(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】2022-07-20
(54)【発明の名称】イオン移動度分離のための電圧制御
(51)【国際特許分類】
G01N 27/623 20210101AFI20220712BHJP
H01J 49/02 20060101ALI20220712BHJP
H01J 49/06 20060101ALI20220712BHJP
【ＦＩ】
G01N27/623
H01J49/02 200
H01J49/06
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2021569034
(86)(22)【出願日】2020-05-21
(85)【翻訳文提出日】2021-12-27
(86)【国際出願番号】 US2020033976
(87)【国際公開番号】W WO2020237037
(87)【国際公開日】2020-11-26
(31)【優先権主張番号】62/850,823
(32)【優先日】2019-05-21
(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】520445886
【氏名又は名称】モビリオン・システムズ，インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100127926
【弁理士】
【氏名又は名称】結田 純次
(74)【代理人】
【識別番号】100140132
【弁理士】
【氏名又は名称】竹林 則幸
(72)【発明者】
【氏名】ゴードン・エー・アンダーソン
(72)【発明者】
【氏名】ジョン・ダニエル・デボード
【テーマコード（参考）】
2G041
5C038
【Ｆターム（参考）】
2G041CA01
2G041CA02
2G041EA05
2G041FA09
2G041GA29
2G041HA03
5C038FF04
5C038FF13
(57)【要約】
デバイスは、第１の表面と、第２の表面と、コントローラとを含む。第１の表面および第２の表面は、間に第１のイオンチャネルを画成する。第２の表面は、第１の電極と、離間された第２の電極とを有し、第１の電圧信号を受信し、第１のイオンチャネル内のイオンが第２の表面に近づくのを阻止する擬ポテンシャルを生成するように構成されている第１の複数の電極を含む。第２の複数の電極は、第１の電極と第２の電極との間に位置し、第２の電圧信号を受信して、第１のイオンチャネルに沿ってイオンを案内するように構成された第１の移動駆動電位を生成するように構成されている。コントローラは、第１の電圧信号および第２の電圧信号を生成するように構成されている。
【選択図】図１
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
デバイスであって：第１の表面と；
該第１の表面に隣接した第２の表面であって、第１の表面および第２の表面は、間に第１のイオンチャネルを画成し、該第１のイオンチャネルは、第１の方向に沿って延び、第２の表面は：
第１の電極と、第１の方向に対して横向きの第２の方向に沿って第１の電極から離間された第２の電極とを含み、第１の複数の電極は第１の方向に沿って延びる第１の複数の電極であって、第１の電圧信号を受信して、第１のイオンチャネル内のイオンが第２の表面に近づくのを阻止する擬ポテンシャルの少なくとも一部を生成するように構成されている、第１の複数の電極と；
第１の電極と第２の電極との間に位置し、第１の方向に沿って配置され、第２の電圧信号を受信して、第１の方向に沿って移動する第１の移動駆動電位を生成するように構成された第２の複数の電極であって、第１の移動駆動電位は、イオンを第１のイオンチャネルに沿って案内するように構成されている、第２の複数の電極とを含む、第２の表面と；
第１の表面および第２の表面に電気的に連結され、第１の電圧信号および第２の電圧信号を生成するように構成されたコントローラと
を含む前記デバイス。
【請求項2】
第２の電極は、第３の電圧信号を受信し、擬ポテンシャルの少なくとも第２の部分を生成するように構成されている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項3】
第１の電圧信号は第１の高周波（ＲＦ）信号であり、第３の電圧信号は第２のＲＦ電圧信号であり、第１のＲＦ電圧信号と第２のＲＦ電圧信号との間の位相差は、約０°～約１８０°の範囲内の値を有する、請求項２に記載のデバイス。
【請求項4】
コントローラは、第１のＲＦ電圧信号を生成するように構成された第１のＲＦ制御回路と、第２のＲＦ電圧信号を生成するように構成された第２のＲＦ制御回路とを含む、請求項３に記載のデバイス。
【請求項5】
コントローラは、第１のＲＦ制御回路および第２のＲＦ制御回路に通信可能に連結されたマスタ制御回路を含み、該マスタ制御回路は：第１のＲＦ電圧信号の振幅および／または周波数、第２のＲＦ電圧信号の振幅および／または周波数、ならびに第１のＲＦ電圧信号と第２のＲＦ電圧信号との間の位相差のうちの１つまたはそれ以上を決定し；
１つまたはそれ以上のＲＦ制御信号を第１のＲＦ制御回路および第２のＲＦ制御回路に提供するように構成され、１つまたはそれ以上のＲＦ制御信号は、第１のＲＦ電圧信号の振幅および／または周波数、第２のＲＦ電圧信号の振幅および／または周波数、ならびに第１のＲＦ電圧信号と第２のＲＦ電圧信号との間の位相差のうちの１つまたはそれ以上を示す、請求項４に記載のデバイス。
【請求項6】
第２の電圧信号は電流波形であり、コントローラは、複数の進行波電圧信号を生成するように構成された複数の進行波制御回路を含み、該複数の進行波電圧信号の振幅および位相は予め決定されており、電流波形は複数の進行波電圧信号を含む、請求項５に記載のデバイス。
【請求項7】
電流波形は、鋸歯状の電流波形、矩形の電流波形、および正弦波電流波形のうちの１つまたはそれ以上を含むパルス電流波形であり、鋸歯状の電流波形、矩形の電流波形、および正弦波電流波形のうちの１つまたはそれ以上はバイアスされている、請求項６に記載のデバイス。
【請求項8】
複数の進行波制御回路は、複数のパルス電流制御回路および複数の直流制御回路のうちの１つまたはそれ以上を含む、請求項６に記載のデバイス。
【請求項9】
マスタ制御回路は：複数の進行波電圧信号の振幅および／または周波数と、複数の進行波電圧信号のうちの１つまたはそれ以上の進行波電圧信号間の位相差とのうちの１つまたはそれ以上を決定し；
１つまたはそれ以上の進行波制御信号を複数の進行波制御回路に提供するように構成され、１つまたはそれ以上の進行波制御信号は、複数の進行波電圧信号の振幅および／または周波数、ならびに複数の進行波電圧信号のうちの１つまたはそれ以上の進行波電圧信号間の位相差のうちの１つまたはそれ以上を示す、請求項６に記載のデバイス。
【請求項10】
コントローラは、第１の電圧信号を生成するように構成された第１のＲＦ制御回路と、第１の直流（ＤＣ）電圧信号を生成するように構成された第１のＤＣ制御回路とを含み、第１の電圧信号は、第１のＲＦ電圧信号であり、第２の電極は、第１のＤＣ電圧信号を受信するように構成されている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項11】
第１の複数の電極は、第２の電極に隣接し、第１の方向に沿って延びる第３の電極を含み、第３の電極は、第１の電圧信号を受信し、擬ポテンシャルの第２の部分を生成するように構成されている、請求項１０に記載のデバイス。
【請求項12】
第１の表面および第２の表面は、間に第２のイオンチャネルを画成し、第２のイオンチャネルは、第１の方向に沿って延び、第２の表面は：第２の電極と第３の電極との間に位置する第３の複数の電極を含み、該第３の複数の電極は、第４の電圧信号を受信し、第１の方向に平行に移動する第２の移動駆動電位を生成するように構成され、該第２の移動駆動電位は、第２のイオンチャネルに沿ってイオンを案内するように構成され；
第１のイオンチャネルは、第２の方向に沿って第１の電極と第２の電極との間に位置し、第２のイオンチャネルは、第２の方向に沿って第２の電極と第３の電極との間に位置する、請求項１１に記載のデバイス。
【請求項13】
第３の複数の電極は、スイッチ制御回路からスイッチ電圧信号を受信し、ゲート電位を生成するように構成されたスイッチ電極を含み、ゲート電位は、第２のイオンチャネルから第１のイオンチャネルにイオンを案内するように構成されている、請求項１２に記載のデバイス。
【請求項14】
コントローラは、スイッチ制御回路に通信可能に連結されたマスタ制御回路を含み、該マスタ制御回路は：スイッチ電極がゲート電位を生成するように構成されている期間を決定し；
スイッチ制御信号をスイッチ制御回路に提供するように構成され、スイッチ制御回路は、スイッチ制御信号に基づいて、決定された期間中にスイッチ電圧信号を生成するように構成されている、請求項１３に記載のデバイス。
【請求項15】
コントローラは、電源に電気的に連結され、電源信号を受信するように構成されている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項16】
第１の複数の電極の第２の電極は、接地電位に電気的に連結されている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項17】
コントローラは、バイアスＤＣ電圧信号を生成するように構成された第２のＤＣ制御回路を含み、第１の表面の少なくとも１つの電極は、バイアスＤＣ電圧信号を受信するように構成されている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項18】
第１の表面は：第１のイオン操作デバイス電位を特徴とする第１のイオン操作デバイスであって、第１の表面は、第１のイオン操作デバイスからイオンを受け取るように構成された第１のイオン操作デバイスと；
第２のイオン操作デバイス電位を特徴とする第２のイオン操作デバイスであって、第１の表面は、第２のイオン操作デバイスへとイオンを輸送するように構成された、第２のイオン操作デバイスとのうちの１つまたはそれ以上に連結され、
バイアスＤＣ電圧信号に関連するイオンのバイアスイオン電位エネルギーが、第１のイオン操作デバイス電位に関連するイオンの第１のイオン電位エネルギーよりも小さく、かつ／または、バイアスイオン電位エネルギーが、第２のイオン操作デバイス電位に関連するイオンの第２のイオン電位エネルギーよりも大きい、請求項１７に記載のデバイス。
【請求項19】
第１のイオン操作デバイスはイオン源であり、第２のイオン操作デバイスはイオン検出器であり、第１の表面は、該第１の表面の第１の端部でイオン源に連結され、第１の表面の第２の端部でイオン検出器に連結されている、請求項１８に記載のデバイス。
【請求項20】
方法であって：第１の表面、および第１の表面に隣接した第２の表面を提供することであって、第１の表面および第２の表面は、間に第１のイオンチャネルを画成し、該第１のイオンチャネルは、第１の方向に沿って延び、第２の表面は：
第１の電極と、第１の方向に対して横向きの第２の方向に沿って第１の電極から離間された第２の電極とを含む第１の複数の電極であって、第１の方向に沿って延びる第１の複数の電極と；
第１の電極と第２の電極との間に位置し、第１の方向に沿って配置されている第２の複数の電極とを含む、ことと；
第１のイオンチャネルに沿ってイオンを提供することと；
