＬＩＴ領域、もっと多いイオン・ミラー電極、もっと少ないイオン・ミラー電極、および／または異なる形状のイオン・ミラー電極、もっと多いまたはもっと少ない電圧源、電圧源の１つ以上によって生成される、もっと多いまたはもっと少ないＤＣもしくは時間可変信号、追加の電界領域を定める１つ以上のイオン・ミラー等の内任意の１つまたは以上の組み合わせを含んでもよい。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【国際調査報告】