コントローラによって、第１の電圧信号を第１の電極に印加することであって、該第１の電極は、第１のイオンチャネル内のイオンが第２の表面に近づくのを阻止する擬ポテンシャルの少なくとも一部を生成するように構成されている、ことと；
コントローラによって、第２の電圧信号を第２の電極に印加することであって、該第２の電極は、第１の方向に沿って移動する第１の移動駆動電位を生成するように構成され、第１の移動駆動電位は、第１のイオンチャネルに沿ってイオンを案内するように構成されている、ことと、
を含む前記方法。
【請求項21】
第１の電圧信号は第１の高周波（ＲＦ）信号であり、第３の電圧信号は第２のＲＦ電圧信号であり、第１のＲＦ電圧信号と第２のＲＦ電圧信号との間の位相差は、約０°～約１８０°の範囲内の値を有する、請求項２０に記載の方法。
【請求項22】
コントローラによって、第３の電圧信号を第２の電極に印加することをさらに含み、第２の電極は、擬ポテンシャルの少なくとも第２の部分を生成するように構成されている、請求項２０に記載の方法。
【請求項23】
コントローラは、第１のＲＦ電圧信号を生成するように構成された第１のＲＦ制御回路と、第２のＲＦ電圧信号を生成するように構成された第２のＲＦ制御回路とを含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項24】
デバイスであって：第１の表面と；
該第１の表面に隣接した第２の表面であって、第１の表面および第２の表面は、間に第１のイオンチャネルを画成し、該第１のイオンチャネルは、第１の方向に沿って延び、第２の表面は：
第１の電極と、第１の方向に沿って第１の電極に隣接した第２の電極とを含み、第１の複数の電極は第１の方向に沿って配置される第１の複数の電極であって、第１の電極は、第１のＲＦ電圧信号を受信するように構成され、第２の電極は、第２のＲＦ電圧信号を受信するように構成されている、第１の複数の電極と；
第１の方向に対して横向きの第２の方向に沿って第１の複数の電極から離間され、第３の電極と、第３の電極に隣接して第１の方向に沿って配置された第４の電極とを含む第２の複数の電極であって、第３の電極は、第２のＲＦ電圧信号を受信するように構成され、第４の電極は、第１のＲＦ電圧信号を受信するように構成されている、第２の複数の電極とを含み、
第１の電極、第２の電極、第３の電極、および第４の電極は、第１のイオンチャネル内のイオンが第２の表面に近づくのを阻止する擬ポテンシャルの一部を生成するように構成されている、第２の表面と；
第１の表面および第２の表面に電気的に連結されたコントローラであって、第１の位相を有する第１のＲＦ電圧信号を生成し、第２の位相を有する第２のＲＦ電圧信号を生成するように構成され、第１の位相と第２の位相との間の第１の位相差は、第１の所定の値に設定される、コントローラと
を含む、前記デバイス。
【請求項25】
第１の複数の電極は、第１の方向に沿って第２の電極に隣接した第５の電極を含み、第２の複数の電極は、第１の方向に沿って第４の電極に隣接した第６の電極を含み、コントローラは、第３の位相を有する第３のＲＦ電圧信号を生成するように構成され、第２の位相と第３の位相との間の第２の位相差は、第２の所定の値に設定される、請求項２４に記載のデバイス。
【請求項26】
第１の複数の電極および第２の複数の電極は、第１の方向に沿って移動する移動駆動電位を生成するように構成され、第１の移動駆動電位は、第１のイオンチャネルに沿ってイオンを案内するように構成されている、請求項２４に記載のデバイス。
【請求項27】
コントローラは、第１のＲＦ電圧信号を生成するように構成された第１のＲＦ制御回路と、第２のＲＦ電圧信号を生成するように構成された第２のＲＦ制御回路とを含む、請求項２６に記載のデバイス。
【請求項28】
コントローラは、第１のＲＦ制御回路および第２のＲＦ制御回路に通信可能に連結されたマスタ制御回路を含み、該マスタ制御回路は：第１のＲＦ電圧信号の振幅および／または周波数、第２のＲＦ電圧信号の振幅および／または周波数、ならびに第１の所定の値のうちの１つまたはそれ以上を決定し；
１つまたはそれ以上の制御信号を第１のＲＦ制御回路および第２のＲＦ制御回路に提供するように構成され、制御信号は、第１のＲＦ電圧信号の振幅および／または周波数、第２のＲＦ電圧信号の振幅および／または周波数、ならびに第１の所定の値のうちの１つまたはそれ以上を示す、請求項２７に記載のデバイス。
【請求項29】
第１のイオンチャネルに沿った移動駆動電位の速度は、第１のＲＦ電圧信号の周波数に基づく、請求項２６に記載のデバイス。
【請求項30】
第１のイオンチャネルに沿った移動駆動電位の空間周波数は、第１の所定の値に基づく、請求項２６に記載のデバイス。
【請求項31】
第１の電極は、第２の方向に沿って第３の電極に隣接し、第２の電極は、第２の方向に沿って第４の電極に隣接している、請求項２４に記載のデバイス。
【請求項32】
第１の電極および第２の電極は、第１の方向に沿って第３の電極および第４の電極から空間的に変位している、請求項２４に記載のデバイス。
【請求項33】
第１の複数の電極と第２の複数の電極の間に位置し、第１の方向に沿って配置されている第３の複数の電極をさらに含み、該第３の複数の電極は、第３の電圧信号を受信し、第１の方向に沿って移動する第１の移動駆動電位を生成するように構成され、第１の移動駆動電位は、第１のイオンチャネルに沿ってイオンを案内するように構成されている、請求項２４に記載のデバイス。
【請求項34】
第３の電圧信号は電流波形であり、コントローラは、複数の進行波電圧信号を生成するように構成された複数の進行波制御回路を含み、複数の進行波電圧信号の振幅および位相は予め決定されており、電流波形は複数の進行波電圧信号を含む、請求項３３に記載のデバイス。
【請求項35】
電流波形は、鋸歯状の電流波形、矩形の電流波形、およびＡＣ波形のうちの１つまたはそれ以上を含むパルス電流波形であり、鋸歯状の電流波形、矩形の電流波形、およびＡＣ波形のうちの１つまたはそれ以上はバイアスされている、請求項３４に記載のデバイス。
【請求項36】
複数の進行波制御回路は、複数のパルス電流制御回路および複数の直流制御回路のうちの１つまたはそれ以上を含む、請求項３５に記載のデバイス。
【請求項37】
コントローラは、複数の進行波制御回路に通信可能に連結されたマスタ制御回路を含み、該マスタ制御回路は：複数の進行波電圧信号の振幅および／または周波数と、複数の進行波電圧信号のうちの１つまたはそれ以上の進行波電圧信号間の位相差とのうちの１つまたはそれ以上を決定し；
１つまたはそれ以上の進行波制御信号を複数の進行波制御回路に提供するように構成され、１つまたはそれ以上の進行波制御信号は、複数の進行波電圧信号の振幅および／または周波数、ならびに複数の進行波電圧信号のうちの１つまたはそれ以上の進行波電圧信号間の位相差のうちの１つまたはそれ以上を示す、請求項３６に記載のデバイス。
【請求項38】
コントローラは、第１の直流（ＤＣ）電圧信号を生成するように構成された第１のＤＣ制御回路を含み、第３の複数の電極は、第１のＤＣ電圧信号を受信するように構成されている、請求項３７に記載のデバイス。
【請求項39】
コントローラは、バイアスＤＣ電圧信号を生成するように構成された第２のＤＣ制御回路を含み、第１の表面および第２の表面のそれぞれの少なくとも１つの電極は、バイアスＤＣ電圧信号を受信するように構成されている、請求項２４に記載のデバイス。
【請求項40】
第１の表面は：第１のイオン操作デバイス電位を特徴とする第１のイオン操作デバイスであって、第１の表面は、第１のイオン操作デバイスからイオンを受け取るように構成された第１のイオン操作デバイスと；
第２のイオン操作デバイス電位を特徴とする第２のイオン操作デバイスであって、第１の表面は、第２のイオン操作デバイスへとイオンを輸送するように構成された、第２のイオン操作デバイスと
のうちの１つまたはそれ以上に連結され、
バイアスＤＣ電圧信号は、第１のイオン操作デバイス電位よりも小さく、かつ／または、バイアスＤＣ電圧信号は、第２のイオン操作デバイス電位よりも大きい、請求項３９に記載のデバイス。
【請求項41】
第１の表面は、該第１の表面の第１の端部でイオン源電位を特徴とするイオン源に連結され、第１の表面の第２の端部でイオン検出器電位を特徴とするイオン検出器に連結され、バイアスＤＣ電圧信号は、イオン検出器電位よりも大きく、イオン源電位よりも小さい、請求項４０に記載のデバイス。
【請求項42】
デバイスであって：第１の表面と；
該第１の表面に隣接した第２の表面であって、第１の表面および第２の表面は、間に第１のイオンチャネルを画成し、該第１のイオンチャネルは、第１の方向に沿って延び、第２の表面は：
第１の電極と、第１の方向に沿って第１の電極に隣接した第２の電極とを含み、第１の複数の電極は第１の方向に沿って配置される第１の複数の電極であって、第１の電極は、第１のＲＦ電圧信号を受信するように構成され、第２の電極は、ＤＣ電圧信号を受信するように構成されている、第１の複数の電極と；
第１の方向に対して横向きの第２の方向に沿って第１の複数の電極から離間され、第３の電極と、第３の電極に隣接して第１の方向に沿って配置された第４の電極とを含む第２の複数の電極であって、第３の電極は、第２のＲＦ電圧信号を受信するように構成され、第４の電極は、ＤＣ電圧信号を受信するように構成されている、第２の複数の電極とを含み、
第１の電極、第２の電極、第３の電極、および第４の電極は、第１のイオンチャネル内のイオンが第２の表面に近づくのを阻止する擬ポテンシャルの一部を生成するように構成されている、第２の表面と；
第１の表面および第２の表面に電気的に連結され、第１の位相を有する第１のＲＦ電圧信号およびＤＣ電圧信号を生成するように構成されたコントローラと
を含む、前記デバイス。
【請求項43】
デバイスであって：第１の表面と；
該第１の表面に隣接した第２の表面であって、第１の表面および第２の表面は、間に第１のイオンチャネルを画成し、該第１のイオンチャネルは、第１の方向に沿って延び、第２の表面は：
第１の電極と、第１の方向に沿って第１の電極に隣接した第２の電極とを含み、第１の複数の電極は第１の方向に沿って配置される第１の複数の電極であって、第１の電極は、第１のＲＦ電圧信号を受信するように構成され、第２の電極は、第２のＲＦ電圧信号を受信するように構成されている、第１の複数の電極と；
第１の方向に対して横向きの第２の方向に沿って第１の複数の電極から離間され、第３の電極と、第３の電極に隣接して第１の方向に沿って配置された第４の電極とを含む第２の複数の電極であって、第３の電極は、第１のＲＦ電圧信号を受信するように構成され、第４の電極は、第２のＲＦ電圧信号を受信するように構成されている、第２の複数の電極とを含み、
第１の電極、第２の電極、第３の電極、および第４の電極は、第１のイオンチャネル内のイオンが第２の表面に近づくのを阻止する擬ポテンシャルの一部を生成するように構成され、
第１の電極は、第２の方向に沿って第３の電極に位置合わせされ、第２の電極は、第２の方向に沿って第４の電極に位置合わせされている、第２の表面と；
第１の表面および第２の表面に電気的に連結されたコントローラであって、第１の位相を有する第１のＲＦ電圧信号を生成し、第２の位相を有する第２の電圧信号を生成するように構成され、第１の位相と第２の位相との間の第１の位相差は、第１の所定の値に設定される、コントローラと
を含む、前記デバイス。
【請求項44】
方法であって：第１の表面、および第１の表面に隣接した第２の表面を提供することであって、第１の表面および第２の表面は、間に第１のイオンチャネルを画成し、該第１のイオンチャネルは、第１の方向に沿って延び、第２の表面は、
第１の電極と、第１の方向に沿って第１の電極に隣接した第２の電極とを含む第１の複数の電極であって、第１の複数の電極は、第１の方向に沿って配置される、第１の複数の電極と；
第１の方向に対して横向きの第２の方向に沿って第１の複数の電極から離間され、第３の電極と、第３の電極に隣接して第１の方向に沿って配置された第４の電極とを含む第２の複数の電極とを含む、ことと；
第１のイオンチャネルに沿ってイオンを提供することと；
コントローラによって、第１のＲＦ電圧信号を第１の電極および第４の電極に、第２のＲＦ電圧信号を第２の電極および第３の電極に印加することであって、第１の電極、第２の電極、第３の電極、および第４の電極は、第１のイオンチャネル内のイオンが第２の表面に近づくのを阻止する擬ポテンシャルの一部を生成するように構成されている、ことと
を含む前記方法。
【請求項45】
第１の複数の電極および第２の複数の電極は、第１の方向に沿って移動する移動駆動電位を生成するように構成され、第１の移動駆動電位は、第１のイオンチャネルに沿ってイオンを案内するように構成されている、請求項４４に記載の方法。
【請求項46】
第２の表面は、第１の複数の電極と第２の複数の電極の間に位置し、第１の方向に沿って配置されている第３の複数の電極をさらに含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項47】
複数の進行波制御回路によって、第３の電圧信号を第３の複数の電極に印加することをさらに含み、第３の複数の電極は、第１の方向に沿って移動する第１の移動駆動電位を生成するように構成され、第１の移動駆動電位は、第１のイオンチャネルに沿ってイオンを案内するように構成されている、請求項４６に記載の方法。
【請求項48】
第３の電圧信号は所定の電流波形であり、複数の進行波制御回路は、複数の進行波電圧信号を生成するように構成され、所定の電流波形は複数の進行波電圧信号を含む、請求項４７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１９年５月２１日に出願された「Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｆｏｒ Ｉｏｎ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ」と題する米国仮特許出願第６２／８５０，８２３号の優先権の利益を主張し、その全文が参照によって本明細書に組み入れられる。
本出願は、２０１９年５月２１日に出願された「Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｆｏｒ Ｉｏｎ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ」と題する米国仮特許出願第６２／８５０，８２３号の優先権の利益を主張し、その全文が参照によって本明細書に組み入れられる。
【0002】
本開示は、イオン移動度分離の電圧制御のためのシステムおよび対応する方法、より詳細には、セグメント化された電極配置と、システム内でイオンを案内するためのパルス状またはバイアスされた電圧信号（例えば、符号反転のないパルス電流波形または周期的な波形）とを含むことができるシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【0003】
イオンモビリティスペクトロメトリ（ＩＭＳ）は、気相中のイオンをその移動度に基づいて分離し同定する技術である。例えば、ＩＭＳは、異なる移動度を有する構造異性体および高分子を分離するために利用される。ＩＭＳは、静的または動的な背景ガス中のイオンの混合物に、一定の、または経時変化する電界を印加することに頼る。移動度が大きい（または衝突断面積［ＣＣＳ］が小さい）イオンは、移動度が小さい（またはＣＣＳが大きい）イオンと比べて電界の影響下でより高速で移動する。ＩＭＳデバイスの分離距離（例えば、ドリフトチューブ内）にわたって電界を印加することによって、イオン混合物のイオンは移動度に基づいて空間的に分離される。異なる移動度を有するイオンは、ドリフトチューブの端部にそれぞれ異なる時間に到達するため（時間的分離）、イオンは、ドリフトチューブの端部にある検出器による検出時間に基づいて同定される。移動度分離の分解能は、分離距離を変えることによって変更される。
【0004】
質量分析法（ＭＳ）は、化学種の混合物をその質量電荷比に基づいて分離できる分析技術である。ＭＳは、化学種の混合物を電離させ、次いで、電界および／または磁界の存在下でイオン混合物を加速させることを伴う。質量分析計によっては、同じ質量電荷比を有するイオンは同じ偏向を受ける。異なる質量電荷比を有するイオンは、異なる偏向を受けることができ、検出器（例えば、電子増倍管）による検出の空間的位置に基づいて同定される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0005】
一般的に、本開示の実施形態は、イオン移動度分離の電圧制御のためのシステムおよび対応する方法を提供する。
【0006】
デバイスは、第１の表面と、第２の表面と、コントローラとを含む。第２の表面は、第１の表面に隣接している。第１の表面および第２の表面は、間に第１のイオンチャネルを画成する。第１のイオンチャネルは、第１の方向に沿って延びている。第２の表面は、第１の電極と、第１の方向に対して横向きの第２の方向に沿って第１の電極から離間された第２の電極とを含む第１の複数の電極を含む。第１の複数の電極は、第１の方向に沿って延びている。第１の電極は、第１の電圧信号を受信し、第１のイオンチャネル内のイオンが第２の表面に近づくのを阻止する擬ポテンシャルの少なくとも一部を生成するように構成されている。第２の複数の電極は、第１の電極と第２の電極との間に位置し、第１の方向に沿って配置されている。第２の複数の電極は、第２の電圧信号を受信して、第１の方向に沿って移動する第１の移動駆動電位を生成するように構成されている。第１の移動駆動電位は、第１のイオンチャネルに沿ってイオンを案内するように構成されている。本デバイスは、第１の表面および第２の表面に電気的に連結されたコントローラをさらに含む。コントローラは、第１の電圧信号および第２の電圧信号を生成するように構成されている。
【0007】
一実施態様では、第２の電極は、第３の電圧信号を受信し、擬ポテンシャルの少なくとも第２の部分を生成するように構成されている。別の実施態様では、第１の電圧信号は第１の高周波（ＲＦ）信号であり、第３の電圧信号は第２のＲＦ電圧信号であり、第１のＲＦ電圧信号と第２のＲＦ電圧信号との間の位相差は、約０°～約１８０°の範囲内の値を有する。さらに別の実施態様では、コントローラは、第１のＲＦ電圧信号を生成するように構成された第１のＲＦ制御回路と、第２のＲＦ電圧信号を生成するように構成された第２のＲＦ制御回路とを含む。
【0008】
一実施態様では、コントローラは、第１のＲＦ制御回路および第２のＲＦ制御回路に通信可能に連結されたマスタ制御回路を含む。マスタ制御回路は、第１のＲＦ電圧信号の振幅および／または周波数、第２のＲＦ電圧信号の振幅および／または周波数、ならびに第１のＲＦ電圧信号と第２のＲＦ電圧信号との間の位相差のうちの１つまたはそれ以上を決定するように構成されている。コントローラは、１つまたはそれ以上のＲＦ制御信号を第１のＲＦ制御回路および第２のＲＦ制御回路に提供するようにさらに構成されている。１つまたはそれ以上のＲＦ制御信号は、第１のＲＦ電圧信号の振幅および／または周波数、第２のＲＦ電圧信号の振幅および／または周波数、ならびに第１のＲＦ電圧信号と第２のＲＦ電圧信号との間の位相差のうちの１つまたはそれ以上を示す。
【0009】
一実施態様では、第２の電圧信号は、所定の電圧／電流波形であり、コントローラは、複数の進行波電圧信号を生成するように構成された複数の進行波制御回路を含む。所定の電圧／電流波形は、複数の進行波電圧信号を含む。別の実施態様では、所定の電圧／電流波形は、鋸歯状の電圧／電流波形、矩形の電圧／電流波形、およびバイアスされたＡＣ波形またはバイアスされた正弦波電圧／電流波形のうちの１つまたはそれ以上を含むパルス電圧波形である。さらに別の実施態様では、所定の電圧／電流波形は、符号反転のない周期的な波形であり、これは、電流の流れの方向を反転させないが、依然として経時変化する印加電位を示す。さらに別の実施態様では、複数の進行波制御回路は、複数の交流（ＡＣ）制御回路および複数の直流制御回路のうちの１つまたはそれ以上を含む。
【0010】
一実施態様では、マスタ制御回路は、複数の進行波電圧信号の振幅および／または周波数と、複数の進行波電圧信号のうちの１つまたはそれ以上の進行波電圧信号間の位相差とのうちの１つまたはそれ以上を決定するように構成されている。マスタ制御回路は、１つまたはそれ以上の進行波制御信号を複数の進行波制御回路に提供するようにさらに構成されている。１つまたはそれ以上の進行波制御信号は、複数の進行波電圧信号の振幅および／または周波数と、複数の進行波電圧信号のうちの１つまたはそれ以上の進行波電圧信号間の位相差とのうちの１つまたはそれ以上を示す。
【0011】
一実施態様では、コントローラは、第１の電圧信号を生成するように構成された第１のＲＦ制御回路と、第１の直流（ＤＣ）電圧信号を生成するように構成された第１のＤＣ制御回路とを含む。第１の電圧信号は、第１のＲＦ電圧信号であり、第２の電極は、第１のＤＣ電圧信号を受信するように構成されている。別の実施態様では、第１の複数の電極は、第２の電極に隣接し、第１の方向に沿って延びる第３の電極を含む。第３の電極は、第１の電圧信号を受信し、擬ポテンシャルの第２の部分を生成するように構成されている。
【0012】
一実施態様では、第１の表面および第２の表面は、間に第２のイオンチャネルを画成する。第２のイオンチャネルは、第１の方向に沿って延びている。第２の表面は、第２の電極と第３の電極との間に位置する第３の複数の電極を含む。第３の複数の電極は、第４の電圧信号を受信し、第１の方向に平行に移動する第２の移動駆動電位を生成するように構成され、第２の移動駆動電位は、第２のイオンチャネルに沿ってイオンを案内するように構成されている。第１のイオンチャネルは、第１の電極と第２の電極との間に位置し、第２のイオンチャネルは、第２の電極と第３の電極との間に位置する。別の実施態様では、第３の複数の電極は、スイッチ制御回路からスイッチ電圧信号を受信し、ゲート電位を生成するように構成されたスイッチ電極を含み、ゲート電位は、第２のイオンチャネルから第１のイオンチャネルにイオンを案内するように構成されている。
【0013】
一実施態様では、コントローラは、スイッチ制御回路に通信可能に連結されたマスタ制御回路を含む。マスタ制御回路は、スイッチ電極がゲート電位を生成するように構成されている期間を決定するように構成されている。マスタ制御回路は、スイッチ制御信号を複数のスイッチ制御回路に提供するようにさらに構成されている。スイッチ制御回路は、スイッチ制御信号に基づいて、決定された期間中にスイッチ電圧信号を生成するように構成されている。別の実施態様では、コントローラは、電源に電気的に連結され、電源信号を受信するように構成されている。さらに別の実施態様では、第１の複数の電極の第２の電極は、接地電位に電気的に連結されている。
【0014】
一実施態様では、コントローラは、バイアスＤＣ電圧信号を生成するように構成された第２のＤＣ制御回路を含む。第１の表面の少なくとも１つの電極は、バイアスＤＣ電圧信号を受信するように構成されている。別の実施態様では、第１の表面は、（ａ）第１のイオン操作デバイス電位を特徴とする第１のイオン操作デバイスであって、第１の表面は、第１のイオン操作デバイスからイオンを受け取るように構成された第１のイオン操作デバイスと、（ｂ）第２のイオン操作デバイス電位を特徴とする第２のイオン操作デバイスであって、第１の表面は、第２のイオン操作デバイスへとイオンを輸送するように構成された第２のイオン操作デバイスとのうちの１つまたはそれ以上に連結される。バイアスＤＣ電圧信号は、第１のイオン操作デバイス電位よりも小さく、かつ／または、バイアスＤＣ電圧信号は、第２のイオン操作デバイス電位よりも大きい。さらに別の実施態様では、第１の表面は、第１の表面の第１の端部でイオン源電位を特徴とするイオン源に連結され、第１の表面の第２の端部でイオン検出器電位を特徴とするイオン検出器に連結される。バイアスＤＣ電圧信号は、イオン検出器電位よりも大きく、イオン源電位よりも小さい。
【0015】
方法は、第１の表面と、第１の表面に隣接した第２の表面とを提供することを含む。第１の表面および第２の表面は、間に第１のイオンチャネルを画成する。第１のイオンチャネルは、第１の方向に沿って延びている。第２の表面は、第１の電極と、第１の方向に対して横向きの第２の方向に沿って第１の電極から離間された第２の電極とを含む第１の複数の電極を含む。第１の複数の電極は、第１の方向に沿って延びている。第２の表面は、第１の電極と第２の電極との間に位置し、第１の方向に沿って配置されている第２の複数の電極をさらに含む。本方法は、第１のイオンチャネルに沿ってイオンを提供することをさらに含む。本方法は、コントローラによって、第１の電圧信号を第１の電極に印加することをさらに含む。第１の電極は、第１のイオンチャネル内のイオンが第２の表面に近づくのを阻止する擬ポテンシャルの少なくとも一部を生成するように構成されている。本方法は、コントローラによって、第２の電圧信号を第２の電極に印加することをさらに含む。第２の電極は、第１の方向に沿って移動する第１の移動駆動電位を生成するように構成され、第１の移動駆動電位は、第１のイオンチャネルに沿ってイオンを案内するように構成されている。
【0016】
一実施態様では、本方法は、コントローラによって、第３の電圧信号を第２の電極に印加することをさらに含む。第２の電極は、擬ポテンシャルの少なくとも第２の部分を生成するように構成されている。別の実施態様では、第１の電圧信号は第１の高周波（ＲＦ）信号であり、第３の電圧信号は第２のＲＦ電圧信号であり、第１のＲＦ電圧信号と第２のＲＦ電圧信号との間の位相差は、約０°～約１８０°の範囲内の値を有する。さらに別の実施態様では、コントローラは、第１のＲＦ電圧信号を生成するように構成された第１のＲＦ制御回路と、第２のＲＦ電圧信号を生成するように構成された第２のＲＦ制御回路とを含む。
【0017】
デバイスは、第１の表面と、第２の表面と、コントローラとを含む。第２の表面は、第１の表面に隣接している。第１の表面および第２の表面は、間に第１のイオンチャネルを画成する。第１のイオンチャネルは、第１の方向に沿って延びている。第２の表面は、第１の電極と、第１の方向に沿って第１の電極に隣接した第２の電極とを含む第１の複数の電極を含む。第１の複数の電極は、第１の方向に沿って配置されている。第１の電極は、第１のＲＦ電圧信号を受信するように構成され、第２の電極は、第２のＲＦ電圧信号を受信するように構成されている。第２の表面は、第１の方向に対して横向きの第２の方向に沿って第１の複数の電極から離間された第２の複数の電極を含む。第２の複数の電極は、第３の電極と、第３の電極に隣接して第１の方向に沿って配置された第４の電極とを含む。第３の電極は、第２のＲＦ電圧信号を受信するように構成され、第４の電極は、第１のＲＦ電圧信号を受信するように構成されている。第１の電極、第２の電極、第３の電極、および第４の電極は、第１のイオンチャネル内のイオンが第２の表面に近づくのを阻止する擬ポテンシャルの一部を生成するように構成されている。本デバイスは、第１の表面および第２の表面に電気的に連結されたコントローラをさらに含む。コントローラは、第１の位相を有する第１のＲＦ電圧信号を生成し、第２の位相を有する第２のＲＦ電圧信号を生成するように構成されている。コントローラは、第１の位相と第２の位相との間の第１の位相差を、第１の所定の値に設定する。
【0018】
一実施態様では、第１の複数の電極は、第１の方向に沿って第２の電極に隣接した第５の電極を含み、第２の複数の電極は、第１の方向に沿って第４の電極に隣接した第６の電極を含む。コントローラは、第３の位相を有する第３のＲＦ電圧信号を生成するように構成されている。コントローラは、第２の位相と第３の位相との間の第２の位相差を、別の所定の値（または第１の所定の値）に設定する。別の実施態様では、第１の複数の電極および第２の複数の電極は、第１の方向に沿って移動する移動駆動電位を生成するように構成されている。第１の移動駆動電位は、第１のイオンチャネルに沿ってイオンを案内するように構成されている。
【0019】
一実施態様では、コントローラは、第１のＲＦ電圧信号を生成するように構成された第１のＲＦ制御回路と、第２のＲＦ電圧信号を生成するように構成された第２のＲＦ制御回路とを含む。一実施態様では、コントローラは、第１のＲＦ制御回路および第２のＲＦ制御回路に通信可能に連結されたマスタ制御回路を含む。マスタ制御回路は、第１のＲＦ電圧信号の振幅および／または周波数、第２のＲＦ電圧信号の振幅および／または周波数、ならびに第１の所定の値のうちの１つまたはそれ以上を決定するように構成されている。マスタ制御回路は、１つまたはそれ以上の制御信号を第１のＲＦ制御回路および第２のＲＦ制御回路に提供するようにさらに構成されている。制御信号は、第１のＲＦ電圧信号の振幅および／または周波数、第２のＲＦ電圧信号の振幅および／または周波数、ならびに第１の所定の値のうちの１つまたはそれ以上を示す。
【0020】
一実施態様では、第１のイオンチャネルに沿った移動駆動電位の速度は、第１のＲＦ電圧信号および／または第２のＲＦ電圧信号の周波数に基づく。一実施態様では、第１のイオンチャネルに沿った移動駆動電位の空間周波数は、第１の所定の値に基づく。一実施態様では、第１の電極は、第２の方向に沿って第３の電極に隣接し、第２の電極は、第２の方向に沿って第４の電極に隣接している。一実施態様では、第１の電極および第２の電極は、第１の方向に沿って第３の電極および第４の電極から空間的に変位している。
【0021】
一実施態様では、デバイスは、第１の複数の電極と第２の複数の電極との間に位置する第３の複数の電極をさらに含む。第３の複数の電極は、第１の方向に沿って配置されている。第３の複数の電極は、第３の電圧信号を受信し、第１の方向に沿って移動する第１の移動駆動電位を生成するように構成され、第１の移動駆動電位は、第１のイオンチャネルに沿ってイオンを案内するように構成されている。一実施態様では、第３の電圧信号は、所定の電圧／電流波形であり、コントローラは、複数の進行波電圧信号を生成するように構成された複数の進行波制御回路を含む。所定の電圧／電流波形は、複数の進行波電圧信号を含む。
【0022】
一実施態様では、所定の電圧／電流波形は、鋸歯状の電圧／電流波形、矩形の電圧／電流波形、およびバイアスされたＡＣ波形またはバイアスされた正弦波電圧／電流波形のうちの１つまたはそれ以上を含むパルス電圧／電流波形である。一実施態様では、複数の進行波制御回路は、複数の交流（ＡＣ）制御回路および複数の直流制御回路のうちの１つまたはそれ以上を含む。一実施態様では、コントローラは、複数の進行波制御回路に通信可能に連結されたマスタ制御回路を含む。マスタ制御回路は、複数の進行波電圧信号の振幅および／または周波数と、複数の進行波電圧信号のうちの１つまたはそれ以上の進行波電圧信号間の位相差とのうちの１つまたはそれ以上を決定するように構成されている。マスタ制御回路は、１つまたはそれ以上の進行波制御信号を複数の進行波制御回路に提供するようにさらに構成されている。１つまたはそれ以上の進行波制御信号は、複数の進行波電圧信号の振幅および／または周波数と、複数の進行波電圧信号のうちの１つまたはそれ以上の進行波電圧信号間の位相差とのうちの１つまたはそれ以上を示す。一実施態様では、コントローラは、第１の直流（ＤＣ）電圧信号を生成するように構成された第１のＤＣ制御回路を含み、第３の複数の電極は、第１のＤＣ電圧信号を受信するように構成されている。
【0023】
一実施態様では、コントローラは、バイアスＤＣ電圧信号を生成するように構成された第２のＤＣ制御回路を含む。第１の表面および第２の表面のそれぞれ（またはいずれか１つ）の少なくとも１つの電極は、バイアスＤＣ電圧信号を受信するように構成されている。一実施態様では、第１の表面は、（ａ）第１のイオン操作デバイス電位を特徴とする第１のイオン操作デバイスであって、第１の表面は、第１のイオン操作デバイスからイオンを受け取るように構成された第１のイオン操作デバイスと、（ｂ）第２のイオン操作デバイス電位を特徴とする第２のイオン操作デバイスであって、第１の表面は、第２のイオン操作デバイスへとイオンを輸送するように構成された、第２のイオン操作デバイスとのうちの１つまたはそれ以上に連結される。バイアスＤＣ電圧信号は、第１のイオン操作デバイス電位よりも小さく、かつ／または、バイアスＤＣ電圧信号は、第２のイオン操作デバイス電位よりも大きい。一実施態様では、第１の表面は、第１の表面の第１の端部でイオン源電位を特徴とするイオン源に連結され、第１の表面の第２の端部でイオン検出器電位を特徴とするイオン検出器に連結される。バイアスＤＣ電圧信号は、イオン検出器電位よりも大きく、イオン源電位よりも小さい。
【0024】
デバイスは、第１の表面と、第２の表面と、コントローラとを含む。第２の表面は、第１の表面に隣接している。第１の表面および第２の表面は、間に第１のイオンチャネルを画成する。第１のイオンチャネルは、第１の方向に沿って延びている。第２の表面は、第１の電極と、第１の方向に沿って第１の電極に隣接した第２の電極とを含む第１の複数の電極を含み、第１の複数の電極は、第１の方向に沿って配置されている。第１の電極は、第１のＲＦ電圧信号を受信するように構成され、第２の電極は、ＤＣ電圧信号を受信するように構成されている。第２の表面は、第１の方向に対して横向きの第２の方向に沿って第１の複数の電極から離間された第２の複数の電極を含む。第２の複数の電極は、第３の電極と、第３の電極に隣接して第１の方向に沿って配置された第４の電極とを含む。第３の電極は、第２のＲＦ電圧信号を受信するように構成され、第４の電極は、ＤＣ電圧信号を受信するように構成されている。第１の電極、第２の電極、第３の電極、および第４の電極は、第１のイオンチャネル内のイオンが第２の表面に近づくのを阻止する擬ポテンシャルの一部を生成するように構成されている。本デバイスは、第１の表面および第２の表面に電気的に連結されたコントローラをさらに含む。コントローラは、第１の位相を有する第１のＲＦ電圧信号およびＤＣ電圧信号を生成するように構成されている。
【0025】
デバイスは、第１の表面と、第２の表面と、コントローラとを含む。第２の表面は、第１の表面に隣接している。第１の表面および第２の表面は、間に第１のイオンチャネルを画成する。第１のイオンチャネルは、第１の方向に沿って延びている。第２の表面は、第１の電極と、第１の方向に沿って第１の電極に隣接した第２の電極とを含む第１の複数の電極を含み、第１の複数の電極は、第１の方向に沿って配置される。第１の電極は、第１のＲＦ電圧信号を受信するように構成され、第２の電極は、第２のＲＦ電圧信号を受信するように構成されている。第２の表面は、第１の方向に対して横向きの第２の方向に沿って第１の複数の電極から離間された第２の複数の電極を含む。第２の複数の電極は、第３の電極と、第３の電極に隣接して第１の方向に沿って配置された第４の電極とを含む。第３の電極は、第１のＲＦ電圧信号を受信するように構成され、第４の電極は、第２のＲＦ電圧信号を受信するように構成されている。第１の電極、第２の電極、第３の電極、および第４の電極は、第１のイオンチャネル内のイオンが第２の表面に近づくのを阻止する擬ポテンシャルの一部を生成するように構成されている。第１の電極は、第２の方向に沿って第３の電極に位置合わせされ、第２の電極は、第２の方向に沿って第４の電極に位置合わせされる。本デバイスは、第１の表面および第２の表面に電気的に連結されたコントローラをさらに含む。コントローラは、第１の位相を有する第１のＲＦ電圧信号を生成し、第２の位相を有する第２の電圧信号を生成するように構成されている。第１の位相と第２の位相との間の第１の位相差は、（例えば、コントローラによって）第１の所定の値に設定される。
【0026】
方法は、第１の表面と、第１の表面に隣接した第２の表面とを提供することを含む。第１の表面および第２の表面は、間に第１のイオンチャネルを画成する。第１のイオンチャネルは、第１の方向に沿って延びている。第２の表面は、第１の電極と、第１の方向に沿って第１の電極に隣接した第２の電極とを含む第１の複数の電極を含む。第１の複数の電極は、第１の方向に沿って配置されている。第２の表面は、第１の方向に対して横向きの第２の方向に沿って第１の複数の電極から離間された第２の複数の電極をさらに含む。第２の複数の電極は、第３の電極と、第３の電極に隣接して第１の方向に沿って配置された第４の電極とを含む。本方法は、第１のイオンチャネルに沿ってイオンを提供することをさらに含む。本方法は、コントローラによって、第１のＲＦ電圧信号を第１の電極および第４の電極に、第２のＲＦ電圧信号を第２の電極および第３の電極に印加することをさらに含む。第１の電極、第２の電極、第３の電極、および第４の電極は、第１のイオンチャネル内のイオンが第２の表面に近づくのを阻止する擬ポテンシャルの一部を生成するように構成されている。
【0027】
一実施態様では、第１の複数の電極および第２の複数の電極は、第１の方向に沿って移動する移動駆動電位を生成するように構成されている。第１の移動駆動電位は、第１のイオンチャネルに沿ってイオンを案内するように構成されている。一実施態様では、第２の表面は、第１の複数の電極と第２の複数の電極の間に位置し、第１の方向に沿って配置されている第３の複数の電極をさらに含む。一実施態様では、本方法は、複数の進行波制御回路によって、第３の電圧信号を第３の複数の電極に印加することをさらに含む。第３の複数の電極は、第１の方向に沿って移動する第１の移動駆動電位を生成するように構成されている。第１の移動駆動電位は、第１のイオンチャネルに沿ってイオンを案内するように構成されている。一実施態様では、第３の電圧信号は所定の電圧／電流波形であり、複数の進行波制御回路は、複数の進行波電圧信号を生成するように構成されている。所定の電圧／電流波形は、複数の進行波電圧信号を含む。
【0028】
これらおよび他の構成は、添付の図面と併せて以下の詳細な記述からより容易に理解される。
【図面の簡単な説明】
【0029】
【図1】例示的なイオン移動度分離（ＩＭＳ）システムの概略図である。
【図4A】ＳＬＩＭデバイスの表面の電極の第１の例示的な作動方法を示す図である。
【図4B】ＳＬＩＭデバイスの表面の電極の第２の例示的な作動方法を示す図である。
【図4C】ＳＬＩＭデバイスの表面の電極の第３の例示的な作動方法を示す図である。
【図5A】複数のイオンチャネルを有するＳＬＩＭデバイスの例示的な作動方法を示す図である。
【図6】ＳＬＩＭデバイス内のイオンを駆動することができるＳＬＩＭデバイスの電極に印加される例示的な移動電圧信号を示す図である。
【図8】擬ポテンシャルを生成するためのセグメント化された電極を有する例示的なＳＬＩＭデバイスを示す図である。
【図9】擬ポテンシャルおよび駆動電圧の両方を生成するためのセグメント化された電極を有する例示的なＳＬＩＭデバイスを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0030】
本明細書で開示するシステム、デバイスおよび方法の構造、機能、製造および使用の原理を総括的に理解するために、特定の例示的実施形態について、ここで説明する。
【0031】
イオンモビリティスペクトロメトリ（ＩＭＳ）は、その移動度に基づいてイオンを検出し分析する一般的に使用される技術である。例えば、ＩＭＳは、疾患の兆候を検出することを可能にする生体指標（タンパク質など）を検出するために使用される。ＩＭＳを用いたイオン検出は、正確であり（例えば、偽陽性が少ない）、高感度であり（例えば、低濃度の生体指標を検出できる）、ハイスループットを有し（例えば、検出速度が速い）、高分解能を有する（例えば、類似の移動度を有するイオンを差分により検出する）ことが望ましくなり得る。無損失イオン操作用構造（ＳＬＩＭ）技術は、改善されたＩＭＳ検出のためのデバイスおよび方法を提供することができる。例えば、ＳＬＩＭ技術は、電位の空間的および／または時間的分布の顕著な制御を提供することができ、これにより、イオン分離プロセスの改善された制御を可能にすることができる。本出願は、ＳＬＩＭデバイスのスループットおよび効率の改善（例えば、消費電力の低減）につながり得る、ＳＬＩＭデバイスの電圧制御のシステムおよび方法を記述する。
【0032】
図１は、例示的なイオン移動度分離（ＩＭＳ）システム１００の概略図である。ＩＭＳシステム１００は、イオン（例えば、様々な移動度および質量対電荷比を有するイオン）を生成し、イオンをＳＬＩＭデバイス１０４に注入することができるイオン源１０２を含む。これは、複数のタイムインスタンスで（例えば、周期的に）行うことができる。ＳＬＩＭデバイス１０４は、表面に配置された電極を含むことができる１つまたはそれ以上の表面（例えば、プリント基板材料で作られる）を含むことができる。電極は、電圧信号／電圧波形／電流波形（例えば、ＤＣ電圧／電流、ＲＦ電圧／電流、ＡＣ電圧／電流、またはそれらの重ね合わせ）を受信することができ、またはＳＬＩＭデバイス内にイオンを閉じ込めるための電位（例えば、電位勾配）を生成し、ＳＬＩＭデバイス１０４を通ってイオンを案内できる（これにより、その移動度に基づくイオンの分離をもたらすことができる）。質量分析計１０６は、ＳＬＩＭデバイス１０４からイオンを受け取り、受け取ったイオンに対して質量分析を行うことができる。
【0033】
コントローラ１０８は、イオン源１０２、ＳＬＩＭデバイス１０４、および質量分析計１０６のうちの１つまたはそれ以上の作動方法を制御することができる。コントローラ１０８は、電源１５０（例えば、ＤＣ電圧をコントローラ１０８に供給するＤＣ電源）から電力を受け取ることができる。コントローラ１０８は、ＳＬＩＭデバイス１０４内の電極を駆動する様々な電圧（または電流）信号を生成する複数の電源モジュール（例えば、電流／電圧供給回路）を含むことができる。例えば、コントローラ１０８は、ＲＦ電圧信号を生成するＲＦ制御回路、進行波電圧信号を生成する進行波制御回路、ＤＣ電圧信号を生成するＤＣ制御回路などを含むことができる。コントローラ１０８は、ＲＦ／進行波／ＤＣ制御回路の作動方法を制御できるマスタ制御回路も含むことができる。例えば、マスタ制御回路は、ＳＬＩＭデバイス１０４の望ましい作動方法を実現するために、ＲＦ／進行波／ＤＣ制御回路によって生成される電圧（または電流）信号の振幅および／または位相を制御することができる。
【0034】
いくつかの実施態様では、ＳＬＩＭデバイス１０４は、移動度に基づく分離を行うことができる移動電圧／電流波形（ＳＬＩＭデバイス１０４の複数の電極によって生成される電位から生じる）を生成することができる。電圧／電流波形は、例えば、ＳＬＩＭデバイス１０４の電極に印加される電圧信号の周波数に基づいて、所定の速度でＳＬＩＭデバイス１０４を通って移動することができる。いくつかの実施態様では、移動電圧／電流波形は、空間的に周期的であることができ、空間的な周期性は、（例えば、ＳＬＩＭデバイス１０４内のイオンの伝播方向に沿って）隣接する電極対に印加される電圧信号間の位相差に依存することができる。いくつかの実施態様では、位相差は、電圧／電流波形の伝播方向を決定することができる。マスタ制御回路は、移動電圧／電流波形が望ましい（例えば、所定の）空間的な周期性および／または速度を有するように、ＲＦ／進行波制御回路の電圧出力の周波数および／または位相を制御することができる。
【0035】
いくつかの実施態様では、コントローラ１０８は、コンピューティングデバイス１６０に通信可能に連結される。例えば、コンピューティングデバイス１６０は、マスタ制御回路に制御信号を介してＳＬＩＭデバイス１０４の動作パラメータを提供することができる。いくつかの実施態様では、ユーザは、コンピューティングデバイス１６０に（例えば、ユーザインタフェースを介して）動作パラメータを提供することができる。制御信号を介して受信した動作パラメータに基づいて、マスタ制御回路は、ＲＦ／ＡＣ／ＤＣ制御回路の作動方法を制御することができ、これにより、ＳＬＩＭデバイス１０４の作動方法を決定することができる。いくつかの実施態様では、ＲＦ／ＡＣ／ＤＣ制御回路は、ＩＭＳシステム１００に物理的に分散させることができる。例えば、ＲＦ／ＡＣ／ＤＣ制御回路のうちの１つまたはそれ以上は、ＳＬＩＭデバイス１０４に配置することができる。
【0036】
図２は、ＳＬＩＭデバイス１０４の例示的実施形態を示す。ＳＬＩＭデバイス１０４は、第１の表面１０３および第２の表面１０５を含むことができる。第１の表面および第２の表面は、間に１つまたはそれ以上のイオンチャネルを画成するように（例えば、互いに平行に）配置される。第１の表面１０３および第２の表面１０５は、（例えば、イオンチャネルに面する表面上の電極のアレイとして配置される）電極を含むことができる。第１の表面１０３および第２の表面１０５上の電極は、コントローラ１０８に電気的に連結され、電圧信号／電圧波形を受信するように構成される。いくつかの実施態様では、第１の表面１０３および第２の表面１０５は、コントローラ１０８と、第１の表面１０３および第２の表面１０５上の電極との間の電気的連結を可能にする複数の導電性チャネルを含むバックプレーンを含むことができる。いくつかの実施態様では、導電性チャネルの数は、電極の数よりも少なくすることができる。換言すると、複数の電極は単一の電気チャネルに連結される。その結果、所定の電圧（または電流）信号は複数の電極に同時に送信される。受信した電圧信号に基づいて、電極は、伝播軸（例えば、ｚ軸）に沿ってイオンを閉じ込め、駆動し、操作し、および／または分離することができる１つまたはそれ以上の電位（例えば、様々な電位の重ね合わせ）を生成することができる。
【0037】
コントローラ１０８は、１つまたはそれ以上のＲＦ制御回路、ＤＣ制御回路、および進行波制御回路を含むことができる。いくつかの実施態様では、第１のＲＦ制御回路は、第１の表面１０３に連結された１つまたはそれ以上の電極にＲＦ電圧信号を提供することができ、第２のＲＦ制御回路は、第２の表面１０５に連結された１つまたはそれ以上の電極にＲＦ電圧信号を提供することができる。複数のＲＦ制御回路（例えば、異なる表面のための別個の制御回路）を有することは、ＳＬＩＭデバイス１０４を動作させるために必要なＲＦ電力を複数のＲＦ制御回路にわたって分配することができる（複数の電源から電力を受け取ることができる）ため、望ましくなり得る。
【0038】
上述したように、第１の表面１０３および第２の表面１０５は、複数の電極を含むことができる。図３は、第１の表面１０３における電極の例示的配置を示す。第１の表面１０３における電極配置を以下で説明するが、第２の表面１０５は、同様の電極配置を有する電極を含むことができる。第１の表面１０３は、電圧信号を受信することができ（または接地電位に連結され）、イオンが第１の表面１０３に近づくのを防止／阻止することができる擬ポテンシャルを生成することができる第１の複数の電極１２０および１２５を含む。第１の複数の電極１２０および１２５は、矩形であることができ、矩形の長辺は、移動度分離されるイオンの伝播方向（「伝播軸」）に沿って配置される。例えば、図３では、伝播軸はｚ軸と平行である。第１の複数の電極は、横方向に沿って（例えば、ｙ軸に沿って）互いから分離されている。例えば、横方向は、伝播軸（例えば、ｚ軸）に垂直であり得る。
【0039】
第１の表面１０３は、第１の複数の電極の電極間（例えば、第１の複数の電極１２０と１２５との間の空間）に位置する第２の複数の電極１３０を含むことができる。第２の複数の電極１３０は、伝播軸に沿って（または平行に）セグメント化／配置された複数の電極を含むことができる。第２の複数の電極１３０は、第２の電圧信号を受信し、イオンを伝播軸に沿って駆動することができる駆動電位を生成することができる。駆動電位は、イオンが伝播軸に沿って移動する際の移動度に基づいて、イオンの分離をもたらすことができる。
【0040】
第１の表面は、第１／第２の複数の電極の最も外側に隣接して位置するガード電極１１０を含むことができる。例えば、ガード電極１１０は、横方向に沿って第１の表面１０３の縁部に位置する。ガード電極１１０は、電圧信号（例えば、ＤＣ制御回路からのＤＣ電圧信号）を受信し、横方向に沿ってガード電極間のイオンチャネル内にイオンを閉じ込めることができるガード電位を生成することができる。ガード電極１１０に印加される電圧信号に応じて、ガード電極は、第１の表面と第２の表面との間のイオンの移動を操作することもできる。
【0041】
第１の複数の電極、第２の複数の電極、およびガード電極は、１つまたはそれ以上の電圧制御回路（例えば、コントローラ１０８内の電圧制御回路）に連結される。いくつかの実施態様では、第１の複数の電極１２０および１２５は、互いに位相がシフトした無線周波数（ＲＦ）信号を受信することができる。いくつかの実施態様では、マスタ制御回路は、２つのＲＦ制御回路の作動方法を制御して、互いに位相がシフトした２つのＲＦ電圧信号を生成することができる。図４Ａは、第１の複数の電極のうちの隣接する電極が、１８０°位相がシフトしたＲＦ電圧信号を受信する、ＳＬＩＭデバイスの例示的な作動方法を示す。電極１２０は、第１のＲＦ制御回路に電気的に連結され、電極１２５は、第２のＲＦ制御回路に連結される。第１のＲＦ制御回路および第２のＲＦ制御回路は、互いに位相がシフトしたＲＦ電圧信号を生成することができる。例えば、第１のＲＦ制御回路および第２のＲＦ制御回路によって生成されたＲＦ電圧信号間の位相シフトは、０°～１８０°（例えば、０°、１５°、３０°、４５°、６０°、７５°、９０°、１０５°、１２０°、１３５°、１５０°、１６５°、１８０°など）であることができる。位相シフトは、ＲＦ制御回路の作動方法を制御することができるマスタ制御回路によって決定される。
【0042】
いくつかの実施態様では、隣接する電極１２０および１２５は、同じ位相を有する（例えば、ゼロ位相シフト）ＲＦ電圧信号を受信することができる。図４Ｂは、第１の複数の電極のうちの隣接する電極が、同じ位相を有するＲＦ電圧信号を受信する、ＳＬＩＭデバイスの例示的な作動方法を示す。例えば、電極１２０および１２５は、同じＲＦ制御回路に電気的に連結される。あるいは、電極１２０および１２５は、マスタ制御回路によって位相が同期したＲＦ電圧信号を生成するように構成された、異なるＲＦ制御回路に電気的に連結される。いくつかの実施態様では、電極１２０（または電極１２５）は、ＲＦ電圧信号を受信することができ、隣接する電極１２５（または電極１２０）は、（例えば、ＤＣ制御回路から）ＤＣ電位または接地電位を受信することができる。図４Ｃは、第１の複数の電極のうちの近傍の電極（例えば、第２の複数の電極が存在する空間によって分離された電極）が、ＲＦ電圧信号およびＤＣ電圧信号（または接地電位）を受信する、ＳＬＩＭデバイスの例示的な作動方法を示す。
【0043】
第１の複数の電極は、イオンが第１の表面に近づくのを防止できる擬ポテンシャルを生成することができる。擬ポテンシャルを生成するために単一のＲＦ制御回路（例えば、単一の電源のための電力を受け取る）を有することにより、ＳＬＩＭ技術の複雑さおよび／またはコストを低減することができる。例えば、ＲＦ制御回路／ＲＦ電圧源は高価である可能性があり、ＳＬＩＭデバイスに電気的に連結されるＲＦ制御回路／ＲＦ電圧源の数が少ないことが望ましくなり得る。単一のＲＦ制御回路に連結するように構成されたＳＬＩＭデバイスは、少なくとも２相のＲＦを必要とするデバイスと比較して、より単純なアーキテクチャを有することができる。いくつかの実施態様では、この単純さは、単一のタップＲＦコイルを利用でき、信号を真空チャンバ内に通すために必要なリードバックコンポーネント、電気ケーブル、および真空フィードスルーコネクタの数が低減された、より単純なＲＦ制御回路に起因する。このような単純化により、コストを低減し、かつ／またはＳＬＩＭデバイスをよりロバストにする（例えば、システムコンポーネントの低減により潜在的な故障箇所が少なくなることの結果として起こる）ことができる。
【0044】
いくつかの実施態様では、（ＲＦ基準電位に対して）分析されるイオンと同じ極性のＤＣ電圧信号を、第１の複数の電極の交互の電極（例えば、電極１２５または電極１２０）に印加することで、横方向に（例えば、ｙ軸に沿って）分離された複数のイオンチャネルを生成することができる。図５Ａは、複数のイオンチャネルを有するＳＬＩＭデバイスの例示的な作動方法を示す。電極１２０は、ＲＦ電圧信号（例えば、同じ位相を有するＲＦ電圧）を受信し、電極１２０間に位置する電極１２５は、ＤＣ電圧信号を受信し、伝播軸に沿って延びる別々のイオンチャネル５０２および５０４を生成することができる反発電位を生成する。例えば、イオンチャネル５０２は、隣接する電極１２０と電極１２５との間に位置することができ、イオンチャネル５０４は、隣接する電極１２５と電極１２０との間に位置することができる。
【0045】
いくつかの実施態様では、複数のイオンチャネルは、ＳＬＩＭデバイスのスループットを改善することができる。例えば、イオンチャネル５０２および５０４は、別個のイオン移動度分離を（例えば、同時に）行うことができる。これは、例えば、第１のイオンパケットをイオンチャネル５０２に提供し、第２のイオンパケットをイオンチャネル５０４に提供し、移動電圧信号を複数の電極１３０ａおよび１３０ｂに印加することによって行われる。いくつかの実施態様では、所定の移動信号は複数の電極１３０ａおよび１３０ｂの両方に印加される。いくつかの実施態様では、異なる移動電圧信号は複数の電極１３０ａおよび１３０ｂに印加される。これにより、２つのチャネルで異なるイオン分離プロセスが生じ得る（例えば、出力時に２つのチャネルで異なるイオンが選択される）。このようなマルチチャネルＳＬＩＭ構成は、デバイスを同時に通過できる分析物のｍ／ｚ（質量電荷比）または移動度の範囲を広げるために使用される。例えば、移動度の高いイオンは高い進行波速度を用いて１つのチャネル内で輸送され、移動度の低いイオンは低い進行波速度を用いて隣のチャネル内で輸送される。このようにして、複数のＩＭＳ分離が並行して実現される。
【0046】
図５Ｂは、イオンチャネル５０２および５０４の例示的な連結を示す。各セットの電極群における進行波信号の方向性は、１～ｎの矢印によって示されている。イオンチャネル５０２および５０４の連結は、複数の電極１３０ａにスイッチ電極１３２ａを含めることによって達成される。スイッチ電極１３２ａは、イオンチャネル５０２に沿って移動するイオンの経路内にあることができ、スイッチオン時に、イオンチャネル５０２内のイオンをイオンチャネル５０４に導くことができるゲート電位を生成することができる。スイッチオフ時には、イオンチャネル５０２内のイオンは、伝播軸（＋ｚ軸または－ｚ軸）に沿って移動し続けることができる。スイッチ電極１３２ａは、スイッチ制御回路（例えば、ＤＣ制御回路、ＡＣ制御回路など）に電気的に連結される。スイッチ制御回路は、スイッチ電極１３２ａに（例えば、一定の間隔で）ＤＣ電圧信号を印加することができる。マスタ制御回路は、スイッチ制御回路の作動方法を制御することができる。例えば、マスタ制御回路は、スイッチ電極１３２ａが切り替えられる（例えば、オンからオフへ、またはオフからオンへ）タイムインスタンス（「スイッチ時間」）を決定することができる。スイッチ時間は、イオンパケットがＳＬＩＭデバイスに導入される時間、ＳＬＩＭデバイス内のイオンパケットの速度などに基づくことができる。いくつかの実施態様では、スイッチオン時にイオンチャネル５０４内のイオンをイオンチャネル５０２に導くことができる第２のスイッチ電極１３２ｂを、複数の電極１３０ｂに含めることができる。スイッチオフ時は、イオンチャネル５０２内のイオンは、伝播軸（＋ｚ軸または－ｚ軸）に沿って移動し続けることができる。いくつかの実施態様では、スイッチ電極は、複数の電極１３０ａ（および／または１３０ｂ）内に周期的に配置される。例えば、（ｎ＋１）ｔｈ個の電極ごとに、スイッチ電極とすることができる。
【0047】
図６は、繰り返しパターンの電極１４１～１４８を含む第２の複数の電極１３０に適用される（例えば、８つの電極ごとに同様の移動電圧信号を受信する）例示的な移動電圧信号を示す。図６の例示的な電圧波形は、正弦波形（例えば、ＡＣ電圧波形）である。図６において、電極１４１～１４８は、電圧波形（例えば、正弦波形、矩形波形、鋸歯状波形、バイアスされた正弦波形など）に基づいてその振幅が決定される電圧信号を受信することができる。例えば、ＡＣ波形／正弦波電圧波形の単一の波長が８つの電極（１４１～１４８）にわたって分布している場合、８つの電極に印加される電圧振幅は、単一の波長に関連付けられた電極の総数に対応する位相シフトに対してＡＣ波形／正弦波電圧波形から値を選択することによって決定される。例えば、電極１４１～１４８の隣接する電極間の位相シフトは４５°（３６０°［単一の波長に対応する］÷８）である。これは、電極１４１～１４８を、互いに位相がシフトされた電圧信号を生成する異なる進行波制御回路（例えば、ＡＣ制御回路、パルス電流制御回路など）に電気的に連結することによって達成される。いくつかの実施態様では、電圧／電流波形は、様々なパルス形状（例えば、方形、三角形、矩形、鋸歯状など）を取ることができ、周期的であることができ、非周期的であることができる、など。例えば、進行波制御回路は、ＤＣ電圧信号を生成する１つまたはそれ以上のＤＣ制御回路と、正弦波信号を生成するＡＣ制御回路とを含むことができる。いくつかの実施態様では、進行波制御回路は、パルス電圧波形および／またはパルス電流波形（例えば、方形、三角形、矩形、鋸歯状など）を生成することができる１つまたはそれ以上のパルス電流制御回路を含むことができる。パルス電流制御回路は、複数の電極（例えば、電極１４１～１４８）に電気的に連結される複数の出力を含むことができる。いくつかの実施態様では、パルス電流制御回路は、複数の電圧信号（例えば、パルス波形を構成する）を複数の電極に同時に印加することができる。電圧／電流波形の様々なパルス形状は、ＤＣ電圧信号と正弦波信号との重ね合わせによって作り出される。マスタ制御回路は、様々な進行波制御回路によって生成されたＡＣ信号間の位相シフトを決定することができる。移動電圧信号の形状／周期性は、隣接する電極に印加されるＡＣ信号間の位相シフトに基づくことができる。マスタ制御信号は、ＤＣ制御回路によって生成されるＤＣ電圧信号の振幅を決定することができる。マスタ制御回路は、進行波制御回路によって生成されるＡＣ信号の振幅および／または周波数を決定することができる。
【0048】
いくつかの実施態様では、ＡＣ信号の周波数は、移動電圧／電流波形の速度を決定することができる。移動電圧／電流波形のために位相シフトしたＡＣ信号を生成する代替的アプローチは、多相変圧器の使用である。このアプローチでは、変圧器の複数の２次巻線の連結スキームに基づいて、複数の電圧出力間の位相関係を制御することができる。このようにして、１つまたはそれ以上の入力駆動電圧信号を使用して、アナログ回路のみで複数の位相依存出力を生成することができる。このアプローチと上述したデジタル生成方法との重要な違いは、位相依存性が変圧器の物理的な配線に完全に左右され、配線を物理的に変更しなければ変えられないことである。デジタルで生成された波形間の位相関係は、ハードウェアにおける変更なしに動的に変更することができる。
【0049】
時間が進むにつれて、電流／電圧波形（例えば、ＡＣ波形、正弦波電圧波形、パルス電流／電圧波形）は、（例えば、伝播方向に沿って）移動することができる。これにより、結果として、電極１４１～１４８に印加される電圧の振幅が変化する。例えば、最初の時間工程の間に第１の電極（例えば、電極１４１）に印加された電圧は、次の時間工程の間に隣接する電極（例えば、電極１４２）に印加される。コントローラ１０８は、パルス電圧／電流波形、ＡＣ波形などを生成することができる１つまたはそれ以上の進行波制御回路を含むことができる。いくつかの実施態様では、コントローラは、ＲＦ電圧波形を生成することができる１つまたはそれ以上のＲＦ制御回路を含むことができる。コントローラ１０８は、ＡＣ／ＲＦ／パルス電圧／電流波形の移動速度を制御することができる。ＡＣ／パルス電流波形／パルス電圧波形が移動すると、イオンは伝播方向に沿って押され、その移動度に基づいて分離される。
【0050】
いくつかの実施態様では、移動電圧信号は、パルス電流波形、または電流の流れの方向を反転させないが、依然として経時変化する印加電位を示す符号反転のない周期的波形であることができる。例えば、移動電圧信号は、バイアスされた正弦波形（例えば、ＡＣ電圧／電流波形とＤＣ電流／電圧との重ね合わせ）であることができる。いくつかの実施態様では、イオンがイオン源１０２からＳＬＩＭデバイス１０４へ、および／またはイオン源１０２からＳＬＩＭデバイス１０４を介して質量分析計１０６（またはイオン検出器）へ流れることを可能にする電位勾配を生み出すために、ＳＬＩＭデバイス１０４をバイアスすることが望ましくなり得る。図７は、ＩＭＳシステム１００の様々なコンポーネントと関連付けられる電圧（例えば、印加されるバイアス電圧）の例示的なプロットを示す。イオン源１０２は、質量分析計１０６（四重極、飛行時間［ＴＯＦ］リフレクトロン、および検出器を含むことができる）よりも高い電圧を有することができる。ＳＬＩＭデバイス１０４の第１の表面および／または第２の表面は、バイアス電圧でバイアスされる（例えば、第１の複数の電極１２０および１２５、第２の複数の電極１３０、ガード電極１１０など）。ＳＬＩＭデバイスのバイアス電圧の値は、イオン源１０２の電圧と質量分析計１０６の電圧との間の範囲とすることができる。当業者であれば、ＳＬＩＭデバイスのバイアス電圧の値は、例えば、ＤＣバイアスヒル（ｂｉａｓ ｈｉｌｌ）を上がってイオンを運ぶためにガス流が使用される場合、イオン源および質量分析計によって確立された範囲外になり得ることを理解するであろう。その結果、ＳＬＩＭデバイス１０４における移動電圧波形は、正弦波状のＡＣ電圧波形と、ＳＬＩＭデバイス１０４のバイアス電圧に対応するＤＣ電圧との重ね合わせであり得る。コントローラ１０８は、バイアス電圧信号をＳＬＩＭデバイス１０４に印加することができるバイアス電圧源（例えば、ＤＣ電圧源）を含むことができる。いくつかの実施態様では、コントローラ１０８内の制御回路は、バイアス電圧の絶対的な電圧または大きさを決定することができる（例えば、ユーザ入力に基づいて、イオン源１０２および質量分析計１０６に関連する電圧の検出に基づいて、など）。
【0051】
図８は、電極のさらなる例示的配置を有するＳＬＩＭデバイスの表面８００を示す。表面８００は、（例えば、第１の表面１０３、第２の表面１０５またはその両方の代わりに）ＳＬＩＭデバイス１０４に含まれる。表面８００は、伝播軸に沿って（例えば、ｚ軸に沿って）セグメント化された第１の複数の電極８２０および８２５を含む。第１の複数の電極８２０は、横方向に沿って（例えば、ｙ軸に沿って）第１の複数の電極８２５から分離されている。例えば、横方向は、伝播軸（例えばｚ軸）に垂直であり得る。第１の複数の電極８２０および８２５は、ＲＦ電圧信号および／またはＤＣ電圧信号を受信することができ（または、接地電位に連結される）、イオンが表面８００に近づくのを防止／阻止することができる擬ポテンシャルを生成することができる。いくつかの実施態様では、第１の複数の電極８２０における第１の電極は、第１のＲＦ電圧信号を受信することができ、（伝播方向に沿って）第１の電極に隣接した第２の電極は、第２のＲＦ電圧信号（または、ＤＣ電圧信号／接地電位）を受信することができる。この配置は伝播方向に沿って繰り返される。
【0052】
いくつかの実施態様では、第１の複数の電極８２０（または電極８２５）におけるすべての第２の電極は、所定の位相の第１のＲＦ電圧信号を生成するように構成された第１のセットのＲＦ制御回路に連結される。例えば、複数の電極８２０（または電極８２５）におけるすべての第２の電極は、同じＲＦ制御回路に電気的に連結される。第１の複数の電極８２０における残りの電極は、（第１のＲＦ電圧信号から位相がシフトされた）第２のＲＦ電圧信号、ＤＣ電圧信号、または接地電位を受信することができる。例えば、複数の電極８２０における残りの電極は、第２のＲＦ電圧信号を生成するように構成された第２のセットのＲＦ制御回路（または、ＤＣ電圧を生成するように構成されたＤＣ制御回路）に連結される。いくつかの実施態様では、複数の電極８２０における残りの電極は、所定のＲＦ制御回路および／またはＤＣ制御回路に電気的に連結される。いくつかの実施態様では、第１のＲＦ電圧信号を受信する第１の複数の電極８２０内の電極は、第１のＲＦ電圧信号を受信する第１の複数の電極８２５内の電極から空間的に（例えば、伝播軸に沿って）変位される。これにより、第１のＲＦ電圧信号（図８ではＲＦ１と標識付けされている）および第２の電圧信号（図８ではＲＦ２と標識付けされている）を受信する市松模様パターンの電極が得られる。第２の電圧信号は、第１のＲＦ電圧信号と異なる位相を有する第２のＲＦ電圧信号、ＤＣ電圧信号、または接地電位であることができる。マスタ制御回路は、第１のセットのＲＦ制御回路および第２のセットのＲＦ制御回路（またはＤＣ制御回路）の作動方法を制御することができる。例えば、マスタ制御回路は、第１のセットの制御回路および第２のセットの制御回路によって生成されるＲＦ電圧信号の振幅／周波数／位相を制御することができる。例えば、第１のＲＦ電圧信号と第２のＲＦ電圧信号との間の位相差は、（例えば、コンピューティングデバイス１６０へのユーザ入力に基づいて）所定の値に設定される。
【0053】
伝播軸に沿ってセグメント化された第２の複数の電極８３０ａ（または８３０ｂ）は、第１の複数の電極８２０と第１の複数の電極８２５との間の空間に配置される。第２の複数の電極は、移動電圧波形を受信し、伝播軸に沿ってイオンを駆動することができる駆動電位を生成することができる。例えば、第２の複数の電極は、複数の進行波制御回路（例えば、図６に記載されている）に電気的に連結され、移動度に基づく分離を引き起こすことができる移動電圧波形を生成することができる。
【0054】
表面８００は、第１の複数の電極および第２の複数の電極の最も外側に隣接して位置するガード電極８１０を含むことができる。例えば、ガード電極８１０は、横方向に沿って表面８００の縁部に位置する。ガード電極８１０は、電圧信号（例えば、ＤＣ制御回路からのＤＣ電圧信号）を受信し、横方向に沿ってガード電極間のイオンチャネルにイオンを閉じ込めることができるガード電位を生成することができる。
【0055】
図９は、電極の例示的配置を有するＳＬＩＭデバイスの表面９００を示す。表面９００は、（例えば、第１の表面１０３、第２の表面１０５またはその両方の代わりに）ＳＬＩＭデバイス１０４に含まれる。ＳＬＩＭの表面のこの実施形態は、イオンが表面に近づくのを防止／阻止することと、イオンを伝播軸に沿って駆動すること（例えば、移動度に基づく分離を引き起こすこと）との両方を行うために、ＲＦ電位を生成することができる。表面９００は、伝播軸に沿って（例えば、ｚ軸に沿って）セグメント化された第１の複数の電極９２０、第２の複数の電極９３０、および第３の複数の電極９４０を含む。第１、第２、および第３の複数の電極９２０／９３０／９４０は、横方向に沿って（例えば、ｙ軸に沿って）互いから分離されている。例えば、横方向は、伝播軸（例えばｚ軸）に垂直であり得る。
【0056】
第１、第２、および第３の複数の電極９２０～９４０のうちの１つまたはそれ以上は、ＲＦ電圧信号および／またはＤＣ電圧信号を受信することができ（または、接地電位に連結される）、イオンが表面９００に近づくのを防止／阻止することができる擬ポテンシャルを生成することができる。いくつかの実施態様では、第１の複数の電極９２０における第１の電極は、第１のＲＦ電圧信号を受信することができ、（伝播方向に沿って）第１の電極に隣接した第２の電極は、第２のＲＦ電圧信号（または、ＤＣ電圧信号／接地電位）を受信することができる。第１の電極および第２の電極のこの配置は、（例えば、図８で説明したように）伝播方向に沿って繰り返される。例えば、すべての第２の電極は、所定の位相の第１のＲＦ電圧信号を生成するように構成された第１のセットのＲＦ制御回路に連結され、第１の複数の電極９２０の残りの電極は、第２のＲＦ電圧信号を生成するように構成された第２のセットのＲＦ制御回路（または、ＤＣ電圧を生成するように構成されたＤＣ制御回路）に連結される。
【0057】
いくつかの実施態様では、第１のＲＦ電圧信号を受信する第１の複数の電極９２０内の電極は、第１のＲＦ電圧信号を受信する第２の複数の電極９３０内の電極から空間的に（例えば、伝播軸に沿って）変位される。同様に、第１のＲＦ電圧信号を受信する第２の複数の電極９３０内の電極は、第１のＲＦ電圧信号を受信する第３の複数の電極９４０内の電極から空間的に（例えば、伝播軸に沿って）変位される。これにより、第１のＲＦ電圧信号（図９では「ＲＦ１」と標識付けされている）および第２の電圧信号（図９ではＲＦ２と標識付けされている）を受信する市松模様パターンの電極が得られる。第２の電圧信号は、第１のＲＦ電圧信号と異なる位相を有する第２のＲＦ電圧信号、ＤＣ電圧信号、または接地電位であることができる。マスタ制御回路は、第１のセットのＲＦ制御回路および第２のセットのＲＦ制御回路（またはＤＣ制御回路）の作動方法を制御することができる。
【0058】
いくつかの実施態様では、マスタ制御回路は、第１のセットの制御回路および第２のセットの制御回路によって生成されるＲＦ電圧信号の振幅／周波数／位相を制御することができる。例えば、複数の電極９２０／９３０／９４０の隣接する電極間の位相差に基づいて、伝播軸に沿ってイオンを駆動し、移動度に基づく分離を引き起こすことができる移動ＲＦ波を生成することができる。
【0059】
上述した隣接する電極にＲＦ電圧を印加する交互のパターンは例示的である。他の実施態様では、移動ＲＦ電圧信号は、伝播方向に沿って第１／第２／第３の複数の電極にわたって繰り返される。例えば、ｎ番目の電極（ｎ＝２、３、４、５、６、７、８など）ごとに、同じＲＦ電圧信号を受信することができる。これにより、第１の複数の電極、第２の複数の電極、および第３の複数の電極のうち、複数の（例えば、周期的な）電極に印加されるＲＦ電圧信号を構成する正弦波波形が生じ得る。例えば、複数の電極９２０／９３０／９４０の電極３つごとに第３のＲＦ電圧信号を印加する第３のセットのＲＦ制御回路を有することにより、３つの電極ごとに繰り返す正弦波形が作り出される。
【0060】
いくつかの実施態様では、所定のＲＦ電圧信号を受信する第１の複数の電極９２０内の電極は、所定のＲＦ電圧信号を受信する第２の複数の電極９３０内の電極から空間的に（例えば、伝播軸に沿って）変位される。さらに、または代替的に、所定のＲＦ電圧信号を受信する第２の複数の電極９３０内の電極は、所定のＲＦ電圧信号を受信する第３の複数の電極９４０内の電極から空間的に（例えば、伝播軸に沿って）変位される。マスタ制御回路は、様々な電極にＲＦ電圧信号を提供する様々なＲＦ制御回路の作動方法を制御することができる。例えば、マスタ制御回路は、様々な制御回路によって生成されるＲＦ電圧信号の振幅／周波数／位相を制御することができる。
【0061】
バイアスされた正弦波形と同様に、バイアスされた方形波形、バイアスされた鋸歯状波形、およびバイアスされた三角波形などの他の経時変化する信号はすべて、バイアスによって上昇した電位エネルギーでイオンをデバイスに送り込むのに適している。
【0062】
他の実施形態も開示される主題の範囲および趣旨の範囲内である。これらの実施形態の１つまたはそれ以上の実施例が、添付の図面に示されている。当業者であれば、本明細書に詳細に記載され、添付の図面に示されるシステム、デバイスおよび方法が、非限定的な例示的実施形態であり、本開示の範囲は、特許請求の範囲によってのみ規定されることを理解するであろう。ある例示的実施形態に関連して図示または記載された構成は、他の実施形態の構成と組み合わせることができる。そのような修正および変形は、本開示の範囲内に含まれることが意図されている。さらに、本開示では、実施形態の同名の構成要素は、概ね同様の構成を有し、したがって、特定の実施形態内では、同名の構成要素の各構成はそれぞれ、必ずしも完全に詳述されていない。
【0063】
本明細書に記載されている主題は、デジタル電子回路、または本明細書に開示されている構造的手段およびその構造的等価物を含むコンピュータソフトウェア、ファームウェア、もしくはハードウェア、またはそれらの組み合わせにおいて実装される。本明細書に記載されている主題は、例えば、データ処理装置（例えば、プログラマブルプロセッサ、コンピュータ、または複数のコンピュータ）によって実行するために、またはデータ処理装置の作動方法を制御するために、情報担体（例えば、機械可読記憶デバイス）にタンジブルに具現化された、または伝播される信号に具現化された１つまたはそれ以上のコンピュータプログラムなどの１つまたはそれ以上のコンピュータプログラム製品として実装することができる。コンピュータプログラム（プログラム、ソフトウェア、ソフトウェアアプリケーション、またはコードとしても知られている）は、コンパイル済みまたは解釈済み言語を含む、任意の形のプログラミング言語で書かれ、スタンドアロンプログラムとして、またはモジュール、コンポーネント、サブルーチン、もしくはコンピューティング環境での使用に適したその他のユニットとしてを含め、任意の形で配置される。コンピュータプログラムは、必ずしもファイルに対応していない。プログラムは、他のプログラムまたはデータを保持するファイルの一部分内に記憶されるか、当該プログラムに専用の単一ファイル内に記憶されるか、または複数の協調ファイル（例えば、１つもしくは複数のモジュール、サブプログラム、またはコードの一部を記憶するファイル）内に記憶される。コンピュータプログラムは、１つのコンピュータ上で実行するか、または１つのサイトにあるか、もしくは複数のサイトに分散されて通信ネットワークによって相互接続された複数のコンピュータ上で実行するように配置される。
【0064】
本明細書に記載されている主題の方法工程を含む本明細書に記載されているプロセスおよび論理フローは、入力データを操作して出力を生成することによって本明細書に記載されている主題の機能を実行するために、１つまたはそれ以上のコンピュータプログラムを実行する１つまたはそれ以上のプログラム可能なプロセッサによって実行される。プロセスおよび論理フローは、例えば、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）またはＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）などの専用論理回路によっても実行され、本明細書に記載されている主題の装置は、専用論理回路として実装される。
【0065】
コンピュータプログラムの実行に適したプロセッサとしては、例として、汎用および専用のマイクロプロセッサの両方、ならびに任意の種類のデジタルコンピュータのいずれか１つまたはそれ以上のプロセッサが挙げられる。一般的に、プロセッサは、読み出し専用メモリまたはランダムアクセスメモリ、またはその両方から命令およびデータを受信することができる。コンピュータの本質的な要素は、命令を実行するためのプロセッサ、ならびに命令およびデータを記憶するための１つまたはそれ以上のメモリデバイスである。一般的に、コンピュータはさらに、データを格納するための１つまたはそれ以上の大容量記憶装置、例えば、磁気ディスク、光磁気ディスク、または光ディスクを含むか、またはそれらからデータを受信し、もしくはそれらにデータを転送し、またはその両方を行うように動作可能に連結される。コンピュータプログラムの命令およびデータを具現化するのに適した情報担体には、あらゆる形態の不揮発性メモリが含まれ、例として、半導体メモリデバイス（例えば、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、およびフラッシュメモリデバイス）、磁気ディスク（例えば、内蔵ハードディスクまたはリムーバブルディスク）、光磁気ディスク、および光ディスク（ＣＤおよびＤＶＤディスクなど）が挙げられる。プロセッサおよびメモリは専用論理回路によって補完されるか、または組み込まれる。
【0066】
ユーザとのインタラクションを提供するために、本明細書に記載されている主題は、ユーザに情報を表示するための表示デバイス、例えば、ＣＲＴ（ブラウン管）またはＬＣＤ（液晶ディスプレイ）モニタと、ユーザがコンピュータに入力を提供できるキーボードおよびポインティングデバイス（例えば、マウスまたはトラックボール）とを有するコンピュータに実装することができる。他の種類のデバイスも、ユーザとのインタラクションを提供するために使用することができる。例えば、ユーザに提供されるフィードバックは、任意の形態の感覚フィードバック（例えば、視覚フィードバック、聴覚フィードバック、または触覚フィードバック）であってもよく、ユーザからの入力は、聴覚、音声、または触覚入力を含む任意の形態で受信される。
【0067】
本明細書に記載されている技術は、１つまたはそれ以上のモジュールを使用して実装される。本明細書で使用する場合、「モジュール」という用語は、コンピューティングソフトウェア、ファームウェア、ハードウェア、および／またはそれらの様々な組み合わせを意味する。しかし、最低でも、モジュールは、ハードウェア、ファームウェアに実装されていない、または非一時的なプロセッサ読み取り可能で記録可能な記憶媒体に記録されていないソフトウェアとは解釈されるべきではない（すなわち、モジュールはそれ自体がソフトウェアではない）。実際、「モジュール」とは、プロセッサまたはコンピュータの一部など、少なくとも何らかの物理的で非一時的なハードウェアを常に含むものと解釈されるべきである。２つの異なるモジュールが同じ物理的ハードウェアを共有することができる（例えば、２つの異なるモジュールが同じプロセッサおよびネットワークインタフェースを使用することができる）。本明細書に記載されているモジュールは、様々なアプリケーションをサポートするために、組み合わせ、統合、分離、および／または複製することができる。また、特定のモジュールで実行されるものとして本明細書に記載されている機能は、特定のモジュールで実行される機能の代わりに、またはそれに加えて、１つまたはそれ以上の他のモジュールで、および／または１つまたはそれ以上の他のデバイスによって実行される。さらに、モジュールは、互いにローカルまたはリモートの複数のデバイスおよび／または他のコンポーネントにまたがって実装することができる。さらに、モジュールは、あるデバイスから移動して別のデバイスに追加することができ、かつ／または両方のデバイスに含めることができる。
【0068】
本明細書に記載されている主題は、バックエンドコンポーネント（例えば、データサーバ）、ミドルウェアコンポーネント（例えば、アプリケーションサーバ）、またはフロントエンドコンポーネント（例えば、ユーザが本明細書に記載されている主題の実施態様と相互作用できるグラフィカルユーザインタフェースまたはウェブブラウザを有するクライアントコンピュータ）、またはそのようなバックエンドコンポーネント、ミドルウェアコンポーネント、およびフロントエンドコンポーネントの任意の組み合わせを含むコンピューティングシステムで実施することができる。システムのコンポーネントは、デジタルデータ通信の任意の形態または媒体、例えば通信ネットワークによって相互に連結することができる。通信ネットワークの例としては、ローカルエリアネットワーク（「ＬＡＮ」）およびワイドエリアネットワーク（「ＷＡＮ」）、例えば、インターネットが挙げられる。
【0069】
本明細書および特許請求の範囲を通して使用されている近似表現は、関連する基本的な機能に変化をもたらすことなく許容範囲内で変化し得る任意の定量的表現を修飾するために適用される。したがって、「約」および「実質的に」などの１つまたはそれ以上の用語によって修飾された値は、指定された正確な値に限定されるものではない。少なくともいくつかの例では、近似表現は、値を測定するための器具の精度に対応することができる。ここでは、本明細書および特許請求の範囲を通して、範囲の制限を組み合わせたり、かつ／または入れ替えたりすることができ、このような範囲は、文脈または言語によって別の意味を示さない限り、特定され、そこに含まれるすべてのサブ範囲を含む。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図5A】
【図5B】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【国際調査報告】